西安市地震监测中心 710016
摘要：我国地处亚欧地震带和环太平洋地震带之间的区域，地质活动频繁，地震灾害更是常危害我国居民生命和财产安全的关键因素。而卫星热红外遥感技术的应用，对于我国意义重大，其不仅覆盖率和时空分辨率相对较高，还具有全天候和准实时的特点。在捕捉震前各类“场”属性异常波动的过程中发挥了良好的作用，同时也为我国地震监测与预测研究工作提供了大量的帮助。据此，本文针对地震监测预报中的卫星热红外遥感技术进行了应用分析，希望可以对我国的地震预测工作有所助益，尽量减少地震伤亡。
关键词：热遥感技术；地震监测；应用
中国特殊的地理位置导致地震活动相对频繁，我国地震区的人们备受伤害。早在公元前1831年，我国就已经有了关于地震的记录，至今共有地震记录近千次，记录中超6级的破坏性地震就有800余次。地震给人类所造成的灾难损失不计其数。2008年四川汶川8.0级大地震更是造成了超八万人的死亡，受灾人数约为4624万人，波及 17个省、市、自治区。2017年8月8日九寨沟7.0级地震，也造成了很大影响。因此，完善和改进我国地震监测预报工作具有非常关键的作用。尤其当下的传统地震观测台受到地震监测台网和观测范围的限制，没有进行精细化的预测，亟待转变。卫星热红外遥感技术的应用则实现了大范围的信息采集和快速更新，弥补了传统观测模式下的不足，实现了动态、连续、大面积的观测，为我国地震活动研究开辟了全新的道路。
一、卫星热红外遥感技术应用的必要性
在地震孕育产生阶段，会因为地壳应力的不断积累，以动能和热能的形式在震源区域内的地质层进行传递、释放。这样一来，就会导致该区域内形成局部热力环境的特殊波动，而热力形式透过岩石裂隙和孔洞传递到地表，也导致地表温度的不断提升。当然，地表升温也可能是由于地壳受力形变所致，岩层内的气体从岩缝扩散，大量甲烷和CO2等温室气体在局部累积，吸收了地面的红外辐射，形成地震区域内的暂时性升温。但是，无论是何种原因，地震孕育阶段会有大量“热”效应发生，局部温度波动是主要特征。因此，卫星热红外遥感技术通过对地表温度的异常波动监测，来对地震进行预测。在地震监测预报工作的分析来看，卫星热红外技术所采集的资料和信息在覆盖面积、分辨率精度、持续性等方面相对于其它地震监测预报技术具有突出的优势，同时能够排除地理环境的影响和限制，应用效果较佳。
震前的卫星热红外异常注重源于前苏联科学家的研究，随后我国的科学家也在此基础上逐步深入，发现中强级以上的地震，在临震阶段会呈现出较大范围内的持续地表升温。但是，这一升温特点具有极强的差异性，同时卫星红外通道传感器观测效果也会因为气象因素而出现较大干扰，预测便出现一定的不确定性。因此，减小误差和干扰便是现阶段研究的主要方向。
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二、卫星热红外遥感技术在地震监测预报中的应用
近年来，我国在卫星遥感技术方向的研究不断深入，卫星热红外遥感技术在地震监测预报方面成果斐然，同时也对地震前温度波动与地震活动的规律上形成了一定的突破。在以往的案例比照和分析中，地震前该地区必然会出现部分时间的地表急剧升温，然而，这个时间的跨度不是很大，会有几天、十几天到半年的时间。地区的范围也十分模糊，几万平方千米突破至百万平方千米，这就导致地震的具体信息预测仍需要进一步的研究，才能做出更具精准度的判定。
通过对四次典型强震（2005年10月8日巴基斯坦7.8 级地震、1996年11月19日新疆和田7.1级地震、2003年9月27日中、俄、蒙交界 7.9 级地震和2004年12月26日印尼8.7级地震）及在1991年～2004年期间祁连山地震带的13次中强地震的信息进行分析，比照NOAA卫星热红外遥感的资料和数据库进行研究，同时结合地面温度时空网格化的扫描信息，对地震前后的温度演变情况和震前地表温度的异常特征进行比对，得出了具体的分析结果。
在四次典型强震信息和数据的分析之后，可以得出热红外遥感图像信息存在特殊的属性，即在地表的分布呈条带状。这也说明了异常空间分布状况和断层区域存在紧密的关联。因为地表温度异常区域在面积上相对集中，而并不存在突出的迁移活动，同时也证明了这一带状分布具有突出的物理特性。在巴基斯坦7.8级地震、新疆和田7.1级地震、中俄蒙交界7.9级地震的前后也存在十分明显的温度异常，可以有效证明这一系列的短期地震在震前阶段（三个月）具有十分明显的地表温度波动。
