尋找打開地震預報大門的鑰匙

地震預報尤其是臨震預報，是當今國內外公認的世界性難題。對于這個復雜的問題，需要改變我們的思維模式和探測手段來尋找突破口。筆者認為，不管地震成因和地質構造是多么復雜和不可知性，但作為臨震前兆的地溫突升現象卻是單純的，是容易被捕捉的一個物理量。特別是80厘米及以下的地溫變化基本上已擺脫了地表以上天氣變化及日輻射等影響，是反映地殼內部活動的一個很好的度量。以觀測到的地溫突升異常為先導，讓地溫觀測網與衛星熱紅外遙感相融合，設法確定和提取由于地溫突升異常所導致的地表熱紅外異常信息范圍分布，可以用來預測發震時間和發震地點，很可能成為打開地震預報之門的一把鑰匙。

地溫突升是一種明顯的地震前兆

筆者通過對1976年唐山大地震氣象背景分析研究，發現震前四天唐山和昌黎80厘米地溫日變率分別突升1.1℃和1.2℃。正常情況下，日變率多在0.3℃范圍內擺動。通過濾波對比分析論證了地溫突升主要是來自地下深處影響所致。通過反查，1969年7月15日唐山80厘米地溫日變率突升1.0℃，三天以后發生了渤海大地震。

中科院蘭州高原大氣物理研究所匯編了全國383個氣象臺站80厘米、1.6米和3.2米，1954年～1985年月平均地溫距平資料，若以80厘米地溫較月平均值大于1.0℃為異常的話，在1955年～1985年期間我國大陸內有大于6.0級地震53例在震前出現異常。

1976年云南龍陵7.4級地震，震前一年到數月就發現震區內40厘米和80厘米地溫有突升異常現象，且80厘米較40厘米地溫突升異常更大，而被證明是來自地下深處影響所致。

1990年4月26日青海共和地震前，塘格木農場氣象站發現4月21日40厘米地溫只有零下0.7℃，可從第二天開始，便逐日突升，4月24日達到最高值5.0℃，25日稍回落為4.4℃，這是他們歷來不曾發現的奇異現象。1966年2月5日東川6.5級地震臨震前，80厘米地溫也有增溫異常現象。

自古以來，在我國發生的許多大地震中，由于缺乏測溫儀器和地溫觀測項目而未能記錄到地溫和氣溫的情況不乏其數。僅就史料記載中人的感受情況來講，如1679年9月2日北京平谷8.0級大地震，震前正逢“特大炎暑，熱傷人畜甚重”。1920年12月16日寧夏海原8.6級大地震，“未震之先數日，四面天邊變黃如火焰，晴空氣燥，不知何故”。1933年疊溪7.3級地震，震前“連日皆極晴朗炎熱，震前尤甚”。1937年8月1日山東菏澤7.0級強震的前一年“天氣酷熱，住房墻壁如燙，麥收時節腳踩麥稈感到熱死人的程度”。1966年3月8日邢臺6.8級地震前，2月22日至3月2日邢臺地區持續增溫，增溫最大中心出現在震中附近。1975年2月4日海城7.3級地震前，1月份特別暖和，地面開花，冰層融化等。

據前蘇聯科學家報道，1968年11月15日蘇聯阿什哈巴德6.5級地震和1984年2月22日如貝索克·布魯次克6.0級地震前，震中區3.2米深地溫在震前1天～2天內出現增溫達2℃～3℃。

據1982年日本科學家報道，1980年6月日本伊豆半島東部近海6.7級地震的前三天，在震中20千米處的溫泉水溫明顯增溫1.8℃。

1970年蘇聯達格斯坦地區6.5級地震前幾天，在距震中30千米深井水溫突升1℃～3℃。震前水溫異常與地溫異常的異同及內在聯系有待進一步的研究。

應當指出，大震前地溫突升并導致地表氣溫增高很可能是以振源為中心向四周輻射的不規則微斷裂帶上的一種普遍現象，只要有足夠的測站密度和一定的手段就會大大提高捕捉到地溫突變這一重要地震前兆信息的。不過由于受到天氣變化及日輻射變化等影響，地表溫度增高異常不完全是由于地溫突升異常引起的，但是，只要有地溫的突升異常，必然會影響到地表溫度的增高，這為衛星熱紅外遙感探測地震活動提供了可靠的觀測上的依據。

用衛星預測地震尚處在探索階段

衛星熱紅外遙感是利用星載傳感器收集、記錄地物的熱紅外輻射信息，并利用這種熱紅外信息來識別地物和反演出地表溫度等。對于探測地震活動來講，常用到10微米～12.5微米的熱紅外波段。

衛星熱紅外遙感圖像可以簡單的被認為是地物輻射溫度分布的記錄圖像，它用黑-白色調的變化來描述地面景物的熱反差，圖像色調深度是與溫度分布相對應的，其淺色部分對應溫度較高，深色部分對應的溫度較低。遙感圖像又分為影像和數字像兩種。在地震活動性研究中，用的最多的是數字圖像。數字圖像是根據地物的色調差異被編為一組二維的數據矩陣，主要是便于圖像的處理和轉換。

