地震电离层响应异常时空演化统计特征

本文利用DEMETER卫星运行约6.5年总离子浓度数据和期间全球发生Mw 4.8以上地震参数,自动检测距震中1500 km范围内、震前15天出现电离层扰动,统计电离层扰动异常随地震临近在时间、空间上的演化特征以及异常变化幅度随震级变化规律.数据处理过程中通过控制K_p指数以去掉部分因太阳活动引起的电离层扰动.统计结果显示,地震探测率及电离层响应异常幅度随震级增大而增高.大地震能引起强电离层扰动,扰动幅度可超过背景值1倍以上.全球范围,电离层存在变化活跃区,小幅度电离层扰动趋向于背景变化.北半球中低纬度地区是有利的地震电离层响应监测区.地震相关电离层扰动异常出现频次随地震临近而增高,主要出现在震前一周.空间上,扰动有随地震临近向震中运移的趋势.     

基于地基GPS-TEC的中国区域地震电离层效应研究

基于中国陆态网络地基GPS-TEC观测,针对2008～2019年发生在中国区域的7个M_S≥6.0地震,采用滑动四分位距法分析了地震前后的电离层扰动时空分布特征。结果显示,5个地震的震前2～6天,GPS-TEC值出现负异常扰动,地震发生期间及震后电离层TEC出现正异常扰动,主要集中在震后2～7天;GPS观测站距离震中越近,垂直上空的TEC扰动越明显,扰动空间最大范围可达2000km。随着震级的增加,震前电离层TEC异常扰动的发生率有所增加,且异常覆盖的范围也有所扩大。因此,认为震前一周内的电离层TEC变化可能提供揭示电离层扰动与地震活动之间关系的线索。     

Prophet时序预测模型在电离层TEC异常探测中的应用

提出一种基于Facebook 开源的Prophet预测模型进行电离层TEC异常识别的新方法。 首先, 对比分析了该方法与传统时间序列预测方法(ARIMA模型等)预测电离层TEC建模背景值的精度, 以及与经典电离层TEC异常识别方法(滑动四分位法)提取前面对应一致的电离层TEC背景值的精度。 结果表明, Prophet预测模型预测建模背景值的精度要明显优于其他方法, 且预测的建模精度比ARIMA模型等方法高2.55倍左右, 比滑动四分位法高10.74倍左右。 同时, 在最佳预测建模区间时, 其精度值大小比较依次为RMSE_IQR=10.5841>RMSE_ARIMA=3.2780>RMSE_Prophet=0.8469, 说明传统探测法预测建模背景值时具有较大的不足。 随后, 以2017年8月8日九寨沟7.0级地震为例, 利用该方法分析了电离层TEC异常扰动情况, 并对比验证了该方法的有效性和准确性。 实验结果表明: 在震前第10 d和第2 d电离层TEC发生较为明显的负异常, 第7 d电离层TEC发生较为明显的正异常。 对比实验表明, Prophet预测模型的有效性和准确性明显优于滑动四分位法。     

2008年汶川MS8.0地震电离层图像信息长时程演化初探

应用改进的图像信息方法, 结合DEMETER电磁卫星的电子温度数据, 对2008年汶川M_S8.0地震进行了长时程的回溯性预测研究。 与以往的地震电离层演化图像提取异常的研究相比, 将其回溯的时程延长至震前近11个月, 并向震后延长48 d。 在长期连续的异常扰动演化图中, 出现了两个明显的异常时段, 且在震前2个月短期内异常扰动明显减弱并趋于背景值。 两个时段出现的异常扰动分布位置及其形态以及持续时间皆不重复, 这体现了前兆异常的不易确定, 难以定性及定量识别的特点。 电离层异常扰动特征的长时程研究, 有评估其预测参数和模型可靠性的实际作用, 也为应用中国卫星观测数据服务于地震预报等研究积累经验, 具有借鉴意义。     

