地震电离层探测技术及其应用研究进展

2017年即将发射的中国电磁监测试验卫星将填补地震电离层立体监测体系中不可或缺的空白区域,也将为天地一体化地震电磁对比校验及圈层耦合机理认识提供重要的科学支撑.针对近期地震电离层立体监测体系发展的需求,本文主要介绍了目前国内用于地震研究的地基及空基电离层探测技术,包括电离层垂测/斜测、甚低频(VLF)电波观测、舒曼谐振观测、GPS及空间卫星电磁等,并总结了各种探测技术在国内外地震应用研究中的进展; 最后结合不同探测手段的优势,探讨了地震电磁立体探测系统的构建,并就未来的多手段综合应用发展提出了建议.      

地震监测信息综合数据库建设

地震监测数据是进行地震分析预测及其他地球科学研究的基础。在分析原有数据特征基础上,整合地震前兆数据、测震观测数据、地震台站信息等数据,建立河北省地震监测信息综合数据库,研制基于地震信息综合数据库的数据共享服务平台,为监测预报、应急救援和地震科学研究等提供及时、稳定、安全的基础数据服务。     

DEMETER卫星探测到可能与汶川地震有关的地面VLF发射站信号的信噪比变化

中国周边有多个应用于导航的VLF发射站,当DEMETER卫星飞经中国大陆上空时,它可以接收到来自这些发射站的信号．利用DEMETER卫星接收到的来自5个不同发射站发出的VLF信号数据,对发生在四川汶川8．0级地震进行研究,发现震中上空区域不同频率信号对应的信噪比在地震前后都发生明显的变化：震前明显降低,震后有所恢复．这个现象可能与地震和电离层耦合有关．     

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.     

中国电磁卫星地面对比观测系统方案研究

针对我国即将发射的电磁监测试验卫星观测物理量和观测频段, 结合我国现有地基观测基础和对比观测需求, 本文提出了地面对比观测系统设计方案, 包括观测对象、 观测频段和观测区域的选取以及台网布局方式． 在此基础上, 根据该方案在甘肃省天祝前兆台阵区域建立了古丰、 寺滩和坪城等3个台站的地面对比观测原型系统, 并取得了电磁场的初步观测资料． 对观测资料的分析结果表明, 地电场和地磁场观测数据呈典型的日变化形态, 具有较好的同步性和一致性, 能够真实地反映小区域地电场和地磁场的变化． 该结果可为今后开展试验性的星地联合观测和建立我国地震电离层立体监测体系提供技术支撑.      

地震地下流体井水位、水温观测数据集

地震地下流体井水位、水温观测是地震地球物理台网主要观测手段,其数据集包含水位、水温测项的原始数据、预处理数据、产品数据和均值类数据,可为地震监测预报研究提供重要的数据支撑,用于前兆异常、同震响应、区域应力变化特征、含水层参数反演、观测机理等研究。地下流体井水位、水温数据集不仅可为地震预测预报和科学研究提供服务,而且在国民经济建设领域具有重要的应用价值。     

地震—电离层圈层耦合机理研究进展及问题思考

电离层探测是近年来发展比较迅速的地震电磁监测手段之一,为地震短临监测预测提供了新的技术思路和方法。本文回顾总结了21世纪以来基于地震电离层异常研究发展而来的多种圈层耦合机制,主要介绍了3类可实现数值模拟计算的耦合理论模型,包括附加直流电场模型、声重波和电磁波传播模型,并通过与实测数据对比分析了现有模型的矛盾和不足。最后综合现有观测系统,探讨了未来地震电离层耦合机理发展的主要思路和方向。      

锦州台电离层斜向探测系统运行概况及故障排除

锦州地震台的电离层斜向探测系统于2009年4月安装并运行,是首都圈地震电离层前兆监测试验网探测站全国20个站点之一。辽宁地区共有三个电离层斜测站,本文主要对锦州台电离层斜向探测系统四年多以来的运行情况及发生故障后的解决方法进行总结。     

