石 俊，王維俠，溫敬霞

(1.中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)烏魯木齊天文站，新疆 烏魯木齊 830011；2.山東省諸城繁華中學(xué)，山東 諸城 262200)

人類對(duì)地震的認(rèn)識(shí)還非常有限，地震預(yù)測(cè)依然困難[1]，困難主要是因?yàn)榈卣鸬膹?fù)雜性，其成因機(jī)理超出了現(xiàn)有知識(shí)框架，需要對(duì)現(xiàn)有知識(shí)框架進(jìn)行擴(kuò)展與搭接[2]。失敗和努力充斥著地震的認(rèn)識(shí)道路，人們?nèi)匀辉诜e極探索破解地震難題的鑰匙。在過去的幾十年內(nèi)，不少學(xué)者嘗試著通過各種手段探測(cè)地震發(fā)生前出現(xiàn)的異常現(xiàn)象來尋找地震即將發(fā)生的蛛絲馬跡，有些學(xué)者主要研究氣象異常與地震發(fā)生之間的關(guān)系，有些學(xué)者側(cè)重于研究溫度異常與地震的相關(guān)性[3-16]，而這種相關(guān)性因沒有反映出物理的因果關(guān)系在過去很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)曾不被看好[17]，認(rèn)為預(yù)報(bào)的想法過于樂觀，因?yàn)榈卣鹁哂泻軓?qiáng)的隨機(jī)性，前兆的存在和識(shí)別值得懷疑[18]，不過這種尷尬局面在近來有所改觀[19]，巖石圈—大氣圈—電離層耦合理論(the Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere (LAI) coupling model)逐漸得到承認(rèn)[20]。

震級(jí)為Ms8.0級(jí)的汶川特大地震(震中106.4°E，31°N)于2008年5月12日14時(shí)28分(北京時(shí)間)在我國(guó)西南部四川汶川突然發(fā)生，給中國(guó)人民帶來沉重的災(zāi)難。據(jù)新華社消息，截至6月12日12時(shí)，已造成69159人遇難，374141人受傷，失蹤17469人。據(jù)估計(jì)，這次地震的直接經(jīng)濟(jì)損失將達(dá)到1900億元，對(duì)人們?cè)斐傻纳砗托睦韯?chuàng)傷無法估量。本文利用NCEP氣象數(shù)據(jù)，分析汶川大地震前后有沒有出現(xiàn)氣象異常，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步分析氣象異常與地震的關(guān)系。

1 數(shù)據(jù)和方法

NCEP/NCAR再分析同化資料是質(zhì)量較高的數(shù)據(jù)集。它在統(tǒng)一的分析方法指導(dǎo)下，對(duì)陸面觀測(cè)、全球無線電測(cè)風(fēng)資料、綜合海洋資料(COADS)、船舶、飛機(jī)觀測(cè)資料、衛(wèi)星探測(cè)資料等方面的資料進(jìn)行了同化處理，覆蓋范圍廣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)據(jù)質(zhì)量也經(jīng)過嚴(yán)格的控制，已經(jīng)被用在氣候研究的許多方面，得到了廣泛的承認(rèn)和贊同[21-24]。1979年以后，衛(wèi)星數(shù)據(jù)促進(jìn)了氣候?qū)W重大變革，加入了衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)元素，NCEP再分析資料更為可靠。

本文研究區(qū)域?yàn)殂氪捌渲車貐^(qū)，即100～106°E，28～34°N。首先，計(jì)算該區(qū)域內(nèi)某日某要素平均值，并以1988年到2007年該區(qū)20年的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差為基準(zhǔn)，判斷2008年對(duì)應(yīng)日期5項(xiàng)指標(biāo)是否異常；然后參考文[4]的研究成果，氣象異常主要考察日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、降水強(qiáng)度和平均氣壓5項(xiàng)指標(biāo)；再參考降水異常指數(shù)[25-26]，構(gòu)造出一個(gè)綜合氣象異常指數(shù)來判斷其異常程度并把它推廣到氣溫、氣壓指標(biāo)，計(jì)算5項(xiàng)指標(biāo)的異常指數(shù)，進(jìn)一步研究異常狀況。其中單項(xiàng)指標(biāo)的異常指數(shù)和綜合異常指數(shù)表示如下：

