地震期间电离层扰动现象研究

介绍了大量的关于地震电离层扰动现象研究的最新进展，研究表明地震发生前的几天或者几个小时电离层扰动被观测到，电离层前兆是确实存在.但要将震前的电离层扰动作为地震短临预报的工具，还有许多值得我们去深入研究和解决的问题.应用空间技术开展大区域范围内电离层参数的实时观测，如用地震电磁卫星、GPS台网、并和地面电离层垂测仪观测相结合，建立“电离层地震前兆监测系统”，无疑会加速这项研究的进程.     

地震电磁卫星电离层扰动研究进展综述

本文总结了国内外关于地震电离层扰动现象研究的主要进展, 主要介绍了法国DEMETER卫星及其相关的统计研究和震例研究成果, 总结了目前地震电离层扰动前兆震例研究的一般步骤, 介绍了地震孕育过程中产生的电磁异常信息向电离层传播的可能途径, 包括化学途径、 声学途径和电磁途径。 大量的研究成果表明地震电离层异常的存在, 在地震发生前几个小时至几天或几个月电离层扰动被探测到, 但是地震电离层扰动前兆能否作为地震预报方法, 还有许多需要深入研究的问题。 本文提出了地震电离层研究需要解决的几个重要问题。     

基于Swarm卫星数据的一次地震电离层现象辨识

为进一步探索基于多颗卫星观测数据的地震电离层现象识别,利用Swarm星座三颗卫星观测的电子密度数据和磁场数据,对已报道的2017年11月12日伊朗M_W7.3地震震前第9天震中附近的一次地震电离层扰动现象进行辨识。通过分析三颗卫星相邻轨道的电离层扰动特征,获得了异常扰动存在的空间范围;利用Swarm星座三颗卫星轨道的时间和空间差异,计算出异常扰动在空间中可能的传播特征;使用同步观测的磁场数据判断其电磁辐射特性。最终根据现有对地震电离层耦合的认知,并结合分析的结果,认为该扰动为非震源发出的声重波扰动,非沿纬向传播的电离层行波扰动,非同步电磁辐射引发扰动,而是与伊朗M_W7.3地震孕育活动无关的一次高纬度强烈电离层活动所引起的扰动变化。      

地震电离层VLF电磁场频谱全球特征研究

与地震活动有关的空间电磁扰动频段主要集中在甚低频/超低频(VLF/ELF),这已经被众多学者研究结果所证实.特别是2004年6月法国DEMENTER卫星成功发射以来,地震电离层电磁异常研究得到了长足发展.然而,相对于来自空间的扰动,诸如磁暴,磁层亚暴,太阳风扰动以及地面闪电等引起的电离层电磁扰动,地震电离层异常为弱信号,怎样凸显地震电离层异常信息是亟需解决的问题.     

上海地区电磁辐射信号特征及其与大震的关系研究

通过对上海地区近5年电磁扰动观测资料的整理,从扰动能量的角度分别对雷电信号、高压输电信号、工业源信号、测区作业信号、地铁干扰信号和地震电磁扰动信号等观测异常信号的能量强度特征进行分析。结果表明:(1)目前上海及其周边地区不存在能使电磁扰动观测电场能量变化超过1 000mV/km量级的电磁辐射源;(2)青浦台记寻到的电磁扰动观测异常信号在变化形态上与其他可识别的异常信号存在明显差异,其中31次电磁扰动观测异常信号具有短期地震前兆异常的特性;(3)与震例对比分析后可知,大地震在孕震过程中产生的电磁信号可以远距离传播,其传播距离可以达到800km以上,甚至有可能超过2 000km。     

我国地震电磁监测卫星总体技术研究

地震孕育和发生过程会引起震中附近上空的电离层异常,通过空间观测手段对由地震引起的空间电磁异常现象进行观测有着地面观测手段难以企及的优势.本文对我国地震电磁监测试验卫星科学任务进行了分析,在此基础上,给出了卫星的总体方案设计,并对卫星的工作模式、轨道和卫星构型进行了详细的论证、设计与分析,提出了满足地震电磁观测要求的卫星总体技术方案.     

与地震有关的电离层扰动的甚低频/低频无线电探测

近期人们认识到,电离层对地震影响非常敏感,探测与地震有关的电离层扰动看来对地震短临预测是非常有前途的。我们提出可利用甚低频／低频（3～30kHz／30-300kHz）无线电探测进行地震-电离层扰动的探测。1995年神户地震明显发现电离层扰动现象之后,开始了利用低电离层甚低频／低频传播信号进行地震短临预测的简短历史。在说明先前的甚低频／低频结果之后,我们给出了最新的甚低频／低频发现：一个是电离层扰动与地震在统计上相关,第二个是2004年12月苏门答腊地震的实例研究,说明了这次地震电离层扰动的空间尺度和动力学原理。     

