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.     

张衡一号卫星数据地震预报实践期间记录青海2次大地震前电离层异常

<正>1研究背景空间对地观测技术因其速度快、范围大以及高数据分辨率等优势得到快速发展,尤其是2004年法国DEMETER卫星成功发射,利用卫星对地观测数据研究和识别地震电离层异常成为当前研究热点。Akhoondzadeh等（2010）研究了2009年9月29日Samoa islands MW 8.1地震、2009年4月6日L’Aquila MW 6.3地震和2008年5月12日Sichuan MW 8.0地震,结果显示,在地磁平静条件下,DEMETER卫星电子浓度和离子浓度正负异常出现在震前1—5天,这意味着电离层异常可以作为有效的地震前兆异常。     

国外地震电磁现象观测

本文综合介绍了国外在地震电磁观测研究方面的进展和实例,结果显示地震电磁信号在地面和卫星观测记录中非常丰富.地面异常信号频带宽、分布范围广,时间上多集中于震前一个月或几天的时间段内出现.卫星地震电磁信号集中于ELE-VLF频段,时间上以震前几个小时为主,说明电磁信号具有明显的短临特性.我国地震电磁未来的发展方向应在现有的基础上,以超低频段为主,并发展地面与电磁卫星的三维立体联合观测,为地震短临预报服务.     

2016年门源6.4级地震前连续重力频率特征分析

利用兰州地震台及高台地震台连续重力资料,分析研究了2016年1月21日门源地震前连续重力变化特征。对震前5 d及震后2 d秒采样数据使用快速傅里叶变换（FFT）变换方法进行功率谱分析,发现其频率幅度持续增大,临震前一天减小到正常值后发生地震,同时对震前6 d秒采样数据进行滤波处理,发现在临震前48 h观测到重力扰动信号,周期为4~8 s。门源地震前观测到的频率特征及重力扰动信号分析,可能反映了门源地震前孕震的一个整体过程,这为揭示门源地震产生机理提供了参考。     

2013年岷县-漳县MS6.6地震前异常的演化特点及预测意义

针对2013年7月22日甘肃岷县-漳县Ms6.6地震前观测到的地震活动性与地球物理场观测异常,总结了震前的显著地震活动异常和地球物理场观测异常演化特点.在地震活动性方面,震前存在大范围5级地震平静被打破,5级地震空区、4级地震空区和3级地震平静被打破等显著异常;在地球物理场观测异常方面,新增异常数量自2010年开始逐渐...     

辽阳灯塔5.1级地震前后辽宁地区前兆资料研究

2013年1月23日辽阳灯塔突发5.1级地震,打破了辽宁13年来未有5级地震的平静,研究很有意义。针对此次地震通过扫描震前和震后辽宁区域各学科测项,排除观测系统和观测环境等原因,筛选出不明原因异常,试图找到地震前兆异常,在以后的震例中去验证。     

改进型图像信息方法提取地震电离层扰动异常研究进展

首先总结了国内外利用法国DEMETER卫星观测数据识别和提取地震电离层中主要参量扰动异常的常规研究方法,介绍了图像信息方法(pattern informatics method, 简称PI方法)研究地震活动性异常及其应用于中长期地震危险性预测的研究进展和成果. 然后主要介绍了改进型图像信息方法（modified pattern informatics method,简称MPI方法）在提取电磁卫星数据资料中的进展应用．该方法的震例研究结果显示,地震电离层中电子浓度（Ne）、电子温度（Te）异常出现的时间一般在震前一个月左右,相对于其它方法提取到的异常在震前几小时至数天内,这一突出特点将使得MPI方法在短临地震预报中更具有可操作性．然而,该方法能否作为提取地震电离层异常扰动的实用数据处理方法并应用于地震短临预测中,尚需要进一步深入研究．最后本文提出了将MPI方法应用于提取地震电离层异常信息需要进一步解决的几个问题．      

2020年1月19日伽师MS6.4地震前后的基岩温度变化

2020年1月19日发生的伽师MS 6.4地震正好位于基岩温度观测区内,且西克尔观测台距离微观震中仅约1.3km,这为分析地震前后的地温变化提供了机会.结果显示:1)在伽师MS6.4震前及同震均观测到了清晰的地温变化.同震响应的出现,意味着震前的这些变化与地震有关,可能属于前兆信号.2)时间上,伽师地震前的基岩温度先是...     