在印尼8.7级地震的研究和分析当中，尤其地处低纬度区域，热红外遥感在云雨天气的干扰下形成了较大的误差，极轨卫星遥感资料在研究分析中的作用不如卫星遥感的资料精准。其中，也发生了温度异常波动的幅度很难作为震级的判断依据，这主要是由于地质地貌条件、植被覆盖程度、海洋陆地的差异性等原因综合而成，具体的影响因素还有待进一步探析。在巴基斯坦的7.8级地震发生前，还存在震前降温的现象，这类异常现象与前阶段的研究（震前地表升温）也存在根本的差异，这也可能是因为地质活动让地表物质产生了不同的变化，或是在热交换作用的最终影响下形成的结果。除此之外，巴基斯坦在地震震区构造上呈现为挤压型，是大陆板块相互挤压而成，这与NEIC的震源机制分析阶段也相符合。因为属于挤压型，所以在挤压状况下，裂缝反而被大幅度的密闭，导致封闭状况的形成。不仅地下热能不能借此传递至地表，同时温室气体也没有得到释放，最终造成了震前热红外负异常现象。
对在1991年～2004年期间的祁连山地震带13次中强地震中，研究所针对的震中位置热红外数据具有十分明显的季节变化规律，在情况上呈现出夏高冬低的变化。同时，数据受云层影响也具有十分大的波动。在13次地震中，有5次地震属于震前和震时热红外异常现象。这类异常在温度表现上存在温度降低和升高两种情况，也说明了地震诱因的复杂性。从具体的数据分析来看，温度异常波动的区间大多是2～3度，异常波动发生的时间跨度约在2个月左右。其中震级最大的异常波动属于2003年民乐6.1级地震，但是该高震级所造成的热红外异常波动也并非全部超过5级地震，因此，这一因素有待进一步解析。
三、卫星热红外遥感技术应用的几点思考
（一）区域气候特征对红外观测的影响
具体来看，卫星热红外遥感技术的观测异常属于相对概念，实际上是指观测值与背景值的存在差值。因为地表热红外辐射受到多重因素的影响，地表温度、大气衰减作用、地形地质以及区域气候等等。因为大气成分会在区域气候发生变化时发生波动。冷热空气的天气转变也会造成地温的巨大影响，同时这种影响对气温变化的影响程度较大。因此，热红外遥感卫星监测也因此受到了影响。但是，这种影响往往有迹可循，大体上与冷空气或热空气的流动方向有关，局部变动的特点十分显著。以雨雾天气为例，云雾通常对地表所产生红外长波辐射具有相当的吸收作用。因此，云雾天气时的热红外遥感器对地表热辐射探测精度较低，而且影响数据的连续性。
（二）人文活动对热红外观测的影响
除开自然因素的影响，人文活动对于热红外观测的精度也存在一定的影响。尤其是现阶段人类文明飞速发展，电器的发热、汽车尾气、城市管网、人口密度大的区域和重工业排放的二氧化碳对环境气温的影响，越来越多的改变了局部区域的热辐射特征，这对热红外数据的应用增添了许多变量，如何剔除这些背景数据，当下也是一个让人头痛的问题，很大程度的影响了热红外观测的精度。
（三）热红外遥感数据新数学模型的探索
通过热红外遥感技术来开展地震监测预报，关键要素在于信息数据的获取与其时空演化特征。而反演地表真实温度往往会因为不确定性因素而失准，影响最终的反演结果。因此，大多数研究院在进行热红外辐射数据提取和推演的过程中利用地表的亮度温度表征，这使得地震研究具有了相当的现实意义。现阶段，主要的热信息提取模式分为即透热指数法和均值梯度法。但是多年来，许多国家都因地震预测的精准度不高、现实意义不大等原因，不同程度的在弱化震前预测，笔者做以大胆假设，目前的地震监测理论体系和数据演算模型的方向可能存在问题，当前总的思路是尽可能的去除背景数据，追寻地质活动本真规律，但现有数据的收集一直局限在宏观层面，是否可以向微观领域探求数据收集。随着人类对量子的研究和认识的深入，或许微观领域才是探知地质运动本真的有效途径。
结束语：
随着空间技术研究的不断发展，热红外遥感技术也会在地震监测预报表现出更多的精准度和抗干扰能力。现阶段的卫星热红外技术以观测范围、持续性以及不受地面条件限制等优势而被广泛应用，也是当下有效处理地震短临预报的最好办法。尤其是现阶段的遥感数据和信息不断丰富，研究成果也在逐步显现。相信在未来，热红外遥感技术与其他技术不断融合之后，在我国地震监测预报中会发挥更大作用，同时也会为我国居民的生命和财产安全提供更多的保障。
参考文献
[1]颜蕊，张磊.卫星热红外遥感技术在天津地区地震监测应用中的探讨[J].卫星应用，2013，（03）：41-46.
[2]钟美娇，张元生，郭晓，等.卫星热红外和微波遥感资料在地震预报中的应用研究[J].地震工程学报，2014，36（04）：1059-1063.
论文作者:董娜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/29
标签：遥感论文; 地表论文; 异常论文; 温度论文; 技术论文; 数据论文; 我国论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;