發(fā)布時間：2019-11-30 05:31

【摘要】：長白山火山區(qū)是我國具有潛在噴發(fā)危險的活火山,在2002~2005年火山活動性增強(qiáng)出現(xiàn)了巖漿房擾動。利用衛(wèi)星遙感技術(shù)具有觀測范圍大、觀測時間長且連續(xù)的優(yōu)勢。因此,本文利用對流層污染探測儀(MOPITT)和大氣紅外探測儀(AIRS)高光譜遙感數(shù)據(jù)提取了2002~2005年長白山天池火山區(qū)CO總量、O_3總量、水汽總量和地表溫度異常信息,討論了高光譜遙感氣體地球化學(xué)異常信息與火山活動性之間的關(guān)系,并對2002~2005年長白山天池火山區(qū)火山活動性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,高光譜遙感數(shù)據(jù)觀測到的氣體地球化學(xué)(CO、O_3、水汽)異常與地震、形變監(jiān)測結(jié)果以及地面流體(CO_2、He、H_2)觀測結(jié)果相一致,表明MOPITT和AIRS高光譜遙感衛(wèi)星觀測到的氣體異常變化較好地反映了2002~2005年大規(guī)模的深部巖漿局部擾動。在2002~2005年火山活動期間,CO總量、O_3總量、水汽總量和地表溫度均出現(xiàn)了顯著異常且異常出現(xiàn)時段相應(yīng)準(zhǔn)偏差顯著增大,反映了氣體逸出量在時間上具有不均一性,可能與火山、地震活動過程中地應(yīng)力的作用和變化有關(guān)。從氣體異常持續(xù)的時間以及地面觀測結(jié)果綜合分析,2002~2005年巖漿房擾動并沒有產(chǎn)生長時間的地幔物質(zhì)流的上升和遷移。在火山活動性增強(qiáng)的時間段內(nèi),地表溫度出現(xiàn)異常低值,這可能與太平洋板塊俯沖過程中引起的斷裂拉張?jiān)鰪?qiáng)有關(guān)。此外,火山活動過程中逸出的氣體進(jìn)入大氣圈產(chǎn)生大氣化學(xué)反應(yīng)也會導(dǎo)致高光譜遙感所觀測到的氣體地球化學(xué)異常。研究結(jié)果為2002~2005年長白山火山活動性的研究提供了來自高光譜遙感數(shù)據(jù)的氣體地球化學(xué)新證據(jù),也對高光譜分辨率遙感數(shù)據(jù)在火山活動規(guī)律的研究以及火山監(jiān)測中的應(yīng)用具有一定意義。
【圖文】：

圖1長白山火山區(qū)位置及斷裂分布圖Fig.1SketchmapshowingthelocationofChangbaivolcanoandfaultdistributions對高光譜遙感技術(shù)在火山活動性監(jiān)測中的應(yīng)用前景進(jìn)行探尋。2地質(zhì)背景長白山火山區(qū)位于歐亞板塊與太平洋板塊相互作用的弧后構(gòu)造環(huán)境，華北板塊北東緣與中新生代北東向?yàn)I太平洋火山造山帶交接處(金伯祿和張希友，1994;劉嘉麒，1999)，屬鴨綠江-琿春裂谷帶(金伯祿和張希友，1994)。長白山火山區(qū)在廣義上包括我國境內(nèi)的長白山天池火山、望天鵝火山、圖們江火山和龍崗火山，是我國最大的第四紀(jì)火山巖分布區(qū)(樊祺誠等，2007)。火山區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列平行于NE-SW向的構(gòu)造斷裂(如敦化-密山斷裂、依蘭-伊通斷裂)以及NW-SE向斷裂等(金伯祿和張希友，1994)(圖1)。長白山火山的噴發(fā)經(jīng)歷了粗面玄武巖造盾、粗面巖、堿流巖造錐和全新世堿流質(zhì)巖漿噴發(fā)等階段(樊祺誠等，2006)。K-Ar年齡測定以及以往研究結(jié)果表明，圖們江火山和望天鵝火山活動始于上新世，噴發(fā)時代分別為上新世-中更新世(5.5～0.19Ma)和上新世-早更新世(4.77～2.12Ma)(樊祺誠等，2007)。天池火山和龍崗火山均屬于第四紀(jì)火山，噴發(fā)活動從早更新世(約2Ma)持續(xù)到全新世(樊祺誠等，2006)。3數(shù)據(jù)和方法MOPITT和AIRS分別為搭載于極軌衛(wèi)星EOS-Terra和EOS-Aqua衛(wèi)星平臺上的高光譜分辨率傳感器。MOPITT傳感器由加拿大歐空局于1999年12月發(fā)射升空，2000年3月開始向地面提供觀測數(shù)據(jù)，第一次連續(xù)全面地提供了覆蓋全球的CO觀測數(shù)據(jù)。MOPITT傳感器水平分辨率22km，掃描寬度640km，垂直分辨率3km，共8個波段(Deeter，2011)，可對全球?qū)α鲗覥O和CH4總柱含量進(jìn)行測量。由于發(fā)射后故障，目前只有4個波段進(jìn)行工作，可對全球?qū)α鲗覥O總柱含量進(jìn)行觀測。AIRS傳感器于2002年5月發(fā)射升空，數(shù)

圖2MOPITT降軌數(shù)據(jù)觀測的長白山天池火山區(qū)2002～2005年CO總量年變殘差變化(ΔMCO)與(ΔMSST)變化灰色區(qū)域表示本次研究的時間段，紅色點(diǎn)線表示異常閾值.年變殘差的變化超出異常界閾值則視為異常Fig.2ResidualvariationsoftotalCO(ΔMCO)andsurfaceskintemperature(ΔMSST)intheChangbaivolcanofromMOPITTsatellitedataindescendingmodeGreyregionandreddottedlinesshowingthestudiedperiod(2002～2005)andthethresholds，respectively.Theanomalyisidentifiediftheresidualvariationsexceedtheestablishedthreshold及地表溫度值作為觀測值(S)。將觀測值(S)去除氣體變化基準(zhǔn)場(S)后的殘余部分稱為年變殘差ΔM(t)(公式2)。ΔM(t)=S(xi，j，yi，j，t)－S(xi，j，yi，j，t)(2)數(shù)據(jù)分析過程中，采用年變殘差的平均值加減2倍標(biāo)準(zhǔn)差作為異常閾值，對氣體異常進(jìn)行判斷。若年變殘差(ΔM(t))的變化超出異常界閾值，，則視為氣體異常。4結(jié)果4.1MOPITT觀測到的氣體地球化學(xué)異常圖2a和圖2b分別顯示了從MOPITT高光譜遙感數(shù)據(jù)提取的長白山天池火山區(qū)2002～2015年間CO總量年變殘差(ΔMCO)(圖2a)和地表溫度年變殘差(ΔMSST)(圖2b)的變化情況。2002～2005年，ΔMCO從2002年8月開始升高，在2003年超出異常閾值，出現(xiàn)多年ΔMCO異常高值(4.7×1017mole/cm2)。在多年連續(xù)觀測時間序列中，ΔMSST在2002年出現(xiàn)異常低值(－8.7K)(圖2a)。長時間序列(2002～2015年)殘差變化顯示，除2002～2005年異常外，ΔMSST在2006～2008年出現(xiàn)異常波動升高，而同時期ΔMCO在異常閾值內(nèi)也呈升高趨勢，但未突破異常閾值(圖2a)。在2010年3月，ΔMSST再次突破異常閾值出現(xiàn)低值(－5.4K)(圖2b)。4.2AIRS觀

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