基于COSMIC掩星数据探测汶川 MS8.0地震震前电离层异常

获取COSMIC掩星2级数据, 基于球谐函数使用最小二乘拟合法计算模型值, 为2008年5月12日汶川M_S8.0地震前电离层电子密度变化提供背景依据. 同时应用主成分分析法研究最大电子密度, 得到各主成分所占能量百分比随时间的变化. 研究结果发现, 震前在震中邻近区域出现电离层扰动增强现象, 且随高度不同存在一定差异, 主要集中在F₂层300—450 km. 主成分分析结果显示, 4月15日—29日19:00—24:00(地方时)第三主成分能量百分比显著增加. 上述结果表明, 震前电离层存在异常扰动现象. 这一研究结果有助于加强地震电离层耦合机理方面的研究.      

应力遥感监测滇西北地震前兆场

应用气象卫星轨道摄动反演地壳区域构造应力降动态场 ,对广大地区进行快速扫描获取地震近源区和震源区短临阶段孕震发震前兆场 ,藉以预测地震三要素———震中、震级和发震时间 ,以期达到预报地震如同预报气象 .对近年来滇西北地震的震例正演计算了丽江、武定强震并绘制其地震前、后应力降动态特征图及其强震前兆应力降异常波动发震时间曲线图     

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。     

汶川地震前电离层VTEC的异常响应

2008年5月12日我国四川省汶川县发生了8.0级大地震,基于中国地壳运动观测网(CMONOC)的GPS观测数据,解算得到了震中上空附近的电离层VTEC;以VTEC的滑动均值为背景参考值,以2倍均方差作为误差限值,对临震一个月的VTEC 资料进行了处理分析．结果显示,在震前多次出现VTEC的异常扰动,其中4月29日、5月6——7日为异常减少,5月9日为异常增加,而且电离层VTEC的异常驼峰有向磁赤道漂移的趋势．由于距离发震时刻较近,排除其它因素后可能源于此次地震引起的电离层效应．      

地震前兆：电离层F2层异常

本文简述了目前提出的地震引起电离层异常扰动的物理机理，重点介绍了近几年国内外对震前F2层异常扰动的研究进展.大量的研究结果显示地震活动引起的电离层扰动不仅确实存在，而且在震级大于5级的地震发生前的几天到几个小时会发生电离层扰动.由于地震引起的电离层F2层变化具有独一无二的特性，这就意味着我们可以利用强震前的F2层异常变化作为地震短临预报的工具.     

2018年8月5日印度尼西亚地震震前电离层异常特征

基于2018年8月5日印度尼西亚地震震中（116.45°E,8.33°S）附近的澳大利亚达尔文站和位于震中磁力线共轭区域的武汉站的电离层测高仪观测数据,以及相同区域全球卫星导航系统接收机的观测数据,对该地震震前的电离层异常扰动特征进行了分析。结果显示,震前同时观测到了电离层F₂层临界频率（f_oF2）和总电子含量（TEC）时间序列的异常。基于岩石圈-大气层-电离层直流电场耦合模式和美国国家大气研究中心的热层-电离层环流耦合模式（NCAR/HAO TIEGCM）对震前震中及其对应磁力线共轭点区域的电子密度异常进行了模拟,模拟结果表明,在地震异常电场的作用下,地震区域及其对应半球的磁共轭区域的TEC和电离层F₂层峰值电子密度N_mF2发生了明显扰动。      

Statistical analysis of ionospheric TEC anomalies before global <Emphasis Type="Italic">M</Emphasis><Subscript>w</Subscript> ≥ 7.0 earthquakes using data of CODE GIM

