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摘要:地震是人类面临的最大的自然灾害之一,严重威胁着人民生命财产的安全。一次破坏性地震往往在极短时间内造成严重的人员伤亡,甚至摧毁一座城市。20世纪50年代以来,随着计算机技术和空间技术、信息技术的迅猛发展,遥感技术不断发展起来。作为一种新兴的、先进的对地观测技术与传统方法相比,具有独特的技术优势。
关键词:卫星红外遥感 地震预报 增温异常
1 遥感技术在地震中国内外的研究
自20世纪80年代末,随着卫星遥感技术的迅速发展,在地震预测预报中提出了新的预测方法和手段,即卫星红外遥感技术在地震预测中的应用。国内外不少地震学们作了大量的地震红外异常机理、岩石实验、红外遥感技术的应用方法及典型震例对比分析研究,取得了许多有意义的研究结果。1993 年,傅承义院士指出:"地震时,地震前的这种变换就可以产生各种固体地球与大气耦合的界面现象;物理的、化学的、生物的都可以发生,其实若将震源的形成不是局限于局部地区的岩体错,而是广大的地下,则大面积活动的岩石层可作为地震的信息源"。
2 热红外异常与强地震孕育过程的关系研究
红外线是英国物理学家赫谢尔在1800 年发现的。红外线最显著的作用是热作用,波长(0. 76～700€%em) 比红光还长,衍射现象比较显著,易于穿过大气层。任何物体在温度大于O ℃(高于- 273 ℃) 的情况下,都存在热辐射。由于地表温度一般在250～300 O范围内变化,地球表面是一种长波辐射,肉眼是看不见的,只有特殊仪器才能感知到。利用对红外线敏感的物质材料制造专门仪器,并安装到人造卫星上,可对地球表面进行定时的、大面积的观测,从而获得地表的长波辐射场。热辐射量值的大小取决于辐射物的表面温度和辐射物的辐射本领(比辐射率) 的大小。因此,通过观测值的数据处理能够得到地表温度值。这是红外遥感的基本原理。
产生热红外异常的直接原因是什么? 由热辐射机理,热异常的直接原因是物体的辐射温度发生了变化。使地表温度变化的因素有多种,主要有:季节变化引起的温度变化、冷热空气引起的温度变化、昼夜引起的温度变化、雨雪引起的温度变化以及地壳内部结构的变化引起的地表温度变化。地震预测主要关心后一种变化,因此问题的关键在于研究地壳内部结构的变化引起的地表温度变化与其它因素引起的变化的区别。这个问题是我们目前有待解决的重要问题,它有关卫星红外遥感技术在地震预测的可应用性问题。
3 震前地表热场研究
地震特别是大震前地表破裂带周围存在显著的地表热异常已经得到了人们的共识,利用卫星热红外遥感技术能够探测到这种大范围连续的近地表热场变化,这为开展地震短临预报研究提供了新的技术途径和广阔的应用前景。
热红外遥感在地震研究中的应用始于20世纪80年代末期,前苏联科学家在研究中亚地区的地震卫星热红外遥感图像时意外发现了在该区的中强地震前存在热异常现象,并且这一现象与断裂构造活动有很大的关系。近20 a来,地震学者利用卫星热红外资料提取震前的地表热异常的研究已经取得了令人鼓舞的成果。强祖基、邓明德等人对震前热红外增温的机理进行了实验室研究; 强祖基等应用卫星热红外波段图像研究了山西大同地震,确定了卫星热红外亮温增温异常与地震时、空、强3要素的关系; 徐秀登等人利用卫星热红外数据研究了台湾南投等地的地震,对地震热红外异常与地质构造的定性关系进行了研究,并总结出一些异常的时空演化特点,如时间上的突发性、形态上的孤立性、分布上的局限性等; 刘德富、康春丽等根据强震前射出长波辐射(OLR)异常对苏门答腊岛、台湾集集及昆仑山口西等地震进行了研究,研究发现在地震发生之前,在震源区附近有较为显著的热异常现象。
4 卫星热红遥感资料在地震预报中的应用研究
从卫星热红外遥感资料的实际应用来看,强震发生前在震中区附近确存在不同程度的温度异常,这为开展卫星热红外遥感技术在地震预报中的应用较好地奠定了实践基础。已有卫星遥感震例资料处理分析结果表明,时间指标和地点指标是比较明确的。一般在温度异常出现一个月内发震的可能性较大,时间指标具有实际的可操作性。温度异常出现的分布形态一般有两种,一种是条带状分布,一种是大面的不规则分布。根据现有的热红外异常机理研究结果,这两种异常分布形态很有可能与构造应力集中区域及相关活动断层性质存在密切的关系。因此地点的判定要比时间的判定复杂得多,要做好地点判定首先要对异常出现的区域构造环境及应力环境有比较清楚的认识,再结合异常的空间演化特征进行综合分析判定。地震的强度判定有困难,虽然已提出了一些进行地震强度的判定依据,但这些依据都是经验性的,操作起来较困难。强地震震前在地表引起的异常幅度及异常面积大小除了与地震的强度有关外,应与地震的深度和地震发生的构造性质都存在密切的关系。这是强度判定困难的重要原因。
