Ανάλυση ανωμαλιών μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας που σχετίζονται με διαφορετικούς τύπους σεισμικής δραστηριότητας

Από RemoteSensing Wiki

Συγγραφείς: Pan Xiong, Xuhui Shen

Λέξεις κλειδιά: Σεισμός, Σεισμικές ανωμαλίες, Στατιστική Ανάλυση, Υπέρυθρο τηλεπισκόπησης, Εξερχόμενη ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος

Πηγή: ScienceDirect

Εισαγωγή

Χρησιμοποιώντας εικόνες και προϊόντα θερμικών υπέρυθρων τηλεπισκoπικών δορυφορικών παρατηρήσεων, αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι θερμικές υπέρυθρες ανωμαλίες διαπιστώθηκαν στην περιοχή της προετοιμασίας του σεισμού λίγες ημέρες πριν από το σεισμικό σοκ. Αυτές οι μελέτες έχουν ανακαλύψει στατιστικά σημαντική συσχέτιση μεταξύ της δραστηριότητας των ανωμαλιών IR γύρω από τη ζώνη ρήξης του σεισμού με τη σύγκριση δορυφορικών TIR εικόνων πριν και μετά από σεισμούς.

Δεδομένα

Οι εκτιμήσεις εξερχόμενης μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας (ΟΦ) χαρακτηρίζονται ως η εκπομπή από τη διαμόρφωση του εδάφους, της ατμόσφαιρα και των σύννεφων, τα οποία έχουν παρατηρηθεί στην κορυφή της ατμόσφαιρας από τους δορυφόρους του NOAA. Το Κέντρο Πρόβλεψης Κλίματος του παρέχει τα ημερήσια και μηνιαία στοιχεία ΟΦ. Ο αλγόριθμος για την ανάλυση δεδομένων Ανεπτυγμένων Πολύ Υψηλής Ανάλυσης Ραδιομετρικών (AVHRR) προέρχεται από τους Gruber και Krueger (Gruber και Krueger, 1984). Το σύνολο των δεδομένων ΟΦ που χρησιμοποιείται στην παρούσα μελέτη είναι δύο φορές την ημέρα από το δορυφόρο NOAA-18 με χωρική κάλυψη 1επί 1 με παγκόσμια κάλυψη, και η περίοδος ανάλυσης είναι από 1 Σεπτέμβρη 2007 έως τις 23 Μαΐου, 2015 σχηματίζοντας τα δεδομένα της χρονοσειράς, και η μελετημένη βάση δεδομένων είναι περίπου 3376 σεισμοί μεγέθους 5.5.

Μεθοδολογία Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για την ανίχνευση σεισμικών ανωμαλιών χρησιμοποιώντας TIR δεδομένα, κυρίως συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης χρονικής συχνότητας κύματος, της μεθόδου υπολογισμού πεδίου Eddy και τη μέθοδο RST. Η μέθοδος RST βασίζεται σε μια προκαταρκτική πολυ-χρονική ανάλυση για αρκετά χρόνια δορυφορικών αρχείων TIR, οι προηγούμενες μελέτες έχουν αποδείξει ένα αποτελεσματικό τρόπο για την ανίχνευση σεισμικών ανωμαλιών IR χρησιμοποιώντας τη μέθοδο RST. Στην παρούσα μελέτη έχει προταθεί μια ισχυρή πέντε-βημάτων μέθοδος στατιστικής ανάλυσης βάσει της RST. Τα τέσσερα πρώτα στάδια της επεξεργασίας των δεδομένων είναι να ανιχνεύσουν ανωμαλίες του καθενός μεμονωμένα επιλεγμένου σεισμού. Το τελευταίο βήμα αφορά τις τελικές στατιστικές με όλους τους επιλεγμένους σεισμούς. Πρώτο βήμα η απόστολή των δεδομένων σε ένα χάρτη δικτύου. Σε αυτό το στάδιο, η επιφάνεια της Γης διαιρείται σε κελιά με ανάλυση 1 βαθμού τόσο σε γεωγραφικό πλάτος και μήκος. Η περιοχή μελέτης αντιστοιχεί σε ένα τετράγωνο 10 βαθμών από το επίκεντρο που περιέχει 441 κελιά με χρονικό εύρος 7 μέρες πριν το σεισμό και 3 μέρες μετά για συνολικά 11 μέρες. Στο δεύτερο βήμα γίνεται ο υπολογισμός της διαφορικής μεταβλητής, προκειμένου να μειωθούν οι πιθανές επιπτώσεις λόγω κλιματολογικών αλλαγών από μέρα σε μέρα ή και από έτος σε έτος. Στο τρίτο στάδιο γίνεται ο υπολογισμός του πεδίου αναφοράς. Με τη χρήση της διαφορικής μεταβλητής από το επιλεγμένο σετ δεδομένων, υπολογίζονται τα πεδία αναφοράς για την μέση τιμή και την τυπική απόκλιση. Προτελευταίο βήμα είναι η ανίχνευση ανώμαλων δεδομένων (ΟΦ) μέσω του δείκτη RETIRA (Robust Estimator of TIR Anomalies). Στο τελευταίο στάδιο συγκεντρώνονται τα στατιστικά στοιχεία όλων των επιλεγμένων σεισμών. Όλα τα αποτελέσματα που υπολογίζονται με το δείκτης RETIRA συλλέγονται τώρα, και η μέση τιμή όλων των αντίστοιχων σημείων δεδομένων στην ίδια θέση υπολογίζεται με την ακόλουθη εξίσωση: Rij=∑_(m=0)^Μ▒〖×ΔΤ(i,j)/M〗 όπου το Μ είναι ο αριθμός των σεισμών και Rij είναι η μέση τιμή από όλα τα αποτελέσματα που υπολογίζονται από τα παραπάνω βήματα. Όταν ο δείκτης RST Rij> 0 τότε υπάρχουν σεισμικές ανωμαλίες, όμως σε αυτή τη μελέτη, θα βρούμε μια καλή διάκριση μεταξύ της αντοχής από τις ανωμαλίες του σεισμού, όταν η τιμή του δείκτη RST Rij είναι μεταξύ 0,8 και 0,9. Έτσι, μια σχετική διακύμανση προκύπτει από αυτό το τελικό στατιστικό αποτέλεσμα.

