2011年3月11日发生了日本M_s9.0地震和3月24日缅甸发生了M_s7.2 地震，这两次地震给当地政府和人民造成大量人员伤亡和财产损失，日本9.0级地震造成的核泄漏引起世人恐慌.这两次地震发生后引起世界各国的关注和多方面的报道，全世界许多地震工作者在思考和研究日本特大地震，在发震构造､地震烈度分布和地表形变等方面的最新研究结果在网站上可以查阅，有关论文正待发表.根据有限的热红外地震研究结果，大地震发生之前存在热辐射异常，它是地震孕育过程中伴生的一种自然现象.本文应用卫星热红外遥感资料研究在这两次大地震发生前是否观测到热辐射异常变化，这是本研究的理由和依据.随着卫星遥感技术的发展，人类对卫星热红外遥感信息与地震的关系研究始于20世纪80年代^[1-18].近几年来，全球都在开展地震热辐射方面的研究，中国是其中国家之一，在地震热信息提取方法方面已取得进展^[19-23]，本文应用这些方法对中国静止气象卫星热红外遥感数据进行处理，研究日本9.0级和缅甸7.2 级地震之前的亮温表现特征.

卫星热红外遥感仪器可直接观测到地物的热辐射强度，经定标处理和几何校正后的数据称之为相应通道(波段)的辐射亮度，应用普朗克辐射定理的黑体(比辐射率为1)辐射公式进行计算获得辐射物的辐射温度(Zhang 等，2010)^[21]，为了区别于物体的真实辐射温度，称这种温度为亮温，即亮温代表的是把辐射物体当着黑体时的辐射温度.热辐射强度除了依赖于物体的温度和比辐射率外，还与辐射物体表面曲率有关.在短时间内，同一物体在同一方向上的热辐射强度变化主要取决于物体的温度.因此，对地震而言，静止卫星红外遥感数据比极轨卫星红外遥感数据更利于一致性对比.

本研究使用的基础数据是静止气象卫星FY-2C(D 和E)的远红外亮温数据(数据来源于地球物理国家野外科学观测研究站(兰州观象台)和中国气象局国家卫星气象中心)，FY-2C 星于2004年10月19日发射，FY-2E 星于2008 年6 月15 日发射(2009年11月24日替代FY-2C 星，在取代过程中造成的数据缺失可用D 星数据补失)，定点于东经105°赤道上空，距地面3万5千多公里，C 和E 星的有效观测范围为45°E-165°E，60°S-60°N.远红外的两个波段分别为10.3-11.3μm 和11.5-12.5μm, 星下点分辨率为5km, 一次观测范围约为地球面积的三分之一，相邻两次观测的时间间隔为30min或1h, 每天至少进行24次观测.使用的有效数据起始时间为2005年6月1日，但数据稳定性较好时段为2006年以后的时段.为了去除太阳的影响，选择当天23∶00时至次日4∶00时的多次观测数据，用补窗法进行简单处理可去除部分云影响，对相同像元计算其平均值，构成亮温日值，这就为下一步数据处理准备好了数据源.

应用小波变换对上述日值多年数据(2007年1月1日以来)进行处理，对每一个像元可分离出基本温度场(直流部分)､年变温度场和其他因素引起的变化温度场.根据雨云和寒热气流引起的温度变化的特征､以及基本温度场和年变温度场的变化规律，可以扣除这些成分，余下的信息可能包含有地震信息.具体计算过程是对每个像元用其2 阶小波的尺度部分减去7阶小波的尺度部分，其目的是扣除基本温度场､年变温度场和短时间变化的温度场信息.用时间滑动窗(窗长为64 天)对这差值数据进行功率谱计算，获得各像元时频特性的功率谱数据.这种时频功率谱信息中还包含有地理信息，即不同纬度､海拔差异､地物差异､大气环境差异等引起的谱值变化，这无疑对不同观测点(像元)之间的谱值分布造成一种伪异常现象.为此，我们采用时频相对功率谱法对时频功率谱进行处理，获得其时频相对功率谱(Zhang等，2010)^[21].运用图像处理技术对时频相对功率谱进行时空扫描，容易发现异常的分布区域，或放大其异常区，进行异常的时空演化分析，判断地震异常的可能性，并结合异常区的活动构造进一步确定可能的发震区域.

对时频相对功率谱值进行空间扫描，获得了日本9.0级地震和缅甸7.2级地震发生前后的热红外图像(图 1和图 2).

