吳立新,齊 源,毛文飛,劉善軍,丁逸凡,荊 鳳,申旭輝
1. 中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410083; 2. 中南大學(xué)地災(zāi)感知認(rèn)知預(yù)知研究室,湖南 長(zhǎng)沙 410083; 3. 東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110819; 4. 中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所,北京 100036; 5. 應(yīng)急管理部國(guó)家自然災(zāi)害防治研究院,北京 100085
不同波段、不同極化的微波輻射可在不同程度上穿透云霧雨雪,這使得被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感具有全天候、多通道的對(duì)地觀測(cè)能力,且性能不同。目前,多波段多極化被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感主要用于獲取陸地、海洋和大氣的相關(guān)參數(shù)。地物微波輻射對(duì)介電常數(shù)變化十分敏感,而水的存在會(huì)大幅改變地物介電特性[2-3],故土壤濕度反演是被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感最主要、最成熟的應(yīng)用之一[4-11]。此外,被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感還被用于地表溫度和發(fā)射率反演[12-17]、地表水體識(shí)別[18]等。在冰雪覆蓋的陸域,被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感已用于積雪深度和雪水當(dāng)量反演[19-21]、冰川覆蓋識(shí)別[22]等。在海洋區(qū)域,海水的鹽度和粗糙度、海面泡沫等會(huì)極大改變水體的介電常數(shù),進(jìn)而改變海水的微波輻射亮溫,且部分因素具有極化效應(yīng);因此,海域被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感可用于反演海水鹽度[23-25]、海表溫度[23,26]、海面風(fēng)速和風(fēng)場(chǎng)[27-29]、海冰厚度[30-31]等。由于微波輻射信號(hào)在由地球表面(陸地、海洋)出射并傳輸至衛(wèi)星傳感器的過(guò)程中,不同程度地受到傳輸路徑(大氣)中物質(zhì)成分和溫度變化的影響,故被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感還可用于反演水汽含量[32-33]、溫濕度廓線[34-35]等大氣參數(shù)。
星載微波輻射計(jì)旨在觀測(cè)來(lái)自陸地、海域、大氣等的自然輻射,服務(wù)于全球氣候和環(huán)境變化監(jiān)測(cè)[1]。洪澇災(zāi)害、旱災(zāi)、森林火災(zāi)、火山活動(dòng)、地震等自然災(zāi)害在孕育、發(fā)生及演化過(guò)程中,均會(huì)在不同程度上改變地表溫度和/或微波發(fā)射率[36-41],進(jìn)而形成附加微波輻射,故可利用星載微波輻射計(jì)進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測(cè)或預(yù)警。由于微波輻射信號(hào)對(duì)薄層土壤、植被具有穿透性,能夠反映地表皮膚層及地下一定深度的熱輻射狀態(tài),在表征來(lái)自地殼深部并與地球物理過(guò)程或地震活動(dòng)相關(guān)的微波輻射信號(hào)時(shí)具有特殊意義,故星載微波輻射計(jì)在地殼活動(dòng)及地震監(jiān)測(cè)應(yīng)用中具有特別優(yōu)勢(shì)。
地表輻射亮溫包括紅外亮溫(infrared brightness temperature,IBT)和微波亮溫(microwave brightness temperature,MBT)兩類(lèi),其變化可能與近地表物質(zhì)狀態(tài)、近地表輻射、地殼活動(dòng)及地震活動(dòng)相聯(lián)系。文獻(xiàn)[42]已對(duì)基于IBT的國(guó)內(nèi)外地震遙感研究進(jìn)行了較全面的梳理總結(jié)。近年,有關(guān)MBT的地震遙感研究十分活躍、進(jìn)展迅速,但尚缺少系統(tǒng)性總結(jié)與分析。為此,本文通過(guò)梳理星載被動(dòng)微波傳感器的發(fā)展脈絡(luò)與應(yīng)用現(xiàn)狀,總結(jié)分析多波段多極化被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感在地震遙感領(lǐng)域的研究進(jìn)展與不足;并結(jié)合團(tuán)隊(duì)近年開(kāi)展的遙感-巖石力學(xué)基礎(chǔ)試驗(yàn)研究與地震微波異常震例分析工作,提出地震微波遙感研究的科學(xué)邏輯與復(fù)合鏈條,探討遙感與地球物理交叉學(xué)科的前沿方向及其關(guān)鍵問(wèn)題。
微波輻射計(jì)是一種能夠探測(cè)低能級(jí)微波輻射的高靈敏電磁接收器。該技術(shù)起源于20世紀(jì)30年代,最初以外太空星球電磁輻射為觀測(cè)目標(biāo)[1],在20世紀(jì)50年代發(fā)展為地表物體微波輻射觀測(cè)[43]。被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感對(duì)地觀測(cè)始于1968年,蘇聯(lián)發(fā)射的宇宙衛(wèi)星(Cosmos-243)搭載了4個(gè)微波輻射計(jì),在厘米和毫米波范圍獲取地球表面與大氣層的地球物理參數(shù)[44-45]。隨后,美國(guó)相繼發(fā)射了海洋衛(wèi)星系列(Seasat)[46-47]、雨云氣象衛(wèi)星系列(Nimbus satellite)[48-49]和國(guó)防氣象衛(wèi)星系列(defense meteorological satellite program,DMSP)[50],推動(dòng)了被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感的業(yè)務(wù)發(fā)展與軍事氣象應(yīng)用。同時(shí),被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感的對(duì)地觀測(cè)模式也由垂直廓線探測(cè)發(fā)展為垂直探測(cè)+掃描式成像模式,極大提升了衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)的微波遙感探測(cè)能力。