近20年來，我國地震學者結合地震實例應用衛星熱紅外遙感資料，已取得了一批研究成果和積累了一定的經驗，這為今后探測地震活動打下了良好的基礎。但也應當指出，目前該項探測活動的研究水平仍處于探索階段。主要是由于震前的熱紅外異常的判據及提取方法仍存在著一些不確定性，直接地投入到地震的預報業務中來還有相當的距離。究其原因，不是由于衛星熱紅外遙感探測手段和探測技術上的落后，而是由于地表以上天氣系統演變及日輻射變化等所導致的地表溫度場的變動是劇烈的和無常的。特別是云、霧及降水的產生、發展不僅阻礙了衛星熱紅外遙感對地表狀態的正常探測，反過來又控制和制約著地面溫度場的重新分布。再加之地熱、火山爆發、城市熱島效應以及地表狀態差異等對地表溫度的干擾，使得地表以上的溫度隨機應變，異常復雜。隨時間和空間的變化到處都有可能充斥著一些虛假的熱紅外異常現象。再加之由于地震效應所產生的地熱信息釋放對地表溫度場的影響，相對天氣變化等影響都是相對較小和較弱的。實際上通過唐山地震震例分析得知，臨震前由于地溫突升形成的“地熱”中心與地表以上暖中心并不相重合。因而，直接應用衛星熱紅外遙感探測地震活動很難準確地找出震中所在位置，即使對活性斷層多加關注也仍然會無濟于事。這是因為地球上的構造斷裂縱橫交錯，異常復雜。特別是在沒有目標的情況下，仍然不能擺脫眼花繚亂無所適從的境地，而很容易聲東擊西招致失敗。

為了尋找突破口，衛星熱紅外遙感必須與地溫觀測網相融合來確定出自己的搜索范圍和目標，才能真正顯示出衛星熱紅外遙感探測地震活動的無比威力。

組建天地一體地溫觀測網的設想

地溫突升現象是比較容易捕捉到的地震前兆信息之一，衛星熱紅外遙感只有與地溫觀測網相融合，才能確定出自己的監測范圍和目標。組建天地一體地溫觀測網將可能突破目前地震無法預報的局面。

目前，在我國960萬平方千米的陸地上，有基本氣象臺站720個，其中多數臺站開展了地表淺層地溫的觀測，少數臺站開展了每天一次的80厘米、1.6米和3.2米深的地溫觀測記錄。如再加上一般氣象觀測站，全國共計2000多個氣象臺站。目前，地震部門已建成總計1400個地震監測觀測站。

地溫觀測網就是要把2000多個氣象臺站和1400多個地震臺站統一增設80厘米及以下深地溫觀測項目，同時都納入到地震監測網來，必要時還可通過上萬個無人氣象站和無數個地震群測點都納入到地震監測網來。為了擺脫天氣變化及日輻射等干擾影響，必須統一規范重點放在80厘米及以下深地溫觀測上，有關技術問題可由地震和氣象專家反復論證逐步實施。從我國國情出發，該項目勿需太大的投資，而是充分利用氣象、地震系統現有的人力、物力和觀測點，并逐步實現地溫觀測、資料傳輸和資料處理的自動化完善地步。

應當指出，地溫觀測網自身也有一定的局限性，已有的測站資料都是人工每天一次的定時觀測記錄，時間上很不連續。即使將來做到了實時地動態監測，而測站距離之間總是存在著觀測上的盲區的。因而地溫觀測網也迫切需要與衛星熱紅外遙感相融合來彌補自身的不足，并做到相互印證，優勢互補。

衛星遙感如何與地溫觀測網相融合

假定地溫觀測網在已建立的基礎之上，當某個或幾個地溫觀測點觀測到地溫突升異常時，立刻從周圍復雜多變的衛星熱紅外圖像信息中擺脫出來，轉移到有地溫突升異常的上空圖像中來重點進行分析研究，并設法確定出熱紅外異常的范圍分布和提取可能的“地熱”異常信息。再配合地應力、地形變以及地磁、地電、重力、地下水、水化學等手段同時加強和跟進，便形成了天上、地上和地下一個新型的立體化觀測系統。

該系統具有兩大特點，一是作為地震前兆的80厘米及以下深地溫突升異常已基本上擺脫了地表以上天氣變化及日輻射等影響。二是從周圍復雜多變的衛星熱紅外圖像中擺脫出來，轉移到有地溫突升的上空圖像中來，從而為衛星熱紅外遙感提供了重點監測范圍和目標。對于臨震預報來說，如果所監測到的地震前兆即地溫突升異常是真實的話，可以推斷在3天～5天內，在熱紅外異常的分布范圍內將會有大地震發生，所預報的發震時間和發震地點將是相當精確的。至于震級的大小仍有待進一步的研究。

衛星熱紅外遙感與地溫觀測網相融合，將擺脫長期以來一直束縛人們手腳、使得地震預報特別是臨震預報遲遲不能突破和不能過關的外界自然因素的干擾，從而為探測地震活動開辟一條嶄新的途徑。