图 1

Fig. 1

图 1 日本9.0级地震热红外亮温相对功率谱异常时空演化 Fig. 1 Abnormal temporal evolution of relative power spectrum of the rmalin frared brightness for 2011Ms9.0 Japan earthquake

图 2

Fig. 2

图 2 缅甸7.2级地震热红外亮温相对功率谱异常时空演化 Fig. 2 Abnormal temporal evolution of relative power spectrum of the rmalin frared brightness for 2011Ms 7.2 Myanmar earthquake

2011年3月11日日本9.0级地震发生于亚欧板块和太平洋板块的消亡边界(日本海沟)，震中坐标为北纬38.32°､东经142.37°，震源深度小于30km, 该地震属浅源地震.震中位于太平洋中，与日本岛陆最近距离约130km.地震破坏区域的气候环境属海洋气候.地震前出现3 次不同分布和不同幅度的热辐射变化.

第一次异常特征:2010 年9 月10 日前后开始出现热红外异常，同月22日左右异常达到最大值，随后逐渐减弱，10 月初异常消失(图 1 和图 3a).异常主要分布于震中区及其西北区域，异常表现为由弱到强､再由强到弱演化过程，无明显的演化方向；第二次异常特征:2010 年11 月初出现异常，11 月22日异常达到极大值，随后快速减弱､消失.异常呈北东向条带分布，位于震中西北部，异常为北东向扩展；第三次异常特征:2010 年12 月下旬出现异常，12月31日达到极大值，随后缓慢下降，2011年1月底异常消失.异常呈北北东条带分布，位于震中及其西部区域.三次异常分布有所差异，总体的演化过程为由南向北，再由北向南，呈逆时针运动，震中以西以北大约100km 区域为三次异常的交汇区域，该区域是陆地上的强破坏区域.

2011年3月24日缅甸东北部7.2级地震震中位于北纬20.71°､东经99.95°，震源深度约20km, 属浅源地震.发震地区属热带季风气候的内陆气候环境.

2010年9月下旬出现热红外异常，主要分布于云南省盈江县一带(2011 年3 月10 日在该区域发生了5.8级地震)，异常持续扩展至10月底，异常明显向南移动，11月上旬异常幅度达到最大，之后异常区逐渐缩小减弱，消失在缅甸7.2 级地震震中的北部地区(图 2).在时间演化过程中热红外亮温在震前存在一次明显的变化(图 3b).这两次地震前的热异常分布可能反映了应力集中和调整变化，根据异常的演化方向和异常消失区域可以估计发震的可能区域范围.

图 3

Fig. 3

图 3 异常区小范围的相对功率谱平均值时序曲线 (a)日本地震，区域为38-38.5°N，142-142.5°E；(b)缅甸地震，区域为21-21.5°N，99-99.5°E. Fig. 3 Time history plot of mean value of relative power spectru min small regions (a)For 2011Ms9.0 Japan earthquake； (b)For 2011Ms7.2 Myanmar earthquake.

这两次大地震的热异常表现特征的相同点是，在地震发生前存在明显的热反映，根据热异常的演化方向大致可判定地震的发震区域，在异常明显出现后的半年内，是发震的可能时段，这与前期的研究结果基本一致(Zhang 等，2010)^[21].这两次大地震的热异常机理符合“地球放气-大气作用"模型(Zhang等，2010)^[21]，大地震后在震中及附近区域存在大的气候变化，日本9.0 级地震后下大雪造成救灾和灾民安置困难，缅甸7.2 级地震后下大雨造成泰国大水灾，2008年汶川8.0级地震后下大雨造成山洪和泥石流爆发，2010年玉树7.1级地震后下大雪等等，这是地球放气与大气共同作用的结果，是震后的一种自然现象，这一模型为地震热辐射机理解释和地震抢险救灾准备提供了理论依据.

热异常表现为异常区域大小差异较大，与地震大小的关系不明确，这可能与地质环境､大气环境等条件有关，还有待于深入研究.由于地质环境､大气环境等条件的复杂性，该方法可能对地震大小的判定存在困难，但值得庆幸的是大地震发生之前存在热异常现象.

据研究，一次大地震前的热异常分布面积比较大，至少存在上万平方公里的异常区域.因此，较准确地判定未来可能的发震区域除本文提到的判定方法外，还要结合活动构造做进一步判定，尽可能使预测的发震区域与实际的强破坏区域基本相符.热红外提供的可能发震时段是十几天到半年尺度，这与临震预报要求还有较大的差距.因此，临震预报时间的确定还依赖于其他短临前兆方法，如果预测区域的短临前兆观测能力较弱，可以进行加密观测，这样可能会获得临震时间信息.

部分静止卫星红外遥感资料由中国气象局国家卫星气象中心提供；本研究得益于和中国地震局兰州地震研究所刘百篪研究员的讨论；匿名审稿者提出了一些建议，在此一并表示感谢!