强震前后空间电磁场时空演化特征

本文利用DEMETER卫星观测到的电磁场数据, 统计分析了2005—2009年全球M_S≥7.0强震前后空间电磁场的时空演化特征． 在震中上空±10°范围内, 使用震前90天至震后30天的5年同期观测到的电磁场极低频/甚低频(370—897 Hz)功率谱密度数据构建了稳定的背景场观测模型, 提取了震中上空的空间电磁场相对于背景场的扰度幅度, 并统计分析了强震前后空间电磁场的时空演化特征． 统计结果显示: 45次M_S≥7.0强震中, 35次强震在地震发生前后磁场最大扰动幅度超过2.2倍标准差, 39次强震的电场最大扰动幅度超过2倍标准差; 最大的电磁扰动主要出现在震中±4°—±10°范围内． 另外, 震中上空的电磁场扰动幅度时序变化表现为3种不同类型的扰动特征, 且震前出现电磁异常的强震震中位置的分布特征与纬度存在一定关系; 而随机选择的非震区上空空间电磁场的扰动幅度则比较小, 未呈现出明显的特征．      

利用DEMETER卫星数据分析强震前后的电离层异常

基于法国DEMETER卫星观测的离子温度(T_i)、 VLF电磁场单频点频谱数据探索了2008年5月12日汶川M_S8.0、 2010年1月12日海地M_S7.3和2010年2月27日智利M_S8.8等3次强震前后与地震有关的电离层异常现象. 结果发现, 汶川地震前3天(5月9日)震中北偏西方向离子温度明显升高, 震前4天(5月8日)VLF磁场低于200 Hz的频段范围频谱在震中2°以内有明显突升; 智利地震前9天(2月18日)震中北东方向离子温度有剧烈扰动, 震前4天(2月23日)VLF磁场100—160 Hz频段范围内出现突升; 海地地震震前没有观测到明显的异常现象, 但地震发生当天(震后约4—5小时)的T_i, 40—160 Hz频段电场频谱, 以及120—480 Hz磁场频谱均有明显突升, 应为地震发生后能量释放所引起. 分析认为, 不同地震由于发震机制等各种情况的不同, 其地震前后的表现也各不相同. 虽然目前没有直接的证据表明本文研究的异常变化是由地震的孕育和发生引起的, 但在数据处理中已尽可能排除了太阳、 地磁等因素的影响, 并且研究结果与前人的研究经验吻合, 因此本文发现的异常可能与地震发生的关系较大.      

中国6.0级以上地震临震电离层扰动时空分布特征研究

基于GPS TEC数据,对1998年11月1日-2010年12月31日中国大陆M_S≥6.0地震临震电离层扰动进行了研究.分析发现,震中上空及周围的东、南、西、北4个方向震前15天到地震当天时序变化趋势较相似,5个方向都观测到了震前3-5天负异常稍高于正异常的现象.按震中±10°、±20°、±30°不同空间尺度分析震前0-15天TEC变化,研究表明临震电离层异常最明显的区域并不位于震中的正上空,而是向磁赤道方向偏移,空间影响尺度大约为±15°左右;正异常在震前14天、10天震中西南方向出现不同程度的高值区,负异常在震前5天震中东南方向较明显.最后,应用静电场假设对这些现象进行了解释.     

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。     

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。      

2022年1月8日青海门源6.9级地震前电离层异常特征分析

利用张衡一号电磁卫星朗缪尔探针观测的原位电子密度数据和等离子体分析仪观测的原位氧离子密度数据,针对2022年1月8日青海门源M_S6.9地震,分析震前电子密度和氧离子密度异常特征,并总结以往震例。结果显示,在门源M_S6.9地震前11天出现电子密度和氧离子密度高值异常;对电离层异常进行震例统计分析,发现大多数地震前6天以内出现电离层异常,且走滑型地震和逆冲型地震震前居多,讨论异常产生的机理可能为大气声重波机制和电场机制。     

芦山MS7.0地震前的电磁异常信号

对南北地震带18个地电场及电磁扰动观测台站进行了跟踪与研究, 2013年4月20日四川芦山M_S7.0地震前只有其中5个台站观测到了异常电磁信号. 研究表明, 地震前的这些异常信号时空分布非常不均匀. 在时间上表现出震前电磁异常信号在出现的台站上不是同步的, 且随着时间的推移有向震中方向迁移的趋势; 在空间上体现在成都以北的台站都没有记录到震前电磁异常信号, 主要出现在成都及其以南的一些台站. 芦山M_S7.0地震前地震电磁信号出现的最早时间是震前21天, 其次是震前16天; 临震时间则为震前5天、 4天和1天. 通过接地极注入地下的大电流以及以往的震例分析, 认为仙女山台是又一个比较突出的电磁信号观测的敏感点.      

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。     

基于GPS数据的汶川、九寨沟地震震前电离层异常分析

以2008年5月12日汶川MS8. 0地震和2017年8月8日九寨沟MS7. 0地震为研究对象,利用四川及周边区域GPS数据分析地震发生前四川及周边区域电离层异常时空变化。结果表明:汶川和九寨沟地震发生前,孕震区上空均出现明显的电离层异常扰动。该扰动与汶川和九寨沟地震有一定的相关性,可为川滇区域临震电离层异常监测提供参考震例。     