苏门答腊两次M>8.0地震前后CO和O_3卫星遥感气体地球化学异常与地面验证

利用印度尼西亚Bukit Koto Tabang(BKT)观测站的地面和大气红外探测仪(AIRS)卫星观测数据,分别提取了该观测站2004年和2005年苏门答腊两次M8.0地震前后地面和卫星观测所获得的CO总量、近地面(1 000 hPa)CO体积分数和O3总量的高光谱气体地球化学信息,对BKT台站附近卫星观测数据和地面观测数据进行了相互验证。结果表明两次大地震前卫星和地面观测均捕获到了CO和O3异常,其中卫星观测获得的CO总量和CO体积分数与地面测得的CO浓度呈强正相关,相关系数分别为0.83和0.75,表明CO浓度异常可能主要源于孕震过程中地下逸出的气体,大气中的化学反应对CO异常的贡献次之。O3卫星观测结果与地面观测结果也呈正相关关系(r=0.49),地震前O3异常可能主要归因于地震前地下逸出的气体在大气中的化学反应。地面观测的CO和O3浓度在两次地震前标准偏差变大,且CO和O3浓度变化与分别以地面观测站和地震震中为中心从卫星数据提取的气体浓度与地面观测数据变化趋势一致。研究结果丰富了利用高光谱卫星数据提取地震前后气体地球化学异常信息的方法。     

前兆异常区地震危险性概率的评估方法

讨论了根据前兆观测估计地震危险性概率的问题。给出了单学科观测异常区和多学科观测异常区地震的危险性概率的评估方法。利用个先验概率值,即地震背景概率－Ｐ（Ｂ）、孕震条件下某学科观测发生异常的概率－Ｐ（Ａ／Ｂ）、非孕震条件下某学科观测发生异常的概率－Ｐ（Ａ／Ｂ）,就可计算,①异常区有震概率Ｐ（Ｂ／Ａ）或Ｐ（Ｂ／∩Ａｉ）和异常区无震概率（也称虚报概率（Ｐ（Ｂ／Ａ）或Ｐ（Ｂ／∩Ａｉ）;（２）非异常区有震概率     

智利地震前DEMETER卫星对空间高能粒子的观测

在地震的孕育或发生期间,地球内部岩石圈的活动可能会发出电磁辐射,引起空间电磁扰动,并通过波粒相互作用引起高能电子的投掷角散射,导致高能电子的沉降.本文基于法国DEMETER卫星的观测数据,研究了智利周围区域在智利地震期间空间高能电子的通量、能谱的分布及演化,发现在智利地震发生前第11天和12天,在以震中为中心,经度跨度10°,在DEMETER卫星轨道高度上L跨度0.1的区域内,有超出背景4到6倍的高能带电粒子暴的出现,期间在其北半球磁镜像区域也观测到了显著的电子通量涨高.粒子暴对应的能谱与2010年前三个月的平均能谱存在较大差异.同时观测到在出现粒子暴的两条轨道上VLF(Very Low Frequency,甚低频)电场频谱分别在300 Hz以下以及13~20 kHz的频段存在显著增强,此扰动在时间和地理位置上与高能粒子暴是一致的.基于回旋共振耦合作用的准线性扩散理论,本文对所观测事例的电子能量与电磁场扰动频率做了分析计算.观测数据和理论计算有较好的一致性,表明该粒子暴源自ICE(Instrument Champ Electrique,电磁探测器)观测到的空间电磁扰动,这是典型的空间波粒耦合事例.进一步分析排除了可能引起粒子暴和VLF电场扰动的环境因素,本文认为本次粒子暴和电场扰动的观测可能与智利地震的震前地壳活动存在一定关联.     

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.     

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。     

DEMETER卫星磁场波形数据分析方法初探

为充分利用法国DEMETER地震电磁卫星中心提供的磁场波形数据对地震事件进行分析研究,详细介绍了峰度演化方法,并对峰度演化方法的有效性进行了检验.最后将峰度演化方法应用于汶川地震前后DEMETER卫星所记录到的实际数据.分析研究发现.所采用的方法能够较好的处理DEMETER卫星记录到的磁场波形数据:汶川地震发生之前较长...     

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。     

玉树地震前电离层VLF信号信噪比变化

2010年4月13日23点49分38秒(世界时), 青海省玉树县发生了M_S7.1地震. 根据法国DEMETER卫星电场探测仪(ICE)实验数据, 研究震区上空半径500 km范围内电离层10—20 kHz甚低频(VLF)电场频谱信噪比发现, 玉树地震前3个不同频率的地面VLF发射站信号对应的信噪比均出现相同的变化特征, 即震前DEMETER卫星1个重访周期内的平均信噪比明显减弱, 而2009年相同时段和区域的平均信噪比并未出现相似变化趋势. 分析认为, 玉树地震孕震期信噪比衰减现象很可能是由地震-电离层耦合所致.      

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...     

星载电场数据处理方法研究

给出一种新的非线性、非平稳信号的处理方法——HHT方法,并把该方法首次应用于星载电场数据处理中.以2004年9月15日菲律宾6.0级地震前两天(13日)DEMETER卫星经过震中区域上空所记录到的数据为例,对ULF频段的电场数据进行了处理,得到了相应的HHT时频图谱.另外,还利用DEMETER卫星中心网站提供的SWAN软件计算得到了相应的小波变换时频图谱,通过比较发现,虽然两种方法对异常信号出现的位置时刻的描述有相同的能力,但HHT方法在异常信号的细节描述上更为清晰,从而为今后进一步的研究工作奠定了基础.