百米級空間分辨率紅外數據地震監測應用能力評價

荊 鳳申旭輝康春麗中國地震局地震預測研究所，北京 100036中國地震局地殼應力研究所，北京 100085中國地震臺網中心，北京 100045

百米級空間分辨率紅外數據地震監測應用能力評價

荊 鳳1）申旭輝2）康春麗3）
1）中國地震局地震預測研究所，北京 100036
2）中國地震局地殼應力研究所，北京 100085
3）中國地震臺網中心，北京 100045

衛星紅外遙感技術用于地震監測已有近30年的歷史，目前研究人員所用的衛星數據源主要來自于NOAA/AVHRR、EOS/MODIS、FY靜止系列氣象衛星等紅外傳感器觀測獲得的紅外數據。其中AVHRR、MODIS紅外數據的空間分辨率為1km，FY靜止衛星的紅外數據分辨率為5 km。此外，在我國地震預報部門還使用NOAA長波輻射（OLR）數據產品開展短臨監測，該數據為利用衛星遠紅外波段反演的寬波段數據，數據空間分辨率為1°。

隨著空間對地觀測技術的飛速發展，各行業的衛星應用領域對衛星數據的空間分辨率提出了更高的要求。以我國為例，2015年年底，國家高分辨率對地觀測系統重大專項中的高分4號衛星將發射升空，該衛星是一顆軌道高度為36 000 km的地球同步軌道衛星，觀測面積大，能實現長期對某一地區持續觀測，這一特點對地震監測非常有利。該衛星的紅外通道空間分辨率能夠達到400 m，本研究主要通過對GF-4模擬數據開展研究，評估百米級空間分辨率在地震監測中的應用潛力，研究結果將為未來高分四號衛星數據進入地震監測領域提供依據。

以我國環境減災小衛星300 m紅外數據（時間分辨率較低）為模擬數據，通過空間變換將其轉換為400 m，1 km，5 km和110 km，這4種空間分辨率分別對應GF-4、MODIS、FY以及NOAA OLR四種不同空間分辨率的紅外數據。通過比較，評估400 m空間分辨率紅外數據對地物輻射特征的表現能力。

以甘孜—玉樹斷裂帶為研究對象，通過下載2009—2013年5年區內的HJ星數據，并對數據進行去云等處理，挑選出每月一景覆蓋斷裂帶且數據質量能夠達到研究要求的數據。根據2010年4月14日玉樹7.0級地震震中位置，分別在區內選擇9 km2（3 km×3 km）區域和9 km的條帶作為實驗區（實驗區覆蓋震中或地表破裂帶），評估百米級空間分辨率是否能夠反映出與玉樹地震有關的紅外輻射變化。為了對比，還在區內選擇了相同面積區域和條帶，選擇條件是遠離震中，且與實驗區具有相似的高程和下墊面特征。

由于模擬數據時間分辨率低，一些月份缺數據，造成時間序列分析數據不連續，本研究采用了保形插值算法對不連續的數據進行了補齊處理。

對9 km2實驗區的分析結果表明，遠離震中的矩形區和覆蓋震中矩形區內的亮溫變化均呈現明顯的季變和年變規律，即年變曲線為明顯的馬鞍狀分布特征，除此以外，覆蓋震中矩形區內的亮溫均值除了具備季變和年變規律外，在2010年3，4，5三個月有較明顯的亮溫增強，這一變化推測應該與2010年4月14日玉樹7.0級地震的發生有關。

2009—2013年覆蓋本次地震地表破裂帶的A條帶和遠離震中位于斷裂帶上的B條帶亮溫均呈現明顯的季變和年變特征，而A條帶在2010年4月呈現顯著的亮溫增強現象，亮溫值達到305.84 K，這一值為2009—2013年5年來的最高值，值得關注。

百米級空間分辨率在反映斷裂帶紅外輻射變化細節上有優勢，本次研究表明其能夠識別出小于10 km的活動斷裂帶紅外輻射信息和小于10 km2范圍的地震紅外輻射信息的微動態變化。未來獲得靜止衛星百米級的紅外數據后，結合其高時間分辨率的特征，將能在地震監測中發揮重要的作用。