长宁MS6.0地震前后地电场秒数据变化特征研究

地电场是地球电磁场的重要组成部分。 本文利用传统的时间序列统计分析方法, 对重庆市所属仙女山地震台的地电场秒采样观测数据变化特性进行了研究和讨论。 结果显示: ① 长宁M_S6.0地震前后, 在距离震中390 km的仙女山地震台, 记录到了地电场异常变化; ② 仙女山台地电场异常变化的平均方位角为N77.55°E, 大约由长宁M_S6.0地震震中位置指向仙女山地震台方向; ③ 仙女山地震台的典型地电场异常变化为间歇性不定周期变化, 在长宁M_S6.0地震发震前8天开始密集出现, 震后第4天以后, 逐步转化为较高频率扰动变化; ④ 仙女山台地电场异常变化成簇出现, 每一簇变化由多组按照非线性规律衰减的阶跃变化信号组合叠加而成。 综合分析认为: 长宁M_S6.0地震前后地电场异常变化, 主要与发震构造裂隙突变和岩体微破裂过程中, 地下流体高压运移产生的过滤电动势有关。     

Ionospheric electromagnetic perturbations observed on DEMETER satellite before Chile M7.9 earthquake

Based on the ionospheric electromagnetic data observed on DEMETER satellite of France, the ionospheric electromagnetic signals were analyzed within 10 days before Chile M7.9 earthquake on November 14, 2007. It is found that, low frequency electromagnetic disturbances began to increase in a large scale of latitude, and reached to a maximum one week prior to the earthquake, and at about three days before the quake, the peak values shifted to lower latitude. Taking three days as a group, spatial images of a few parameters were analyzed, from which it can be seen during the five days prior to this earthquake, the amplitude and scale of anomalies are enlarged, while the epicenter is located at the boundary of anomalous region. The anomalous tempo-spatial variation in electron density prior to the earthquake were also obtained in terms of tracing the data from revisited orbits in half a year prior to the quake.     

Ionospheric electromagnetic perturbations observed on DEMETER satellite before Chile M7.9 earthquake

Based on the ionospheric electromagnetic data observed on DEMETER satellite of France, the ionospheric electromagnetic signals were analyzed within 10 days before Chile M7.9 earthquake on November 14, 2007. It is found that, low frequency electromagnetic disturbances began to increase in a large scale of latitude, and reached to a maximum one week prior to the earthquake, and at about three days before the quake, the peak values shifted to lower latitude. Taking three days as a group, spatial images of a fe...     

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.     

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。     

汶川MS8.0、 海地MW7.0地震 电磁信号小波能谱分析

应用小波变换方法处理了2008年汶川M_S8.0地震前后成都、 江油台地电阻率观测数据及汶川地震、 2010年海地M_W7.0地震前后DEMETER卫星记录的电离层磁场观测数据, 研究了地电阻率和电离层磁场的小波能谱及其相对变化.结果表明: ① 对应汶川大震前成都台N58°E测道地电阻率中期下降变化和短期上升变化的时段, 地电阻率小波能谱相对变化显著增大, 江油台N10°E测道地电阻率在主震前记录到了临震异常, 在临近主震前后, 电离层磁场特别是x分量的能谱及相对变化显著增大, 展现了与汶川大震明显对应的地电阻率、 电离层磁场变化的似同步异常; ② 在海地地震前夕, 电离层磁场x, z分量的能谱也出现了显著增大的现象, 类似于汶川大震前后电离层磁场的能谱增大变化.      

Detection of Ionospheric Disturbances above the Haiti Region on January 1–15, 2010, according to GPS Data Obtained in Quiet Geomagnetic Conditions

Geomagnetism and Aeronomy - The ionospheric disturbances detected during large earthquake over the region of Haiti on January 12, 2010 on the base the analysis of data GPS-observations are...     

Unique variations of the total electron content in the preparation period of Haitian earthquake (M7.9) on January 12, 2010

Variations of the total electron content according to the index IONEX IGS in the period of preparation of the earthquake in Haiti (M7.9) on January 12, 2010, are considered. The situation is exceptional owing to the unique position of the island of Haiti relative to the structure of the ionosphere over the Caribbean Sea: the ionospheric region over Haiti is in the trough formed by the northern slope of the equatorial anomaly and additional maximum formed at latitudes of approximately 30° N within this longitudinal interval. Distortion of the shape of the equatorial anomaly, total decrease in the electron content in the equatorial anomaly a few days prior to the earthquake, increase in the electron concentration directly over the earthquake epicenter a few days prior to the earthquake, increase in the additional maximum at latitudes of ∼30° N, and formation of an additional maximum in the Southern Hemisphere in the region conjugated to the additional maximum in the Northern Hemisphere in the periods of its intensification are observed. The configuration of the equatorial anomaly is restored after the earthquake.     

The earthquake-related disturbances in ionosphere and project of the first China seismo-electromagnetic satellite

Based on the case studies and statistical analysis of earthquake-related ionospheric disturbances mainly from DEMETER satellite, ground-based GPS and ionosounding data, this paper summarizes the statistical characteristics of earthquake-related ionospheric disturbances, including electromagnetic emissions, plasma perturbations and variation of energetic particle flux. According to the main results done by Chinese scientists, fusing with the existed study from global researches, seismo-ionospheric disturbances usually occurred a few days or hours before earthquake occurrence. Paralleling to these case studies, lithosphere-atmosphere-ionosphere (LAI) coupling mechanisms are checked and optimized. A thermo-electric model was proposed to explain the seismo-electromagnetic effects before earthquakes. A propagation model was put forward to explain the electromagnetic waves into the ionosphere. According to the requirement of earthquake prediction research, China seismo-electromagnetic satellite, the first space-based platform of Chinese earthquake stereoscopic observation system, is proposed and planned to launch at about the end of 2014. It focuses on checking the LAI model and distinguishing earthquake-related ionospheric disturbance. The preliminary design for the satellite will adopt CAST-2000 platform with eight payloads onboard. It is believed that the satellite will work together with the ground monitoring network to improve the capability to capture seismo-electromagnetic information, which is beneficial for earthquake monitoring and prediction researches.     

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。      

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.