2019年长宁M_S 6.0地震前后电离层垂直电子总含量（VTEC）异常扰动分析

2019长宁发生M_S 6.0地震,利用CODE全球电离层格网数据、中国地壳运动观测网络GPS数据、震中区域GPS数据,分别计算全球、中国区域垂直电子总含量(VTEC)异常分布及震中区域站点VTEC时间序列,揭示此次地震发生前后不同空间尺度电离层异常扰动变化。结果表明:地震发生前3天(6月14日),长宁震区上空出现连续电离层异常扰动现象,异常空间分布呈现向磁赤道偏移趋势。VTEC结果的时、空尺度变化反映,本次电离层扰动可能与长宁地震孕震过程有关,可为川滇区域临震电离层异常扰动监测及地震分析预报提供震例依据。     

利用GPS网观测反射海啸波引发的电离层扰动

震中产生的海啸波传播到海岸或者遇到水下障碍时会发生反射,从而形成反射海啸波.本文利用稠密的日本GEONET网,首次在电离层扰动图中观测到2011年3月11日Tohoku地震引发的反射海啸波信号.观测到的电离层扰动与海平面的反射海啸波具有相似的波形、水平速度、方向、周期以及到达时间等传播特征,表明观测的电离层扰动为反射海啸波所引起,本文的观测结果表明反射海啸产生的大气内重力波也能向上传播到电离层与等离子体作用.     

利用改进型图像信息方法研究汶川8.0级地震震前电离层扰动异常特征

利用改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,简称“MPI”)基于DEMETER卫星观测的电子浓度(Ne)、电子温度(Te)数据探索了2008年5月12日汶川Ms8.0震前出现的地震电离层电子参量异常现象,特别详细分析了汶川Ms8.0震前3个月的电子参量时空演化过程。在前人的基础上,对电离层电子浓度(Ne)、电子温度(Te)的观测数据进行了消除年变及由太阳活动等引起的长趋势变化,以期能够提取到由地震孕育与发生所引起的电离层扰动异常。结果发现,在震前一个月左右电子浓度(Ne)、电子温度(Te)等参量均出现了不同程度的扰动异常,震前10天左右异常减弱并趋于平静,即平静—异常出现—持续显著—异常减弱—震前平静的特点,显示了地震前存在清晰稳定的电离层扰动图像,从而对地震的发生时刻具有一定的短临指示意义。     

电磁卫星和地震预测

地震前几周、几天、几小时甚至几分钟，电磁场的强度、相位或者谱密度等将发生异常变化，电离层的电子、离子浓度和温度等会发生异常扰动，这些现象的出现向人们发出地震即将来临的信号.这些现象不仅在地面可观测到，在卫星上也能观测到，它们在确定异常现象发生的地点和时间等方面具有各自的优势，把两种观测相结合，对异常信号进行立体监测，是实现地震预测预报的发展趋势.至今，对地面观测已经进行了大量的研究和实践，利用卫星进行观测近几年刚刚开始，但已经显示了它监测地震异常的独特能力，引起各方面的高度重视，成为各国建立立体预警系统不可缺少的组成部分.本文重点介绍利用卫星等观测空间电磁异常现象的研究结果.     

地-电离层耦合地震电磁观测系统

强地震前,在震区产生先兆电磁现象已经得到了越来越多的测量记录证实,地面直接电磁辐射异常和电离层异常扰动是地震前最显著的前兆现象,而且具有较稳定的时间尺度。除了卫星观测方法外,地震先兆电磁信息的观测方法有多种。根据接收的信号来源途径不同,地面观测方法可划分为：①被动观测：在地面观测附近孕震区直接辐射的ULF／ELF／VLF的电磁波;     

DEMETER卫星观测到的智利7.9级地震前的电离层电磁扰动

利用法国DEMETER卫星观测的电离层电磁数据,分析了2007年11月14日智利7.9级地震前10天内的电磁信号记录,结果发现在震前1周内,低频电磁扰动开始在比较宽的纬度范围内增强,震前3天异常信号幅度达到最大,并在低纬度地区尤其突出.以5天为间隔,比较分析了多参量的空间图像,发现在震前5天异常幅度和范围扩大,震中位于异常区域的边缘地带.分析认为,这次地震前的异常信号与孕震区电磁辐射信号增多及空间加热扰动有关.     

空基电场数据处理方法综述

地震孕育过程中激发的电磁波穿过大气层进入太空,引起电离层物理参量发生变化,这些扰动信号可被卫星记录下来,因此电磁卫星作为一种监测预测地震的新手段越来越受到重视.卫星记录的数据具有时空同步变化性、数据量大等特点,需要采用多种数据处理方法进行分析.本文分析了卫星观测的地震前兆电场数据服务的不同需求,对地震电离层异常分析的不同阶段所采用的数据处理方法进行了梳理和总结,指出了不同方法的适应条件和环境,对几种典型的算法给出了实例分析效果.这为利用电磁卫星进行数据分析和研究的工作者提供了参考,具有现实意义.     

