地震是突发性自然灾害,其破坏性大,危害严重。本世纪以来全球地震频发,尤其是中强地震,给人类造成了巨大灾难和损失。地震预测和地震活动的监测与预警一直是地震学研究的主要问题之一。随着遥感技术和数据同化技术的发展,海量的遥感数据和多源同化资料为地震活动监测研究提供了长期、时空连续的地表、大气和电离层参量,同时也为地震异常监测与预警提供了更多的参考和依据。本文基于地震“岩石圈-地表-大气圈”耦合模型,以2010年2月27日智利地震为例,利用卫星和多源观测数据同化资料,结合地表和电离层的多个参量(地表潜热通量(SLHF)、表面温度(SKT)、电、磁参量等),采用不同的数据处理方法对地震前、后参量异常信息进行了检测和分析。研究尝试将一维连续小波变换(CWT)方法应用于地表潜热通量时间序列信号的异常检测,与标准偏差法对比,验证该方法的有效性,并分析了不同尺度、频率的SLHF异常特征。本文首次将小波多尺度分解、固定窗口的滑动相关分析法(SCA)应用于地震电、磁参量的异常提取,并结合时频分析和CWT变换方法,研究地震电、磁不同参量异常在时间、频率和尺度上的分布,以及参量间的相关性变化。此外,为去除太阳活动、季节、气候等因素对SKT异常检测的影响,本文在多尺度小波分解的基础上进一步提取了年变残差的8阶低频信息。最后,通过对比不同数据处理方法的结果,联合多个不同参量在时间、频率和相关性方面的震前演化特征,结合研究区地质构造环境,对研究震例震前异常现象进行解释和分析,进而为地震预警方法研究提供依据和参考。本文实验结论如下:1.验证了一维连续小波变换和滑动相关性分析方法在SLHF和电离层等离子体参量异常信息检测应用中的有效性。利用标准差法、CWT和JTFA方法能够有效的检测到地震信号的奇异点和突变点,同时能够提取出不同尺度和频率的能量异常;利用SCA方法检测到震前电离层H+、O+和He+参量的相关性异常变化信息。2.不同范围的研究区,异常检测结果有差异。本研究以震中为中心,分别选择了距离震中5°、10°、20°和30°研究区,分析不同研究区的异常,发现在距离震中5°至20°研究区能够检测到明显的异常信息,而在30°范围内,异常不明显。不同的震例孕震半径不同,孕震半径与震级、震源深度等因素有关。3.智利地震强震前存在多个参量异常,有时间准同步性。对比分析不同参量的检测结果,发现震前多个物理参量的异常具有准同步。其中,电子密度、温度,离子密度及等离子体O+密度存在异常增加现象,电子温度存在异常降低现象;O+与He+、H+与O+的相关性在震前呈下降的趋势。4.不同类型参量异常在频率和尺度的分布不同。地表潜热通量异常主要分布在中、低尺度或中、高频部分,电磁参量异常一般分布在中、高尺度或中低频部分。5.地表潜热通量异常的海陆差异及与板块构造的位置关系。在平静期海洋和陆地区域SLHF值差异较小,而在地震前差异增大,且海域通量值普遍高于陆地区域。在空间上,异常主要现在纳兹卡板块、南极洲板块和南美洲板块交界处的海洋区域,在震后2-3天仍存在高值异常。6.震前表面温度参量出现“冷异常”现象。基于小波多尺度分解,计算SKT参量年变残差的8阶低频信息,发现震前在南美洲南端三角带有SKT值降低现象。