地震地球物理观测台网地电数据集

我国地震地球物理观测台网中地电站网由92个地电阻率站点和111个地电场站点组成,地电数据集由地电阻率、地电场观测数据及相关产品构成,含我国地电站网在运行131个观测台站的原始观测数据、预处理数据和产品数据,并附带观测日志、基础信息等辅助信息,可为地震预测预报、地球动力学、电磁环境监测等多方面的科学研究提供强有力的数据支撑。     

控制点对区域流动重力测网平差精度的影响

为分析控制点对区域流动重力测网平差精度的影响,利用江苏测区的流动重力观测数据,从参与平差计算的控制点数量以及空间分布两个角度,分析控制点对平差后的重力测网精度的影响规律,并进一步分析了本区域测网的监测能力。结果显示：采用单个基准点进行平差计算,基准点应当选择尽量靠近测网几何中心或多个闭合环节点的位置;当采用在空间分布上较为均匀控制点平差计算时,控制点周边测点与测网中部测点的点值精度并没有明显的差别。结合江苏区域重力测网的空间分辨率和观测数据平差处理精度,认为江苏重力测网对5级以上地震具有较好的监测效果,同时对4～5级地震也具有一定的监测能力。结果可为重力数据处理中合理的采用基准点进行平差、提升资料处理精度提供参考依据。     

我国西南地区电离层垂测网数据应用研究

本文基于我国西南地区电离层垂测网普洱站和乐山站的基础数据,结合空间天气事件指数,通过限定不同阈值的滑动平均方法,提出靠近南部的普洱站应选取中值M±1.5σ(标准差)作为限定阈值,靠近北部的乐山站应选取中值M±IQR(四分位距)作为限定阈值．在此基础上,利用本文提出的扰动识别方法,对2015年4月25日尼泊尔M_S 8.1地震予以分析.研究结果显示,震前1天普洱站和乐山站均出现了正向扰动,震前3小时乐山站持续出现负异常．根据规划,我们还将在西南地区建立1—2个垂测台站,架设数台被动接收垂测仪信号的电离层斜向探测仪,通过组网对西南地区上空的电离层进行监测,为分析震前电离层扰动提供数据支持．      

青海省新增地震台波形数据质量评价

为了进一步提升青藏高原地震监测能力,中国地震局在青海、西藏和新疆3个地区建设地震台站。为确保高质量产出地震数据,以青海地区新增16个地震台站为例,围绕观测数据的完整性和可靠性,基于数据连续率、台基噪声水平和事件波形记录质量,对地震观测数据质量进行评价,结果发现：青海地区新增地震台站观测环境较好,总体运行稳定,数据连续率较高,适合进行宽频带数字地震观测;地震台站空间分布更加均匀,青海省中西部地区理论地震监测能力从约M_S 4.5提升到M_S 2.0,地震监测能力提升。本项工作的开展,为我国青藏高原地震监测能力提升提供了业务化支撑。     

F_1层未充分发展时的电离层剖面反演

垂测电离图反演对研究电离层结构及运动、电离层波传播、空间气象应用等具有重要意义,一直以来受到十分广泛的重视.F_1层未充分发展的回波描迹是垂测电离图中观测到的最多的一种情况,此时垂测描迹上表现为F_1层到F_2层的平滑过渡,而不是F_1层充分发展时出现的尖点,然而现有电离层模型以及反演算法更多的是针对F_1层充分发展情况,即模型剖面在F_1层峰高处近似为抛物形状,此处电子浓度剖面梯度为无穷大,这不符合F_1层未充分发展时的剖面形态,即F_1层剖面未到达抛物顶点处就已经达到该层电子浓度的最大值然后到达F_2层,剖面梯度为一个有限的数值.因此,本文针对垂直探测中经常出现的F_1层未充分发展情况,引入F_1层模型设定临频这一参数,建立了F_1层未充分发展时的基于移位切比雪夫多项式的电离层模型,并从电离层剖面的光滑性考虑,在所建模型的基础上,提出了约束优化F_1层参数、F_2层参数的垂测电离图反演方法.然后,通过仿真分析,从理论上验证了所建电离层模型和反演算法的合理性,并通过反演电子浓度剖面合成的垂测、斜测描迹与实测数据的对比,对反演算法的有效性进行了进一步的试验验证.     

