基于2017年九寨溝7.0級大地震氣候參數的地震與氣候的能量補償關聯分析

董利康

摘要：大型地震地震都會有一個震前能量聚集和震后能量釋放的過程，為保持震區能量平衡的長期穩定性，能量釋放過后，應該會在某些方面表現出能量補償現象。本文統計了九寨溝溫度和降水數據，利用大氣的比熱容和距平方法，分別分析了震區大氣熱能值和多年的降水量的變化規律。結果表明，九寨溝震區大氣熱能值震前升高，震后降低。而降水量震前降低震后增多。參考質能定律的概念，將降水視為能量的高聚體，震區熱能值與降水具有互相補償的規律特征。驗證了為保證震區能量平衡，震區的能量補償現象，即該補償理論具有一定的合理性。

關鍵詞：九寨溝?地震?降水?能量補償

1資料與方法

本文通過中國氣象局網站的資料查詢，統計了九寨溝在以地震當天為中心，前后近五年的每日最高氣溫、最低氣溫和多年月降水量。首先，為了分析討論九寨溝的震后地表單位質量大氣熱量值的變化規律特征，當大氣溫度為零時，令單位質量大氣所含熱能值用q0表示，大氣的比熱容約為C=1.0kJ/（kg·℃），則溫度為T的單位質量大氣所含的熱能值為Q=q0+T*C，計算每日最高氣溫和最低氣溫的均值作為當日平均氣溫。根據上述公式即可得出每日九寨溝震區的單位大氣所含熱值。由于地震發生在2017年的8月，單純的計算2017自然年的年數據并不能很好的反映地震前后的變化規律。因此本文引入一個統計年概念，以2017年九寨溝月8日為界限日期，分別計算九寨溝前一年、前兩年、后一年、后兩年的震區每年單位質量大氣的年熱能值之和。記為統計年-1、-2、1、2。由此來反映震區地震前后單位質量大氣年熱量值之和的變化規律。同時，為了有利于比較，分析降水的變化時，在直接使用降水量值同時也使用降水量距平百分率（其中r為年降水量，R為相應的多年平均值）對氣象局多年的降水量進行分析，得出自2003年以來九寨溝地區的降水變化特征。同樣采取統計年方式，按照相同的方法統計了九寨溝以地震日為界限的地震后一年和后兩年前一年和前兩年的年降水量，即統計年1、2、-1、-2。其計算溫度和與降水和統計年的時間跨度示意圖如圖1所示。從地震日起往前365天記為一個統計年-1，第二個365天記為統計年-2，往后第一個365天記為統計年1，第二個365天記為統計年2。

2?統計數據結果

2.1九寨溝溫度統計

圖2為九寨溝五年日均溫度的波動圖，九寨溝震區整體波動滿足了春夏升溫，秋冬降溫的季節自然變化規律。通過觀察發現，九寨溝2015，2016和2018年都有一段低于零度的氣溫，而2017年最低溫時期沒有出現負溫。這滿足了震前地區熱值升高，震后能量釋放，地區熱值降低的預期。但總的來說，從折線圖整體輪廓來看，每年的變化情況基本一致，其異常形態不夠清晰突出，識別出其它的變化異點存在難度，因此，為了發現其中的不易發現的規律，應該采用一些特殊的手段對其數據進行分析。

通過比熱容計算震區單位大氣的年總熱值并對年總熱值數據進行分析是本文來發現由溫度隱含的能量變化規律的主要方法，其計算方法是根據地方溫度與當地單位質量大氣熱值的關系，利用公式Q=q0+T*C分別計算每日的大氣熱能值，引入統計年概念分別計算九寨溝各統計年的單位質量大氣年熱能值總和來反映了震區年熱值的變化規律。統計結果如表1所示。

由表1可以看出，九寨溝震前二年比震前一年的大氣年熱值55kJ，平均每日增多0.15?kJ，震后一年比上一年少157.5?kJ，平均每日減少0.43?kJ，震后第二年比前一年少188.5?kJ，平均每日減少0.52?kJ。將每統計年年熱值同時減去一個365*q0KJ，作柱狀圖如圖3，可以發現，利用比熱容將溫度轉為單位大氣熱能值之后計算的九寨溝大氣統計年年熱值呈現出一種明顯的震前增大，震后減小的特點。表現出了九寨溝震區震前熱能聚集，震后損失的能量變化規律。

