DEMETER卫星监测的极低频和超低频电磁场数据分析

分析了DEMETER卫星上测量的极低频(ELF, 3—30 Hz)和超低频(SLF, 30—300 Hz)水平磁场. 其统计变化规律与地面上实测的此频段大气噪声变化规律一致, 并且数值差异也符合电波传播规律, 说明卫星上监测的电磁场来源于地面. 同时对DEMETER卫星上测量的ELF和SLF归一化波阻抗进行了深入地分析, 由电子密度与离子密度计算出的归一化波阻抗与由实测电磁场计算出的归一化波阻抗均有差异. 现有观测资料并不完全“自洽”, 尚有问题需深入研究.     

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.     

怀来台震前超低频电场与地震关系研究

用河北省怀来电磁辐射观测台连续１１年观测资料,分析了张北－尚义６．２级地震前超低频电场资料的变化,研究了３００ｋｍ范围内Ｍｓ５．０以上地震和２００ｋｍ范围内Ｍｓ４．０以上地震前记录的超低频电场的变化。结果表明,异常信息量、异常起始时间及持续时间与震中距、震级有关,异常信息在地震发生前达最大值。     

DEMETER卫星观测的LF/MF电场频谱特征初步研究

利用法国DEMETER卫星观测的电场数据,研究了中国及邻区（0deg;——60deg;N,60deg;E——140deg;E）,频段为10KHz——3MHz,时间段为2008年1月1日——2008年９月12日期间的平均功率谱密度特征．文中选择了犓狆指数的日平均值小于或等于4的数据,获得LF频段（10——20 MHz）和MF频段（20 KHz——3 MHz）以16天为周期的昼侧和夜侧的平均功率谱密度空间分布图,得到了以下初步结果．LF频段：① 昼侧,不同频率的谱在对应时段上形态相似度不高,主要呈现纬度分带特征．夜侧,不同频率的谱在对应时段上形态相似度较高,主要差异在于谱的幅度,同一频率不同时段的谱分带特征不明显;② 昼侧谱的幅度值跨度要比夜侧的小很多,前者一般为1——1．5个数量级,而后者一般在2个以上,甚至达到4个数量级;③ 在汶川地震前后,平均功率谱密度在成都——兰州一线存在明显的变化．MF 频段：① 昼侧,不同频率对应时段的谱形态没有明显的相似性,同一频率不同时段的谱形态可能具有较好、弱或不具有相似性,具有明显、弱或不具纬度分带特征．夜侧,某些频段对应时段的谱形态具有明显的相似性,同一频率不同时段或者分时期的不同时段的谱形态具有较好的相似性,不具有明显的纬度分带特征,具有弱分区或者弱经度分带特征;② 昼侧和夜侧的谱幅度变化都不大,基本都在0.5个数量级之内;③ 在汶川地震前后没有发现明显的平均功率谱密度变化．     

中国中东部地区地震电离层低频电场扰动频段及背景时段选取分析

诸多卫星观测结果表明,地震前后电离层会出现宽频带电场扰动,而背景场时频段的合理选取是电离层电场扰动提取的基础.本研究遴选了地磁活动平静期(Dst＞-30 nT,Kp＜3)飞越中国中东部地区(29°N—39°N,107°E—117°E)长达6年共计1527轨DEMETER卫星数据,在电离层低频电场随频率和时间的变化特征分析基础上,对低频背景电场的频段和时段选取开展了研究.研究结果表明：频段选取方面,利用夜侧数据分析地震电离层异常时,可将200~2200 Hz划分为253~566 Hz、566~605 Hz和605~2200 Hz共3个频段,利用日侧数据分析地震电离层异常时,可划分为215~330 Hz、330~703 Hz、703~742 Hz和742~2200 Hz共4个频段,无论是日侧还是夜侧,高频端的数据方差均较大,因此提取电离层异常时需要设置较大的阈值,而低频端需要设置相对较小的阈值;背景时段选取方面,数据集标准差结果表明往年同月数据和分析时段前1个月数据做背景场的效果相当,就实时跟踪分析与地震有关的电离层电场扰动需要,可优先考虑使用邻期数据做背景场,而数据时段并非越长越好,在空间天气平静的情况下,可使用当日前1个月的数据做背景场.

