汶川地震前ELF异常电磁辐射的波传播特性和极化特性分析

大地震前存在电磁前兆现象已经被许多文献所证实。这些现象大多出现在地震前几天至几小时的时间内,在近地表大气层、上大气层、电离层、甚至磁层都存在电磁前兆现象,这对于地震的短临预测工作非常重要。本文利用法国DEMETER卫星在电离层670km左右高度记录的ELF电场和磁场数据,     

2000—2020年全球MW6.0以上地震发生前电离层异常统计分析

1 研究背景 地震过程并不只局限于岩石圈,也会透过电磁场效应作用于对流层、电离层乃至磁层,其中,电离层前兆异常的出现具有较为稳定的时间尺度,在地震预报研究中具有较高价值(Pulinets et al,2021).但是,由于地震的等级与类型、震源机制与深浅、孕震区地质结构与位置、地震发生时间及空间环境等因素的不同,导致震前电离层异常及岩石圈—大气层—电离层耦合的物理机制呈现多样性和复杂性,震前电离层异常的研究尚有诸多亟待深入研究及解决的问题.     

2022年马尔康MS 6.0地震前可能的电离层前兆信号

<正>1研究背景临震地质构造活动将引起大气层、电离层和磁层带电粒子的产生和运动,以及电磁环境的异常扰动。利用法国DE-METER卫星研究发现,国内外许多强震发生前均出现了不同程度的电离层扰动异常,异常大多出现在震前15天内,且有多参量同步出现异常的特征,如2008年汶川M_S 8.0地震前,震中附近电子密度、电子温度和氧离子密度出现剧烈变化,且电磁辐射增强;2005年苏门答腊8.6级地震前在赤道区域的多个参量均出现电离层扰动现象;2008年于田M_S 7.2地震前,震中附近电离层离子温度、离子密度、磁场等出现多参量异常现象。     

基于GPS和DEMETER卫星数据的地震电离层电子浓度异常变化研究

正地震电磁现象的观测与研究是认识地球内部物质特性、地震孕育发生过程以及空间信号传播和介质特性变化的重要途径。空间对地观测技术的发展,推动了地震电磁信号在大气层、电离层的传播与耦合机制的研究。从20世纪60年代发现美国阿拉斯加大地震震中区上空出现电离层异常扰动现象以来,有关地震空间电磁、电离层扰动的现象引起了广泛的关注,成为地震电磁学领域一个新的研究热点。研究表明,在地震孕育发生过程中,地下介质     

岩石圈-大气层-电离层电磁波导特征值问题研究

岩石圈-大气层-电离层耦合(Lithosphere-Atnlosphere-Ionosphere Coupling)的研究,是揭示地震孕育和发生过程中出现于地面、大气层和电离层的各种异常现象及其产生机理的基础,对深刻认识震前异常物理现象,改善地震监测方法和地震短临预报等方面有本质上的重要性.     

多卫星联合观测地基VLF电磁信号在磁层中的传播路径

正人工地基VLF电磁发射信号已经被很多近地卫星探测并研究。这些人工电磁波信号通过大气层,到达电离层和磁层,能够散射被束缚在地磁场中的高能电子,进而引起电子沉降到更低的大气层中,因此,能够帮助减轻粒子辐射对飞行器和宇航员的伤害。VLF电磁波在电离层、磁层中的传播模式分为两种:波导管传播(由于受等离子体密度不均匀分布的限制,近似沿着地磁场的场向传播,即ducted mode)和非波导管传播(不沿着地磁场     

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。     

地震电离层异常电场模拟及初步研究

强地震会造成电离层电场发生异常变化.基于大气层-电离层电动力学理论对地震电离层异常电场开展数值模拟和研究,将理论推导出来的电离层异常电场方程扩展到球面坐标系中,并且考虑到电离层层电导率的各向异性,建立新的地震电离层异常电场模式.引进一个电离层层电导率经验公式(Nopper and Carovillano,1979),对中低纬度地震电离层异常电场特性进行数值模拟.模拟结果表明:附加电流引起电离层异常电场范围远大于自身在地表上的分布.且发生在低纬地区的异常电场主要成分是纬向电场,在东西两侧显偶极子分布.在额外电流分布相同的情况下,夜晚生成的异常电场更显著,存在昼夜差异.     