5 未来的研究重点及展望
众所周知,地震预测是指地震的三要素预测,即时间、地点和强度预测。由于地震活动的复杂性和地震预测水平不高,目前多采用综合预测方法进行地震预测。但是综合预测方法是建立在单一手段和相应预测方法基础之上的,每一种预测方法除了与所使用的资料的可靠性、连续性以及资料所反映的范围有关外,还与方法本身的科学性有密切关系。因此只有做到每一种方法手段都具有真实可靠之后,综合预测方法才能发挥其更大的作用。
卫星遥感资料具有覆盖域广,资料具有连续性和重复性等优点,热红外遥感可获得大面积的与震情监视有关的测项数据,可构成地面温场动态变化的图像。大量研究表明,在地震孕育过程中,地表不仅有水平的、垂直的和倾斜的变形场出现,而且也伴随有辐射"热场"异变的显示。在中国大陆西北部地区无云天多,地震频度高、强度大,而人烟稀少,交通不便,地震监测能力差,因此在西部开展卫星遥感热红外资料在地震预报中的应用研究具有十分重要实际意义和广阔的应用前景。
参考文献:
[1] 崔承禹,支毅乔,张晋开. 红外遥感用于地震预报的基础实验预研究[A] . 见:第八届全国遥感技术学术交流论文集[C] , 1993.103-105
[2] 强祖基,孔令昌,郭满红,等.卫星热红外增温机制的实验研究[J].地震学报,1997 ,19 (2) :197-201.
[3] Gabrielov A ,Zaliapin I , Newman W I ,et al. . Colliding cascades model for earthquake prediction [J] . Geophysical Journal International.2000,143(2):427-437.
[4] 耿乃光,崔承禹,邓明德. 岩石破裂实验中的遥感观测与遥感岩石力学的开端[J].地震学报,1992 ,14 (增刊) :645 - 652.
作者简介:胡淼(1984.2-),女,汉族,黑龙江鸡西人,天津师范大学城市与环境科学学院2008级环境科学研究生,主要研究方向:环境遥感。
关键词:卫星红外遥感 地震预报 增温异常
1 遥感技术在地震中国内外的研究
自20世纪80年代末,随着卫星遥感技术的迅速发展,在地震预测预报中提出了新的预测方法和手段,即卫星红外遥感技术在地震预测中的应用。国内外不少地震学们作了大量的地震红外异常机理、岩石实验、红外遥感技术的应用方法及典型震例对比分析研究,取得了许多有意义的研究结果。1993 年,傅承义院士指出:"地震时,地震前的这种变换就可以产生各种固体地球与大气耦合的界面现象;物理的、化学的、生物的都可以发生,其实若将震源的形成不是局限于局部地区的岩体错,而是广大的地下,则大面积活动的岩石层可作为地震的信息源"。
2 热红外异常与强地震孕育过程的关系研究
红外线是英国物理学家赫谢尔在1800 年发现的。红外线最显著的作用是热作用,波长(0. 76～700€%em) 比红光还长,衍射现象比较显著,易于穿过大气层。任何物体在温度大于O ℃(高于- 273 ℃) 的情况下,都存在热辐射。由于地表温度一般在250～300 O范围内变化,地球表面是一种长波辐射,肉眼是看不见的,只有特殊仪器才能感知到。利用对红外线敏感的物质材料制造专门仪器,并安装到人造卫星上,可对地球表面进行定时的、大面积的观测,从而获得地表的长波辐射场。热辐射量值的大小取决于辐射物的表面温度和辐射物的辐射本领(比辐射率) 的大小。因此,通过观测值的数据处理能够得到地表温度值。这是红外遥感的基本原理。
产生热红外异常的直接原因是什么? 由热辐射机理,热异常的直接原因是物体的辐射温度发生了变化。使地表温度变化的因素有多种,主要有:季节变化引起的温度变化、冷热空气引起的温度变化、昼夜引起的温度变化、雨雪引起的温度变化以及地壳内部结构的变化引起的地表温度变化。地震预测主要关心后一种变化,因此问题的关键在于研究地壳内部结构的变化引起的地表温度变化与其它因素引起的变化的区别。这个问题是我们目前有待解决的重要问题,它有关卫星红外遥感技术在地震预测的可应用性问题。