2.2九寨溝降水統計

根據中國氣象局網站讀取九寨溝地區自2003年起多年的每月降水量作為基礎數據。分別計算各年的年總降水量，其結果如圖4所示。可以發現，九寨溝地區的降水一般在600到900mm之間，其最高降水量發生在2018年和2013年，降水量都接近900mm。圖5為多年降水量距平百分率，可以看出近6年的降水量變化幅度較大，距平百分率在±20%之間。從2013年九寨溝降水出現一個峰值后開始出現一個持續的降低直到2016年，平均每年降低81.6mm。隨后在2017和2018兩年大幅度增大，單年增大幅度達到127.5mm。

因為地震發生在8月份，因此直接參照九寨溝2017年的總降水與多年平均降水量的對比結果會受到震前8個月的降水數據影響，為了更準確突出震后降水量的變化特征，分別計算統計的基礎數據的統計年-2、-1、1、2的降水量和距平百分率.。結果如表2所示，震前兩年統計年降水量均低于多年均值，距平百分率在-15%到-20%之間，震后一統計年的降水量升到960mm，比多年均值多206mm，距平百分率達到27%，第二統計年降水量回跌到平均水平。統計年的降水量變化特征比年份的降水量特征更加明顯。

3?結果分析與討論

從本文對震區溫度變化分析可以知道，九寨溝出現了震前震區大氣熱能值升高，震后幾年熱值明顯降低的現象，即反映了九寨溝地區地震前后大氣的熱能值的變化規律，符合震區震前熱能升高震后熱能降低即能量損失的規律特征。而對九寨溝降水量的統計結果，從圖4和圖5的自然年年降水和距平百分率來看九寨溝震前降水量逐年降低，在本文補償分析中理解為震前聚能，單位大氣熱能增多，地區能量升高，為保持當地能量平衡，因此降水量減少。而震后一年的統計年的降水大幅度增多，是由于8月8日大地震釋放大量能量，震區能量降低，因此，根據愛因斯坦的質能定律將物質（此處為降水）視為能量的高聚體。本文認為，在九寨溝發生7.0級的特大地震后，震區能量得到大量釋放，為保持當地能量平衡的長期穩定性，震后一年，降水作為能量的載體對當地的能量損失在震后一年里進行了補充。驗證了能量補償理論猜想具有一定的合理性。該理論可以粗略的與“震前干旱，震后洪澇”?的大部分地震自然規律相吻合。

由于降水在地球系統中具有良好的循環能力，因此以降水的變化規律來驗證能量補償的合理性是目前已知的一個較優選擇。但一方面，降水作為一種由大氣圈直接影響的東西，影響降水的因素除地震外還有很多，或者說不同的因素對降水的影響的權重的差異，則會導致降水由地震影響的變化特征受到其他高權重影響因數的影響，使得結果特征不明顯甚至成負相關現象。另一方面，要想物質補償規律明顯，地震的能量釋放應足夠大，否則補償物質的變化規律容易被各種不確定因數所掩蓋。

震后的物質補償應該是多方面的。所以，在不同震區，尋找一個最合適的視為能量高聚體的物質，或者其他能量形式，根據相關的數據指標來驗證該猜想也是目前迫切需要解決的問題和主要研究方向之一。

4?結論

（1）將統計數據進行分析討論，得出九寨溝地區的單位大氣年總熱能值出現震前升高震后降低的變化規律。符合震區能量升降的變化特征。反之，九寨溝震降水則出現震前降低震后升高的特征，震后統計年降水結果表明，震后一年內降水量發生了明顯的增多。

（2）根據以上震區的溫度和降水分析討論，地震前震區能量聚集降水減少，震后能量釋放降水增多，驗證了雨水作為一種能量的載體維持著震區能量平衡，震后震區的能量損失以降水的形式對當地的能量進行了補償，以維持當地能量平衡的長期穩定性。即能量補償的合理性。

（3）將降水作為能量的高聚體來分析震后能量補償現象是目前發現的一個較為合理的選擇，除降水外，該能量補償應該還具有在其他物質或其他能量形式方面的表現，有待更多的科研工作者在其他領域做更多的研究分析與討論。

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