电离层ELF/VLF电磁波激发研究

调制电离层激发ELF/VLF电磁波为深海潜艇通信提供了一种可能的天线产生方式.本文介绍了国外电离层ELF/VLF电磁波激发理论的研究情况和实验结果,引进了HF电磁波加热电离层理论和物理模型并介绍了相应的实验结果,讨论了加热系统的激发效率提高问题.展望了该领域的未来研究方向,并提出了在我国的地理条件下激发电离层ELF/VLF电磁波需要解决的问题.     

电离层人工调制激发的下行ELF/VLF波辐射

通过大功率ELF/VLF调幅高频波对电离层进行加热,形成电离层虚拟天线,可以作为发射ELF/VLF波的一种有效手段.本文使用汪枫(2009)的调制加热模型,计算高频加热电离层产生的低频辐射源强度,采用全波解算法分析辐射的低频波向下传播过程中的衰减和反射问题,并采用HAARP实验参数,模拟出在海面上接收到的低频信号强度为PT量级,与实验数据一致.模拟结果表明,加热泵波功率、低频调制波频率、以及加热纬度位置是影响ELF/VLF波辐射和传播的三个主要因素.     

东北亚地区Ms5.0以上地震前后空间电场时空演化特征研究

本文利用2005年1月—2009年12月DEMETER电磁卫星观测的极低频/甚低频(ELF/VLF)39 Hz~6 kHz频段电场功率谱密度(PSD)观测量, 将研究频段划分为5个子频段对东北亚地区(38°N~58°N; 105°E~145°E)内发生的8个M_S≥5.0地震前后空间电场时空演化特征进行研究。 研究发现同一地震不同频段异常扰动区域并不完全在同一位置, 且同一地震的不同频段地震前后扰动形态也并不一致; 8个地震40次统计中有25% 的统计数据虽然基本在地震前后所有时间段都超过阈值2σ, 但未见明显扰动规律, 其余75%的统计数据中发现其扰动特征可以归纳为3类: 52%的统计数据在震前扰动幅度增大, 达到最大时发震, 震后持续降低; 7.5%的统计数据在震前扰动幅度达到高值, 而后下降过程中发震; 15%的统计数据在震前扰动幅度一直在增加且绝大部分时间低于2σ, 直至震后超过2σ, 且出现这种类型的异常均为震例的第五频段演化特征。 异常扰动区域主要集中在震中±4°以外的区域。     

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.      

太阳活动低年电离层磁场VLF波的观测特性研究

本文利用搭载在DEMETER卫星上的感应式磁力仪(Instrument Magnetometer Search-Coil, IMSC)探测数据分析了磁场甚低频(Very Low Frequency, VLF)波功率谱的空间分布.在排除地磁扰动影响(Dst≤-30 nT,Kp≥3,AE≥200 nT)的前提下,我们给出2007年不同季节,日侧和夜侧,磁场VLF波功率谱的全球分布的背景场探测和对应的统计误差分布.利用太阳活动低年的背景场探测统计分析了磁场VLF波功率谱的频谱特性和季节变化,以及对来自空间的地磁活动的响应特征.太阳同步高度卫星探测的磁场VLF波功率谱也可以观测到源于地球特定区域里的磁场异常所产生的频谱响应.12.5~17.5 kHz频段的磁场VLF波功率谱全球分布清楚地给出了南大西洋磁场异常区的分布轮廓.夜间百慕大地磁异常影响了磁场VLF波功率谱的多个频段,并显示出类似于高纬极区磁场的地磁活动响应的观测特征.卫星磁场VLF波功率谱探测背景研究表明,源于空间的地磁扰动和源于地球的局部地磁异常都会引起电离层磁场VLF波功率谱的变化.特别是在12.5~17.5 kHz频段,我们发现了沿板块边缘分布的电离层磁场VLF波功率谱增强带,这将为我们探寻由板块运动引起的地球突发事件的电离层响应增加探测依据,为定量甄别此类事件的电离层异常信号积累实用的背景参照.     

