0 引言

地震预测是世界性难题，20世纪80年代苏联学者Gorny等(1988)发现中亚加兹利地震震前出现了大面积卫星热红外(10.5~12.5μm)辐射增强异常现象，开拓了利用卫星热红外遥感技术研究地震热异常的新途径(Ouzounov et al，2004；Qinet al，2012)。刘德富等(1997)首次利用NOAA卫星射出长波辐射(OLR)数据资料，计算了我国5个地震区OLR月均距平值，发现强震前1个月，月均OLR值增长显著。Ouzounov等(2004、2006、2007)利用OLR数据，运用图像差值法等综合研究与地震有关的红外现象，认为震前20天内有明显异常，异常幅度为6~80W/m²。康春丽等(2007)针对文安地震，采用“涡度法”，提取并分析震前华北地区OLR的异常特征，认为在文安5.1级地震发生之前震中区域出现显著OLR短期异常，并结合以往震例研究(刘德富，2000；康春丽，2008；康春丽等，2004)，取得较好的对应性。Kong等(2015)利用几何运动平均鞅(Gmam)方法处理OLR历史资料，结果显示汶川地震前存在OLR异常。研究表明强震前长波辐射异变特征具有普适性。地震是地球构造应力积累、突破了岩石弹性破裂临界值、快速释放的过程。岩石力学加载-破裂实验结果展示：与岩石受力应变-破裂所经历的微破裂—破裂—闭锁—加速破裂—破裂的阶段演化过程所对应的岩石向外红外辐射，同样经历着微增强—增强—微衰减—增强—平静相同步的时序阶段变化(吴立新等，2004；崔承禹等，1993)，这些为红外遥感地震监测预测提供物理依据、监测内容和异常评判标准。当前遥感地震监测实践中，提取震前红外异常，普遍采用计算多年数据距平差的统计学方法，而数据距平处理不仅掩饰数据短期波动特征，而且由于缺乏明确物理合理性检验和选择处理数据时间长度(5年、15年、30年)的差异，使得异常分布结果差异巨大(Blackett et al，2011)。同时，在遥感地震监测实践中也表现出：异常面积分布大(强祖基等，1997)，异常区域分布离散程度高(但尚铭等，2002)，异常时间多旋回(徐秀登等，1990)等现象，降低地震异常的可判识度。因此，寻找物理意义明确的计算方法、获取准确的背景时间指示、并且符合岩石应力破裂中辐射变化规律的红外异常，是提升地震红外异常在时间和空间上的可识别度的重要内容。引潮力是唯一可以预先计算的地球形变物理参数(武安绪等，2008)，也是当地应力达到临界状态，触发地震的重要外部力学因素(Heaton，1975；李延兴等，2001)，在时间上具有指示优势。但是，如何判定地应力是否达到临界状态目前尚未得到有效的解决。因此，二者结合将有助于地震遥感的发展。

目前，中国地震局建立多级时间尺度组合的地震监测预测业务运行机制。细化监测时间密度，对地震监测预测有重要意义(刘军等，2014)。本文基于对2020年1月新疆西部地区3次地震在年、月时间尺度上成功预测，将引潮力与OLR结合，开展连续的日变化跟踪研究，探讨提升遥感地震预测时间和空间分辨率的可能性。