Αποτελέσματα

Η ισχυρή στατιστική μέθοδος που αναπτύχθηκε σε αυτό το χαρτί εφαρμόζεται σε διάφορους τύπους σεισμικής δραστηριότητας. Δεδομένου ότι ορισμένες έρευνες επισήμαναν ότι το βάθος των σεισμών μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο στις ανεπιθύμητες επιδράσεις έχουμε διαιρέσει τους σεισμούς με τρία διαφορετικά επίπεδα βάθους: βάθος μικρότερο ή ίσο με 30 χιλιόμετρα, μεταξύ 30χιλιομέτρων και 60 χιλιομέτρων και βάθος μεγαλύτερο από 60 χιλιόμετρα. Στη συγκεκριμένη μελέτη οι σεισμοί που χρησιμοποιούνται έχουν μέγεθος μεγαλύτερο ή ίσο προς 5,5. Τα στατιστικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η ένταση της ανωμαλίας γύρω από το επίκεντρο μειώνεται όταν το βάθος αυξάνει. Δηλαδή, ανωμαλίες πιο εύκολα παρατηρούνται κατά τη διάρκεια ρηχών σεισμών παρά πιο βαθέων. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι ανωμαλίες ΟΦ που προκαλούνται από τους σεισμούς μπορεί να παρουσιάζουν κάποιες διαφορές σε διαφορετικά επίπεδα μέγεθος, η βάση δεδομένων σεισμός έχει διαχωριστεί στις εξής κατηγορίες: μεγαλύτερο ή ίσο με 5,5, μεγαλύτερο ή ίσο με 6,0 και μεγαλύτερο ή ίσο με 7,0. Παρατηρήθηκε ότι η ένταση των ανωμαλιών γύρω από τα επίκεντρα αυξήθηκε με το μέγεθος. Τέλος έγινε μια διάκριση μεταξύ των ανωμαλιών ΟΦ που συμβαίνουν στο βόρειο και νότιο ημισφαίριο. Όλοι οι σεισμοί μεγέθους μεγαλύτερου ή ίσου με 5,5 χρησιμοποιήθηκαν επίσης σε αυτό το στατιστικό στοιχείο. Μερικές ανωμαλίες εμφανίζονται σε περίπου 1.000 χιλιόμετρα ανατολικά από το επίκεντρο για τους σεισμούς που συμβαίνουν στο νότιο ημισφαίριο και ΟΦ ανωμαλίες αυξάνονται σημαντικά κοντά στο επίκεντρο μία ημέρα πριν και την ημέρα του σεισμού για σεισμούς που συμβαίνουν στο Βόρειο Ημισφαίριο.