張 璇，張元生，2，魏從信，2，田秀豐，馮紅武

（1．中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000；2．中國地震局地震預測研究所蘭州創(chuàng)新基地，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

地震短臨異常信息的有效提取一直是備受關注的問題。自20世界80年代以來，衛(wèi)星遙感技術迅速發(fā)展，國內外不少地震學者做了大量的地震紅外異常機理的探索，進行了紅外遙感技術應用方法及典型震例對比分析等研究，并取得了許多有價值的研究結果。典型震例衛(wèi)星遙感資料分析結果表明，地震發(fā)生前存在不同程度的“熱震兆”現(xiàn)象［1－12］。徐秀登等在研究臺灣南投7．6級大地震前的衛(wèi)星熱紅外異常時，發(fā)現(xiàn)震前紅外異常明顯［13］。張元生等應用小波變換和相對功率譜方法分析靜止衛(wèi)星熱紅外遙感資料，對汶川等地震的研究結果表明，地震發(fā)生前存在明顯的熱異常特征周期和特征幅值［14］。隨著震前熱異常震例的累積，地震熱異常信息提取方法的改進，熱紅外異常特征在地震預測工作中得到了更多應用［15－19］。

2012年9月7日云南省昭通市彝良縣連續(xù)發(fā)生5．7級、5．6級中強地震。筆者應用中國靜止氣象衛(wèi)星FY－2C／E亮溫變化資料，發(fā)現(xiàn)在地震前后表現(xiàn)出了可以識別的熱紅外異常特征。結合震中區(qū)構造活動分析提取該次典型震例的熱紅外亮溫異常信息，研究異常隨時間變化的分布特征、持續(xù)時間及異常區(qū)特征功率譜幅值，為今后運用熱紅外遙感技術進行地震預報研究提供資料與依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)處理過程

1．1 資料來源

本文應用中國靜止氣象衛(wèi)星FY－2C／E的紅外遙感亮溫產(chǎn)品數(shù)據(jù)。資料區(qū)域范圍為N5°～50°，E55°～150°，這樣可覆蓋整個中國及周邊大范圍區(qū)域；選取研究長度為2007年1月1日至2012年9月16日。對北京時間01：00、02：00、03：00、04：00、05：00 （GMT17：00、18：00、19：00、20：00、21：00）的每日觀測數(shù)據(jù)，用補窗法（對每天5個時次的觀測數(shù)據(jù)，按照觀測質量，考慮云干擾值為下限、錯值及不符合黑體輻射公式的高值為上限進行剔除，所得數(shù)據(jù)計算均值，即為日值）進行簡單處理，去除云干擾，計算其平均值，構成日值。

1．2 亮溫數(shù)據(jù)處理

首先，通過對普朗克輻射公式某一波段各波長值和波段響應函數(shù)做積分可得到波段的黑體輻射公式：

其中，mi＝（v2i－v1i）／Δv，i為波段數(shù)；B（vi，T）是波數(shù)v（cm－1）和溫度T（K）處的光譜輻射出射度（w／m2·sr·cm－1）；f（vm）為對應波段的波段響應函數(shù)；v1i和v2i分別是i波段的上、下限波長對應的波數(shù)。利用所得每個波段的輻射出射度與溫度的對應關系表可查得對應的黑體的輻射溫度值，該溫度值即為亮溫。

其次，采用小波變換和相對傅氏功率譜法對選取的亮溫數(shù)據(jù)進行處理。應用小波變換可以在時間域去除年變溫度場和地球基本溫度場。即舍去小波7階的尺度部分。由于雨云和寒熱氣流引起的溫度變化時間較短，一般為幾小時至幾天，這種信息經(jīng)小波變化可基本去除，即舍去小波2階的細節(jié)部分［14］。由于紅外數(shù)據(jù)量相對較大，可以采用功率譜法獲得優(yōu)勢頻率和幅值，目的在于研究地震前后熱輻射變化的功率譜與其他時段的功率譜有何異同。文中以n＝64天為窗長、m＝1天為滑動窗長做傅氏變換，計算其功率譜。對每個像元的時程數(shù)據(jù)滑動一次可獲得一組功率譜，時間約定為窗內數(shù)據(jù)的起始時間，這樣就獲得了時頻空間數(shù)據(jù)。用經(jīng)度為1°的間隔沿緯度方向作時頻剖面圖，尋找幅值變化較大的對應頻率（特征周期）、時間和區(qū)域位置參數(shù)，再根據(jù)特征周期和時間參數(shù)作平面圖［14－16］。采用上述功率譜相對變化法可以獲得時頻空間數(shù)據(jù)，并利用時頻剖面圖法進行全時空和全頻段掃描，最后得到地震熱紅外異常時空演化圖和亮溫平均值時序曲線，從而進行地震熱紅外異常信息的提取和分析。

2 數(shù)據(jù)處理結果

2．1 地震熱紅外異常演化過程及特征

2012年9月7日云南彝良發(fā)生5．7級地震，震中位于27．5°N，104．0°E，發(fā)震構造處在西魚河斷裂及昭通斷裂附近，震源深度14km，震型為震群型。該次地震發(fā)生在一條NE向的走滑斷裂上，屬于小江斷裂帶內最東側的一條分支斷裂。多年來，這一地區(qū)發(fā)生過數(shù)次MS≥5．0的地震（圖1）。

