震前電離層異常圖像識別?

武安緒（北京市地震局，北京 100080）

震前電離層異常圖像識別?

武安緒
（北京市地震局，北京 100080）

?基金項目：地震科技星火計劃(XH12001)資助。

地震電離層異常的發現源于Barnes對美國阿拉斯加地震的研究，研究表明電離層擾動與地震存在一定的關聯。利用電磁衛星觀測記錄識別中強地震前兆異常，近幾年已取得了重大進展。其中，時空背景場的分析與短臨異常的提取是涉及到的最關鍵的問題。PI方法（Pattern Informatics Method，PI）最初是根據地震活動研究提出的。通過對該算法在空間歸一化、閥值形式、累積方式、空間概率上進行一定改進，形成MPI方法，且用到衛星資料背景消除和異常分析中。

基于修改的MPI方法，采用合適的時間窗長、滑動步長、固定t2-t1時間段，計算中強地震前電離層時空MPI處理圖像（圖1）。由這些圖像可得到：修改的MPI方法既可以消除時空背景，又能很好地突出短期變化；對t2-t1空間圖像滑動的結果表明，汶川、老撾、蘆山等地震前和震時在震中附近的電離層中確實存在著持續時間不一的電磁異常，震后消失；汶川震前較長時間（30天）預測圖像沒有短臨變化信息，而震前一段時間（8～23天）動態預測圖像中震中附近確實存在著豐富的異常變化信息，而震前幾天（0～7天）又消失了，看不到短期變化信息；中強地震一般發生在高值區或梯度變化激烈區；MPI方法所具有的時空融合特點和采用的時間滑動技術，對大地震的時間和地點預測可能具有一定的指示意義。

通過震例分析表明：MPI方法對電磁衛星數據處理的核心是通過已有的長期觀測資料（t1-t0）與當前短期變化資料（t2-t1）的有機搭配，基于兩者的趨勢相關性、同一子區中兩個不同長度時間序列的自適應相減，充分利用和綜合考慮衛星數據時空耦合特點，通過時空數據的合理變換，在消除當前數據中存在的背景趨勢的同時，又能突出當前階段的短期變化異常信息，具有一定的自適應性；通過實際衛星資料處理證明，MPI方法在處理電磁衛星資料時，既能消除電離層因太陽活動因素產生的空間隨機異常變化，又增強了微弱的短期變化結果的穩定性；MPI與其他方法相比較，具有一定的區別，是一種時空融合處理的結果，也說明MPI方法是定量描述電磁衛星時空背景消除與短期變化信息有效挖掘的最佳選擇工具之一。

圖1　Electron溫度的時空變化與MPI動態演化圖像