近年來(lái)，世界許多地方地震多發(fā)，有專家認(rèn)為地球進(jìn)入新的地震活躍期。前不久，云南省昭通魯?shù)榘l(fā)生6.5級(jí)地震后，如何進(jìn)行地震預(yù)報(bào)又成為眾人議論的熱門(mén)話題。而利用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)乃至預(yù)報(bào)地震，已成為科學(xué)家們研究的重要領(lǐng)域。

　　居高臨下一目了然優(yōu)點(diǎn)多

　　目前，世界各國(guó)監(jiān)測(cè)地震的主要手段是地面臺(tái)站觀測(cè)。不過(guò)，地面臺(tái)站觀測(cè)具有很大的局限性，這是因?yàn)槭苡^測(cè)環(huán)境、生活環(huán)境等諸多客觀條件的限制，在國(guó)境邊界、海洋、高山、原始森林等地區(qū)建臺(tái)比較困難，所以全球的觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)密度很不均勻，存在許多監(jiān)測(cè)空白區(qū)。另外，現(xiàn)有的地面觀測(cè)臺(tái)站干擾越來(lái)越嚴(yán)重。這些都會(huì)導(dǎo)致地震監(jiān)測(cè)區(qū)域出現(xiàn)空白點(diǎn)和觀測(cè)資料不足。

　　由于對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星具有全天候、全天時(shí)、全球性、周期短、效率高、動(dòng)態(tài)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。例如，衛(wèi)星圖像可用于描述地球的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，確定地震風(fēng)險(xiǎn)帶的地震構(gòu)造條件;空間探測(cè)能克服地面測(cè)地勘探測(cè)量中的許多限制，現(xiàn)已成為評(píng)估地球斷層、板塊邊界運(yùn)動(dòng)、位移情況的有力工具，精度甚至可達(dá)毫米級(jí)。所以，利用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)地震，及時(shí)獲取地震前兆信息，實(shí)現(xiàn)地震短臨預(yù)報(bào)目的，已經(jīng)成為各國(guó)地震科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。

　　現(xiàn)在，用衛(wèi)星研究地震預(yù)報(bào)已有多種，比如，可用gps導(dǎo)航定位衛(wèi)星監(jiān)測(cè)地殼變化來(lái)預(yù)報(bào)地震。另外，地震會(huì)引起地球表面的引力變化，用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)地球引力變化的異常數(shù)據(jù)，也可能為地震預(yù)報(bào)做出貢獻(xiàn)。

　　不過(guò)，目前用衛(wèi)星直接預(yù)報(bào)地震的方式主要有兩種，一種是使用氣象衛(wèi)星(通過(guò))監(jiān)測(cè)地表熱紅外輻射的異常變化來(lái)預(yù)報(bào)地震，另一種是使用地震電磁衛(wèi)星監(jiān)測(cè)某地電磁場(chǎng)的異常變化來(lái)預(yù)報(bào)地震，而且后者已成為發(fā)展主流。

　　地表熱紅外輻射透先兆

　　在地震發(fā)生前，由于震區(qū)巖層大面積受力，使震中周圍的巖層產(chǎn)生裂隙，二氧化碳、氫氣、氮?dú)夂图淄榈葰怏w從巖層的裂隙中釋放出來(lái)。同時(shí)，地表電磁場(chǎng)的異常變化轟擊這些氣體，從而釋放出熱量，產(chǎn)生熱紅外異常。所以，可以通過(guò)衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)地面熱紅外輻射進(jìn)行觀測(cè)，再綜合地質(zhì)構(gòu)造、地震帶分布和其他氣象情況，分析、預(yù)報(bào)地震發(fā)生的時(shí)間、震中的位置和震級(jí)。

　　用衛(wèi)星預(yù)報(bào)地震的理論最早是20世紀(jì)70年代蘇聯(lián)人提出來(lái)的。該理論認(rèn)為，地球板塊碰撞會(huì)把地下熱擠壓出來(lái)，造成地表異常增溫，因此通過(guò)地表出現(xiàn)異常增溫，就可反推出該地區(qū)有可能發(fā)生地震。在地球上空運(yùn)行的衛(wèi)星可以獲得大量資料和進(jìn)行連續(xù)不斷地觀測(cè)，所以能用來(lái)監(jiān)測(cè)地球表面的異常增溫，從而用來(lái)進(jìn)行地震預(yù)報(bào)分析。