磁层电场引起的Sq“低点位移”

中低纬度地磁场Z分量S_q变化极小值出现的时刻常常被用作预报地震的前兆(即“低点位移”法)。本文指出一种能引起“低点位移”的非地震原因:——行星际磁场北向分量的变化引起磁层大尺度电场的变化;这个变化电场透过阿尔芬层,进入内磁层,并在电离层中形成一个特征的电流体系,使S_q电流体系发生畸变,电流涡的焦点发生位移,从而引起地面磁场Z分量极小值地方时的改变。这个过程所引起的“低点位移”有时可以超过1小时。所以在用“低点位移”法预报地震时,应该考虑行星际磁场的状态,排除非地震起因的磁异常。     

EISCAT雷达观测到的极区电离层等离子体反常对流

综合分析EISCAT雷达与卫星当地测量数据,并利用磁层磁场模式对磁力线进行追踪,研究了发生在极光椭圆朝极盖边界附近电离层中,一例反常的背离太阳流动的强等离子体对流事件,及相关的太阳风-磁层-电离层耦合过程.结果表明,磁暴期间IMFBz指向南时观测到这一反常高速对流,及其相应的等离子体性态特征,很可能是向阳侧磁层顶磁重联过程在电离层中的印记.     

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.     

水星磁层观测研究

水星磁层无辐射带、电离层、等离子层,大气层明显消失,只有微弱的外逸层.?由于磁层尺度小,行星内核感应效应较为明显.?行星空间环境显著区别于地球.?"信使"号卫星对水星磁层的观测研究丰富了对水星空间环境的认识和理解.本文主要从磁层尺度及变化性、磁场重联及磁通量绳的形成、典型磁层动力学活动过程、磁层行星重离子时空变化、极端...     

Weimer电场模式在地球磁层内的特征

地球磁层中的电场是研究磁层物理的重要参数,目前常用的对流电场有均匀晨昏电场和投影电场.电离层电场可以看做磁层电场沿磁力线在电离层的投影,本文选取的电离层电场模型为Weimer(2001模式)电场.利用T96磁场模式,沿磁力线将电离层电场投影到磁层空间,得到一个新的磁层电场模式,并讨论了磁暴、行星际磁场(IMF)、太阳风参数和亚暴等对磁层电场的影响.利用该模型计算的电场结果与卫星探测结果相符.     

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.     

南极中山站F-lacuna特征分析

F-lacuna是高纬极区电离层测高仪频高图上经常出现的一种F层回波描迹部分或全部消失的现象,直接影响电离层参数的标定,其表征的电离层物理过程尚未定论.利用南极中山站测高仪频高图数据,本文统计分析了Flacuna在不同太阳风速度水平下的发生频率,主要对2012年2月15日一次F2-lacuna观测实例的粒子沉降及电离层特性进行了分析.观测特征表明,F2-lacuna发生期间,电离层电子总含量TEC明显减小,昭和站SuperDARN高频雷达观测到的中山站上空电离层Bragg后向散射增强,但对应来自磁层的电子和离子沉降并不明显.这可能是由磁层亚暴引起的极区电离层电流体系扰动,触发电离层F-B不稳定性,产生沿场向排列的小尺度不规则体,其热效应导致F2层密度减小,F2-lacuna出现.     

PREVENTION项目:对岩石圈-大气层-电离层耦合模型的监测与检验--墨西哥综合地球物理观象台

近几年来,为了解释在预测地震区的近地表、大气层和电离层等不同层面观测到的电磁和等离子体现象的物理机制,人们建立了许多不同的物理模型。由于缺少充足的试验数据,所有模型都是基于一定的假设得到的。为了建立完善的模型,必须用到在不同地点、不同时间、不同类型的地震中搜集来的数据。PREVENTION项目（PREcursors of Volcano Eruptionsand Notable Tremors Integral ObservatioN,火山喷发和显著震动的前兆的全面观测）试图在墨西哥地震活动最频繁、潜在危险最严重的地区之一——Guerrero州建立综合地球物理观象台,从地面到空中进行多层面的观测,以期获得同时发生的多参数数据来对现存的地震-电离层耦合模型进行直接检验。第二个试验场将建立在Popocatepetl火山附近,来研究火山活动和电离层效应之间的关系。本文展示了综合地球物理观象台的含义和内容。     