3 震前地表热场研究
地震特别是大震前地表破裂带周围存在显著的地表热异常已经得到了人们的共识,利用卫星热红外遥感技术能够探测到这种大范围连续的近地表热场变化,这为开展地震短临预报研究提供了新的技术途径和广阔的应用前景。
热红外遥感在地震研究中的应用始于20世纪80年代末期,前苏联科学家在研究中亚地区的地震卫星热红外遥感图像时意外发现了在该区的中强地震前存在热异常现象,并且这一现象与断裂构造活动有很大的关系。近20 a来,地震学者利用卫星热红外资料提取震前的地表热异常的研究已经取得了令人鼓舞的成果。强祖基、邓明德等人对震前热红外增温的机理进行了实验室研究; 强祖基等应用卫星热红外波段图像研究了山西大同地震,确定了卫星热红外亮温增温异常与地震时、空、强3要素的关系; 徐秀登等人利用卫星热红外数据研究了台湾南投等地的地震,对地震热红外异常与地质构造的定性关系进行了研究,并总结出一些异常的时空演化特点,如时间上的突发性、形态上的孤立性、分布上的局限性等; 刘德富、康春丽等根据强震前射出长波辐射(OLR)异常对苏门答腊岛、台湾集集及昆仑山口西等地震进行了研究,研究发现在地震发生之前,在震源区附近有较为显著的热异常现象。
4 卫星热红遥感资料在地震预报中的应用研究
从卫星热红外遥感资料的实际应用来看,强震发生前在震中区附近确存在不同程度的温度异常,这为开展卫星热红外遥感技术在地震预报中的应用较好地奠定了实践基础。已有卫星遥感震例资料处理分析结果表明,时间指标和地点指标是比较明确的。一般在温度异常出现一个月内发震的可能性较大,时间指标具有实际的可操作性。温度异常出现的分布形态一般有两种,一种是条带状分布,一种是大面的不规则分布。根据现有的热红外异常机理研究结果,这两种异常分布形态很有可能与构造应力集中区域及相关活动断层性质存在密切的关系。因此地点的判定要比时间的判定复杂得多,要做好地点判定首先要对异常出现的区域构造环境及应力环境有比较清楚的认识,再结合异常的空间演化特征进行综合分析判定。地震的强度判定有困难,虽然已提出了一些进行地震强度的判定依据,但这些依据都是经验性的,操作起来较困难。强地震震前在地表引起的异常幅度及异常面积大小除了与地震的强度有关外,应与地震的深度和地震发生的构造性质都存在密切的关系。这是强度判定困难的重要原因。
5 未来的研究重点及展望
众所周知,地震预测是指地震的三要素预测,即时间、地点和强度预测。由于地震活动的复杂性和地震预测水平不高,目前多采用综合预测方法进行地震预测。但是综合预测方法是建立在单一手段和相应预测方法基础之上的,每一种预测方法除了与所使用的资料的可靠性、连续性以及资料所反映的范围有关外,还与方法本身的科学性有密切关系。因此只有做到每一种方法手段都具有真实可靠之后,综合预测方法才能发挥其更大的作用。
卫星遥感资料具有覆盖域广,资料具有连续性和重复性等优点,热红外遥感可获得大面积的与震情监视有关的测项数据,可构成地面温场动态变化的图像。大量研究表明,在地震孕育过程中,地表不仅有水平的、垂直的和倾斜的变形场出现,而且也伴随有辐射"热场"异变的显示。在中国大陆西北部地区无云天多,地震频度高、强度大,而人烟稀少,交通不便,地震监测能力差,因此在西部开展卫星遥感热红外资料在地震预报中的应用研究具有十分重要实际意义和广阔的应用前景。
参考文献:
[1] 崔承禹,支毅乔,张晋开. 红外遥感用于地震预报的基础实验预研究[A] . 见:第八届全国遥感技术学术交流论文集[C] , 1993.103-105
[2] 强祖基,孔令昌,郭满红,等.卫星热红外增温机制的实验研究[J].地震学报,1997 ,19 (2) :197-201.
[3] Gabrielov A ,Zaliapin I , Newman W I ,et al. . Colliding cascades model for earthquake prediction [J] . Geophysical Journal International.2000,143(2):427-437.
[4] 耿乃光,崔承禹,邓明德. 岩石破裂实验中的遥感观测与遥感岩石力学的开端[J].地震学报,1992 ,14 (增刊) :645 - 652.
作者简介:胡淼(1984.2-),女,汉族,黑龙江鸡西人,天津师范大学城市与环境科学学院2008级环境科学研究生,主要研究方向:环境遥感。