1 构造背景及年度预测危险区域介绍

2020年1月18日新疆喀什地区伽师县发生M_S5.4地震(39.83°N，77.18°E，震源深度20km)，1月19日该县又发生M_S6.4地震(39.83°N，77.21°E，震源深度16km)，新疆阿图什市发生M_S5.4地震(39.89°N，77.46°E，震源深度14km)^①，地震发生在中国地震台网中心2019年底利用热红外遥感技术(大气温度，OLR参量)预测圈定的2020年新疆西部M_S6.0±0.2潜在地震年度危险区内和2019年12月12日会商中圈定的M_S 5.2±0.3预测月危险区域内^②(图 1)。从构造背景上来说，地震主要发生在柯坪塔格推覆体最前(南)缘的褶皱-逆断裂构造带上(单新建等，2020)。柯坪塔格推覆体EW长300km，SN宽65~75km，横向上由多排近平行的NEE向褶皱带构成，包含多组倒转复式背斜、复式箱状背斜等复杂构造。NE走向的皮羌断裂将柯坪推覆构造分割成东、西两部分。在纵向上，皮羌断裂以西自北向南由奥依布拉克、科克布克三山、托克散阿塔能拜勒、奥兹格尔它乌和柯坪塔格等5排逆冲褶皱带组成，自皮羌断裂向西依次出露古生代和新生代岩层，总体构成向X倾伏的鼻状构造。皮羌断裂以东自北向南则由奥依布拉克、科布克三山、皮羌山、衣木干它乌、塔塔埃尔塔格和柯坪塔格褶皱带等6排逆冲褶皱带组成(杨晓平等，2006)。在该震中附近曾发生过1997年和2003年由数个6级左右中强震组成的伽师强震群，构造活动较强。

① http://www.cenc.ac.cncencdzxx/359679/index.html

② 马未宇等, 2019. 基于地震遥感技术对中国大陆2020年度地震活动形势分析.2020年度中国地震趋势预测研究报告. 内部资料.

2 地震过程中天体引潮力附加构造应力变化

已有研究表明，引潮力是周期性连续变化的，其在最大振幅相位时刻，有可能诱发地应力处于临界状态的构造区发生地震(Heaton，1975)。对本次序列地震，计算2019年12月13日(12月12日台网中心会商遥感提出月预测危险区)—2020年2月10日的预测危险区中心点的引潮力连续变化值，绘制曲线(图 2)。图像显示，该时段天体引潮力明显经历了4个连续由低谷—高峰—低谷的变化周期(A、B、C、D)。

3次地震发生在1月18日和19日(箭头所指日期)，引潮力处于相位的高峰值区域，显示引潮力对该地震具有一定的诱发作用。但是在引潮力连续变化的其他相似相位，未发生地震，是否为地应力未达到发震的临界？因此，如何判断地应力达到临界状态是一个关键性的问题(陈荣华等，2006)。为此我们展开OLR遥感监测跟踪。

3 伽师地震前OLR时空变化特征分析

首先进行数据选择，为了获得辐射空间变化特征，依据参考文献首次报道的震前卫星热红外辐射增强异常现象的波段主要集中在10.5~12.5μm波段(Gorny等，1988)，同时考虑到地球自身向外的辐射波段主要集中在长波波段特点，选择最直接反映下垫面属性、能量变化参量和大气窗口波段的OLR数据(刘德富等，1997)为研究对象；为保证数据的连续和普适性，采用美国NOAA系列卫星的地面射出长波辐射产品，空间分辨率为1°×1°、覆盖全球共360×181个格点，时间分辨率为1天、起止时间为2005年至2020年；为检验潮汐背景选取方法在地震异常识别中的异常监测效率，以中国全境(17°N~55°N，73°E~135°E)大区域范围为研究对象。

其次进行算法选择，为消除数据多年距平处理方法，由于数据处理背景时间长度差异(5年、15年、30年)带来的不确定性(Blackett et al，2011)，将引潮力引入地震短临遥感红外获取处理。一方面，考虑到引潮力是目前唯一可预先准确计算的确定物理力学参量，可为热异常研究提供明确的具有力学含义的时间指示；另一方面，辐射异常可为引潮力诱发地震提供发震应力状态的监测。

在本次地震中，针对引潮力变化各时间周期(A、B、C、D)，分别选择2019年12月17日、2019年12月30日、2020年1月13日、2020年1月28日地面长波数据(OLR)夜晚数据作为背景(引潮力变化图中周期最临近低点后的转折点，由于引潮力计算采用北京时间，而OLR采用世界标准时间，两者相差8h，因此2019年12月16日引潮力背景时间对应的OLR数据为2019年12月17日，以此类推，每个周期的OLR数据背景时间，相对晚1天)，将2019年12月18日—2020年2月10日期间，空间范围(17°N~55°N，72°E~135°E)的OLR值，逐日与该背景值相减，获得地震前后OLR各阶段逐日连续变化图像，作为本次地震临震辐射变化分析的依据(图 3~图 6)。