Based on Center of Orbit Determination in Europe (CODE) global ionospheric map (GIM) data, a statistical analysis of local total electron content (TEC) anomalies before 121 low-depth (D ≤ 100 km) strong (M _w ≥ 7.0) earthquakes has been made using the sliding median differential calculation method combining with a new approach of image processing technique. The results show that significant local TEC anomalies could be observed 0–6 days before 80 earthquakes, about 66.1% out of the total. The positive anomalies occur more often than negative ones. For 26 cases, both positive and negative anomalies are observed before the shock. The pre-earthquake TEC anomalies show local time recurrence for 38 earthquakes, which occur around the same local time on different days. The local time distribution of the pre-earthquake TEC anomalies mainly concentrates between 19 and 06 LT, roughly from the sunset to sunrise. Most of the pre-earthquake TEC anomalies do not locate above the epicenter but shift to the south. The pre-earthquake TEC anomalies could be extracted near the magnetic conjugate point of the epicenter for 40 events, which is 50% out of the total 80 cases with significant local TEC anomalies. In general, the signs of the anomalies around epicenter and its conjugate point are the same, but the abnormal magnitude and lasting time are not.     

汞异常与地震活动关系及预报效能研究进展

汞主要来源于地球深部地幔岩石和岩浆,具有溶解度小、蒸气压低、穿透能力强等特点.地震前,汞在高温和强压力梯度下穿过不同的介质到达地表,导致汞震前异常.汞的前兆异常特征通常被用作地震前预测的重要指标.本文综合国内应用汞的地震观测案例,得出以下结论:(1)与气态汞相比,水溶性汞具有收集方便、不易受传输介质干扰、前兆异常幅度大等特征,易震前观测;(2)水溶性汞观测异常结束到发震时间间隔较长,而气态汞异常一般持续到地震发生;(3)震前汞的异常幅度通常是本底值的数倍至几十倍,这往往与震中距离、震级大小及地质构造有关;(4)对于5级及以下地震,水溶性汞异常范围通常在200 km以内,5~6级地震映震范围在500 km以内.此外,汞震前观测异常与孕震应力场作用下的地下流体活动有关,汞的同位素分馏技术提供了一种新的手段来解决断裂带汞的来源以及汞与地壳深部流体活动的关系.     

南北地震带中南段典型强震震前跨断层形变特征分析

基于南北地震带中南段18个不同震级的典型震例震前跨断层形变观测异常特征, 结合《中国震例》已有研究结果, 定性分析了各地震震前跨断层形变观测异常的类型和时、 空变化特征。 结果表明, 对于8.0级以下地震, 震前2~3年异常数量明显增多、 震前1~1年半左右异常达到峰值、 震前部分场地异常恢复的特征对区域强震预测在时间上具有一定的中期或短期前兆意义; 震前跨断层场地异常震中距和异常类型对强震震级具有一定的预测意义; 无论是跨断层异常类型、 空间分布, 还是异常的时间进程特征均与区域强震发生地点没有显著的统计关系。 汶川M_S8.0地震前出现趋势异常多、 中短期异常较少、 外围异常多和中心异常少的特征; 异常最早出现在7~8年前, 震前3年左右明显增加, 震前部分异常恢复; 异常以趋势异常和速度变化为主, 没有破年变异常。     

新疆伽师MS6.4地震前地磁日变化异常分析

以新疆伽师M S6.4地震为案例,利用地磁日变化异常分析方法,对中国地磁台网所记录的地磁观测资料进行分析,结果显示:1、离震中最近的喀什台震前59 d和39 d出现一组逐日比高值异常,排除干扰,且地磁日变形态也出现明显的畸变,异常集中于震中附近台站,震中位于异常阈值线附近;2、震前,新疆及周边地区出现地磁垂直分量日变化幅度的极小值时间在空间上出现地磁低点位移现象,低点时间分界线横穿南天山西段,呈现近EW走向分布,分界线两侧低点时间相差超过2 h,发震日期为异常发生后的38(41±4)d,震中位于低点位移分界线附近;3、地磁逐日比和低点位移异常的发生时间和空间分布可能与伽师M S6.4地震的孕育和发生有非常高的关联性。该研究进一步推广和检验了地磁日变化异常分析方法在地震预报方面的应用。     