     

DEMETER卫星监测到的海地地震前电离层扰动

本文利用法国DEMETER卫星观测到的电离层数据, 对2010年1月12日加勒比海地区海地太子港附近发生的M_S7.1地震震前电离层扰动进行了探索性研究。 通过对电磁场频谱、 等离子体数密度、 温度等物理参量的分析, 探讨了电离层变化与地震的关系。 研究结果表明, 海地地震前出现的异常电磁现象的空间效应是清楚的, 震前几小时磁赤道峰存在剧烈扰动, 震中附近电场分量E₁₂低频谱密度有增强现象。 临震前1天和临震前3天在震中＋5°范围电子数密度(N_e)出现异常, 震前8天氧离子(O⁺)数密度在震中上空出现了异常现象。 震前震中区上空电磁场VLF在40 Hz和120 Hz等低频点出现清晰的电场异常扰动, 震前出现的这种变化可能与地震有关。     

基于DEMETER卫星原位等离子体参量的 震前异常提取方法研究及震例分析

基于法国DEMETER卫星等离子体分析仪和Langmuir探针观测到的原位等离子体参量, 研究了参量随纬度变化、 空间插值、 空间差值、 滑动中值、 相关性分析等5种异常提取方法, 并将这些方法应用于2006年1月—2010年4月期间国内6.0级以上、 国外部分7.0级以上29次地震的震例分析中. 由于等离子体参量具有一定的相关性, 因此对于震中附近的轨道数据大于等于2个参量出现异常时, 本研究才将其视为震前异常. 通过研究发现, 29次地震中有15次出现电离层原位等离子体参量的震前异常, 异常时间大约为1—7天, 震中东西两个方向均可能出现异常, 但异常区域多偏向磁赤道.     

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.     

九江地震前DEMETER卫星观测到的电离层异常

通过对法国DEMETER卫星观测的电磁场、电子和离子浓度及温度数据的分析,表明2005年11月26日江西九江Ms5.7地震前存在空间电离层异常现象,其中2005年11月17日、18日和21日在单个半轨道上存在较明显的异常变化,异常同步出现在电磁场和等离子体部分参量上,2005年11月22日、23日在20°～30°N范围内出现大面积的升温现象.此外,除震中区上空附近有异常变化外,在南纬的震中磁共轭区也观测到相应的扰动.     

DEMETER卫星观测的ULF电场波形干扰分析

分析由法国DEMETER卫星观测的ULF电场波形数据,发现两种典型干扰:由标定信号引起的脉冲式周期干扰及详查期间噪声水平增加。结果表明:1周期干扰特征表现为:在固定工作模式期间,干扰以约4 min周期出现;在详查和巡查模式开始时刻,干扰出现。结合VLF频段功率谱,可确认此干扰由625 Hz标定信号引起;2在详查模式期间噪声增加,获取ULF频段功率谱发现,此干扰并非来自单个频点或频段信号,对空间真实的ULF扰动分析影响不大。认识ULF电场波形数据的典型干扰特征,可为后续ULF电场扰动研究提供参考,为我国电磁监测试验卫星同类数据干扰分析提供借鉴。     

汶川地震及其余震期间的ELF电磁异常

近些年来利用卫星技术观测地震前的电磁扰动已得到地震学界的广泛关注, 并被认为是研究地震电磁前兆的有效途径之一(Larkina et al, 1989; Parrot, 1994; Serebryakova et al, 1992; Molchanov et al, 1993; Nemec et al, 2008).     

近磁尾TC-1观测到伴随有高速流的ULF波及不稳定性分析

2004年8月3日近地TC-1卫星在磁尾X_GSM~－12R_E的等离子体片内,观测到了伴随着高速流的低于离子回旋频率的波,即超低频波(ULF,Ultra Low Frequency).该波垂直分量的振幅在高速流及其振荡减速期间大致相当;而平行分量振幅在高速流时明显大于其振荡减速时. 利用一个扰动双流模型对完全磁化离子横场漂移驱动的电磁不稳定性计算后,预测结果表明:(1)对于垂直分量来说,横场漂移速度与Alfvén速度的比值影响不稳定性增长率和激发波频率,随其比值增加,增长率变大,激发波频率从负值增加到正值.(2)对于平行分量来说,温度各向异性时等离子体热速度与Alfvén速度比值只影响不稳定性增长率和激发波频率,未改变不稳定性模类别;而温度各向同性时离子横场漂移速度与Alfvén速度比值既影响不稳定性模的种类及其分支,又影响激发波频率.进一步将卫星观测到的等离子体密度、温度、整体流速和磁场代入模型方程,进行数值计算与上述预测结果对比后发现:卫星观测中垂直分量的功率谱密度(PSD,Power Spectrum Density)增强时间和频段与理论模型中由β_//、β_⊥和v_⊥/V_A引起不稳定性激发的波一致;卫星观测中平行分量的功率谱密度增强时间与理论模型基本相符,但是前者的频率明显地低于后者.因此,除了需考虑平行磁场的离子整体流速对不稳定性激发波频率的可能影响,还需要统计上进一步核实伴随有高速流的ULF波与不稳定性的相关性.     

