2019, Vol. 40
20世纪80年代，前苏联科学家在分析中亚地区热红外遥感图像时意外发现地震前存在热辐射异常(Gornyi et al>，1988)。随后，热辐射变化与地震孕育的关系得到广泛关注和研究(马瑾等，2005；Choudhury et al>，2006；康春丽等，2009；张元生等，2010)。近年来，相关研究人员利用不同数据和不同处理方法，研究地震前热辐射异常，证实了强震前存在热辐射异常的同时，取得一些研究进展和成果(陈顺云等，2013；荆凤等，2013；张璇等2013；郭晓等，2014；张铁宝等，2016)。
通过资料处理和震例检验，目前就地震热异常提取方法的认识较为一致，常用方法包括距平法、涡度法、K值法、相对功率谱法和小波变换法等。在区域上，全国大部分地区震前热红外异常变化较多且比较明显，但在青海和西藏发生的多次6级以上地震未见异常①。
①中国地震局地质研究所.地质所关于报送地震热红外遥感学科研讨与咨询会会议纪要的函. 2016.
2016年1月21日青海门源6.4级和11月17日杂多6.2级地震均发生在青藏高原上，发震的环境背景相似，希望通过对2次6级以上地震发生前热红外资料的分析，找出热红外辐射变化的异同点，为在青藏高原地区进一步利用遥感热红外数据开展地震监测预报提供参考。
1 数据处理选用静止气象卫星FY-2G的产品数据TBB(相当黑体温度)小时夜间数据(卫星每天记录24个小时数据，白天受太阳辐射影响较大，选取夜间资料进行处理)，转化为二进制格式数据，存储并建立数据库。采用小波变换方法处理所选数据，得到不同频段的辐射特征信息，文中频段1表示特征周期为64天，频段2表示特征周期为32天，依此类推；计算热辐射功率谱得到平均功率谱，分析异常区域功率谱幅值，得到异常区域相对功率谱，选取震中50 km范围内相对功率谱变化幅度最大值的像元值作为时序曲线的数值，提取所选取热红外数据的特征信息，了解地震前热红外时空演化特征。
2 异常特征因气象因素可能对分析结果产生较大干扰(屈春燕等，2007)，为此对2016年门源6.4级和杂多6.2级地震震中附近气象资料进行调查，未发现地震前存在明显降水过程，排除气象干扰。
据前人研究统计，热红外异常多在发震前3个月出现，故本次研究选取门源6.4级、杂多6.2级地震前3个月数据进行研究。根据历史数据计算得到热辐射年均值，在此基础上计算映震效果较好的1-6频段的热红外辐射变化。经过数据处理和异常提取，发现：门源6.4级地震前频段1、3、4、5(图 1-图 4)、杂多地震前频段1、4、5(图 6-图 8)存在热红外辐射异常变化，但每个频段异常出现和结束时间不同，其中门源地震前频段2、6未出现异常，杂多地震频段2、3、6未出现异常。对于2次地震出现的热红外异常变化，就时间范围、空间范围和辐射强度进行分析。
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图 1 门源地震前风云卫星频段1热红外数据演化 Fig.1 Evolution of 1-band thermal infrared data of Fengyun satellite before Menyuan earthquake |
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图 2 门源地震前风云卫星频段3热红外数据演化 Fig.2 Evolution of 3-band thermal infrared data of Fengyun satellite before Menyuan earthquake |
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图 3 门源地震前风云卫星频段4热红外数据演化 Fig.3 Evolution of 4-band thermal infrared data of Fengyun satellite before Menyuan earthquake |
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图 4 门源地震前风云卫星频段5热红外数据演化 Fig.4 Evolution of 5-band thermal infrared data of Fengyun satellite before Menyuan earthquake |
(1) 时间范围。由图 1-图 4可见，门源6.4级地震前，频段1、3、4和5在不同时间段内均出现不同程度的热红外辐射增强变化。其中：频段1辐射增强变化持续时间约5周，在此次地震发生前基本消失；频段3辐射增强变化持续时间约2周，在此次地震发生前3周基本消失；频段4辐射增强变化持续时间约20天，在地震发生前1个月消失；频段5辐射增强变化持续时间约1个月，在震前1个月消失。