利用DEMETER卫星数据分析汶川地震前的电离层异常

DEMETER卫星由法国于2004年6月发射,高度约为665 km,圆轨道且经过极区,其主要目的是研究与地震有关的电离层异常.2008年5月12日6∶28（世界时）在四川省汶川县（31.02°N, 103.37°E）发生了M_s8.0级的特大地震.本文分析了在震前一周内DEMETER卫星观测到的电离层异常.这些异常主要包括：（1）卫星在震前4天和5天经过震中附近时,记录到电子浓度、电子温度和氧离子浓度出现剧烈变化（变化率均超过20%）;（2）在震前3天和7天,卫星探测到增强的电磁辐射.同时利用ELF频段（0~1250 Hz）的三分量电场和磁场数据,对异常电磁辐射作了进一步的分析（计算了电场功率谱、磁场功率谱、波矢方向和极化特性等）.另外,考查了观测期间的地磁指数,由此得出观测到的异常现象不大可能由地磁活动引起.最后,对震前出现的这些电离层异常的可能的物理机理进行了讨论.     

2022年云南宁蒗MS 5.5地震前云南地区异常特征分析

通过对2022年1月2日宁蒗M_S 5.5地震前震中附近地区地震学、地下流体、定点形变等观测资料进行分析,发现本次地震前多学科异常呈现以下特征： ① M_S 5.5地震发生在宁蒗地区M_S ≥ 5.0地震平静近10年背景下,震中附近M_L ≥ 3.0地震于震前1年形成空区,主震发生在空区边缘,空区长轴180 km,按照川滇地区统计公式计算,未来发生地震的震级为5.8±0.5,与宁蒗M_S 5.5地震大小相当; 2015年以来,震中附近50 km范围内M_L ≥ 3.0地震呈平静—活跃—平静—发震的特征; ②地球物理观测异常均于震前7个月内出现,集中分布在滇西北地区距震中300 km范围内,且水温和水位测项异常出现较早; ③定点形变采用NS向与EW向幅值相加来描述同一观测资料的变化,数据曲线幅值增大可作为临震异常3个月短期指标,距震中越近,观测台项异常比例越高;④大部分宏观异常出现在震前3个月内,宏观异常增多可作为时间预测判据。综合上述多学科异常,认为地震学异常出现最早,可用于判定发震区域,用流体和定点形变观测异常追踪时间,宏观异常更多作为短期判定指标,可为宁蒗地区M_S ≥ 5.0地震资料积累提供跟踪思路和方法。     

2022年6月1日芦山MS 6.1地震前地电阻率异常分析

利用归一化速率变化方法（NVRM）分析处理了芦山M_S 6.1地震震中距450 km范围内的成都地震基准台、冕宁地震台、红格地震台、甘孜地震台等4个台站的地电阻率观测数据,结果显示：红格地震台NS、EW测道及甘孜地震台NE测道原始数据震前出现年变趋势性下降,下降幅度为1%—3%;红格地震台NVRM曲线震前出现正异常,冕宁地震台、甘孜地震台出现负异常,曲线转折下降过程中发生芦山M_S 6.1地震。虽然整体而言提取出的地电阻率震前异常在时间上与此次地震对应关系较好,但甘孜地震台、红格地震台与此次地震震中间距离均大于300 km,提取出的异常是否为此次地震异常,还需进一步探究。     

文安5.1级地震的一些异常特征

对文安5.1级地震的一些异常进行了分析和总结,认为地震逆时针方向迁移可能是地震空间活动的一个基本特征,其可作为背景异常。震前,地磁交汇法出现的异常,再次显示出该方法对地点预测的最大优势,交汇点附近即是未来震中区。这些异常特征对我们认识地震和预测地震都具有一定意义。