图 3~图 6显示，在A、B、C、D 4个潮汐周期中，仅C周期发生地震，该周期也是OLR唯一明显增强的周期。在全国区范围内，仅震中及其邻近位置，地震前后OLR发生明显变化：1月14日出现微弱、小面积的辐射增强，1月15日在震中东、西、南部异常明显扩展，增幅达到82W/m²，1月16日异常向SE扩散，增幅收窄，于1月17日异常进一步增强，增幅达到84W/m²，1月18日异常近乎维持不变，1月19日发震当天，辐射增强维持在84W/m²，1月20日，受到地震影响，地表破裂，产生大量地表热辐射。震后1月21—22日异常快速消失。可以看出在本次地震过程中，OLR演化在时间上经历了起始增温—加强—高峰—持续弱衰减—平静的演化过程；OLR异常位于震中位置的右侧，在空间上呈现出孤立的团块分布，具有较高的可辨识度。分析本次地震前OLR变化过程，基本符合岩石受力破裂在空间上的经历，即挤压—岩石微破裂—岩石破裂扩展—应力闭锁—破裂终止的演化特征(吴立新等，2004)。地震过程对应为岩石在构造应力加载—准静态成核—动态破裂—应力重分布—断层强度再恢复的时间演化过程(尹祥础等，1991)。

4 结论和讨论

基于引潮力周期获得的新疆伽师地震前OLR演化过程显示，在全国大范围区域，仅震中附近的OLR在震前增强，具有唯一性和高效的空间可辨识度，同时该OLR演化过程，遵循了岩石应力加载破裂过程中的辐射规律，显示OLR变化与地震存在关联。OLR增强过程与潮汐变化具有同步性，表明引潮力在本次地震中改变了构造内部地应力累积—失衡过程，具有触发地震的作用，而OLR变化可能是本次序列地震过程中地应力的变化辐射表现。对比震前、震后引潮力相似相位图(图(2))中A~D周期的OLR变化过程，震中区域在引潮力演化的相似相位，未出现明显的辐射增强过程，也未有地震发生。这也再次表明当震源处岩石中的构造应力积累到岩石破裂滑动的临界状态，天体引潮力变化可能触发地震，OLR可作为地应力状态监测的遥感参量。

其次，引潮力的周期变化特征不仅为遥感地震短临监测提供可预先计算、确定的震前时间背景指示，同时为震前热异常识别添加力学依据，消除由于遥感数据处理背景选择的不确定性，造成遥感地震监测结论的不确定性。因此，今后要进一步结合地球构造特征研究，丰富引潮力诱震模式的物理机制模型，提高特定区域强震前的早期预测能力。

另外，本次地震成功预测的结果也表明：结合年、月、日不同的时间尺度，综合开展地表辐射特征的连续跟踪变化的监测，对实现地震预测有重要意义。同时，有必要将区域的力学环境变化纳入遥感地震短临监测研究视野。

经核实，我国东部地区出现的OLR异常对应多次M5.0及以上地震(图 4~6)，B周期红外异常对应2020年1月3日日本本州东岸近海M5.6地震(35.8°N，141.3°E，震源深度20km)；C阶段东部OLR异常对应2020年1月29日东海海域M5.3地震(27.16°N，126.6°E，震源深度10km)；D阶段东部OLR异常对应2020年2月1日日本本州东部M5.2地震(35.94°N，140.1°E，震源深度75km)和2月6日日本本州东岸近海M5.4地震(36.4°N，141.85°E，震源深度20km)^③，这也显示利用OLR数据监测地震的可能性。

③ http://www.ceic.ac.cn/history

致谢: 感谢NOAA提供射出长波辐射(OLR)数据，感谢审稿专家对本文提出的建设性意见。