2002年,美國(guó)NASA發(fā)射了地球觀測(cè)系統(tǒng)Aqua衛(wèi)星,其搭載的先進(jìn)微波掃描輻射計(jì)AMSR-E(the advanced microwave scanning radiometer for EOS)具備6個(gè)頻段(6.9~89 GHz)的雙極化(水平極化,H-pol;垂直極化,V-pol)觀測(cè)通道,對(duì)地觀測(cè)角度為55°,旨在為全球變化研究提供與水相關(guān)的大氣與地球物理參數(shù)[51]。2012年,AMSR-E的后繼傳感器,即先進(jìn)微波掃描輻射計(jì)AMSR-2(the advanced microwave scanning radiometer-2)搭載于日本全球環(huán)境變化觀測(cè)衛(wèi)星(global change observation mission,GCOM-W1)發(fā)射升空,擁有5個(gè)頻段(10.65~89 GHz)的雙極化通道,對(duì)地觀測(cè)角度同為55°,為全球氣候變化研究提供陸、海、空觀測(cè)數(shù)據(jù)[52-53]。該系列傳感器擁有相近的物理配置,在地球表面和大氣微波輻射的長(zhǎng)期觀測(cè)與長(zhǎng)時(shí)序分析中發(fā)揮了重要作用。
2003年,全球首顆星載全極化微波輻射計(jì)Windsat搭乘美國(guó)Coriolis試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射升空,能獲取全球海表微波輻射的4個(gè)Stokes參量[54],開(kāi)創(chuàng)了全極化微波衛(wèi)星遙感觀測(cè)海面風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)速和風(fēng)向的先河。2009年,歐空局發(fā)射了土壤水分和海洋鹽度探測(cè)衛(wèi)星(SMOS),其搭載的全極化綜合孔徑微波輻射計(jì)MIRAS(microwave imaging radiometer with aperture synthesis)具備雙極化多角度、全極化兩種工作模式[55];它繼承了傳統(tǒng)雙極化微波輻射計(jì)的優(yōu)點(diǎn),也被廣泛應(yīng)用于陸地和大氣圈的環(huán)境要素觀測(cè)[56]。
首先,應(yīng)當(dāng)制定促進(jìn)科技發(fā)展方面的立法。比如,我國(guó)制定《科技促進(jìn)法》、《科技人才促進(jìn)法》等促進(jìn)科技發(fā)展的法律,為科技發(fā)展提供制度環(huán)境。其次,應(yīng)當(dāng)完善已有的科技相關(guān)法律。比如,應(yīng)當(dāng)從促進(jìn)科技發(fā)展的角度出發(fā),完善《著作權(quán)法》、《專(zhuān)利法》、《商標(biāo)法》、《網(wǎng)絡(luò)安全法》等,為科技創(chuàng)新保駕護(hù)航,同時(shí)維護(hù)科研人員的智慧成果,激發(fā)其創(chuàng)新的積極性。最后,制定和完善規(guī)范科技運(yùn)行的法律。比如,我國(guó)可以制定《科技倫理法》,對(duì)科技工作者和科學(xué)研究活動(dòng)提出倫理性要求,禁止他們從事有違社會(huì)倫理道德的科研活動(dòng)。另外,還可以制定法律禁止科學(xué)研究用于違法的行為。
2008年,我國(guó)第2代極軌氣象衛(wèi)星的首發(fā)星FY-3A,搭載中國(guó)首個(gè)星載全功率雙極化微波成像儀MWRI(the microwave radiation imager)發(fā)射入軌。該傳感器以圓錐掃描方式進(jìn)行對(duì)地觀測(cè),刈幅寬度約為1400 km,觀測(cè)角度為45°。MWRI的工作性能與AMSR-E相當(dāng),也具備多波段(10.65~89 GHz)、雙極化觀測(cè)能力,目前已廣泛應(yīng)用于氣候變化研究和地球物理參數(shù)反演[57-59]。后續(xù)FY-3B、FY-3C和FY-3D系列衛(wèi)星均搭載了此傳感器。我國(guó)新一代FY-4靜止軌道微波探測(cè)衛(wèi)星預(yù)計(jì)2023年完成發(fā)射入軌,屆時(shí)可獲取不同大氣高度層的MBT分布(54~425 GHz),將具有全天時(shí)、全天候、高時(shí)間分辨率的大氣三維觀測(cè)能力[60]。
被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)(包括MBT、地表溫度(land surface temperature,LST)產(chǎn)品)用于地震熱異常的研究可追溯至2004年。文獻(xiàn)[61—62]率先利用DMSP衛(wèi)星SSM/I傳感器數(shù)據(jù),反演了7 d溫度均值并與14 a背景溫度均值作差值運(yùn)算,發(fā)現(xiàn)印度、巴基斯坦、中國(guó)和阿富汗等地區(qū)7次強(qiáng)震前后出現(xiàn)了LST增強(qiáng)現(xiàn)象。文獻(xiàn)[63]發(fā)現(xiàn)在巖石壓縮破壞過(guò)程中存在多頻微波輻射脈沖現(xiàn)象,并據(jù)此選用AMSR-E傳感器18.7 GHz的雙極化數(shù)據(jù),構(gòu)建了巖石破裂微波輻射信號(hào)的衛(wèi)星檢測(cè)算法,應(yīng)用檢測(cè)到了火山噴發(fā)(2002年厄瓜多爾)和地震活動(dòng)(2004年摩洛哥)引起的MBT上升異常[40-41,64]。文獻(xiàn)[65]又將該算法應(yīng)用于2008年中國(guó)汶川地震微波異常研究,發(fā)現(xiàn)震后1 d沿龍門(mén)山斷裂帶出現(xiàn)了顯著的MBT上升條帶。文獻(xiàn)[66]進(jìn)一步定義了輻射異常指數(shù),并引入23.8 GHz微波數(shù)據(jù)對(duì)地表溫度和大氣水汽的影響進(jìn)行評(píng)估,分析發(fā)現(xiàn)2010年中國(guó)玉樹(shù)地震前出現(xiàn)了沿?cái)嗔褞Х植嫉腗BT上升異常。同年,文獻(xiàn)[67]利用SSM/I傳感器的89 GHz雙極化數(shù)據(jù),對(duì)比分析了2001年印度古吉拉特地震前的MBT異常走勢(shì)。文獻(xiàn)[68]利用SSM/I傳感器19 GHz和37 GHz雙極化數(shù)據(jù),分析了汶川震中區(qū)的MBT變化特征,認(rèn)為汶川震前的確存在MBT上升現(xiàn)象。
