基于国家电波观测站网电离层垂测数据的地震电离层异常研究进展

地震电离层异常现象已被大量观测所证实,地震电离层异常的特征分析及其物理机理研究对开展地震监测意义重大.近年来,中国电波传播研究所利用国家电波观测站网长期积累的电离层垂测数据,开展了震例分析及其机理研究,初步获得了震前电离层的异常特征,并建立了岩石圈-大气层-电离层电场耦合物理模型.本文简要介绍了近年来我们在该领域的研究进展,并对该领域的发展方向提出建议.      

2018年永清MW 4.3地震前后岩石圈磁场变化特征

选取华北部分地区2016—2019年流动地磁矢量资料,分析2018年2月12日永清M_W 4.3地震前后岩石圈磁场变化特征。结果表明,地震前岩石圈磁场变化异常特征显著,震后异常消失。在震前岩石圈磁场变化中,磁场的D、I、F、H、Z分量出现不同程度的异常特征,这些震前异常呈现出相同的、相似的变化趋势。在震前随着时间的不断累积,岩石圈磁场变化异常愈加显著,其中震前1.5年期各分量震磁异常显著。与震前相比,震后岩石圈磁场变化特征及趋势发生了较大改变。     

利用改进型图像信息方法研究汶川8.0级地震震前电离层扰动异常特征

利用改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,简称“MPI”)基于DEMETER卫星观测的电子浓度(Ne)、电子温度(Te)数据探索了2008年5月12日汶川Ms8.0震前出现的地震电离层电子参量异常现象,特别详细分析了汶川Ms8.0震前3个月的电子参量时空演化过程。在前人的基础上,对电离层电子浓度(Ne)、电子温度(Te)的观测数据进行了消除年变及由太阳活动等引起的长趋势变化,以期能够提取到由地震孕育与发生所引起的电离层扰动异常。结果发现,在震前一个月左右电子浓度(Ne)、电子温度(Te)等参量均出现了不同程度的扰动异常,震前10天左右异常减弱并趋于平静,即平静—异常出现—持续显著—异常减弱—震前平静的特点,显示了地震前存在清晰稳定的电离层扰动图像,从而对地震的发生时刻具有一定的短临指示意义。     

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.     

2017年九寨沟M7.0地震前临震电离层异常研究

为研究2017年8月8日四川九寨沟M7.0地震前电离层异常,利用地基GNSS(Global Navigation Satellite System)垂直电子总含量(Vertical Total Electron Content, VTEC)和电离层测高仪F2层临界频率(foF2)观测数据,考察了震前20日内电离层变化,发现震前第4日(8月4日)及地震发生前5小时,震中附近上空出现显著电离层正异常。结合异常对应的日地空间环境分析,认为震前第4日出现的异常由磁暴引起,而发震当日出现的临震电离层异常可能与孕震活动有关。本文表明电离层测高仪具有同GNSS VTEC一致的异常检测结果。相比公布时间滞后的GNSS数据及其产品,测高仪数据的获取更加及时,将两种电离层观测手段结合起来,能实现两种技术优势互补,提高地震电离层监测能力。     

岩石圈地震前兆异常机制

对于电磁卫星所观测到的地震震前电磁异常现象的机制,即电磁异常如何从岩石圈穿过大气层耦合到电离层及其以上空间,目前仍是尚未解决的问题.本文主要介绍目前大量有关地震岩石圈异常的机制研究,力图从卫星地震电磁异常的源头—岩石圈地震来获得相关认识.岩石圈地震前兆异常包括：地表变形、水位变化、悬浮薄雾、超低频（ULF）电磁异常、山脊或山顶发光闪电、卫星红外图片大范围数度温度异常、磁场高于地磁偶极场的0.5%、电离层等离子体密度变化、动物奇异行为等.人们提出了许多试图解释各种异常现象的假说,如热耦合假说、气泡运移假说、边界位错充电假说、离子空穴运移假说等.本文希望通过对以上各种假说提出的基础、物理机理以及异常现象解释的探讨,促进对岩石圈地震前兆异常现象机理认识,从而为地震电磁异常的正确认识提供更有力的帮助.     

