基于热红外遥感的地震地表温度异常分析及机理探索

A large number of observed facts and studies have shown that there are many thermal anomalies in the process of some seismic activities. And we can use satellite thermal infrared technology to detect a wide range change of continuous near-surface thermal field .Firstly, the project will establish China's three time-scale background of land surface temperature based on the ten years land surface temperature (LST) products of MODIS on AQUA satellite, including year, week, day type. Secondly, On the basis of this background field, we will considering land cover type using Normalized Difference Vegetation Index(NDVI) to improve satellite thermal infrared anomaly appraisal algorithm- Robust Satellite Technique (RST) to make it more suitable for seismic weak thermal information, with MODIS products of three time-scale surface temperature in moderate strong earthquakes more than M5.0 of China. And we are going to make application of land surface temperature anomalies in experimental area. Thirdly, the influence of MODIS observation thermal radiance by greenhouse gas such as H2O, CH4 is about be simulated and analyzed by MODTRAN of atmospheric radiative transmission model. Based on the simulation results, we will analyse greenhouse effect to seismic thermal infrared anomaly in some earthquakes using greenhouse gas content retrieval from AIRS of AQUA satellite..Through these studies, we verify the greenhouse effect of mechanisms of the satellite thermal infrared anomaly.The project has academic significance to reveal mechanisms of the satellite thermal infrared anomaly, and has application value in promoting earthquake prediction research.

大量的观测事实和研究表明一些地震活动伴随热异常现象，利用卫星热红外遥感技术能探测大范围连续近地表热场变化。本项目基于AQUA卫星MODIS近十年的月、周、日三种类型地表温度产品，建立地表温度背景场。以背景场为基准，结合中国5级以上震例MODIS三个时间尺度地表温度产品，利用MODIS同步获取的植被指数（NDVI）考虑地表覆盖情况，优化卫星热红外异常评价算法Robust Satellite Technique（RST），选取实验区，开展地震地表温度异常应用。在此基础上，利用大气辐射传输模型MODTRAN进行H2O、CH4等温室气体含量对MODIS热辐射信息影响的敏感性模拟，收集地表温度异常震例中AQUA卫星AIRS温室气体含量数据，分析温室气体对地震热红外异常的影响，检验地球放气温室效应的地震热红外异常机理。本项目对揭示地震热红外异常形成机理有学术意义，在推进地震预测研究方面有应用价值。

因为地震孕育机理的复杂性，地震预报是目前尚未取得实质性突破的世界性科学难题。大量的观测事实和研究表明一些地震活动伴随热异常现象，利用卫星热红外遥感技术能探测大范围连续近地表热场变化。本项目对地形、地物类型和气象等非震因素对地表热红外辐射的影响时空变化特征进行定性和定量的分析基础上，提出了地震红外背景场的构建方法，即利用多年的MODIS地表温度产品，以地震发生前数年的每一像素对于位置的平均值和标准差作为背景场，在分析红外异常提取算法RST和涡度算法基础上，提出了结合两种算法的异常提取算法，并定义为地表温度异常指数。. 收集了中国大陆及周边5.0级以上地震的目录，并对震例进行筛选，利用该算法对40个震例进行了运算，并对典型震例进行了特征分析。此研究共处理2007年以来40个5.0级以上震例地表温度数据产品， 6.0≤Ms<7.0 级震例28个，Ms≥7.0级震例8个，5.0≤Ms<6.0级震例4个。有18个震例有明显的震前异常信息，占45.0%，有6个震例震后有明显的异常，占15%，另外还有40%没有发现明显的异常信息。从8次7级以上地震的分析结果看，其中4次地震前发现明显的地表温度异常，并且4次异常的时间都为地震发生前一个月以内，异常的位置都距离震中200KM以内，说明异常指数对于地震的发生位置有着很好的指向意义。在4次未发现震前异常的震例中，发现2次7级以上的地震发生在新疆于田县，此外该地区的一次6.3级也未发现异常。青海省海西蒙古族藏族自治州3次6级以上地震也都未发现异常；西藏的多次6级地震也没有发现异常。而在四川、云南等地区，发现震前异常比较多，因此，统计结果来看，地震热异常的出现与地震所发生的区域有一定关系。同时项目研究定义的异常指数对于强震的地点预测有着很好的指示意义。. 利用大气辐射传输模拟软件MODTRAN，开展了大气水汽、CO2、CH4对热红外波段（4～14μm）影响分析;不同气体含量下，红外波段表观辐亮度变化特征分析;不同气体含量下MODIS各波段辐亮度变化分析和不同气体含量下遥感辐亮度数据模拟;分析结果表明，水汽含量和二氧化碳对辐射亮度的变化较为敏感，可能为地表温度异常的原因之一。