其中，TAI為5項(xiàng)指標(biāo)綜合異常指數(shù)；i表示5項(xiàng)氣象要素指標(biāo)。

2 結(jié)果和討論

圖1反映了2008年1月1日～6月8日5項(xiàng)指標(biāo)異常的時(shí)間變化情況，左邊圖表示2008年某要素值與同日同要素20年均值的差異，由上到下依次表示日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、降水強(qiáng)度和平均氣壓5項(xiàng)氣象指標(biāo)的變化情況，2008年2月份比較特殊，出現(xiàn)了嚴(yán)重冰雪災(zāi)害，3項(xiàng)氣溫指標(biāo)均突破1988～2007年20年間的最低值，但氣壓和降水指標(biāo)接近20年的均值；1月10日、3月14日、4月18日和5月6日前后，日平均氣溫遠(yuǎn)高于20年平均值，達(dá)到或超過20年間的最高值，同期的日最高氣溫接近或低于20年最低值，日最低氣溫接近或高于20年最高值，降水強(qiáng)度接近或突破20年最大值，日平均氣壓也達(dá)到或接近20年的極值。而地震之后日平均氣溫、日最高氣溫指標(biāo)的距平則逐漸接近歷年的均值，氣壓和降水指標(biāo)呈現(xiàn)出反復(fù)震蕩的特點(diǎn)，時(shí)而達(dá)到歷年極高值，時(shí)而達(dá)到或超過極低值；日最低氣溫仍然高于歷年平均值，處在達(dá)到或超過20年最高值的水準(zhǔn)，這可能與主震過后不斷出現(xiàn)的余震有關(guān)，據(jù)國(guó)家地震局公布的4級(jí)以上的余震目錄顯示，截至2008年6月8日18時(shí)，發(fā)生震級(jí)高于4級(jí)以上的余震達(dá)到205次，其中6級(jí)以上的4次，最高達(dá)到6.4級(jí)。右邊圖表示2008年某要素值與同日同要素值20年標(biāo)準(zhǔn)偏差的差異。2008年與20年標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)比的結(jié)果反映出與均值對(duì)比類似的特點(diǎn)。

圖1 2008年1月1日～6月8日5項(xiàng)指標(biāo)異常Fig.1 Five weather-index anomalies from January 1, 2008 to June 8, 2008

附圖2～附圖6(封2，封3)是5項(xiàng)指標(biāo)異常在2008年4月18日、5月6日、5月12日(汶川地震發(fā)生日)、5月26日4天的空間分布情況。從日平均氣溫異常的空間分布來看，在地震前的2008年4月18日(附圖2，左上角圖)汶川是一個(gè)高溫中心，高溫區(qū)從汶川向東南方向延伸，與穿越汶川的龍門山斷裂帶的走向基本一致；5月6日(附圖2，右上角圖)，仍然是一個(gè)高溫中心，高溫區(qū)從汶川向北偏東方向延伸；5月12日地震當(dāng)天(附圖2，左下角圖)，仍然是一個(gè)高溫中心，高溫區(qū)從汶川向北偏東方向延伸；5月26日(附圖2，右下角圖)，汶川日平均氣溫仍然高于歷年均值，但不再是高溫中心，高溫區(qū)從汶川轉(zhuǎn)移。

從日最高氣溫異常的空間分布來看，在地震前的2008年4月18日(附圖3，左上角圖)汶川是一個(gè)高溫中心，高溫區(qū)從汶川向東南方向延伸；5月6日(附圖3，右上角圖)，汶川仍然是一個(gè)高值異常區(qū)中心；5月12日地震當(dāng)天(附圖3，左下角圖)，仍然有一個(gè)以汶川為中心的高值區(qū)出現(xiàn)，但低于20年均值，高溫區(qū)從汶川向北偏東方向延伸；5月26日(附圖3，右下角圖)，汶川日最高氣溫低于歷年均值，不再是高溫中心。

從日最低氣溫異常的空間分布來看，在地震前的2008年4月18日(附圖4，左上角圖，封2)汶川雖然不是一個(gè)高溫中心，但也高出歷年均值5K以上，而且夾在西北和東南兩個(gè)高值中心的中間；5月6日(附圖4，右上角圖，封2)，汶川仍然處在北部高值異常區(qū)中心的邊緣，高出均值5K以上；5月12日地震當(dāng)天(附圖4，左下角圖，封3)，汶川屬于西部高值異常區(qū)；5月26日(附圖4，右下角圖，封3)，汶川日最低氣溫仍然高于歷年均值5K以上。

從日平均降水強(qiáng)度異常的空間分布來看，在地震前的2008年4月18日(附圖5，左上角圖)汶川處在東北西南一高一低兩個(gè)異常中心之間，但更接近低值中心；5月6日(附圖5，右上角圖)，汶川形成一個(gè)低值異常區(qū)中心；5月12日地震當(dāng)天(附圖5，左下角圖)，汶川被夾持在東部低值異常區(qū)和西部高值異常區(qū)之間；5月26日(附圖5，右下角圖)，汶川日平均降水強(qiáng)度接近歷年均值，但西北方向是一個(gè)高值異常中心，東南方向存在一個(gè)低值異常中心。