文獻(xiàn)[69]提出一種兩步差分法,通過(guò)分兩步消除或消減背景因素影響的方式來(lái)抑制地形地貌和氣象條件等非震影響,并基于AMSR-E 18.7 GHz水平極化數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn):汶川地震前MBT存在“增強(qiáng)-平靜-臨震移向震中”的特征。文獻(xiàn)[70]又利用該算法研究了2010年玉樹(shù)地震,分析發(fā)現(xiàn)震前MBT正異常呈條帶狀分布但與斷層方向近乎垂直。文獻(xiàn)[71]利用AMSR-E 89 GHz數(shù)據(jù),對(duì)比分析了2010年美國(guó)加州巴哈地震前后的短時(shí)序MBT空間特征,認(rèn)為在震中附近出現(xiàn)了MBT震前增強(qiáng)。文獻(xiàn)[72]利用AMSU-A傳感器第3通道(50.3 GHz)數(shù)據(jù),分析了2003年中、俄、蒙交界地區(qū)7.9級(jí)地震和2004年印尼8.7級(jí)地震的MBT變化趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)強(qiáng)震前MBT異常與斷層展布存在密切的空間相關(guān)性。文獻(xiàn)[73]運(yùn)用FY-3A微波濕度計(jì)(MWHS)數(shù)據(jù)(未提及通道)分析了2013年蘆山地震前后MBT和近地表大氣場(chǎng)變化,認(rèn)為震前地表及低空大氣存在顯著增溫異常。
文獻(xiàn)[74]基于統(tǒng)計(jì)學(xué)四分位數(shù)算法,提出一種基于地震微波異常時(shí)間和位置信息的統(tǒng)計(jì)分析逐像元算法,并利用AMSR-E傳感器的18.7 GHz雙極化數(shù)據(jù),研究了俄羅斯堪察加地區(qū)2003—2011年間地震微波異?,F(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)該地區(qū)6級(jí)以上地震均可檢測(cè)到MBT異常,且集中出現(xiàn)在震前1月以?xún)?nèi)。文獻(xiàn)[75—77]研究了一系列國(guó)內(nèi)外典型強(qiáng)震的MBT異常,首先定義了一種可抑制地表粗糙度和植被類(lèi)型影響的MBT異常指數(shù),用于檢測(cè)被動(dòng)微波影像中變化幅值較大的異常點(diǎn),并基于DMSP衛(wèi)星SSM/I和SSMIS傳感器多通道數(shù)據(jù),研究了中國(guó)川藏地區(qū)5次強(qiáng)震、尼泊爾2015年廓爾喀大地震及多拉卡余震異常現(xiàn)象,均在震中區(qū)域或斷裂帶附近發(fā)現(xiàn)了顯著的MBT震前上升現(xiàn)象。
基于2020年之前多波段多極化被動(dòng)微波衛(wèi)星數(shù)據(jù)在地震遙感領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀,本文總結(jié)4種常用衛(wèi)星微波載荷的主要功能參數(shù)(表1);按照地震發(fā)生時(shí)間順序,列出了目前地震MBT異常研究中所用方法、數(shù)據(jù)及其報(bào)道的MBT異常現(xiàn)象均表述清晰的典型案例(表2)。
表1 典型被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感傳感器的關(guān)鍵參數(shù)
表2 地震微波輻射異常研究的主要案例
總結(jié)上述地震微波異常研究涉及的異常提取與分析方法,可區(qū)分為3種:①異常指數(shù)構(gòu)建法,即通過(guò)構(gòu)建或定義微波輻射異常指數(shù),在多時(shí)相微波數(shù)據(jù)中識(shí)別變化較大的異常信號(hào)點(diǎn);②背景場(chǎng)差值法,即利用多年同期微波數(shù)據(jù)構(gòu)建均值背景場(chǎng),再?gòu)牡卣鹉陻?shù)據(jù)中減掉該背景場(chǎng),以獲得與地震活動(dòng)潛在相關(guān)的正/負(fù)異常殘差;③目視對(duì)比法,即通過(guò)人工分析指定區(qū)域內(nèi)亮溫均值曲線的走勢(shì),或?qū)Ρ日鹎岸鄷r(shí)相MBT圖像,定性分析異常幅值變化??傮w上,上述研究所用數(shù)據(jù)至少來(lái)源于5種星載被動(dòng)微波傳感器,所涉微波頻段從19 GHz附近至90 GHz附近,大部分還涉及雙極化數(shù)據(jù)??偨Y(jié)分析前人研究工作,筆者認(rèn)為尚存在以下3方面的問(wèn)題。
(1) 數(shù)據(jù)通道(頻率、極化)多樣,選擇依據(jù)薄弱。文獻(xiàn)[63]在巖石壓縮破裂試驗(yàn)中觀測(cè)到300 MHz、2 GHz、22 GHz的微波能量釋放,考慮到AMSR-E傳感器工作頻段僅有18.7 GHz和23.8 GHz與22 GHz最接近,但后者位于水汽吸收峰,因此優(yōu)選18.7 GHz作為研究波段[40]。后續(xù)諸多研究也據(jù)此選擇該波段,未嘗試其他波段。然而,早期國(guó)內(nèi)研究人員已通過(guò)8 mm、2 cm及10 cm波長(zhǎng)(分別相當(dāng)于37.5、15、3 GHz)的微波輻射計(jì)觀測(cè)到巖石受壓破裂過(guò)程中存在微波輻射隨應(yīng)力狀態(tài)改變,且水平極化較垂直極化更為顯著的現(xiàn)象[78-79]。這表明,巖石受壓微波輻射頻段存在多樣性。同時(shí),地球蓋層對(duì)來(lái)自地殼深部的信號(hào)具有修正效應(yīng)[80],使得衛(wèi)星觀測(cè)的波段特征更具不確定性。文獻(xiàn)[75]在分析研究青藏高原的2次大地震時(shí),通過(guò)對(duì)比不同波段MBT異常,發(fā)現(xiàn)19.7 GHz對(duì)地震異常最為敏感,但SSM/I最低頻率為19.7 GHz,缺乏更低頻段的對(duì)比結(jié)果,因此該結(jié)論有待進(jìn)一步夯實(shí)或修正。