伴随我国一些大地震的电离层异常现象

本文初步总结了伴随我国一些大地震前后电离层的异常现象,结果表明,临震前电离层形态扰动异常是比较普遍的现象;其次是F层“高点位移”的时空分布异常。它们可能与电离层局部生成不均匀电子“云块”有关,以及与震前地磁场、地电场及地面电学性质有关。进一步观测和研究电离层异常现象将有助于估计强震的大致地区和临震时间。文中还就电离层—地磁场—地震关系进行了初步的讨论,指出电离层与地震的联系可能是由于地磁场耦合作用。     

我国地震电磁卫星数据分析及应用研究进展

本文介绍了地震电磁卫星数据分析在中国地震电磁学方面的研究进展情况,其中包括卫星数据分析的整体思路的确定,以及具体在电离层正常背景分析,干扰因素影响,数据分析方法和震例研究结果.目前的应用研究表明,电离层各观测参量具有不同的季节性及区域性复杂的正常变化背景,对提取地震异常增加了很多困难.而震例研究反映震前确实存在一定程度的电离层异常,空间电磁异常信息具有短临性和区域性特征,但异常的重复性、空间分布的相似性检验及背景场理论模拟等方法还需要在今后的工作逐步加强.     

基于地震电离层现象研究结果的分析与总结

地震电离层现象作为地震事件在电离层中的物理表象,随着观测资料的积累不断地被发现和报道。大量研究结果表明,地震电离层现象复杂多样,难以捕捉和确认。本文针对主要的地震电离层现象进行简要介绍,并依据研究参量、地震事件的震级、异常出现的时间、异常的空间方位以及异常的正负等要素,对以往的地震电离层现象进行分类总结,尝试从现有研究结果中挖掘地震电离层异常出现在震前的天数与震级的关系、异常空间分布方位及频次、正负异常的震中距与震级的关系,探索地震电离层异常现象在时间上的变化特征和空间上的分布特征。     

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。     

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。      

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。     

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。     

玛尼7．5级地震前磁场与电离层异常特征研究

利用中国地磁台网与电离层台站资料，总结了1997年11月8日玛尼7．5级地震前出现的地磁低点位移、地磁日变异常及电离层，f0F2(F2层临界频率)异常现象。对比研究了玛尼7．5级与2001年11月14日昆仑山口西8．1级地震前磁场与电离层异常分布及特征，研究结果显示:2次巨大地震前磁场与电离层短临时空异常特征有较好的一致性，震中周围出现日变异常、拉萨台出现电离层，f0F2明显异常；震前约1个月出现低点位移，其突变分界线通过震中地区。     

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.     

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。     

地震前兆：电离层F2层异常

本文简述了目前提出的地震引起电离层异常扰动的物理机理，重点介绍了近几年国内外对震前F2层异常扰动的研究进展.大量的研究结果显示地震活动引起的电离层扰动不仅确实存在，而且在震级大于5级的地震发生前的几天到几个小时会发生电离层扰动.由于地震引起的电离层F2层变化具有独一无二的特性，这就意味着我们可以利用强震前的F2层异常变化作为地震短临预报的工具.     

震前舒曼谐振异常的研究现状及讨论

舒曼谐振位于地球-电离层空腔,具有稳定的频率和强度特征尺度.震前的舒曼谐振异常是地震引发电离层异常的现象之一.本文概括了舒曼谐振的产生机理、特征参数的稳定性,并介绍了常用的测量仪器等.总结了震前舒曼谐振异常的研究进展,包括统计分析和震例分析的结果,归纳了舒曼谐振异常在频率、强度、极化等方面的特征表现,并对未来的研究方向和研究手段等进行了讨论.     

2020年新疆于田6.4级地震前电离层扰动现象分析

基于中国区域GPS反演TEC、 JPL TEC mapping、 张衡一号卫星探测等离子体参量数据, 着重分析了2020年6月26日新疆于田6.4级地震前的电离层异常现象, 结合之前于田发生的两次7级以上地震, 研究认为于田地震前异常集中出现在震前一周内, 以上升异常为主, 异常有明显的局地效应, 部分异常在磁共轭区有同步效应。 多参量综合分析增强了异常的判识能力, 并提高了异常的可靠性。 太阳及空间磁扰活动对电离层地震判识有较大影响, 会极大增加全球异常频次, 但日食现象引起的TEC扰动与地震电离层异常有明显差异, 较易区分, 弱磁扰活动下的地震电离层异常判识能力有待加强。     

电离层异常能否作为地震前兆的研究

分析日本４次地震前５个电离层垂测站资料,发现地震前后震中附近夜间电离层偶发Ｅ层的临界频率ｆ０Ｅｓ值多数呈下降趋势,少数呈增加趋势。分析国际地球物理年（ＩＧＹ）期间多个地震震中附近电离层垂测站资料,提出ｆ０Ｆ２参数变异的统计特性是震前有正扰趋势。本对震源电场影响电离层的机制进行了探讨。研究表明,地城前的电离层异常有可能作为地震前兆。