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基于LST年趋势背景场的地震热异常提取算法

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地震地质 2016年第3期38卷 680-695页

作者：宋冬梅臧琳单新建袁媛崔建勇邵红梅沈晨时洪涛中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580 中国石油大学(华东)研究生院青岛266580 中国地震局地质研究所北京100029 上海市地震局上海200062 中国石油大学(华东)理学院青岛266580

地震发生前普遍存在的热红外辐射异常现象,是当前评估区域发震危险性的重要参数之一。然而,并非所有的地表红外异常都与构造活动或地震有关,如何排除非构造因素对地表热红外辐射的影响,从强噪声背景中提取微弱信号,是当前利用热红外遥... 详细信息

地震发生前普遍存在的热红外辐射异常现象,是当前评估区域发震危险性的重要参数之一。然而,并非所有的地表红外异常都与构造活动或地震有关,如何排除非构造因素对地表热红外辐射的影响,从强噪声背景中提取微弱信号,是当前利用热红外遥感技术研究构造活动的难点。地表温度(LST)背景场是热异常提取的基础,而以往研究中所建立的背景场不能有效反映当年气候变化对其的影响,造成热异常提取精度受限。为此,文中在提取热异常的过程中对背景场进行了改进,结合地表温度时间序列的周期性特征,引入谐波分析,采用傅里叶逼近的方法拟合地表温度离散时序,从中提取其年趋势,建立1个动态的、同时包含局地信息和年际特征的、更加可靠的地表温度背景场;将其引入RST模型,基于"kσ"准则识别地震热异常信息;最终采用异常方向、异常强度和距离指数这3个指标对异常结果进行分析,验证算法的有效性。利用MODIS地表温度产品,基于所提算法对2008年汶川地震进行了再研究,结果表明:1)汶川地震前存在明显的热异常,沿龙门山断裂呈带状分布,持续时间较长;2)发震期无明显的异常现象;3)震后热异常的发生具有循环往复性,但异常幅度和影响范围明显缩小。与传统的空间温度均值RST算法异常提取结果相比,文中方法所提取的热异常在空间分布上与活动断裂带更为吻合,对异常的产生消散过程刻画更加细致,表明以地表温度年趋势作为地震构造热异常提取的背景场更加可靠。

关键词：地震热异常地表温度背景场傅里叶逼近年趋势汶川地震

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基于偏度的地震热红外异常提取

地震地质 2020年第6期42卷 1509-1524页

作者：刘文宝孟庆岩张继超张颖卢显孟亚飞辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院阜新123000 中国科学院空天信息创新研究院北京100101 中国地震台网中心北京100045

地震热异常的存在已被大量震例研究所证实,但天气仍是热异常精细提取的限制因素。为此,文中在提取热异常时先采用时间域差值,后计算空间域差值以去除天气因素的影响;引入偏度异常数据监测算法,针对不同样本数选择不同阈值判断热异常。... 详细信息

地震热异常的存在已被大量震例研究所证实,但天气仍是热异常精细提取的限制因素。为此,文中在提取热异常时先采用时间域差值,后计算空间域差值以去除天气因素的影响;引入偏度异常数据监测算法,针对不同样本数选择不同阈值判断热异常。基于以上新算法分析了2016年12月8日呼图壁MS6.2、2017年8月8日九寨沟MS7.0和2017年8月9日精河MS6.6地震的热异常时空分布情况。结果表明:1)先采用时间域差值、后计算空间域差值将减少云对温度空间分布差异造成的热异常假象;2)在样本数满足异常判断需求的前提下,当背景场数量发生变化时,不同样本数对应不同阈值的热异常面积基本不变,热异常判断阈值的稳定性更强;3)九寨沟MS7.0地震的震前热异常整体围绕震中从NW军功断裂向NE陇县-宝鸡断裂以顺时针移动;呼图壁MS6.2地震的震前热异常从南往北整体向震中移动;精河MS6.6地震的震前热异常整体从NW的塔斯特-巴尔雷克断裂附近向震中移动且呈条状;4)分析多年热异常与地震间的关系发现,TPR随震级的增大升高,即震级越高则震前发生地震热异常的概率越大,该发现对未来地震预报具有重要意义。

关键词：地震热异常偏度背景场时间域差值空间域差值

基于逐像元方法的2010年花莲地震前热异常分析

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地震研究 2013年第1期36卷 42-46,141页

作者：杨杰南阳师范学院环境科学与旅游学院河南南阳473061

使用NCEP提供的气象同化资料,基于逐像元方法分析了2010年2月7日花莲地震前后两个月的地表等压面温度时空变化特征。发现:震前5天在菲律宾板块向欧亚板块移动的前端出现了孤立分布的高温区域,且随着地震的临近,向冲绳海槽和琉球海沟之... 详细信息

