0 引言

在地表温度场中，存在大量与活动构造密切相关的热信息，地震发生前后温度场的变化与地壳形变观测结果类似（马瑾等，2010；陈顺云等，2014），与地震活动相关的热异常得到诸多证实（邓志辉等，2003；Ouzounov and Freund, 2004）。震例研究表明，中强地震发生前具有明显的热异常特征（魏乐军等，2008；康春丽等，2011；解滔等，2015；张丽峰等, 2016, 2018），发震区域多位于异常区边缘及区内活动断层上，发震时间在相对功率谱达峰值后的几天至2个月内（张元生等，2010；张璇等，2013；李青梅等，2015）。

据中国地震台网测定，2021年5月21日21时48分34秒，在云南大理州漾濞县发生M_S 6.4地震（25.67°N，99.87°E），震源深度8 km。之后，云南地区接连发生2次中强地震，分别是：6月10日楚雄州双柏县M_S 5.1地震（24.34°N，101.91°E），震源深度8 km；6月12日德宏州盈江县M_S 5.0地震（24.96°N，97.89°E），震源深度16 km。本文基于中国静止气象卫星FY-2G热红外观测数据，采用连续小波变换和相对功率谱方法，对2021年云南此3次中强地震发生前后热红外资料进行时空扫描，分析其亮温异常时空演化过程及特征。

1 数据来源

2021年5—6月，云南地区发生3次中强地震，本研究以2021年中国静止气象卫星FY-2G热红外观测数据产品为研究对象，分析地震发生前后热红外异常特征。为避免白天太阳照射导致的地表大幅升温所致干扰，选择夜间即北京时间00:00—06:00（GMT16:00—22:00）时段的7次亮温整点观测数据，采用补窗法和方差法简单去除云干扰影响，求均值后形成亮温日值数据。

2 数据处理方法

采用小波变换和相对功率谱方法，对云南地区2021年3次地震发生前后热红外数据进行分析。

（1）小波变换。有限时间序列的小波变换公式为

$ W_\psi f(a, b)=\frac{1}{\sqrt{a}} \int_{-\infty}^{\infty} f(t) \psi\left(\frac{t-b}{a}\right) \mathrm{d} t $

(1)

式中，f (t)为原始信号；W_ψf (a, b)为小波变换处理后的各频段分量；a为尺度因子，控制小波函数的伸缩，对应于变量的频率；b为时间平移因子，控制小波函数的平移。采用小波分析，可基本去除地球基本温度场和年变温度场、地形、天气等影响因素，得到在时间域里正负相间的亮温相对变化波形数据（张元生等，2010）。

（2）相对功率谱。采用Welch算法，将长度为n的数据分为L段，每段M个点，对每段数据加窗求傅里叶变换，计算各段功率谱平均值，计算式为

$ \bar{P}_x(w)=\frac{1}{L} \sum\limits_{i=1}^L \frac{1}{M U}\left|\sum\limits_{n=0}^{M-1} x_i(n) w(n) \mathrm{e}^{-j w n}\right|^2 \quad i=1,2, \cdots, L $

(2)

式中，U为归一化因子；w(n)为窗函数；P_x(w)为功率谱平均值（郭晓等，2010）。为了对比地震前后功率谱的差异，对每个像元（0.05°×0.05°）进行功率谱幅值相对处理，所得结果即为各像元的相对功率谱幅值（张丽峰等，2016）。

3 3次地震热红外数据异常分析

选取3次地震发生前后3—5个月内研究区热红外资料，采用Daubechies小波系中db8小波基，进行连续小波变换处理，因多数地震在热红外短临异常出现3个月内发生，取窗长为n = 64，滑动窗长为m = 1，对预处理数据进行傅里叶变换，计算并统计异常区面积及相对功率谱峰值，分析亮温异常变化特征，结果见表 1。

3.1 漾濞M_S 6.4地震

漾濞M_S 6.4地震发生在滇西地区，选取2021年1—5月该区热红外资料进行时空扫描，发现：2021年1月30日，维西—乔后断裂（F₁）北段出现微弱的热红外亮温异常现象，3月起异常面积和相对功率谱幅度逐渐增强；3月20日起异常区域迅速扩大，至4月8日，异常面积和幅度达最大，其中大于4倍功率谱平均值的面积约1.12×10⁴ km²，最大幅度为6.02。后逐渐减弱，进入5月，异常面积和幅度迅速衰减，截至5月28日，异常区域消失（图 1）。在异常面积和幅度减弱过程中，于5月21日发生漾濞M_S 6.4地震，震中位于异常区域南缘。