(2) 空间范围。频段1、3、4和5的辐射增强区域均在此次门源6.4级地震边缘，其中：频段4、5热红外辐射增强区域明显沿冷龙岭断裂带(门源6.4级地震公认发震构造)(李智敏等，2016；郭鹏等，2017；李晓峰，2017)走向分布。
(3) 辐射强度。据张丽峰(2016)对28次6级以上强震前后中波红外相对功率谱异常变化特征的分析结果，优势频率对应区相对功率谱幅值变化通常大于6倍。根据本次研究提取的异常信息(图 1-图 4)，频段1、3、4和5的辐射增强幅度均不高，相对功率谱变化为年均值的3-4.5倍(图 5)，低于张丽峰(2016)的研究结果。
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图 5 门源地震前频段1、3、4、5相对功率谱时空演化 Fig.5 Evolution of 1, 3, 4, 5-band relative power of general before Menyuan earthquake |
(1) 时间范围。由图 6-图 8可知，杂多6.2级地震前，频段1、4、5在不同时间段内均出现不同程度的热红外辐射增强变化。其中：频段1辐射增强变化持续时间约1个月，在地震发生前1个月基本消失；频段4辐射增强变化持续约40天，在地震发生前1个半月消失；频段5辐射增强变化持续约50天，在震前5周基本消失。
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图 6 杂多地震前风云卫星频段1热红外数据演化 Fig.6 Evolution of 1-band thermal infrared data of Fengyun satellite before Zaduo earthquake |
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图 7 杂多地震前风云卫星频段4热红外数据演化 Fig.7 Evolution of 4-band thermal infrared data of Fengyun satellite before Zaduo earthquake |
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图 8 杂多地震前风云卫星5频段热红外数据演化 Fig.8 Evolution of 5-band thermal infrared data of Fengyun satellite before Zaduo earthquake |
(2) 空间范围。频段1、4、5的辐射增强区域在本次杂多6.2级地震边缘，异常范围较大，沿杂多-上拉秀断裂带(本次地震发震构造)走向分布特征不明显。
(3) 辐射强度。频段1、4、5的辐射增强幅度均不高，相对功率谱变化为年均值的4.5-6倍(图 9)。
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图 9 杂多地震前频段1、4、5相对功率谱时空演化 Fig.9 Evolution of 1, 4, 5-band relative power of general before Zaduo earthquake |
据张丽峰(2016)对28次6级以上强震前后中波红外相对功率谱异常变化特征的分析结果，异常区位于震中或地震边缘，若优势频率对应区相对功率谱幅值变化大于6倍，且异常展布与断层方向相关，出现时间与发震时间相关，持续时间1个月以上，一般可判定为地震异常。对比分析2016年门源6.4级、杂多6.2级地震前热红外辐射增强变化特征，发现：①2次地震前震中区附近均有热红外辐射增强变化现象，持续时间20-50天，通常约1个月，在发震前1-45天消失；②2次地震在频段1、4、5(3个频段为优势频段)均出现异常，且持续时间均超过1个月；③门源地震相对功率谱变化为正常值的3-4.5倍，杂多地震相对功率谱变化为年均值的4.3-6倍，均稍低于张丽峰(2016)的统计结果。
综合分析认为，门源6.4级和杂多6.2级地震前热红外辐射增强变化特征与张丽峰(2016)的研究结果基本一致，可以判定2次地震前出现的热红外辐射增强变化为地震异常。
3 结束语地形地貌、地物类型和气象等非地震因素对地表热红外辐射的影响，可能掩盖地震活动引起的异常。资料分析显示，门源6.4级和杂多6.2级地震前热红外辐射异常为地震异常，只是异常幅度偏低。青藏高原气候环境与其他地区明显不同，大部分地区年平均气温在零度左右，是否为异常幅度稍低的原因尚未可知，需在后续工作中加强研究。
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