使用NCEP提供的气象同化资料,基于逐像元方法分析了2010年2月7日花莲地震前后两个月的地表等压面温度时空变化特征。发现:震前5天在菲律宾板块向欧亚板块移动的前端出现了孤立分布的高温区域,且随着地震的临近,向冲绳海槽和琉球海沟之间的海域移动,增温幅度最高达6℃。此结果与现有的地震热异常时空分布规律一致,表明逐像元方法不仅适用于地形起伏变化较大的内陆地震,在有海岛分布的海洋地震也同样适用。

关键词：逐像元 2010年花莲6 3级地震地震热异常

基于RST算法的地震热异常相关性研究与多时相分析

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基于RST算法的地震热异常相关性研究与多时相分析

作者：孟亚飞东华理工大学

学位级别：硕士

遥感具有快速获取大范围地表热环境的能力,在探究地表热环境变化具有诸多优势,利用卫星热红外遥感技术能够探测到大范围连续的近地表热场变化,为探索地震短临预报提供了新的技术途径。针对国内对于区域长时序地震热异常的分析研究的缺乏... 详细信息

遥感具有快速获取大范围地表热环境的能力,在探究地表热环境变化具有诸多优势,利用卫星热红外遥感技术能够探测到大范围连续的近地表热场变化,为探索地震短临预报提供了新的技术途径。针对国内对于区域长时序地震热异常的分析研究的缺乏,本文探究了新疆地区地震活动与长时序热异常数据的关联性;为准确判定热异常是否与地震相关,改进一种热异常与地震相关性的判定条件,探究基于夜间多时相数据的热异常与地震相关性。本研究主要成果与结论如下:论文选取新疆地区2014—2018年主要地震作为研究对象,探究地震活跃区域内地震活动与长时序热异常数据的关联性,基于卫星数据稳健分析技术(RST)和MODIS/LST数据提取热异常,结合热异常特点及筛选方法分析发现:在新疆地区内共发现84次热异常,在热异常窗口期内出现地震39次,占比46.43%;随着震级增大,地震被热异常检测到的比例逐渐增大,当震级不小于5.8级时,研究区地震均与热异常有关;在相同震级阈值统计下,塔里木盆地中线以北区域地震与热异常相关性高于南部,针对新疆地区地震热异常提取与分析,对于该地区地震研究具有参考意义。夜间均值或某时刻数据提取的热异常难以反映夜间热环境的整体情况,并不能确定热异常时空分布是否符合地震热异常特性,通过改进一种热异常与地震相关性的判定条件,探究基于夜间多时相数据的热异常与地震相关性。使用第二代欧洲气象卫星搭载的SEVIRI传感器数据,基于RST方法分别提取了欧洲4次热异常,通过热异常的实例分析,认为仅以夜间均数据在判断热异常是否与地震相关,存在一定局限性,分析夜间多时相热异常可更清晰探究研究区热环境时空变化;利用静止气象卫星高时间分辨率的特性,探究夜间多时相热异常时空分布特征,根据夜间多时相热异常的时空分布分析表明,改进后的判定方法有助于判断热异常是否常可能与地震有关,云层对于热异常提取影响较大,云层的扩散与消失可能对热异常提取结果有着重要影响,这对于地震热异常演变分析具有参考价值。

关键词：地震热异常遥感数据多时相 RST算法时空分析

地震前热异常机理的多物理场耦合数值模拟研究 ——以汶川地震为例

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地震前热异常机理的多物理场耦合数值模拟研究 ——以汶川地震为例

作者：丁留伟中国地震局地质研究所

学位级别：硕士

强震前震中区较大范围内出现热异常是一种普遍现象,已受到地学界高度关注。最近的研究表明：①震前的热异常可以表现为红外增温,也可以是潜热通量和感热通量变化;②异常区与震中位置配合较好,基本是顺断裂带走向的;③临震前,异常区从外... 详细信息