中国大陆强震灾害范围的统计研究

强震的灾害范围是非常重要的地震学参数,它在地震灾害快速评估,地震保险及防震减灾等方面有着广泛的应用。本文全面,系统地收集了中国大陆宏观等震线资料,对没有地理坐标的等震线进行了数字化。精确计算了从１３０３年至１９９４年共１８３次强震的灾害范围,并对误差因素进行了分析。     

华南地区强震前的卫星遥感信息特征

针对华南地区近15年来发生的6次破坏性地震事件,依据卫星对地遥感射出长波辐射OLR网格数据资料,进行了卫星遥感红外的震前异常特征分析。通过对OLR月际资料进行涡度处理分析,发现在上述几次破坏性地震前2～3个月,在震中附近地区都有显著的高值涡度中心,这一特征有可能做为未来强震预测的短期判定指标。     

云南强震前的降水特征研究

本文分析研究了云南境内１９６６年－１９９１年所发生的１８次Ｍ≥６级强烈地震（含余震）前期雨量和雨量的年变量场的分布特征。通过对强震前雨量场，雨量的年变量场前兆特征的统计分析得出云南强震前兆降水的三种模型。讨论了地震的时，空，强三要素与前兆降水模型的分布规律，提出了大气降水云南强震的宏观调节机制。     

强震前海平面异常变化特征研究

使用渤海沿岸8个验潮站的海潮潮位观测资料,根据近海或沿岸地区强震前后海平面变化的实例,分析了海平面变化的前兆意义。资料证实,大部分近海大地震前局部海域存在着可以识别的海平面异常变化。通过周期分析方法和潮汐分析方法来消除各种周期及非周期因素的影响,可以显示出地壳垂直形变的变化,分析结果表明,渤海沿岸的海平面变化不仅具有丰富的地质构造活动信息,而且可能反映较大地震前后的地壳形变过程。提取海平面地壳垂直形变信息对较大地震的预报和与海洋有关灾害的预测有重要意义。     

中国大陆西部强震前超低频磁场时空变化特征

对2015年至2019年期间中国大陆西部的磁通门磁力仪秒采样观测资料开展了5—100 s频段的地磁垂直强度极化分析,并运用一些数学方法对分析结果进行了处理.结果显示,极化高值在经向和纬向均无明显的形态和幅值变化,且极化高值与地磁外源场扰动无关.在此基础上筛选出18次极化高值异常事件,利用插值方法得到了极化高值异常的空间...     

日侧极隙纬度低频波及其与地磁扰动的关系

利用挪威斯瓦尔巴德地区的ＥＬＦ／ＶＬＦ观测资料和世界数据中心公布的Ｋｐ指数，分析了日侧极隙纬度低频波不同季节里的周日变化和１９８４年５月－１９８６年４月的年度变化及这些波与地磁扰动的某些关系．主要结果有：１．夏季ＥＬＦ波出现率极大值最大，而冬季的最小，前者约为后者的３倍，而且此极大值无论哪个季节都出现在磁正午时段．２．ＶＬＦ波出现率在夏季较小冬季较大；其极大值出现在磁午后至磁子夜前的２－４ｈ时段里．３．夏季ＥＬＦ波指数∑Ａ与地磁指数∑ＫＰ日变化较相吻合，在太阳自转周内两者相关系数约为０．６．４．冬季ＶＬＦ波指数∑Ａ与∑Ｋｐ日变化相吻合，在太阳自转周内两者相关系数可达０．８．这些结果表明日侧极隙纬度ＥＬＦ波和ＶＬＦ波各有不同的产生机制和源区．     

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.     

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Ms7.1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.     