电离层人工调制激发的VLF波在磁层的传播特性及应用研究

电离层人工调制可以激发甚低频（VLF）波,其中向上传播进入磁层的VLF波,不但能够用来研究磁层中的各种物理现象,且具有人工沉降高能粒子,消除辐射带等实际用途.本文使用射线追踪方法,模拟电离层调制激发的VLF波在磁层的传播路径,分析激发纬度和调制频率对传播路径和传播特性的影响;并基于低频波的色散方程和波粒共振条件,分析VLF波传播路径上与磁层高能粒子的最低共振能及其分布.研究表明,VLF波通过在磁层来回反射向更高的L-shell传播,最终稳定在某一L-shell附近.以较低的调制频率或者从较高的纬度激发的VLF波能够传播到更高的L-shell,但是,当激发纬度过高时,低频波也可能不发生磁层反射而直接进入电离层和大气层.低频波在磁层的传播过程中,在较高的纬度或者较低的L-shell能够与较高能量的电子发生共振相互作用,在较高的L-shell并且低纬地区,能够与较低能量的电子发生共振相互作用.共振谐数越高,能发生波粒共振的电子能量越高.     

磁暴期间太阳风-磁层-电离层间的耦合过程

本文用行星际和地面磁场以及电离层资料,讨论了三次磁暴期间高、中纬电离层电场对太阳风和磁层内变化的响应。 分析表明,当IMF的B_x分量由北向转为南向时,太阳风驱动的磁层对流变化能直接反映出高纬电离层电位的变化。但持续南向的B_x再次增强时,太阳风输入的主要能量耗损于内磁层过程;电离层的响应表现为一个弛豫过程。当B_x由南转北时,环电流的消失对电离层的作用同样有弛豫的特点。此时,驱动电位已撤消,环电流是维持电离层电位的唯一外源。 本文用电路类比及简单模式法结论对上述几种实测情况进行了讨论。     

地球等离子体层研究进展

地球等离子体层作为内磁层的重要组成部分,在空间天气过程的发生和发展过程中都起着非常重要的作用.地球等离子体层是由上行电离层粒子被地球磁力线捕获而形成的圆环状冷的等离子体区域.等离子体层的外边界称为等离子体层顶,在该区域的等离子体层密度在0.5个地球半径内下降了1～2个数量级.地球等离子体层结构的动态变化特征是空间环境扰动状态的指示器,其结构形态和动力学过程受地磁场和电场控制,而地磁场短期变化源于太阳活动引起的日地扰动.地磁暴期间等离子体层的大规模结构演化影响等离子体层中波的产生和传播,从而影响波-粒子相互作用,导致内磁层中电子和离子的空间分布发生变化,进而影响其它磁层和电离层过程.对地球等离子体层进行进一步研究,对揭示太阳风-磁层-电离层耦合过程中的质量输运和能量转移、空间天气预报等方面都具有重要的意义.本文对等离子体层和地磁活动的关系、等离子体层中的波、顶部电离层及等离子体层电子含量的变化规律和等离子体层模型等方面的研究进展进行了介绍.最后,我们还对等离子体层研究方面一些亟待解决的问题进行了展望.     

地震前兆确实存在吗?

Pulinets(2007)讨论了在中坜(中国台湾)观测到的地震“电离层前兆”。如果这种前兆确实存在,并且像人们所说的是由震源处局部电场引起的,那么这些电场就应在8°S,121°E附近的、中坜的磁性共轭点反映出来,而且会在该处引起类似的局部效应。我们在卫星数据中看到这些共轭效应了吗?实际上,众多的文章说,“地震发生了!我们能在地震发生之前几天看到电离层的突跳吗?是的,我们能!这是前兆!”毫不足怪。300km高处的F2层(相应的电离层)频繁地显示出突跳。由Kamogawa(2006)和Pulinets(2007)分别给出的1999年9月16日地震和10月21日地震之前几天的…