　　20世紀(jì)80年代末，我國(guó)地震工作者開(kāi)始利用氣象衛(wèi)星獲取的熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)研究。1990年俄羅斯也發(fā)現(xiàn)了地震前有衛(wèi)星熱紅外增溫現(xiàn)象。這些都為利用衛(wèi)星遙感紅外技術(shù)研究地震預(yù)報(bào)提供了新的線索，此后這方面的研究受到地震學(xué)者的廣泛關(guān)注。

　　1990年至2000年，國(guó)家地震局和國(guó)家氣象局借助氣象衛(wèi)星、資源衛(wèi)星獲取的紅外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，首創(chuàng)了地震短臨預(yù)報(bào)技術(shù)，進(jìn)行了100次地震預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到50%以上。實(shí)踐證明，利用衛(wèi)星熱紅外信息進(jìn)行地震短臨預(yù)報(bào)在預(yù)報(bào)強(qiáng)震方面有一定效果，因?yàn)閺?qiáng)震前異常反應(yīng)強(qiáng)烈，在圖像上顯示的異常增溫較明顯;而小地震前異常反應(yīng)不明顯，對(duì)其預(yù)報(bào)判讀的準(zhǔn)確性比強(qiáng)震差。

　　這種方法也存在很多局限，在2008年5月21日汶川大地震前，由于當(dāng)?shù)剡B日陰雨天，受云層的干擾，衛(wèi)星熱紅外輻射計(jì)探測(cè)不到云層下低空大氣的溫度，所以可能無(wú)法做出臨震前預(yù)報(bào)。

　　監(jiān)測(cè)電磁變化衛(wèi)星成主流

　　大量的觀測(cè)事實(shí)顯示，在多數(shù)大地震發(fā)生前，均在震中及其鄰區(qū)發(fā)現(xiàn)過(guò)大量與電磁(波)有關(guān)的異?，F(xiàn)象。而這些電磁(波)的變化會(huì)最終反映在大氣的電離層中，因此使用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)電離層變化，可以為人們準(zhǔn)確預(yù)報(bào)地震提供參考。所以，許多國(guó)家開(kāi)展了地震電磁衛(wèi)星(簡(jiǎn)稱地震衛(wèi)星)的探索研究，以期將其作為監(jiān)測(cè)地震災(zāi)害的有效手段之一。

　　其實(shí)，早在冷戰(zhàn)時(shí)期，由于地下核試驗(yàn)產(chǎn)生的強(qiáng)震會(huì)引起電磁異常，所以為了監(jiān)測(cè)有關(guān)國(guó)家地下核試驗(yàn)的情況，蘇聯(lián)發(fā)射過(guò)多顆這種可監(jiān)測(cè)電磁異常的衛(wèi)星。后來(lái)，這種電磁監(jiān)測(cè)衛(wèi)星又逐漸用于地震預(yù)報(bào)，轉(zhuǎn)化成為專門(mén)的地震衛(wèi)星。

　　1983年，一位專家對(duì)一顆對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星經(jīng)過(guò)地震區(qū)域時(shí)的記錄數(shù)據(jù)分析后，發(fā)現(xiàn)震前和震后幾十分鐘至數(shù)小時(shí)內(nèi)超低頻電磁信號(hào)增強(qiáng)，這一成果極大地推動(dòng)了地震-電磁現(xiàn)象的研究。1989年，日本和蘇聯(lián)衛(wèi)星又觀測(cè)到了28次5.2～6.1級(jí)地震前均有低頻電磁輻射，出現(xiàn)概率最大是在主震前l(fā)2～l4小時(shí)內(nèi)，這一發(fā)現(xiàn)為地震衛(wèi)星的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。此后，還有多顆對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星所獲數(shù)據(jù)都表明，地震前后低頻電磁信號(hào)都有明顯的變化。因此，地震學(xué)家現(xiàn)在普遍認(rèn)為，利用衛(wèi)星捕捉電磁前兆將是地震短臨預(yù)報(bào)最有效的手段之一。

　　20世紀(jì)90年代初，在多年研究的基礎(chǔ)上，俄羅斯科學(xué)家提出建立地震前兆全球監(jiān)測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)的設(shè)想。該系統(tǒng)的目標(biāo)是對(duì)特定地區(qū)上空的電磁波、電離層等離子體特征等長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，在震前2～48小時(shí)做出預(yù)報(bào)。按照科學(xué)家們的設(shè)想，這一系統(tǒng)將由20顆微型中低軌道衛(wèi)星、地面接收網(wǎng)絡(luò)和地面飛行控制中心組成。地面接收系統(tǒng)把信息傳遞到地震預(yù)測(cè)中心，中心再將地震衛(wèi)星信息與地面?zhèn)鹘y(tǒng)地震監(jiān)測(cè)得到的信息相結(jié)合進(jìn)行地震預(yù)測(cè)。不過(guò)，由于俄羅斯經(jīng)濟(jì)衰退等原因，該系統(tǒng)至今沒(méi)有建成。

