中國大陸中強地震長波輻射信息變化特征

郭 曉 張元生 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）中國地震局地震預測研究所蘭州創新基地, 蘭州 730000

以靜止衛星長波輻射資料(OLR)為數據源，應用功率譜相對變化法對有資料覆蓋的中國大陸 5.6～6.4級中強地震進行了分析研究。使用的有效數據的起止時間為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衛星數據(FY2-E為FY2-C替代星)。由于數據量大，我們只選擇了地理范圍為 5°N～50°S、55°～150°E內的數據進行了處理。

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信息進行了小波變換處理。應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，此步驟相當于一個帶通濾波。由于雨云和寒熱氣流引起的溫度變化時間較短，一般為幾小時至數天，這種信息經小波變換可基本去除，即舍去小波2階的高通部分。對每個像元而言，經小波變換處理后的數據在時間域里是正負相間的長波輻射相對變化波形數據(單位為W/m2)，它的時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據進行功率譜估計。考慮短臨地震異常出現的時間一般在10～90天內，以64天為窗長，1天為滑動窗長作傅里葉變換，計算其功率譜，對每個像元的時程數據滑動一次可獲得一組功率譜，時間約定為窗內數據的起始時間，這樣就獲得了時頻空間數據。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，生成功率譜時頻相對變化空間數據。最后，功率譜相對變化法運用圖像處理技術對時頻相對功率譜進行時空掃描，易于提取有用信息和進行震例分析，尋找到幅值變化較大的對應頻率(即特征周期)、時間和區域位置參數。

震例分析結果表明，15個中國大陸中強地震中8個震級較大的中強地震前均出現了不同程度的功率譜信息增強現象，并且這種增強現象有些能夠持續到震后一段時間，特征周期表現有所不同，介于 13～32天，大部分為半個月左右。此8個地震基本發生在海拔相對較高地區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年海西地震表現尤為明顯。而其中7個中強地震均未發現較明顯長波輻射功率譜信息增強現象。這可能與這些地震震級較小，所表現的長波輻射功率譜信息增強現象較弱被地震所處的區域大氣環境等強干擾因素影響所至有關。

地震多發生在功率譜增強范圍區的邊緣或內部。功率譜幅值相對變化率極值大部分在地震發生前2個月內出現，地震短臨階段內特征功率譜幅值達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的持續時間介于20～80天，大部分位于50～65天，功率譜幅值最大值時大于 6倍的范圍面積達數萬到十幾萬平方千米。這些地震的短臨異常信息表現特征與之前的中國大陸MS≥6.5地震研究結果是基本一致的。