中國大陸中強(qiáng)地震長波輻射信息變化特征

郭 曉 張?jiān)?魏從信 鐘美嬌 沈文榮

1）中國地震局蘭州地震研究所, 蘭州 730000

2）中國地震局地震預(yù)測研究所蘭州創(chuàng)新基地, 蘭州 730000

以靜止衛(wèi)星長波輻射資料(OLR)為數(shù)據(jù)源，應(yīng)用功率譜相對變化法對有資料覆蓋的中國大陸 5.6～6.4級中強(qiáng)地震進(jìn)行了分析研究。使用的有效數(shù)據(jù)的起止時(shí)間為2006年1月1日到2010年12月31日，其中2009年11月25日到2010年12月31日為FY2-E衛(wèi)星數(shù)據(jù)(FY2-E為FY2-C替代星)。由于數(shù)據(jù)量大，我們只選擇了地理范圍為 5°N～50°S、55°～150°E內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。

功率譜相對變化法首先是采用Daubechies(dbN)小波系中的db 8小波基對OLR信息進(jìn)行了小波變換處理。應(yīng)用小波變換可以去除地球基本溫度場和地形（直流部分）及年變溫度場等長周期引起的長波輻射, 即舍去小波7階的低通部分。用小波2階的低通部分減去小波7階的低通部分，即保留了中間頻帶部分信息，舍去了高頻和低頻信息，此步驟相當(dāng)于一個(gè)帶通濾波。由于雨云和寒熱氣流引起的溫度變化時(shí)間較短，一般為幾小時(shí)至數(shù)天，這種信息經(jīng)小波變換可基本去除，即舍去小波2階的高通部分。對每個(gè)像元而言，經(jīng)小波變換處理后的數(shù)據(jù)在時(shí)間域里是正負(fù)相間的長波輻射相對變化波形數(shù)據(jù)(單位為W/m2)，它的時(shí)間周期范圍包含著地震信息的短臨異常周期范圍。其次，功率譜相對變化法對這樣海量的長波輻射相對變化波形數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜估計(jì)?？紤]短臨地震異常出現(xiàn)的時(shí)間一般在10～90天內(nèi)，以64天為窗長，1天為滑動窗長作傅里葉變換，計(jì)算其功率譜，對每個(gè)像元的時(shí)程數(shù)據(jù)滑動一次可獲得一組功率譜，時(shí)間約定為窗內(nèi)數(shù)據(jù)的起始時(shí)間，這樣就獲得了時(shí)頻空間數(shù)據(jù)。為了更好地反映地震前后長波輻射變化的功率譜與其他時(shí)段的功率譜有何不同，我們對每一像元的所有頻率的功率譜作相對幅值處理，生成功率譜時(shí)頻相對變化空間數(shù)據(jù)。最后，功率譜相對變化法運(yùn)用圖像處理技術(shù)對時(shí)頻相對功率譜進(jìn)行時(shí)空掃描，易于提取有用信息和進(jìn)行震例分析，尋找到幅值變化較大的對應(yīng)頻率(即特征周期)、時(shí)間和區(qū)域位置參數(shù)。

震例分析結(jié)果表明，15個(gè)中國大陸中強(qiáng)地震中8個(gè)震級較大的中強(qiáng)地震前均出現(xiàn)了不同程度的功率譜信息增強(qiáng)現(xiàn)象，并且這種增強(qiáng)現(xiàn)象有些能夠持續(xù)到震后一段時(shí)間，特征周期表現(xiàn)有所不同，介于 13～32天，大部分為半個(gè)月左右。此8個(gè)地震基本發(fā)生在海拔相對較高地區(qū)的云貴高原和青藏高原，特征幅度峰值都相對較大，特征幅值極值范圍面積也明顯相對較大，普洱地震、姚安地震、2009年海西地震表現(xiàn)尤為明顯。而其中7個(gè)中強(qiáng)地震均未發(fā)現(xiàn)較明顯長波輻射功率譜信息增強(qiáng)現(xiàn)象。這可能與這些地震震級較小，所表現(xiàn)的長波輻射功率譜信息增強(qiáng)現(xiàn)象較弱被地震所處的區(qū)域大氣環(huán)境等強(qiáng)干擾因素影響所至有關(guān)。

地震多發(fā)生在功率譜增強(qiáng)范圍區(qū)的邊緣或內(nèi)部。功率譜幅值相對變化率極值大部分在地震發(fā)生前2個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)，地震短臨階段內(nèi)特征功率譜幅值達(dá)到近幾年來的相對最大值或極值，且變化幅度均在6倍以上，功率譜幅值(相對變化率)大于2的持續(xù)時(shí)間介于20～80天，大部分位于50～65天，功率譜幅值最大值時(shí)大于 6倍的范圍面積達(dá)數(shù)萬到十幾萬平方千米。這些地震的短臨異常信息表現(xiàn)特征與之前的中國大陸MS≥6.5地震研究結(jié)果是基本一致的。