ARMA模型在地震电离层TEC异常探测中的应用

基于IGS数据分析中心提供的全球电离层TEC数据,利用时间序列分析理论中的ARMA模型对2008-05-12汶川Ms8.0地震的电离层TEC资料进行处理,将ARMA模型TEC预报值作为电离层TEC背景参考值,对地震前后的电离层TEC进行异常探测研究。结果表明,在取得了与其他研究方法结果基本一致的基础上,新发现震前第13d、12d、10d、7d也存在电离层TEC异常扰动现象。说明以全球电离层TEC数据为基础,利用ARMA模型同样能有效探测到震前电离层TEC异常扰动现象,并达到较高精度。     

中国大陆强震前的电离层异常特征

利用中国地壳运动观测网络的GPS观测数据,获取2000~2019年中国大陆63次强震（MS≥6.0）前的电离层垂直总电子含量VTEC的时空分布。通过分析震前20 d内的电离层日-日变化,发现有58次地震在震前10 d内于震中附近出现明显的电离层异常。通过分析这些电离层异常期间的日-地空间环境,并结合电离层异常的时空分布特征,认为其中的44次地震前的电离层异常可能是由地震孕育活动引起的,这些异常可视为地震的短临前兆。     

基于残差修正的ARMA模型探测门源MS6.4地震前电离层TEC异常

为提高震前电离层总电子含量(TEC)异常探测的精度,提出利用ARMA模型对预测数据进行残差修正得到TEC参考背景值,并设定相对误差和绝对误差相互制约的限差判决门限。通过对2016-01-21青海门源M_S6.4地震进行研究,验证该方法的有效性。结果表明,震前第5天存在明显的TEC异常现象,震中及附近更大区域内会形成异常范围集中的电离层异常区域,TEC异常峰值点位于震中偏南方向;震中位置与异常区域的中心点并不重合,震中位于负异常区偏东方向、正异常区偏南方向。     

基于KF-LSTM组合模型的短期电离层TEC预测

针对电离层总电子含量(TEC)时间序列非线性、非平稳性等特点,提出以卡尔曼滤波对电离层TEC数据进行预处理为基础,融合长短期记忆神经网络模型,构建KF-LSTM短期电离层组合模型预测TEC的方法,并利用该模型预测2016年和2018年4个时段的高、中、低纬度及赤道地区36个格网点提前1 d的电离层TEC。结果表明,KF-LSTM组合模型预测效果优于传统BP神经网络模型和单纯的LSTM模型。在赤道地区,其预测效果与C1PG模型相当;在15°～75°N地区,其预测效果优于C1PG模型。     

2015-04-25尼泊尔Ms8.1地震前后电离层VTEC异常变化分析

利用IGS的GPS观测数据和CODE GIM电离层格网数据,采用滑动平均和四分位数相结合的统计方法,分析2015-04-25尼泊尔Ms8.1地震前后电离层VTEC异常变化。结果显示:1)电离层VTEC在震前2d出现显著的正异常,可能是地震发生的前兆信息;2)通过全球电离层VTEC异常分布,可以清晰地看出地震震中附近区域出现的异常变化特征;3)震后3d电离层VTEC出现显著负异常,其与震后一个月内多次发生的余震有关联。     

Kalman滤波在地震电离层TEC异常探测中的应用

基于中国地壳运动观测网络GPS观测资料解算的电离层TEC数据,利用Kalman滤波方法对2008年5月12日汶川Ms8.0地震前的电离层TEC进行异常探测研究,并与以前的处理结果进行对比,对比结果表明：利用Kalman滤波方法能够有效地探测到震前的电离层TEC异常扰动。     

2016-12-25智利MW7.6地震震前电离层TEC异常探测

使用IGS发布的GIM数据，利用奇异谱(singular spectrum analysis, SSA)和四分位距法(inter quartile range, IQR)对2016-12-25智利MW7.6地震进行震前电离层异常探测。 研究表明，2种方法探测到的电离层主要异常特征基本一致，在震前4 d和震前7 d分别探测到明显的正异常和负异常，电离层异常自东向西移动，峰值点出现在震中附近，且震前4 d共轭区域出现明显的电离层正异常变化。相较于IQR探测，SSA探测突出了电离层主要的异常时间段和空间异常特征，但幅度和范围偏小，两者互为补充，可以探测出更加明显的地震电离层异常效应特征。由于距发震时间较短，在排除外界环境干扰因素后，认为此次电离层异常可能由智利地震引起。
     

缅甸Ms7.2地震前电离层TEC的异常变化

基于IGS提供的电离层TEC资料和中国地壳运动观测网络提供的GPS资料解算的单站VTEC数据,采用滑动平均处理方法,对2011年3月24日缅甸7.2级地震震前的电离层TEC资料进行了处理和分析,结果表明：在震前6～8天,出现电离层TEC异常减小现象,震前3天出现电离层TEC异常增加现象,排除太阳活动和地磁扰动的影响后,3月16日、17日和18日出现的电离层TEC异常减小,特别是在18日出现的异常减小及呈现出的共轭结构,可能与缅甸7.2级地震有关。     

用卡尔曼滤波法分析汶川Ms8.0地震TEC异常

对汶川Ms8.0地震前的TEC数据用卡尔曼滤波法进行异常检测,分析了TEC异常的可信性以及地震激发TEC异常的可能机制,确认地震前第3天（5月9日）和第2天（5月10日）的显著TEC异常与地震临近有关,可以作为地震电离层前兆信息之一。     

2003年1 0月29～31日太阳耀斑对中国大陆电离层扰动的GPS监测与分析

利用“中国地壳运动观测网络”工程中28个GPS基准站和中国周边地区10个IGS站的GPS观测数据,研究了2003年10月29日～31日期间,X10级太阳耀斑引起的中国大陆电离层总电子含量(TEC)的变化特征,分析了本次太阳磁暴对我国不同地区电离层的影响。结果表明。太阳耀斑对中国大陆电离层的影响从29日中午10～1l时开始,其影响强度与纬度有关,纬度越低。影响越大。且自东向西移动。TEC最大值达到120TEC。峰值比正常情况下高40多个TECU;且下午电离层对耀斑的响应强烈。     

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结合PCA和滑动时窗的电离层异常探测方法研究

针对主成分分析（PCA）方法探测电离层异常时探测范围有限且无法区分正负扰动的问题,提出一种结合PCA和滑动时窗的探测方法,并以3次强震为例检测其异常探测能力。结果显示,PCA-滑动时窗方法同时具备了2种方法的探测优势,相较于滑动时窗法,其探测结果更加直观、简明,且不易受空间环境影响,有相对更高的异常探测置信度和可靠度;相较于PCA方法,其能更好地用于长时间时空异常探测,并准确区分出正负异常。另外,通过进一步分析2020年瓦哈卡地震后发现,电离层在震前11~13 d、9 d及4~6 d出现明显异常,且异常位于震中偏南区域。综合4次地震可知,异常主要出现在震中偏南方向,大多呈共轭结构。