戴 勇， 高立新， 尹戰(zhàn)軍， 王 鑫， 學 峰， 張立豐

（內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局， 呼和浩特 010010）

0 引言

長波輻射（Outgoing Long-wave Radiation， 簡記OLR）， 又稱熱輻射通量密度， 是指地-氣系統(tǒng)向外層空間發(fā)射的電磁波能量密度， OLR 是對紅外單波段遙測數(shù)據(jù)經(jīng)過再處理后形成的寬波段（5～50 μm）信息[1]。 OLR 以覆蓋面廣、 資料分辨率高等特點， 早在二十世紀90年代就被引入地震預(yù)測領(lǐng)域， 已逐步成為除電磁、 形變、 流體三大傳統(tǒng)前兆學科之外的另一個不可或缺的學科[2-3]。 地震學者總結(jié)、 累積了大量的震例， 并對震前OLR異常機理進行了嘗試性地分析、 研究[4-9]。 隨著對OLR 數(shù)據(jù)研究的不斷深入， 其理論體系將不斷完善， 在地震預(yù)測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

2013年6月20日17 時05 分莫力達瓦、 嫩江交界發(fā)生5.0 級地震（125.2°E， 49.8°N）， 震中位于近NE 向嫩江斷裂與近EW 向濱洲斷裂交匯區(qū)域附近， 震源機制結(jié)果顯示為走滑型破裂， 其EW 節(jié)面與濱洲斷裂相一致。 本文將莫力達瓦、 嫩江交界5.0 級地震震中所在的區(qū)域（124.50°E~126.50°E， 47.50°N~52.50°N）作為研究區(qū)， 重點分析了莫力達瓦、 嫩江交界5.0 地震前后研究區(qū)內(nèi)OLR 渦度時空分布特征。

1 方法原理

本文采用的OLR 數(shù)據(jù)資料主要是由美國國家海洋大氣局（NOAA）提供的分辨率為1°×1°網(wǎng)格化數(shù)據(jù)（晚間）， 其單位為W/m2。

采用網(wǎng)格點OLR 數(shù)據(jù)， 利用公式（1）可計算出OLR 渦度值網(wǎng)格數(shù)據(jù)[8]：

2 主要結(jié)果

2.1 渦值空間演化特征

圖1 2013年莫力達瓦、嫩江交界5.0 級地震震中區(qū)OLR 渦度場逐月變化圖Fig.1 Monthly changes map of OLR vorticity field in the epicentral region of the Molidawa-Nenjiang M5.0 earthquake in 2013

圖1 顯示的是莫力達瓦、 嫩江交界5.0 級地震前后， 震中區(qū)域OLR月均值渦度空間分布。 莫力達瓦、 嫩江交界5.0 級地震前， 位于震中區(qū)域OLR渦度場存在顯著增強過程， 2013年4月、 5月沒有明顯的異常； 6月震中附近出現(xiàn)近圓形高值異常區(qū)， 中心點位置為（125.50°E， 49.50°N）， 其渦度值為5.6 W/m2， 震中位于高值異常區(qū)西北緣， 距異常區(qū)中心點40 km； 2013年7月高值異常區(qū)強度明顯減弱。

為排除OLR 渦度場變化的季節(jié)性因素， 在此采用距平方法對OLR 渦度數(shù)據(jù)進行處理。 具體來說就是先計算出震中區(qū)2007—2012年期間6月的OLR 渦度均值， 然后將存在異常的2013年6月OLR 渦度值與該均值進行差值分析， 得到2013年6月OLR 渦度距平結(jié)果（圖2）。 由圖2 可見， 去除背景值之后的2013年6月OLR 渦度場在震中附近仍存在高值異常區(qū)。

為進一步證明2013年6月震中區(qū)OLR 渦度場高值異常為前兆異常， 在此計算了2013年6月上旬OLR 旬均值渦度場， 結(jié)果顯示， 在莫力達瓦、嫩江交界5.0 級地震前震中附近已存在高值異常區(qū)（圖3）。

圖2 6月震中區(qū)OLR 渦度距平結(jié)果Fig.2 The anomaly result of OLR vorticity field located in epicentral region in June

圖3 6月上旬震中區(qū)OLR 渦度場Fig.3 The vorticity field of OLR located in epicentral region in early June

2.2 震中區(qū)OLR 時序特征

本節(jié)選取位于2013年6月OLR 渦度場高值異常區(qū)中心的格點（125.50°E， 49.50°N）， 重點研究該格點渦度值時序特征。 圖4（a）顯示的是格點（125.50°E， 49.50°N）OLR 渦度2012年11月1日至2013年6月22日日值時序曲線， OLR 渦度值自2013年3月6日開始出現(xiàn)顯著增強的異常變化， 方差明顯變大、 超差異常點頻次也增多， 在地震前兩天增強變化格外明顯。

圖4 格點（125.50°E，49.50°N）OLR 時序特征Fig.4 The sequential characteristic of OLR at grid point of (125.50°E, 49.50°N)