(2) 異常提取方法欠考驗(yàn),物理內(nèi)涵有混淆。一方面,部分學(xué)者選擇衛(wèi)星微波輻射數(shù)據(jù)反演的LST產(chǎn)品[61-62],或直接用MBT表征LST[72-73],這與MBT的物理內(nèi)涵不符。MBT同時(shí)取決于地表的物理溫度和微波發(fā)射率,二者變化均影響MBT。遙感-巖石力學(xué)基礎(chǔ)試驗(yàn)研究表明,環(huán)境溫度受控條件下巖石物理溫度變化對(duì)其MBT變化的貢獻(xiàn)十分有限[81-82],而微波發(fā)射率變化才是MBT變化的主要原因。因此,簡(jiǎn)單地以LST產(chǎn)品數(shù)據(jù)代替MBT或以MBT直接表征LST均不妥。應(yīng)當(dāng)基于不同頻段、不同極化的衛(wèi)星微波觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行地表MBT異常提取,并辨析該異常變化是否由微波發(fā)射率變化引起、是否與地震活動(dòng)有關(guān);MBT異常提取方法的有效性與研究區(qū)的地表覆蓋特征、MBT背景場(chǎng)的可靠性等有關(guān),需經(jīng)反復(fù)考驗(yàn)、不斷改進(jìn)從而提升其適宜性。另一方面,利用異常指數(shù)法提取地震微波異常會(huì)對(duì)非震粗差(同為異常指數(shù)高值)產(chǎn)生誤判,且無(wú)法區(qū)分MBT異常的正負(fù)差異。背景場(chǎng)差值法受限于所用歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間區(qū)間和數(shù)據(jù)量,異常提取結(jié)果存在一定的不確定性。人工目視解譯則具有主觀性,且可參考的信息量有限,容易做出誤判。
(3) 異常結(jié)果存在粗差,偽異常未剔除。星載被動(dòng)微波傳感器接收的信號(hào)來(lái)自于地表和大氣,二者的貢獻(xiàn)占比取決于所用頻率。在低頻波段,大氣的影響較小,地表土壤濕度變化(干旱或降雨引起)會(huì)大幅改變衛(wèi)星MBT觀測(cè)值,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可能以偽異常的形式反映在MBT提取結(jié)果中。若不利用輔助數(shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行辨析和剔除,則會(huì)造成地震MBT異常的誤判。在高頻波段,大氣成分的變化、云層的存在及其屬性差異均會(huì)影響衛(wèi)星MBT觀測(cè)值,所得MBT異常結(jié)果可能反映的是大氣層干擾而非地表的微波輻射變化。此外,傳感器的工作性能也會(huì)影響數(shù)據(jù)質(zhì)量,并以粗差的形式體現(xiàn)在MBT異常提取結(jié)果中。
地物的微波輻射機(jī)制十分復(fù)雜,與環(huán)境因素、觀測(cè)對(duì)象、觀測(cè)頻率和極化方式密切相關(guān)。地震微波輻射異常是一種典型的強(qiáng)干擾背景下的弱信號(hào),受諸多非震因素的混疊和掩蓋?,F(xiàn)階段,地震微波遙感異常分析的科學(xué)邏輯應(yīng)該是:先通過(guò)邊界條件既定的方法提取可能與地震相關(guān)的MBT異常變化,再利用多源輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合辨析和真?zhèn)闻卸ǎ懦钦鸶蓴_,保留地震MBT異常。
在內(nèi)陸區(qū)域,降雨過(guò)程和氣溫變化均會(huì)改變地表土壤濕度,對(duì)地表MBT造成顯著影響;孕震期間,地應(yīng)力場(chǎng)變化所致地下水位升降也會(huì)改變地表土壤濕度[83]。因此,需從降雨過(guò)程、氣溫變化和淺表水位升降三方面綜合研判土壤濕度變化對(duì)地表MBT的影響。在海洋區(qū)域,地應(yīng)力場(chǎng)變化會(huì)導(dǎo)致海底賦存氣體溢出[84],海水因水氣混合而使海表介電常數(shù)大幅降低,可能引起MBT顯著上升;此外,海域MBT受云層干擾嚴(yán)重,海洋氣候與洋流事件(如厄爾尼諾)也會(huì)通過(guò)溫度或發(fā)射率變化擾亂海表微波輻射特性,在研究海洋地震微波異常時(shí)需要更仔細(xì)地甄別。此外,地震MBT研究方法、數(shù)據(jù)和結(jié)果均要進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià),所得微波輻射異常還須耦合多圈層參數(shù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證。總之,從遙感數(shù)據(jù)處理到地震微波異常獲取過(guò)程中,需要耦合背景場(chǎng)構(gòu)建、時(shí)空特征分析、去偽存真、交叉驗(yàn)證和可靠性分析,地震微波遙感異常分析過(guò)程是一條復(fù)合鏈條(圖1)。
圖1 地震微波遙感異常分析過(guò)程的復(fù)合鏈條
近年來(lái),筆者團(tuán)隊(duì)面向地震遙感異常分析重大需求,利用多波段多極化被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感技術(shù),在微波輻射背景場(chǎng)構(gòu)建及其時(shí)空分析、非震微波信息剝離、地震異常提取分析、MBT偽異常分辨、多波段多極化復(fù)合分析、巖石受力微波輻射變化機(jī)理等方面取得了一系列新進(jìn)展。本文將擇要對(duì)這些進(jìn)展進(jìn)行介紹。
區(qū)域MBT背景場(chǎng)能體現(xiàn)特定地區(qū)在自然狀態(tài)下微波輻射的時(shí)空分布特征。基于多年同月衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建的月均值MBT背景場(chǎng),能抑制云層活動(dòng)和地震事件等突變信息,反映研究區(qū)非震狀態(tài)下微波輻射的自然變化特征[85]。但目前的研究一般多專(zhuān)注于挖掘和分析地震相關(guān)的“異常”信息,對(duì)反映區(qū)域微波輻射“正?!睜顟B(tài)的MBT背景場(chǎng)關(guān)注不足。若對(duì)正常信息缺乏必要認(rèn)知,必然影響對(duì)“異?!钡恼_甄別和科學(xué)理解。