选取异常显著区域0.5°×0.5°范围内（27.1°—27.6°N，98.8°—99.3°E）2021年1—5月的相对功率谱，绘制其时间序列曲线，结果见图 2。结合图 1，可知2021年1月30日出现热红外亮温异常，5月28日异常消失，异常持续118天，异常最大面积约5.63×10⁴ km²。漾濞M_S 6.4地震发生在异常面积和幅度减弱过程中，异常出现后111天发震，震后7天异常消失（图 2）。

3.2 双柏M_S 5.1地震

双柏M_S 5.1地震发生在滇南地区，对该区2021年4—6月热红外资料进行时空扫描，发现：2021年4月7日，小江断裂带（F₂）中南段出现热红外亮温异常，4月11日，元谋—绿汁江断裂（F₃）中段出现异常，5月起异常面积和相对功率谱幅度均逐渐增强，至5月17日异常面积和幅度达最大，其中最大面积约8.74×10⁴ km²；6月，异常面积和幅度迅速衰减，至6月26日异常消失，异常持续80天。双柏M_S 5.1地震发生在异常面积和幅度衰减过程中，异常出现后64天发震，震后16天后异常消失，震中位于异常区域西南缘（图 3）。

3.3 盈江M_S 5.0地震

盈江M_S 5.0地震发生在小滇西地区，对该区2021年2—6月热红外资料进行时空扫描，发现：2021年2月15日，龙川江断裂（F₄）北段出现热红外亮温异常，3月1日，大盈江断裂（F₅）北东段出现异常，4月起异常面积和相对功率谱幅度均逐渐增强，至5月7日，异常面积和幅度达最大，其中最大面积约3.85×10⁴ km²；6月异常面积和幅度迅速衰减，至6月27日异常消失，异常持续132天。盈江M_S 5.0地震发生在异常面积和幅度衰减过程中，异常出现后117天发震，震后15天异常消失，震中位于异常区域西南缘（图 4）。

4 讨论

3次地震发生前，研究区存在的典型异常有：①地处滇西的云龙洞体应变EW分量异常：2020年起EW分量趋势南倾，8月22日转平，10月28日转折上升，12月25日转平，上升幅度为1 744×10^-8，仅为正常年变幅度的65%，并于2021年2月18日恢复正常动态[图 5(a)]；②地处滇南的楚雄垂直摆NS分量异常：2019年8月起，NS分量趋势南倾，2020年3月转平，7月再次加速南倾，至2021年4月，波动变化平稳，累计下降幅度为828×10^-3″[图 5(b)]；③地处小滇西的龙陵水温、流量和水氡异常：3测项2020年8月起出现同步异常现象，分别表现为高值、高值和低值状态，最大变化幅度为2.8 ℃、0.022 9 L/min和27 Bq/L[图 5(c)]。以上现象表明，在区域应力不断累积作用下，区域内局部岩层发生破裂，地壳深源气体沿裂隙通道逸出，与周围岩石摩擦造成地表增温；同时，深部流体与周围岩石和地表流体作用产生热对流造成增温效应。3次地震均发生在异常区域边缘、活动断裂另一端附近，而非异常显著、相对功率谱幅度最大区域，可能与区域构造环境、应力状态、岩石成分及裂隙发育度等因素有关。

5 结论

由云南地区2021年3次中强地震发生前后热红外资料跟踪分析可知，震前均存在显著的热红外亮温异常现象，地震多发生在异常区域边缘或附近；异常均首先出现在区域主要活动断裂一端，之后异常区域沿断裂带扩展，异常面积和相对功率谱幅度均逐渐增强；相对功率谱峰值出现在震前2个月内，即3次地震均在异常面积和幅度衰减过程中发生（表 1），与前人（张元生等，2010；解滔等，2015；张丽峰等，2016；姚休义等，2019）研究结果基本一致。因此，热红外资料跟踪分析，对区域短临地震预测有一定指示意义。

关于震级与热红外异常的关系，前人多集中在一组或多次地震的定性或半定量研究，如李治等（2018）拟合了震级与热红外异常面积之间的关系，但相关性系数较低。分析认为，2021年3次地震震级与异常持续时间、异常形态、异常面积、相对功率谱等无明显关系。

衷心感谢审稿专家给予的中肯建议。