基于改进型图像信息方法的汶川地震前电离层参量时空特征研究

震前加速破坏阶段地壳岩石破裂过程中可能辐射电磁信号,提取与之相关的电磁信号异常有助于认识地震孕育及破坏过程,从而为防震减灾提供支持.本文提出了改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,MPI方法),并用于汶川地震前电离层参量时空特征信息的提取.通过分析对比处理前后的DEMETER电磁卫星时空图像可以发现,原始时空图像一般存在季节性和空间性的变化规律,较难获得有意义的信息;而采用MPI方法处理后,则发现汶川大地震前,电离层参量存在明显的异常变化.从而,证明了MPI方法具有消除背景趋势、突出短期变化的能力,可以有效地提取强震相关的电磁前兆信息.     

基于远场参考的超低频(ULF)地震地磁数据处理——以2003年1月日本茨城县5.1级地震为例

野外观测和室内试验表明,地震孕育和发生过程中可能产生电磁信号。地震电磁现象在防震减灾中具有潜在的应用价值,已成为21世纪国内外地学研究热点之一。由于地震电磁信号较弱,通常混杂于空间场源信号及人文噪音中,不易在观测数据中提取出来。以2003年1月日本茨城县5.1级地震为例,探讨远场参考在超低频(ULF)地震地磁数据处理中的应用,进而检测震前局部磁场异常。在此基础上,讨论远场参考法的优势及可能存在的不足。分析结果表明,2003年1月日本茨城县5.1级地震发生前存在局部磁场异常,验证了远场参考方法的有效性,相关成果可为地震地磁数据处理提供有益参考。     

台湾的地震电磁观测

尽管短临地震预测非常重要,而且已经经过多年的研究,但仍然不能说是成功的。近期有许多关于地震的地磁前兆的文献报道。其中,ULF电磁现象和电离层扰动现象被认为是观测地壳活动的最有前景的方法之一。在台湾的东海岸,中／大地震出现的频率非常高,几乎是日本的10倍。因此,在台湾安装了地磁仪和电极来测量ULF地磁场和地电势差,以评价以前获得的研究结果,并试图阐明与大地震相关的ULF电磁现象的物理机制。同样,为了阐明大地震之前出现的电离层扰动现象的可能机制,还开始了监测大气电场的变化。本文中将会陈述台湾的地震电磁现象观测的策略及最初始的成果。     

DEMETER卫星监测到的海地地震前电离层扰动

本文利用法国DEMETER卫星观测到的电离层数据, 对2010年1月12日加勒比海地区海地太子港附近发生的M_S7.1地震震前电离层扰动进行了探索性研究。 通过对电磁场频谱、 等离子体数密度、 温度等物理参量的分析, 探讨了电离层变化与地震的关系。 研究结果表明, 海地地震前出现的异常电磁现象的空间效应是清楚的, 震前几小时磁赤道峰存在剧烈扰动, 震中附近电场分量E₁₂低频谱密度有增强现象。 临震前1天和临震前3天在震中＋5°范围电子数密度(N_e)出现异常, 震前8天氧离子(O⁺)数密度在震中上空出现了异常现象。 震前震中区上空电磁场VLF在40 Hz和120 Hz等低频点出现清晰的电场异常扰动, 震前出现的这种变化可能与地震有关。     

地震-电离层扰动探测技术的研究进展

回顾了地震-电离层扰动机理的研究进展和主要的数据观测方法,总结了地震电磁卫星观测电离层扰动的应用发展情况以及基于卫星测量数据对异常辐射源定位的研究进展,介绍了无线电探测方法的实验情况和数据分析方法,为未来中国探测电离层扰动进行短临地震预测工作提出了建议.     

NASDA地震遥感前沿项目综述报告

在神户地震灾难后,日本政府的原科学技术厅就提出了综合地震前沿研究项目。在这个项目的框架中,RIKEN和NASDA（National Space Development Agencyof Ja-pan,日本国家空间发展协会）两个所需要承担执行为期五年的在地震短临预报中应用电磁现象的可行性研究。从1996年以来,RIKEN研究组就一直从事地电流及其相关现象的研究。同时,在NASDA“地震遥感前沿项目”中,我们从总体上对地震地磁现象进行研究,研究范围不仅包括岩石圈,还包括大气层和电离层。经过五年的研究,发现地震的影响不仅表现在岩石圈（如：超低频（ULF）电磁辐射、声发射等）,还会表现在大气层和电离层（通过已有的发射信号）。最重要的是我们发现了以电离层下部（subionospheric）甚低频（（VLF）和低频（LF）信号传播为基础的地震-电离层扰动的确凿证据。我们已经开辟了一门新的具有挑战性的科学领域,“岩石圈-大气层．电离层的耦合”或“岩石圈-大气层．电离层耦合系统中的电磁学”。对三圈耦合的研究会对地震短临预报具有重要的科学意义。