强震前震中区较大范围内出现热异常是一种普遍现象,已受到地学界高度关注。最近的研究表明：①震前的热异常可以表现为红外增温,也可以是潜热通量和感热通量变化;②异常区与震中位置配合较好,基本是顺断裂带走向的;③临震前,异常区从外围向震中区域收缩。对于强震前热异常形成机理,国内外许多学者进行过研究探讨,提出了许多猜想和假设,主要观点有：地球放气温室效应,电场激发增温效应,应力致热说,地下深部热物质上涌等。热异常机理是复杂的,由于缺少足够的观测事实作为依据,岩石变形产生的热异常数值很小,且岩石热传导过慢等,使这些假说在解决实际问题时,尚有诸多矛盾和困难之处。地震的孕育和发生是在多物理场相互作用下进行的,震前热异常主要沿活动断裂带分布,在震前由于活动流体的参与造成水位的变化或气体的释放,特别是当高温流体进入地表时,是很有可能形成热异常的一种形式。震前地下热能是否可以传递到地表,如何传递到地表?传导和流体对流哪个占主导?诸多因素,如地壳结构、构造应力、活动断裂带分布和介质性质等,它们是怎样影响地下热能的上传?这些问题的分析和解决,都离不开对地下岩体的应力场、渗流场和热场相互作用的研究。地下岩体中岩石变形与热效应会导致流体孔隙压力和渗透特性的改变,流—固传热和岩石变形生热能引起温度的变化,热应力与流体孔隙压力变化会影响岩石变形。2008年汶川Ms8.0地震是近10年来中国大陆发生的最大地震,造成了巨大的人员伤亡和建筑物破坏,震后调查和分析研究结果表明,该地震前数天内有显著的热异常,特别是潜热通量异常。热异常的特点具有：1)显著性,比周边地区高出1倍以上;2)孤立型性,仅出现在在震中及附近地区;3)持续性,3天以上;4)与构造相关性,沿发震构造—龙门山断裂带分布。汶川地震是青藏地块与华南地块相互作用的产物,是典型的逆冲型地震,对汶川地震热异常机理的研究具有重要的理论和现实意义。本研究在综合龙门山地区地质构造、地球物理资料基础上,建立热场、流体场和应力场(Hydraulic-Thermal-Mechanical, HTM)耦合的动力学模型,利用COMSOL多物理场耦合数值模拟软件,在高性能计算上模拟在青藏高原东缘向SE方向推覆挤压作用下,地壳岩体压缩变形,并会在断裂带内产生微破裂,地下流体流速、热通量和温度可能会出现异常变化,试图揭示逆冲型地震前热异常的产生过程和分布规律。地震孕震过程中应力场、渗流场和热场耦合作用数值模拟研究尚未见报道,包含许多需要探索的内容,本文主要展开了以下几个方面的工作：(1)建立孕震过程的热-流-固三场耦合的动力学模型根据龙门山地区地质与地球物理资料,总结不同学者有关龙门山断裂带的发震模式,以横跨龙门山断裂带长120km的地质构造剖面为基准,建立了龙门山地区中、上地壳尺度范围内的二维多孔介质几何模型,模型主要包括川西高原、四川盆地中上地壳和龙门山断裂带。(2)研究龙门山断裂带三场耦合关系和相互作用的边界条件根据龙门山地区地貌、GPS和探槽资料数据,进行推挤速度分析,西北侧分别以V,、V2速度推挤川西高原的上、中地壳,分析了V1=V2和V1

关键词：数值模拟多物理场耦合地震热异常汶川地震龙门山断裂带

“高分四号”卫星在地震行业中的应用潜力分析

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航天返回与遥感 2016年第4期37卷 110-115页

作者：荆凤徐岳仁张小咏申旭辉陈立泽中国地震局地震预测研究所北京100036 中国地震应急搜救中心北京100049 中国地震局地壳应力研究所北京100085

遥感技术应用于地震行业涉及的领域包括地震构造调查、震害评估、地震热异常监测等。随着中国空间技术的发展,国产卫星数据正逐渐替代国外卫星数据,在地震行业应用中发挥着越来越重要的作用。2015年12月29日,中国首颗静止轨道高分辨率... 详细信息

遥感技术应用于地震行业涉及的领域包括地震构造调查、震害评估、地震热异常监测等。随着中国空间技术的发展,国产卫星数据正逐渐替代国外卫星数据,在地震行业应用中发挥着越来越重要的作用。2015年12月29日,中国首颗静止轨道高分辨率遥感卫星——"高分四号"卫星成功发射,为卫星地震应用提供了新的数据源。文章从地震热异常监测、区域地震构造研究、极震区宏观破坏识别三方面分析了"高分四号"卫星在地震监测预报、地震灾害预防和地震紧急救援,地震三大主体业务中的应用潜力。还以2014年鲁甸地震为例,利用"高分四号"卫星数据对震后造成的大型滑坡进行了识别,结果表明"高分四号"卫星数据能够从空间上识别大型地震地质灾害的空间分布位置,可为震后应急救援指挥决策提供及时和有效的信息。

关键词：地震应急救援地震热异常地震构造 “高分四号”卫星