2017年九寨沟7级地震前电磁扰动异常分析

地震前的电磁扰动现象曾被多次观测到, 但需进一步研究。 在中国地震局的支持下, 可以监测电磁扰动数据的多分量地震监测系统AETA在中国境内已经布设了200余套。 2017年8月8日, 四川省九寨沟县发生7级地震。 震中周边500 km范围内当时已经布设22套AETA设备。 基于滑动四分位距法(时间窗为27 d)分析了这些台站震前30 d的数据。 11个台站出现了异常, 其中震中周边200 km内的6个台站有4个发生异常。 同时, 正异常明显多于负异常。 另外, 大部分异常发生在夜间(20时~6时)。     

高频频率预测方法中国区域的精细化研究

提出了一种适用于中国及邻近区域高频天波传播的精细化频率预测方法:该方法基于ITU-R频率预测方法体系,在应用中国参考电离层模型的基础上,利用1976-2006年10个电离层观测站近三个太阳活动周期电离层特征数据的统计分析结果,充分考虑预测参量随空间位置、昼夜以及太阳活动的变化特性,重建了E层、F₁层和F₂层OWF-MUF和HPF-MUF转化因子的时空映射.利用中国境内2008年1月6条链路和2012年3月9条链路的观测结果,对本文所述方法和ITU-R建议方法进行对比分析,对比结果显示本文所述方法较ITU-R建议方法在预测精度上有了明显的改善:MUF、OWF、HPF预测的均方误差分别降低了0.28、0.16、0.45 MHz,最大误差降低量为0.90、0.55、1.31 MHz,均方相对误差平均降低了4.79%、2.97%和4.91%,最大误差降低量分别为10.14%、8.63%和11.75%.     

Seismoionospheric effects in the F2 layer over Kamchatka

By comparing the data of ionospheric radio sounding at Petropavlovsk and Magadan stations, we eliminated the identical disturbances induced by geomagnetic storms and identified the ionospheric responses to seismic activity. It was found that strong earthquakes in the area of Petropavlovsk station are preceded by positive ionospheric variations which are more pronounced the higher the magnitude of the earth-quake.     

基于B/S架构的区域前兆数据库信息服务与运行管理平台的设计与实现

区域前兆台网的大量数据存于数据库中。为便捷地查询测项信息、台站工作日志和观测日志、台站基础信息,并减少区域台网中心工作人员工作量,提高工作效率,我们建立了基于B/S架构的前兆数据信息服务与管理平台。该平台很好地解决了上述问题,并在江苏省地震监测中心、预报研究中心、各省属地震台和市县地震部门广泛使用。     

“国家数字测震台网数据备份中心”技术系统建设及其对汶川大地震研究的数据支撑

“十五”期间中国地震观测系统得到了迅速的发展, 中国地震局地球物理研究所于2007年底完成“中国数字地震观测网络”项目“国家数字测震台网数据备份中心”技术系统的建设.该数据备份中心可以准实时地接收并存储全国1000多个固定地震台站的信号,具备海量数据校验、数据格式转换、以用户定制方式截取地震事件波形数据和数据网络下载的功能.到目前为止,已累计为国内10多个科研单位开展的70多项研究提供了近70TB海量波形数据的服务,特别在快速开展的汶川特大地震震后相关研究中提供了重要的数据支撑和保障作用.本文介绍了“国家数字测震台网数据备份中心”技术系统建设、汶川特大地震数据服务快速响应、大地震快速响应波形数据自动截取系统建设,以及对地震学及相关科学研究的数据支持情况.     

地震地球物理观测台网地应变数据集

作为地壳形变监测的一种手段,地应变观测可监测微尺度下的地表应变变化,其分辨率一般为10-9。目前地震地球物理观测台网在网运行的洞体应变观测台站有111个,分量钻孔应变观测站59个,钻孔体应变测站有68个,产出数据包括原始观测数据、台站预处理数据和产品数据,可为地震研究、地球动力学研究提供重要的数据支撑。