從日平均氣壓異常的空間分布來看，在地震前的2008年4月18日(附圖6，左上角圖)該區(qū)域的氣壓普遍低于20年均值，西部低于均值200Pa，東南部低于均值1000Pa，汶川低于均值600～700Pa； 5月6日(附圖6，右上角圖)，基本保持了4月18日的格局，汶川更接近東部的低值異常區(qū)中心；5月12日地震當(dāng)天(附圖6，左下角圖)，汶川日平均氣壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦叱鼍?00～350Pa；5月26日(附圖6，右下角圖)，汶川日平均氣壓接近歷年均值，但接近東南方向的低值異常中心。

從綜合異常指數(shù)來看，2008年綜合異常指數(shù)反復(fù)震蕩，在地震前的2008年1月10日、2月4日、3月14日、5月6日綜合異常指數(shù)絕對(duì)值較大，例如5月6日的用極大值標(biāo)度的綜合異常指數(shù)超過2(圖7，左上圖)，極小值標(biāo)度的綜合異常指數(shù)也超過4(圖7，左下圖)。這種異常指數(shù)的變化是歷年都如此呢，還是2008年特有的呢？我們把2008年的日平均氣溫異常指數(shù)分別與2007年、2006年的異常指數(shù)相對(duì)照，可以看出2008年的異常指數(shù)的變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前兩年的異常(圖7，右上圖、右下圖)。

圖7 氣象要素異常(左邊圖：2008年綜合異常指數(shù)；右邊圖：2008年日平均氣溫異常與2006、2007年日平均氣溫異常狀況對(duì)比)Fig.7 Abnormalies of 2008 meteorological factors(left: synthetic indices showing weather anomalies in 2008;right:comparison of anomalies of daily average temperatures in 2008 to those in 2006 and 2007)

根據(jù)巖石圈—大氣圈—電離層耦合理論認(rèn)為三者之間存在著密切的耦合關(guān)系，地震之前的地應(yīng)力在巖石圈中的積累會(huì)引起區(qū)域巖石圈的電磁異常，這些異常通過大氣層影響到電離層，三者耦合關(guān)系研究要涉及到固體地球物理、地球化學(xué)、無線電物理、空間和大氣物理以及遙感衛(wèi)星觀測(cè)等[20,27]。汶川地震所在的龍門山斷裂活動(dòng)與青藏高原運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系，一直是研究者關(guān)注的焦點(diǎn)之一，但對(duì)該斷裂的活動(dòng)性沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)[28-30]。用NCEP再分析資料對(duì)汶川地震震中區(qū)及其周圍的5項(xiàng)氣象要素的時(shí)間空間變化進(jìn)行的分析，從某種程度上說明在汶川地震前存在一些氣象異?，F(xiàn)象。這些異常很有可能是比較容易觀測(cè)的地震前兆，但因其內(nèi)在機(jī)理還不是很清楚，確切的定論尚需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 結(jié) 論

通過上文對(duì)日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均降水強(qiáng)度和日平均氣壓等5項(xiàng)氣象要素指標(biāo)進(jìn)行的分析，至少可以得出如下結(jié)論：(1)從時(shí)間上看，在汶川特大地震發(fā)生前后出現(xiàn)了氣象異常現(xiàn)象，異?，F(xiàn)象早在4個(gè)月之前就開始出現(xiàn)了，集中發(fā)生在震前1～2個(gè)月；(2)從空間上看，汶川及其所在的龍門山斷裂是氣象要素發(fā)生異常的中心區(qū)域，而有些要素的異常在主震過后并沒有立即消失，這可能與該次地震的余震數(shù)量較多有關(guān)；(3)盡管氣象異常是不是地震發(fā)生的必然前兆還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證，但在汶川大地震前后出現(xiàn)的氣象異常再次給我們一個(gè)提示，即氣象異常與地震的關(guān)系值得深入研究，把二者完全割裂有可能造成損失，畢竟正如德國(guó)物理學(xué)家普朗克所說的“科學(xué)是內(nèi)在的整體，它被分解為單獨(dú)的整體不是取決于事物的本身，而是取決于人類認(rèn)識(shí)能力的局限性。實(shí)際上存在著從物理到化學(xué)，通過生物學(xué)和人類學(xué)到社會(huì)學(xué)的連續(xù)鏈條，這是任何一處都不能被打斷的鏈條”。

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