　　從上世紀(jì)90年代到今天，俄羅斯、法國(guó)、美國(guó)等許多國(guó)家已發(fā)射了一些地震衛(wèi)星，它們主要用于探測(cè)感應(yīng)電場(chǎng)、感應(yīng)磁場(chǎng)、基本磁場(chǎng)、tec、高能粒子等電離層參數(shù)。

　　建立星座是未來(lái)趨勢(shì)

　　受到運(yùn)行周期、衛(wèi)星性能等的影響，用一顆地震衛(wèi)星觀測(cè)只能獲取有限的地震前兆信息。由于在一次較大地震發(fā)生前的一個(gè)月時(shí)間內(nèi)，一顆衛(wèi)星飛過(guò)地震震中上空的次數(shù)也就幾次，而且持續(xù)時(shí)間非常短，所以可以獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)非常少，僅憑這些數(shù)據(jù)來(lái)判斷地震的時(shí)間、空間和強(qiáng)度是非常困難的。

　　如果能建立包括監(jiān)測(cè)電磁、重力、熱紅外輻射等多種不同類型衛(wèi)星組成的星座，則可滿足地震預(yù)報(bào)要求。衛(wèi)星數(shù)量和種類越多，資料積累就越多，有利于地震電磁耦合機(jī)理、地震前兆特征和干擾研究。

　　目前美國(guó)、俄羅斯、烏克蘭、意大利、日本、中國(guó)臺(tái)灣等，都有發(fā)射監(jiān)測(cè)電磁的地震衛(wèi)星計(jì)劃，其中不少擬建立觀測(cè)星座，它是地震衛(wèi)星觀測(cè)的發(fā)展方向。這樣可在探測(cè)與地震前兆信息密切相關(guān)的物理量時(shí)，同時(shí)探測(cè)可能的前兆信息干擾源，或者為有效提取地震前兆信息提供輔助觀測(cè)，從而對(duì)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)地震很有幫助。

　　據(jù)悉，我國(guó)也正在研制地震衛(wèi)星。未來(lái)，在我國(guó)地震衛(wèi)星發(fā)射之后，可以與國(guó)外的衛(wèi)星合作，組成星座編隊(duì)飛行，這樣可提高時(shí)間分辨率，從而盡可能捕捉到地震短臨前兆。

　　延伸閱讀

　　我國(guó)首顆地震衛(wèi)星指日可待

　　我國(guó)處于世界兩大地震帶之間，是一個(gè)多地震的國(guó)家。資料顯示，20世紀(jì)有1/3的陸上破壞性地震發(fā)生在我國(guó)，死亡人數(shù)約60萬(wàn)，占全世界同期因地震死亡人數(shù)的一半左右。所以，我國(guó)有關(guān)專家認(rèn)為，發(fā)展地震衛(wèi)星十分必要。

　　2008年我國(guó)四川汶川發(fā)生大地震后，有權(quán)威專家指出，如果我們事先有該地區(qū)連續(xù)的空間監(jiān)測(cè)的熱和電磁效應(yīng)的圖像，可能會(huì)有預(yù)報(bào)。

　　據(jù)我國(guó)地震衛(wèi)星計(jì)劃實(shí)施專家組負(fù)責(zé)人申旭輝介紹，我國(guó)將在2016年發(fā)射首顆地震衛(wèi)星——電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星。該衛(wèi)星采用cast小衛(wèi)星平臺(tái)，運(yùn)行在太陽(yáng)同步圓軌道，軌道高度約500千米。我國(guó)電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星將獲取全球低頻電磁場(chǎng)和電離層等離子體及高能粒子觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究與地震相關(guān)的電離層變化現(xiàn)象，總結(jié)地震電離層前兆特征，探索地震電離層耦合機(jī)理和地震預(yù)測(cè)方法，為空間科學(xué)、電波科學(xué)以及地球物理研究等提供數(shù)據(jù)信息服務(wù)。

　　地震預(yù)報(bào)是世界性的難題，目前還很難準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。但從科學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，用衛(wèi)星進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為全世界公認(rèn)的有效方法，很有發(fā)展前景。