采用基于自適應(yīng)最優(yōu)核的時頻分析方法[10-11]對格點（125.50°E， 49.50°N）OLR 渦度日值數(shù)據(jù)進行了處理， 得到的時頻分析結(jié)果如圖4（b）所示，在莫力達瓦、 嫩江交界5.0 級地震前存在明顯的能量密度增強的異常變化， 異常期間譜結(jié)構(gòu)特征是不斷變化的， 2013年4月異常能量主要集中5.787×10-7Hz~1.7361×10-6Hz 頻段內(nèi)， 2013年5月異常能量主要集中在0 Hz~1.7361×10-6Hz 和4.6296×10-6Hz~5.787×10-6Hz 兩個頻段內(nèi)， 2013年6月異常能量主要集中5.787×10-7Hz~2.8935×10-6Hz 頻段內(nèi)。

3 結(jié)語

（1）莫力達瓦、 嫩江交界5.0 級地震前， 震中區(qū)域OLR 渦度場存在明顯增強的異常現(xiàn)象。 采用距平方法分析了存在渦度異常的2013年6月的OLR 渦度場特征， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)除去背景值之后的OLR渦度場在震中附近仍存在明顯異常高值區(qū)， 這說明2013年6月莫力達瓦、 嫩江交界5.0 級出現(xiàn)的異常并不是由季節(jié)等原因引起的。

（2）位于莫力達瓦、 嫩江交界5.0 級地震震中區(qū)格點（125.50°E， 49.50°N）OLR 渦度值時間序列曲線顯示， OLR 渦度值在莫力達瓦、 嫩江交界5.0級地震前存在明顯的短期異常變化， 異常幅度和異常頻次在臨震前增加明顯。 為進一步研究這一異常變化特征， 本文采用短時傅里葉變換方法對格點（125.50°E， 49.50°N）OLR 渦度日值數(shù)據(jù)進行了時頻分析， 結(jié)果顯示， 莫力達瓦、 嫩江交界5.0 級地震前存在明顯的能量密度增強的異常變化， 異常期間譜結(jié)構(gòu)特征是不斷變化的， 異常初期和后期以低頻成分為主， 異常中期以高頻成分為主。

（3）2008年汶川8.0 級地震和2013年蘆山7.0級地震之前， 在震中區(qū)都觀測到OLR 存在明顯的短期異常增強現(xiàn)象， 且兩次地震震中都位于OLR渦度場異常增強區(qū)邊緣[8，12]。 本文研究發(fā)現(xiàn)， 在莫力達瓦、 嫩江交界5.0 級地震前也出現(xiàn)短期OLR 異常增強， 并且震中也位于異常增強區(qū)的邊緣， 這是否與地震孕育有關(guān)， 有待于進一步研究。

致謝： 感謝康春麗教授、 荊鳳博士等為本文研究提供的基于衛(wèi)星紅外遙感的地震信息綜合處理系統(tǒng)！ 感謝審稿專家在文章修改過程中提出的寶貴修改意見！

[1] 康春麗， 李志雄， 孟慶巖， 等. 地震紅外長波輻射的短期預(yù)測指標研究[J]. 地震， 2009， 29（增刊）： 83-89.

[2] 戴勇， 丁風和， 韓曉明. 基于小波包分析的OLR 地震異常信息提取初探[J]. 地震， 2009， 29（3）： 61-66.

[3] 楊彥明， 張文韜， 張帆， 等. 內(nèi)蒙古地震監(jiān)測臺網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展[J]. 高原地震， 2013， 25（2）： 22-25.

[4] 劉德富， 羅灼禮， 彭克銀. 強烈地震前的OLR 異?，F(xiàn)象[J]. 地震， 1997， 17（2）： 126-132.

[5] 康春麗. 川滇地區(qū)長波輻射場變化與地震活動關(guān)系研究[J]. 地震， 2008， 28（3）： 43-48.

[6] 康春麗， 韓延本， 劉德富， 等. 強震前地氣系統(tǒng)長波輻射（OLR）異常的成因[J]. 地球物理學進展， 2008， 23（6）： 1703-1708.

[7] 李繼業(yè)， 任建輝， 高 峰， 等. 地震紅外長波輻射短期異常特征分析[J]. 中國地震， 2011， 27（4）： 410-418.

[8] 康春麗， 張艷梅， 劉德富， 等. 汶川8.0 級大地震的長波輻射征象[J]. 地震， 2009， 29 (1)： 90-97.

[9] 戴勇， 高立新， 張延芹， 等. 岷縣、 漳縣交界6.6 級地震長波輻射異常分析[J]. 地震工程學報， 2013， 35（4）： 794-799.

[10] 萬永革. 數(shù)字信號處理的MATLAB 實現(xiàn)[M]. 北京： 科學出版社， 2012.

[11] 王曉凱， 高靜懷， 何洋洋， 等. 基于時頻自適應(yīng)最優(yōu)核的時頻分析方法[M]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2010， 32 (1)： 22-26.

[12] 戴勇， 高立新， 王樹波， 等. 蘆山7.0 級地震長波輻射異常分析[J]. 地震地磁觀測與研究， 2014， 35 (1/2)：27-29.