基于人工源的甚低频电磁波空间传播特征统计分析

利用2005年1月至2010年11月DEMETER卫星记录的NWC发射站的VLF电场功率谱数据,采用指数拟合的方法,分析了VLF电磁波在卫星高度激发的电场空间分布和衰减特征.研究结果表明: (1) VLF电场在发射站上空及其磁共轭区有着很强的对应关系,存在南、北2个强电场中心涡; (2) 相对于发射站的位置,VLF电场中心点具有经度和纬度偏移,日侧地磁经度偏移均值大于夜侧,而地磁纬度偏移均值则小于夜侧; (3) 日侧VLF电场强度呈现出周期性的年变化; (4) 在VLF电场中心10°范围内,电场强度随距离快速衰减,衰减常数b在长达6年的时间内保持稳定.在以上研究结果基础上初步构建的卫星高度人工源电磁波空间分布特征,将为研究地表-电离层电磁波传播机理提供基础技术支撑.     

Latest progress on interactions between VLF/ELF waves and energetic electrons in the inner magnetosphere

Interactions between very/extremely low frequency (VLF/ELF) waves and energetic electrons play a fundamental role in dynamics occurring in the inner magnetosphere. Here, we briefly discuss global properties of VLF/ELF waves, along with the variability of the electron radiation belts associated with wave-particle interactions and radial diffusion. We provide cases of electron loss and acceleration as a result of wave-particle interactions primarily due to such waves, and particularly some preliminary results...     

全球电离层VLF电场功率谱特征

分析2006年3月至2009年2月DEMETER卫星VLF电场功率谱数据发现,卫星高度上全球电离层电场功率谱有以下特征:高纬度区域电场辐射强度平均高于低纬度区域,几个地磁场异常区相应的电场辐射增强;全球电场功率谱,向阳侧强于夜侧,大陆强于海洋,夏季强于分点季,冬季最弱;不同频段的电场功率谱特征有显著差异,某些频段的功率...     

Probing the lower ionospheric perturbations associated with earthquakes by means of subionospheric VLF/LF propagation

There have been reports for many years that the ionosphere is very sensitive to seismic effects, and the detection of ionospheric perturbations associated with earthquakes (EQs) attracts a lot of attention as a very promising candidate for short-term EQ prediction. In this review we present a possible use of VLF/LF (very low frequency (3–30 kHz)/low frequency (30–300 kHz)) radio sounding of seismo-ionospheric perturbations. In order to avoid the overlapping with my own previous reviews, we first show some pioneering results for the Kobe EQ and we try to present the latest results including the statistical evidence on the correlation between the VLF/LF propagation anomalies (ionospheric perturbations) and EQs (especially with large magnitude and with shallow depth), medium-distance (6-8 Mm) propagation anomalies, the fluctuation spectra of subionospheric VLF/LF data (the effect of atmospheric gravity waves, the effect of Earth's tides, etc.), and the mechanism of lithosphere-atmosphere-ionosphere coupling. Finally, we indicate the present situation of this kind of VLF/LF activities going on in different parts of the globe and we suggest the importance of international collaboration in this seismo-electromagnetic study.     

地震前后电离层截止频率处电场频谱强度变化分析——以2006年汤加Mw8.o地震为例

以汤加Mw8.0地震为例,着重分析了DEMETER卫星记录中截止频率附近电磁场频谱在震前的异常演化特征.根据地震前后该区域3个月的数据对比,发现电场频谱增强与地震孕育的关系很不明显.而长时间、大范围的电场频谱减弱现象可能更值得关注,白天和夜间的电场频谱显示同一特征.2006年夏秋季节38次6级以上强震短期异常的统计平均...     

几次大震前的地面和空间电磁场变化

本文应用非线性谱估计方法(MEM方法)、电/磁场脉冲能量统计方法,处理了四川汶川MS8.0 (2008)、新疆于田MS7.3 (2008)和青海玉树MS7.1 (2010) 地震及强余震附近的地面电/磁场和Demeter卫星电离层磁场观测数据,研究了地震电/磁场变化,得到:在震中附近及周围出现了震前地电/地磁场极低频成...