近30年來(lái),青藏高原的巴顏喀拉地塊和喜山推覆帶構(gòu)造活動(dòng)十分活躍,青藏高原及其周緣地區(qū)頻現(xiàn)7級(jí)以上強(qiáng)震。過(guò)去,國(guó)內(nèi)外雖已針對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了大量的地震MBT異常研究,卻未針對(duì)青藏高原及其周緣地區(qū)MBT背景場(chǎng)開(kāi)展專(zhuān)門(mén)分析;近期,中南大學(xué)基于AMSR-2傳感器運(yùn)行周期內(nèi)全部歷史同月數(shù)據(jù),率先構(gòu)建了青藏高原地區(qū)多波段雙極化MBT逐月均值背景場(chǎng)。以低頻波段(10.65 GHz)水平極化為例(圖2),MBT背景場(chǎng)既反映了海拔、地形、緯度、地表覆蓋等多因素在空間上的復(fù)合作用,也反映了更為復(fù)雜的季節(jié)溫度、植被物候、地表水含量及其相態(tài)、凍融循環(huán)及降水等因素在時(shí)間上的多重耦合作用。在高頻波段(如89 GHz),MBT背景場(chǎng)主要反映陸地海拔和地表溫度的空間差異對(duì)微波輻射的影響,以及季節(jié)氣溫和物候特征的時(shí)間差異對(duì)微波輻射的影響。隨著微波觀測(cè)頻率升高,體現(xiàn)地表淺層介電特性的地學(xué)因素(如巖土類(lèi)型、表面電場(chǎng)、巖土含水量及其相態(tài))對(duì)MBT背景場(chǎng)的影響程度逐漸降低,而反映輻射傳輸路徑及云層信息的環(huán)境因素(如植被覆蓋、云層厚度、云層溫度、云相態(tài)等)對(duì)MBT背景場(chǎng)的影響程度逐漸升高。同一波段、不同極化MBT背景場(chǎng)的空間分布特征大體一致,但其隨時(shí)間變化的特征差異較大,主要取決于地表覆蓋類(lèi)型。據(jù)此,參考MBT月均值背景場(chǎng),分析并認(rèn)知其時(shí)空變化的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)因素,有助于識(shí)別地震活動(dòng)相關(guān)的附加微波輻射。
圖2 青藏高原及其周緣10.65 GHz水平極化MBT月均值背景場(chǎng)
文獻(xiàn)[69]曾于2011年提出兩步差分法,即第1步減去非震年研究區(qū)微波均值背景場(chǎng),從而消除地形地貌等固定影響;第2步去除研究區(qū)平均氣象條件影響,從而抑制潛在氣象擾動(dòng)。應(yīng)用實(shí)踐中逐漸發(fā)現(xiàn),該方法對(duì)微波輻射信號(hào)的中長(zhǎng)周期干擾(如地形、氣候)和短周期干擾(如局地氣象)在不同時(shí)空尺度上的相關(guān)性和差異性考慮不足,背景場(chǎng)構(gòu)建的合理性有待進(jìn)一步提升。參考地理學(xué)第一定律[86]和地理學(xué)第二定律[87]的基本思想,文獻(xiàn)[88]顧及地表微波輻射不同影響因子在時(shí)間和空間上的相似性和異質(zhì)性,重新構(gòu)建了歷史微波數(shù)據(jù)的權(quán)重計(jì)算方法與分配規(guī)則,提出了時(shí)空加權(quán)兩步法(spatio-temporally weighted two-step method,STW-TSM)。然而,在利用STW-TSM研究國(guó)內(nèi)外多個(gè)強(qiáng)震過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)卣鹎昂蟀l(fā)震區(qū)土壤濕度變化較大、云層較厚等復(fù)雜情況出現(xiàn)時(shí),非震因素的干擾值仍不能被完全剔除,還需利用輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行溯源分析。因此,文獻(xiàn)[89]進(jìn)一步提出了一種基于動(dòng)態(tài)月均值背景場(chǎng)(dynamic monthly mean background,DMMB)提取和辨析地震MBT異常的多源復(fù)合方法,即先利用代表研究區(qū)自然狀態(tài)的MBT月均值背景場(chǎng)提取可能與地震相關(guān)的MBT殘差值,再利用地表溫度、土壤濕度、衛(wèi)星云圖等多源輔助數(shù)據(jù)對(duì)影響地表微波輻射的關(guān)鍵因子進(jìn)行綜合辨析和逐一排除,最后保留與地震活動(dòng)相關(guān)的MBT殘差值。
基于STW-TSM,文獻(xiàn)[90]利用AMSR-E傳感器的多頻段雙極化數(shù)據(jù)研究了2008年汶川地震前后的MBT異常,發(fā)現(xiàn)汶川震前MBT異常逐漸增強(qiáng),主震當(dāng)天達(dá)到峰值,震后隨余震遷移,其在空間位置和形態(tài)上與龍門(mén)山東西兩側(cè)的第四紀(jì)地層完全吻合。通過(guò)比較不同頻率和極化的MBT異常細(xì)節(jié)特征和幅值大小,認(rèn)為10.65 GHz水平極化是地震MBT異常提取的優(yōu)選通道[88]。隨后,文獻(xiàn)[91]利用FY-3B MWRI傳感器的10.65 GHz水平極化數(shù)據(jù),研究了2015年尼泊爾廓爾喀和多拉卡地震序列,發(fā)現(xiàn)廓爾喀主震前2 d沿喜馬拉雅山脈出現(xiàn)一條覆蓋震中的近東西向的MBT顯著升溫條帶,并在震后迅速消失;MBT升溫條帶在多拉卡余震前一天復(fù)現(xiàn),震后也迅速消散。兩次震前的MBT異常條帶的形態(tài)、強(qiáng)度、方向和空間位置高度相似,且其南北向MBT幅值變化與喜山地區(qū)海拔變化高度正相關(guān),違背了地表溫度隨高程降低的自然規(guī)律。分析認(rèn)為,該地區(qū)地殼巖體中普遍存在的巖石礦物過(guò)氧缺陷[92],在地應(yīng)力作用下因受力激活而產(chǎn)生了可遷移的電荷載流子(正空隙電荷,P-holes),并沿溫度梯度和應(yīng)力梯度向低溫區(qū)、低應(yīng)力區(qū)傳遞,最終遷移、積聚于地表特定位置,進(jìn)而改變P-holes匯聚區(qū)地表的微波介電、引起微波輻射異常[90,92]。