我們設定掃描分析地理范圍為N21°～33°，E98°～110°，在地震前后的相對功率譜時空演化圖中可以明顯看出7月18日起震中區(qū)西部開始出現(xiàn)小面積熱異常（圖2中綠色區(qū)域）；隨著時間推移異常范圍沿一定構造應力場方向逐漸擴大，在昭通以西方向呈現(xiàn)不規(guī)則形狀；至8月12日異常范圍（圖2中紅色區(qū)域）涉及到震中區(qū)的東北部；震前25天內異常區(qū)域沿NE向持續(xù)延伸、快速突變；之后于8月22日由北向南遷移，在震中區(qū)內NE、SW方向均有大范圍熱紅外異常，呈帶狀分布，長度達數(shù)百公里；到9月1日左右面積達到最大。震中位置始終位于異常突出部位的邊緣，異?？傮w方向與斷層分布基本一致，可能與該地區(qū)構造應力的集中和調整變化相關，但其與主破裂帶的走向關系還有待于進一步的宏觀調查。震后恢復階段（從9月11日開始）可以發(fā)現(xiàn)，越靠近發(fā)震斷層，異常幅度降低的越快，震中區(qū)SW向異常減弱較慢，應與該區(qū)域地質構造和天氣因素相關（圖2）。

圖1 云南東部區(qū)域地震分布Fig．1 Distribution of earthquakes in east Yunnan．

分析這次熱異常的時空演化發(fā)現(xiàn)，異常變化持續(xù)較長，震前出現(xiàn)熱異常的區(qū)域面積相對較大，形態(tài)相對突出，與發(fā)震區(qū)氣溫變化趨勢不符；而震中恰好在異常最集中區(qū)域的邊緣部位，與大多數(shù)震例結果相符；震后異常條帶收縮，異常信息逐漸衰減，趨于消失。

2．2 地震熱紅外區(qū)域亮溫平均值時間變化特征

熱紅外異常區(qū)域平均值亮溫變化通?？梢郧逦髁说姆磻卣甬惓Ｐ畔?，分析該區(qū)域五年數(shù)據(jù)的平均值亮溫變化曲線（圖3），可以得到以下特征：（1）該次地震引起的熱異常持續(xù)時間在30天以上，相對明顯；（2）熱異常特征周期為64天，震前特征功率譜幅值為近五年來的最大值，相對變化率達到11倍（2012年9月3日左右）；（3）2012年7月中旬到發(fā)震日（2012年9月7日），平均譜值陡增，發(fā)震時刻恰好在異常突出后開始回落的階段；（4）震后特征幅值逐漸減小，異常隨之消散；（5）在2009年、2010年、2011年都出現(xiàn)過相對變化率為7倍左右的異常峰值，但未發(fā)生與之對應的地震，對比本次異常峰值前幾次異常變化均表現(xiàn)出持續(xù)時間短，異常幅度較小等特征，或與該地區(qū)在這一時段的降雨等天氣因素相關。

圖2 云南彝良5．7級地震前后熱紅外相對功率譜時空演化圖Fig．2 Time evolution of thermal infrared anomalies in the nearby area of Yiliang MS5．7earthquake＇s epicenter．

圖3 異常區(qū)平均譜值時序曲線（區(qū)域范圍：27°～27．5°N，101°～101．5°E）Fig．3 Time－series curve of infrared effective observation period in this area（Region：27°～27．5°N，101°～101．5°E）．

3 討論和結論

對于該次地震熱紅外異常，我們在震前的日常工作（每周處理亮溫數(shù)據(jù)1次）中已有所發(fā)現(xiàn)，并且根據(jù)其時空演化圖和區(qū)域時間序列曲線，編寫出說明異常情況的文件，提交至相關預報部門。但科學問題是需要不斷檢驗和討論的，正是由于目前對地震熱紅外異常的成因機理認識尚不成熟，加之地震異常的復雜性、地域性及氣象異常的干擾性，該異常能否在未來地震預報中作為一種判識指標，還需要實踐的檢驗以及大量震例的研究總結，但地震熱紅外異常在本次地震前的突出反映確是真實可信的。

通過前面對云南彝良5．7級地震前后熱異常分析，可以總結如下特征：

（1）該次地震震前熱紅外異常明顯，異常形態(tài)在時域上具有持久性，大致經(jīng)歷了初始增溫和加強增溫兩個階段，時長在30天以上。異常區(qū)域基本沿斷層走向移動和擴展，異常面積增速較快，震中并沒有出現(xiàn)在異常最大區(qū)域內，而是在異常區(qū)邊緣的斷層附近，這可能與震中附近的地質構造和地下環(huán)境有關。

（2）異常區(qū)特征功率譜幅值最高達到平均值的11倍，異常峰值出現(xiàn)在震前4天（即異常高值回落階段），峰值過后也是大多數(shù)震例中較易發(fā)生地震的時段，但各震例發(fā)震時刻距高值的時間不盡相同［18］。根據(jù)上述演化方向和異常峰值特征，可以為確定未來地震的發(fā)震時間、追蹤震中位置提供一些線索。

總之，該地區(qū)熱紅外前兆異常與地震孕育、發(fā)生、發(fā)展以及地震的發(fā)震時間、地點具有明顯相關性，異常形態(tài)特征、演化過程及時序曲線都具有很強的代表性，今后唯有不斷改善數(shù)據(jù)處理方法，提高地震預測的精準度，才能為防震減災發(fā)揮更大的實效。

致謝：感謝中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心提供了部分靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料。

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