ULF/ELF monochromatic oscillations observed by Prognoz-8 and -10 spacecrafts during quasiperpendicular supercritical shock crossings

The present paper analyses electromagnetic turbulence in the frequency range 0.1-75 Hz, associated with the supercritical quasiperpendicular crossings of the Earth’s bow shock recorded by the Prognoz-8 and -10 satellites. The quasimonochromatic waves are identified in the shock transition region. Their frequencies, lying in the range 2–5 Hz upstream from the shock ramp, shift to a value less than 1 Hz in the downstream region. The amplitudes of these narrow emissions are great enough to provide the primary dissipation in the flow of the solar wind plasma. Electromagnetic oscillations with such properties are likely to be generated during non-linear evolution of the shock front, rather than by the instabilities driven by ion and electron drifts. Emissions with frequencies higher than 5 Hz have much smaller amplitudes and may be driven by lower hybrid-like instabilities.     

赤道附近局地激发LS-TAD的事例观测

大尺度行进式大气扰动（LS-TAD）通常被认为起源于极区高纬,本文报道了一起激发于低纬赤道地区、在北半球向高纬传播的LS-TAD观测事例.2002年8月10日07∶30 UT,CHAMP卫星在30°W磁赤道附近观测到显著的大气密度增强,在随后的2个连续轨道上,该密度增强依次出现在北半球更高纬度上,表现出明显的极向位移,是典型的LS-TAD事件.北美洲的2条地面GNSS子午台链也同时记录到了与之相伴随的大尺度行进式电离层扰动（LS-TID）印记.CHAMP卫星和地面GNSS台站在南半球均没有记录到与上述LS-TAD/TID相关联的前序行扰.我们认为该极向传播的LS-TAD事件起源于赤道低纬地区,突然增强的离子垂直漂移是其可能的激发源.

     

Ionospheric slab thickness and its seasonal variations observed by GPS

The ionospheric slab thickness, the ratio of the total electron content (TEC) to the F2-layer peak electron density (NmF2), is closely related to the shape of the ionospheric electron density profile Ne (h) and the TEC. Therefore, the ionospheric slab thickness is a significant parameter representative of the ionosphere. In this paper, the continuous GPS observations in South Korea are firstly used to study the equivalent slab thickness (EST) and its seasonal variability. The averaged diurnal medians of December–January–February (DJF), March–April–May (MAM), June–July–August (JJA) and September–October–November (SON) in 2003 have been considered to represent the winter, spring, summer and autumn seasons, respectively. The results show that the systematic diurnal changes of TEC, NmF2 and EST significantly appeared in each season and the higher values of TEC and NmF2 are observed during the equinoxes (semiannual anomaly) as well as in the mid-daytime of each season. The EST is significantly smaller in winter than in summer, but with a consistent variation pattern. During 14–16 LT in daytime, the larger EST values are observed in spring and autumn, while the smaller ones are in summer and winter. The peaks of EST diurnal variation are around 10–18 LT which are probably caused by the action of the thermospheric wind and the plasmapheric flow into the F2-region.     

CUTLASS observations of a high-m ULF wave and its consequences for the DOPE HF Doppler sounder

The CUTLASS (Co-operative UK Twin Located Auroral Sounding System) Finland HF radar, whilst operating in a high spatial and temporal resolution mode, has measured the ionospheric signature of a naturally occurring ULF wave in scatter artificially generated by the Tromsø Heater. The wave had a period of 100 s and exhibited curved phase fronts across the heated volume (about 180 km along a single radar beam). Spatial information provided by CUTLASS has enabled an m-number for the wave of about 38 to be determined. This high-m wave was not detected by the IMAGE (International Monitor for Auroral Geomagnetic Effects) network of ground magnetometers, as expected for a wave of a small spatial scale size. These observations offer the first independent confirmation of the existence of the ground uncorrelated ULF wave signatures previously reported in measurements recorded from an HF Doppler sounder located in the vicinity of Tromsø. These results both demonstrate a new capability for geophysical exploration from the combined CUTLASS-EISCAT ionospheric Heater experiment, and provide a verification of the HF Doppler technique for the investigation of small scale ULF waves.     

A case study of a radially polarized Pc4 event observed by the Equator-S satellite

A 16 mHz Pc4 pulsation was recorded on March 17, 1998, in the prenoon sector of the Earths magnetosphere by the Equator-S satellite. The event is strongly localized in radial direction at approximately L = 5 and exhibits properties of a field line resonance such as an ellipticity change as seen by applying the method of the analytical signal to the magnetic field data. The azimuthal wave number was estimated as m 150. We discuss whether this event can be explained by the FLR mechanism and find out that the change in ellipticity is more a general feature of a localized Alfvén wave than indicative of a resonant process.