文獻(xiàn)[93]基于STW-TSM,利用AMSR-2傳感器10.65 GHz和89 GHz水平極化數(shù)據(jù)研究了2017年伊朗—伊拉克邊境扎哈布地震,發(fā)現(xiàn)震前MBT正異常出現(xiàn)在震中西南平原和北部湖區(qū),且隨地震臨近而增強(qiáng),隨余震消失而消散。聯(lián)合巖石力學(xué)三維數(shù)值模擬、遙感物理原理和微波介電變化響應(yīng)鏈條[90],該平原異常和湖區(qū)異常均得到了合理解釋[93]?;贒MMB,文獻(xiàn)[85,89]利用AMSR-E和AMSR-2 10.65 GHz水平極化數(shù)據(jù)分別提取了2010年青海玉樹(shù)地震和2021年青?,敹嗟卣鸬腗BT異常,發(fā)現(xiàn)這兩次地震前均出現(xiàn)了覆蓋巴顏喀拉地塊且形態(tài)相似的MBT增強(qiáng)條帶,認(rèn)為這可能是巴顏喀拉地塊的一種特征性地震前兆信息??偨Y(jié)筆者團(tuán)隊(duì)近年基于STW-TSM和DMMB方法開(kāi)展的國(guó)內(nèi)外大地震MBT異常研究案例,列于表3。
表3 地震微波輻射異常研究新進(jìn)展與MBT異常特征
在地震微波遙感研究中,地震MBT異常結(jié)果與異常提取和分析方法、微波頻率和極化方式、孕震機(jī)制和發(fā)震模式等有關(guān)[95]。通過(guò)表3所列案例的具體研究,發(fā)現(xiàn)受環(huán)境因素和傳感器工作性能的影響,MBT異常結(jié)果中還可能伴有噪聲或偽異常。筆者在研究2017年兩伊邊境地震時(shí)發(fā)現(xiàn),研究區(qū)AMSR-2原始影像中存在周期性且位置固定的異常條帶;仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn),該異常僅存在于10.65 GHz的水平極化通道,其他數(shù)據(jù)通道均正常;分析認(rèn)為,這可能是特定傳感器故障所致[93]。此外,MBT殘差影像中,震前10 d出現(xiàn)了一條由北東東向直指震中的負(fù)異常條帶;通過(guò)引入含分層高度的云總量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)合分析,確認(rèn)該現(xiàn)象是由高層云引起[93]。在研究2015年尼泊爾地震時(shí),發(fā)現(xiàn)除覆蓋震中的MBT正異常條帶之外,在南部平原地區(qū)還出現(xiàn)一條與之平行的MBT負(fù)異常條帶;聯(lián)合分析同步的地表土壤濕度數(shù)據(jù)和氣象降雨數(shù)據(jù),認(rèn)為該負(fù)異常條帶是由降雨過(guò)程所致[91]。在研究2021年青海瑪多地震時(shí),發(fā)現(xiàn)震后在震中北部區(qū)域出現(xiàn)大面積MBT正異常;通過(guò)分析地表溫度和土壤濕度數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)這是一種由氣溫升高導(dǎo)致土壤濕度降低引起的偽異常[89]。上述MBT偽異?,F(xiàn)象均具有顯著特征,可利用多源輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行辨析和剔除,進(jìn)而增加研究結(jié)果的純凈性和可靠性。此外,多波段多極化復(fù)合分析也是MBT偽異常研判的一種重要方法。
被動(dòng)微波信號(hào)對(duì)輻射傳輸路徑中不同影響因素的敏感性存在波段和極化差異,對(duì)不同通道的MBT異常結(jié)果進(jìn)行復(fù)合分析,有助于確證MBT異常變化所在圈層位置、解析MBT異常的潛在驅(qū)動(dòng)因子。筆者在研究2008年汶川地震多波段MBT異常時(shí)發(fā)現(xiàn),震中附近龍門(mén)山東西兩側(cè)兩處大面積MBT異常的強(qiáng)度和面積均隨頻率降低而升高,而散布于研究區(qū)其他位置的零星MBT異常則呈相反規(guī)律[88,90]。考慮到低頻MBT信號(hào)(如6.9、10.65 GHz)對(duì)大氣、植被和淺層地表具有穿透性,而高頻MBT信號(hào)(36.5 GHz及以上)的大氣衰減相對(duì)嚴(yán)重,經(jīng)復(fù)合分析,認(rèn)為震中附近兩處顯著MBT異常來(lái)源于地表(蓋層),其余零星MBT異常則來(lái)源于大氣(大氣層)。結(jié)合地應(yīng)力變化驅(qū)動(dòng)的地表微波介電響應(yīng)鏈條,可認(rèn)為低頻MBT異常與地震活動(dòng)存在更強(qiáng)相關(guān)性。3.4節(jié)中所述兩伊邊境地震前出現(xiàn)了高頻(89 GHz)的MBT負(fù)異常條帶,而在低頻(10.65 GHz)MBT并無(wú)異常顯現(xiàn)[93],初步認(rèn)為該異常的驅(qū)動(dòng)因子存在于大氣而非地表,進(jìn)而利用云層數(shù)據(jù)對(duì)該非地震相關(guān)的偽異常進(jìn)行校驗(yàn)與剔除;若10.65 GHz結(jié)果中也存在對(duì)應(yīng)的MBT負(fù)異常條帶且更寬、更強(qiáng),則可判定該異常的驅(qū)動(dòng)因子存在于地表而非大氣,應(yīng)選擇地表土壤濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)合與校驗(yàn)。此外,在常見(jiàn)衛(wèi)星觀測(cè)角度下(如45°、55°),地物同頻率垂直極化MBT高于水平極化,而模擬結(jié)果顯示,當(dāng)?shù)匚镂⒉ń殡姵?shù)變化時(shí),相同物理溫度下水平極化MBT變化幅度大于垂直極化,表明水平極化MBT信號(hào)對(duì)地物介電變化更為敏感,更適用于檢測(cè)由介電變化引起的地表MBT異常[95]。此外,因地表物理溫度變化對(duì)雙極化MBT影響效果相同,故可通過(guò)雙極化MBT觀測(cè)值進(jìn)行復(fù)合分析或差值比較:若雙極化MBT異常值差異較小,則該異常主要由地表溫度變化引起;若水平極化MBT異常值顯著高于垂直極化,則該異常主要由地表介電變化引起;對(duì)二者作差值運(yùn)算,可消減或去除地表物理溫度變化對(duì)MBT異常的貢獻(xiàn),強(qiáng)化或?yàn)V出由地表介電變化引起的MBT異常。
