MODIS亮温与气温及地温的相关性分析.pdf

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1、Vo1．32．No．1第32卷第1期地震地质2010年3月Mar．，2010SEISM0L0CYANDCEOLOGYdoi：10．3969／j．issn．0253—4967．2010．01．013MODIS亮温与气温及地温的相关性分析刘放吕弋培江利明辛华张铁宝路茜1)四川省地震局，成都6100412)香港中文大学太空与地球信息科学研究所，香港摘要对MODIS卫星遥感亮温与气温、地温进行了不同时间尺度的大量的计算比对和相关性分析，以期得到直接采用实时MODIS亮温相对变化，结合地面实测地温来研究地震活动热异常的短临变化信息的具有统计意义的依据。结果表明：1)亮温

2、与气温、地温从较长周期的时间尺度(月均值)上看，其相关性很好。而短周期(日均值)尽管明显低于较长周期，但仍然有着较好的相关性。2)通过大量计算比对发现，亮温均值与地温和气温的相关性随着像元面积的增大而逐渐升高。这表明，大气和环境的影响对单一像元而言较为明显。而这种影响可以由一定区域像元的亮温均值得到一些削弱，即一定区域的亮温均值与地温(0cm)的相关性优于单个探测像元的亮温。基于此，在研究亮温相对变化时，应尽量避免采用单一像元的亮温值，利用一定区域的像元均值可能会达到一些排除干扰的效果；3)鉴于热红外亮温数据与地表实际测到的地表温度(0cm)有着显著的相关性，

3、将实时探测到的大面积均匀分布的亮温相对变化与地表实际测到的地表温度结合起来进行热异常变化信息研究，可望提升其可信度和有效性。关键词MODIS亮温气温地温热红外地震中图分类号：P3l5．72文献标识码：A文章编号：0253—4967(2010)O1一O127—11O引言查阅早期的一些地震宏观考察报告，或多或少可以发现关于震前气温、地表及浅层地温异常的文字记载。这种增温异常不仅表现在气温上，还表现在地表及地表以下的浅层地温上。这种现象已经为一些实验室岩石加压试验所证明(邓明德等，1997；刘培洵等，2004；马瑾等，2007)。自20世纪9O年代以来，许多学者利用

4、大量的观测资料研究了地温、地热与地震的关系，取得了有意义的进展(陈墨香等，1994；范新岗等，1994)。目前观测地温的方法有3种，一是利用安置在深井中的高精度测温仪器测量温度；二是依靠气象台站的常规观测方法记录地温；三是利用卫星遥感技术获取温度信息。第1种方法精度高，但费用昂贵且适用的深井少，难以普遍开展；第2种方法由于点位过于分散，离散度高，信息的获取受到地理环境的制约，在进行较大范围的数据分析时往往受到限制；第3种方法覆盖范围广、周期短且覆盖均匀，但由于气象卫星探测到的是辐射值，要得到实际温度必须进行大气校正，从理论上讲，大气校正是一项相当复杂的工作，需

5、要建立大气模式、传输模式和相应的方程，测定大气透过率、辐射度和辐照度等(黄广思，1993)。由于地震前兆分析研究更关注的是相对变化，如果可以直接利用卫星(收稿日期]2009—04—01收稿，2009—08—16改回。[基金项目】地震科学联合基金(106149)资助。l28地震地质遥感所探测到的热红外亮温信息结合气象资料进行分析研究，用气象资料验证、校核卫星遥感资料，在证明卫星资料可用性的同时，也使地表气象观测的重要作用得以发挥。这将充分发挥现代卫星遥感技术覆盖范围广，周期短的优势，弥补因地理环境和交通问题形成的地温观测台站稀疏的不足。显然，这样做的关键在于卫星

6、遥感热红外亮温与气象台站所观测到的气温和地温有没有关系以及有什么样的关系?这是本文所要进行探索和研究的内容。1研究资料1．1气温和地温数据资料地面气象观测中的气温是指百叶箱内温度感应器距地面1．5m处的温度。地温则是地表(0cm)至地下浅层(地下5—320cm)所观测到的温度。本文所采用的气温和地温资料为位于四川省鲜水河、安宁河、龙门山等主要断裂带区域内的24个气象台站观测记录到的气温以及地表(包括地下浅层)温度。大部分台站的资料起止时间为2004年1月至2006年7月。其中观测资料时间较长的有甘孜、马尔康、西昌和宜宾，分别为15，25，28，24a。1．2卫

7、星遥感热红外资料严格地说，辐射亮温不能等同于地面气象观测中的气温。辐射亮温是把地球当作黑体，根据普郎克的黑体辐射定律计算而得，称为黑体亮度温度(black．bodytemperature，简称“亮温”)。四川省地震局MODIS卫星遥感地面站为中国地震系统惟一的MODIS卫星遥感数据地面接收站。自2004年3月安装调试成功运行后，至今已经正常运行4a多，积累了目前在轨运行的Terra和Aqua两颗卫星实时对地直播的超过16000GB的卫星遥感数据资料，为本项研究提供了可供充分选择的卫星遥感热红外数据源。1．3对比分析应考虑的几个问题1．3．1空间位置的对应MOD

8、IS热红外通道数据的空间分辨率为1km