被動(dòng)微波衛(wèi)星傳感器接收的微波輻射信息與地表溫度和發(fā)射率密切相關(guān)。在研究實(shí)踐中,當(dāng)剝離地表溫度、土壤濕度、氣象等因素的影響之后,發(fā)現(xiàn)諸多地震前后仍存在顯著的MBT增強(qiáng)現(xiàn)象,暗示還可能存在導(dǎo)致地表微波輻射變化的某種未知因素。中南大學(xué)、東北大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)開(kāi)展的巖石受力微波輻射觀測(cè)試驗(yàn)表明,巖石受力變形彈性階段的微波輻射變化與應(yīng)力具有良好的同步性[81-82,96-97],且存在觀測(cè)角度和極化方式差異[98];深入的遙感物理解析發(fā)現(xiàn),巖石受力破裂過(guò)程中,巖石物理溫度變化對(duì)巖石微波輻射變化的貢獻(xiàn)十分有限,據(jù)此推測(cè)還存在巖石微波發(fā)射率的變化。為此,筆者團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)了巖石材料受力微波介電變化測(cè)試系統(tǒng),試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了巖石受力破裂過(guò)程中微波介電的規(guī)律性下降現(xiàn)象,并基于材料微觀極化機(jī)制進(jìn)行了合理解釋[96,99]。顧及地表蓋層影響和地殼巖體應(yīng)力分布的空間差異性,設(shè)計(jì)并開(kāi)展了覆蓋沙層的巖石受力微波輻射觀測(cè)試驗(yàn)和巖石局部受力遠(yuǎn)端非受力區(qū)微波介電觀測(cè)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在含過(guò)氧缺陷的巖石材料受力過(guò)程中,由于巖石內(nèi)部P-holes的激活、遷移及表面積聚導(dǎo)致巖石材料微波介電常數(shù)降低,進(jìn)而使得巖石受力微波輻射增強(qiáng)的現(xiàn)象[99-100]。
在地震MBT異常分析層面,筆者以2008年汶川地震和2015年尼泊爾地震序列為例,結(jié)合遙感-巖石力學(xué)試驗(yàn)現(xiàn)象、地震孕震/發(fā)震機(jī)制、區(qū)域三維地質(zhì)構(gòu)造、巖石P-holes理論和多源衛(wèi)星遙感輔助數(shù)據(jù),提出了一種地應(yīng)力變化所致“P-holes地殼深部激活-沿應(yīng)力梯度傳遞-陸地淺表聚集-微波介電下降-微波輻射增強(qiáng)”的響應(yīng)鏈條,為地震MBT異常變化提供了一種合理的信息物理機(jī)制[90-91]。在地球物理多圈層耦合分析層面,結(jié)合國(guó)際上的LAI耦合(lithosphere-atmosphere-ionosphere coupling)分析思路[101],并重點(diǎn)顧及地表蓋層(coversphere)對(duì)巖石圈和大氣層的紐帶作用及其對(duì)信號(hào)傳輸、衛(wèi)星遙感的重要影響,文獻(xiàn)[80,102—103]系統(tǒng)性提出了LCAI耦合(lithosphere-coversphere-atmosphere-ionosphere coupling)的信息物理分析思路,倡導(dǎo)以此為框架理解多圈層相互作用模式、探索多參數(shù)相互耦合機(jī)制,目前已在應(yīng)用實(shí)踐中取得良好效果[76,104-107]。
整體來(lái)看,多波段多極化被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感用于地震異常識(shí)別與監(jiān)測(cè)實(shí)踐研究,正處于加速發(fā)展階段。其方法與案例研究開(kāi)始深入遙感物理層面,在數(shù)據(jù)選擇、異常認(rèn)知、噪聲分辨等方面的理論支撐逐漸成熟,客觀揭示了國(guó)內(nèi)外眾多強(qiáng)震案例的震前MBT異?,F(xiàn)象,總結(jié)了地震MBT異常的時(shí)空變化特征和基本規(guī)律。立足新近進(jìn)展、面向未來(lái)發(fā)展與前沿探索,地震遙感尤其是地震微波遙感研究還應(yīng)從定量方法和理論機(jī)制兩個(gè)前沿方向繼續(xù)加強(qiáng),亟須瞄準(zhǔn)其中的關(guān)鍵科技問(wèn)題組織多學(xué)科交叉團(tuán)隊(duì),聯(lián)合開(kāi)展重點(diǎn)攻關(guān)。
目前,星載被動(dòng)微波傳感器(輻射計(jì)、成像儀)普遍具有多頻率、多極化組合的觀測(cè)模式,不同觀測(cè)通道對(duì)地球輻射信息變化的敏感性不同。低頻波段(如1.4、6.9 GHz)微波信號(hào)對(duì)大氣和植被具有良好穿透性,且對(duì)地表介電變化十分敏感,適用于反演地表土壤濕度[108-109];19.0 GHz及以上頻段微波信號(hào)可反映大氣云層信息;23.0 GHz位于大氣水汽吸收峰,可用于反演大氣水汽含量[32];37.0 GHz具有良好大氣透過(guò)率,對(duì)土壤特性變化不敏感,是地表溫度反演的最佳微波頻段[110]。因相同頻率、不同極化通道之間的觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)互相運(yùn)算后可消除地表溫度變化的影響,故可通過(guò)不同頻率、不同極化數(shù)據(jù)定量提取植被和土壤濕度變化,進(jìn)而為地震MBT異常甄別與可靠識(shí)別提供邊界條件,研制地震微波輻射異常的可靠識(shí)別方法。但是,目前的地震MBT異常遙感研究?jī)H利用上述特性進(jìn)行非震因素的定性分析,未能充分發(fā)揮不同通道數(shù)據(jù)的互補(bǔ)協(xié)同與定量解析潛能。因此,亟須融合多波段多極化被動(dòng)微波衛(wèi)星數(shù)據(jù),構(gòu)建不同環(huán)境條件下各種干擾因素的定量描述模型,整體解析和逐一剝離復(fù)雜非震因素對(duì)衛(wèi)星微波載荷接收信號(hào)的潛在貢獻(xiàn),進(jìn)而有效剔除偽異常、逼近正異常。此外,還需充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)分析挖掘強(qiáng)噪聲、弱信號(hào)背景下有效信息的優(yōu)勢(shì),早日實(shí)現(xiàn)地震微波輻射異常的可靠識(shí)別與監(jiān)測(cè)分析,這是未來(lái)地震微波遙感研究的大趨勢(shì)。
地震是地殼活動(dòng)與構(gòu)造應(yīng)力積累失穩(wěn)的結(jié)果,地應(yīng)力場(chǎng)變化是固體地球?yàn)?zāi)害的根源,而地應(yīng)力場(chǎng)變化衛(wèi)星遙感是打開(kāi)地震遙感預(yù)測(cè)的金鑰匙[111]。地震遙感既是遙感科學(xué)與技術(shù)的重要應(yīng)用,也是地球系統(tǒng)科學(xué)的重要分支,不僅需要關(guān)注地表屬性和輻射傳輸路徑的復(fù)合影響,還需關(guān)注地表MBT異常和地應(yīng)力場(chǎng)變化的時(shí)空關(guān)聯(lián)。然而,地殼應(yīng)力場(chǎng)變化導(dǎo)致的地球物理響應(yīng)信號(hào)如何產(chǎn)生、傳遞、損耗,如何引起地表MBT變化等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,尚待深入研究。在遙感-巖石力學(xué)基礎(chǔ)試驗(yàn)方面,雖然已在微觀、細(xì)觀尺度上大量取得了巖石破裂過(guò)程紅外、微波、介電、電流及磁場(chǎng)變化觀測(cè)及機(jī)理研究結(jié)果,但巖石微波輻射等遙感參數(shù)受力變化的微觀-細(xì)觀-宏觀尺度效應(yīng)不明,尚需建立巖石淺表MBT與巖石內(nèi)部應(yīng)力等觀測(cè)參量之間的物理聯(lián)系與尺度關(guān)聯(lián)。在地震微波遙感信息物理方面,盡管已提出地應(yīng)力驅(qū)動(dòng)的地表微波介電及MBT變化響應(yīng)鏈條[90-91],但仍屬定性解釋?zhuān)晃磥?lái)還須基于遙感-巖石力學(xué)、地球物理和遙感物理知識(shí),闡明地應(yīng)力場(chǎng)變化衛(wèi)星遙感的信息物理機(jī)制,確證衛(wèi)星遙感的地表MBT空間分異與地應(yīng)力場(chǎng)變化之間的內(nèi)在聯(lián)系,發(fā)展基于衛(wèi)星平臺(tái)的地應(yīng)力場(chǎng)變化遙感反演模型和定量算法,建立地應(yīng)力場(chǎng)變化衛(wèi)星遙感的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。此外,在地震微波遙感監(jiān)測(cè)方面,還須加強(qiáng)對(duì)多圈層多參數(shù)異常變化之耦合關(guān)系及時(shí)空鏈條的認(rèn)知理解,并基于多圈層多參數(shù)的物理-時(shí)空耦合機(jī)制,利用多圈層、大區(qū)域的地球系統(tǒng)空間可視化技術(shù)[112-114],研發(fā)形成衛(wèi)星遙感MBT異常分析業(yè)務(wù)系統(tǒng),使之具備多參數(shù)、多圈層、大區(qū)域綜合驗(yàn)證與動(dòng)態(tài)可視化的研判能力,努力提升地震遙感監(jiān)測(cè)分析及微波異常識(shí)別的科學(xué)性與可靠性。以上三者,均是未來(lái)地震微波遙感研究的重中之重。
多波段多極化被動(dòng)微波衛(wèi)星遙感的地震應(yīng)用方興未艾,構(gòu)造活動(dòng)與地震異常的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)前景廣闊,但問(wèn)題復(fù)雜、極具挑戰(zhàn)、任重道遠(yuǎn)。遙感科學(xué)與技術(shù)、地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)、大氣科學(xué)、空間物理學(xué)等多學(xué)科交叉與深度融合,是地震遙感研究向縱深發(fā)展的必由之路,4個(gè)層面的系統(tǒng)研究需要精心規(guī)劃、有序組織、穩(wěn)步推進(jìn)。在理論基礎(chǔ)層面,為建立地表微波輻射與地應(yīng)力場(chǎng)變化之間的定量關(guān)系,須結(jié)合巖石物理、巖石力學(xué)、遙感物理、電介質(zhì)物理和礦物學(xué)等知識(shí),繼續(xù)加強(qiáng)遙感-巖石力學(xué)基礎(chǔ)試驗(yàn)研究與理論分析。在分析方法層面,為準(zhǔn)確獲取地表真實(shí)的MBT及其變化,須發(fā)展基于多頻多極化數(shù)據(jù)的多重對(duì)象定量解析算法,精準(zhǔn)量化微波輻射傳輸路徑上陸地、海洋、植被和大氣等的輻射與散射特性,精細(xì)界定其變化規(guī)律與影響因素。在數(shù)據(jù)處理層面,須發(fā)展不同衛(wèi)星平臺(tái)微波數(shù)據(jù)之間的無(wú)損轉(zhuǎn)換及有效融合算法,進(jìn)而協(xié)同多平臺(tái)、多時(shí)相星地觀測(cè)數(shù)據(jù),突破目前MBT異常識(shí)別算法過(guò)度依賴(lài)同源歷史數(shù)據(jù)而衛(wèi)星壽命有限的困境,并引入機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能和大數(shù)據(jù)等手段,實(shí)現(xiàn)全球多尺度地震遙感異常的協(xié)同分析與智能識(shí)別處理。在應(yīng)用實(shí)踐層面,要切實(shí)加強(qiáng)科學(xué)研究與行業(yè)應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合、高校院所與行業(yè)部門(mén)的互動(dòng)聯(lián)合,積極推動(dòng)和加快構(gòu)建區(qū)域及全球性地震遙感監(jiān)測(cè)、分析及預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的步伐,盡快實(shí)現(xiàn)基于多源、多參數(shù)星地觀測(cè)數(shù)據(jù)快速處理、復(fù)合分析、異常識(shí)別、可靠性評(píng)價(jià)與交叉檢驗(yàn)等關(guān)鍵功能的流程化、自動(dòng)化和智能化,為地殼活動(dòng)與地震災(zāi)害感知監(jiān)測(cè)、認(rèn)知分析、預(yù)知服務(wù)等做出貢獻(xiàn)。