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。     

基于地基GPS-TEC的中国区域地震电离层效应研究

基于中国陆态网络地基GPS-TEC观测,针对2008～2019年发生在中国区域的7个M_S≥6.0地震,采用滑动四分位距法分析了地震前后的电离层扰动时空分布特征。结果显示,5个地震的震前2～6天,GPS-TEC值出现负异常扰动,地震发生期间及震后电离层TEC出现正异常扰动,主要集中在震后2～7天;GPS观测站距离震中越近,垂直上空的TEC扰动越明显,扰动空间最大范围可达2000km。随着震级的增加,震前电离层TEC异常扰动的发生率有所增加,且异常覆盖的范围也有所扩大。因此,认为震前一周内的电离层TEC变化可能提供揭示电离层扰动与地震活动之间关系的线索。     

利用DEMETER卫星数据统计分析全球Mw≥7.0 地震的电离层电子浓度异常

基于法国DEMETER卫星ISL探测器升轨数据,统计分析了2005—2009年全球37个M_w≥7.0级地震前后电离层电子浓度变化.结果发现,共有19个地震（51%）前观测到了较为明显的电子浓度异常扰动现象,其中大部分表现为异常增强;观测到的电子浓度异常现象一般出现在震前1~5天内,也有部分地震前出现两次及以上扰动现象.分析表明,在赤道和中低纬地区更容易观测到明显的电子浓度扰动,即异常震例基本发生在纬度±40°以内（18次）,更是以±20°内居多（13次）.此外,震源深度对电子浓度扰动的影响并不明显,而震级大小则与扰动幅度基本上呈正相关;震前出现的电子浓度异常有时会受到地磁活跃的共同影响,此时的扰动幅度一般较大.地震电离层扰动现象是复杂多变的,需要联合地基和天基手段共同观测,并从机理上加强研究.     

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.     

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。     

强震前后空间电磁场时空演化特征

本文利用DEMETER卫星观测到的电磁场数据, 统计分析了2005—2009年全球M_S≥7.0强震前后空间电磁场的时空演化特征． 在震中上空±10°范围内, 使用震前90天至震后30天的5年同期观测到的电磁场极低频/甚低频(370—897 Hz)功率谱密度数据构建了稳定的背景场观测模型, 提取了震中上空的空间电磁场相对于背景场的扰度幅度, 并统计分析了强震前后空间电磁场的时空演化特征． 统计结果显示: 45次M_S≥7.0强震中, 35次强震在地震发生前后磁场最大扰动幅度超过2.2倍标准差, 39次强震的电场最大扰动幅度超过2倍标准差; 最大的电磁扰动主要出现在震中±4°—±10°范围内． 另外, 震中上空的电磁场扰动幅度时序变化表现为3种不同类型的扰动特征, 且震前出现电磁异常的强震震中位置的分布特征与纬度存在一定关系; 而随机选择的非震区上空空间电磁场的扰动幅度则比较小, 未呈现出明显的特征．      

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。     

强震前ELF/VLF磁场的扰动特征统计研究

本文利用DEMETER卫星记录的变化磁场数据统计研究了2005—2009年北半球7级以上强震前后空间磁场的扰动特征.在震中±10°范围内利用震前2个月至震后1个月的5年同期观测的ELF/VLF[370~897 Hz]频段磁场功率谱密度数据构建了背景场,定义了表征空间磁场在地震时段相对于背景场的扰动幅度指标.统计研究发现26个强震中42%的地震主要表现为震前磁场扰度幅度逐渐上升,超过3倍标准差,随后在扰度幅度下降过程中发震.35%强震在地震前10天内最大扰动幅度超过3倍标准差,在扰度幅度处于最高值期间发震,震后磁场扰动幅度逐渐回落.23%的强震在震前震后无明显规律.随机事件测试发现在空间天气平静且无强震条件下随机地点上空的磁场无明显的时空演化规律,且随机地点上空的空间磁场相对于背景场的平均扰度幅度很小,最大扰度幅度从未超过2倍标准差,并且没有明显的随时间变化特征.     

2005年3月28日苏门答腊8.6级地震前的电离层扰动

2005年3月28日苏门答腊发生8.6级地震,通过分析处在地磁活动平静期的震前15天的数据,发现3月20、22、23和28日在赤道区域多个参量上出现电离层扰动,如电场和等离子体参量,认为这些电离层扰动可能与本次强震有关.震前电子密度异常有两种形态,一种是在原来的峰值变化区电子密度单调增加,幅度超过1σ,如3月20日和28日的异常;另外一种是改变了原来在赤道区的单峰变化形态,而呈现了双峰值和赤道谷值的变化形态,如3月22日和23日的扰动.分析结果显示,这两种形态的电子密度扰动都分布在一个比较大的范围内,经度上跨越100°,纬度范围30°,显示了比较长的异常持续时间和全球变化特性.VLF频段电场频谱的数据分析表明双峰形态的扰动不是磁共轭效应.同时低频电场扰动相对电子密度而言集中在一个相对小范围内,当N_e单调上升时,电场扰动却只出现在离震中最近的轨道上.分析认为震源产生的电场信号直接传播进入电离层是非常困难的,但是它可以通过岩石层-大气层-电离层圈层耦合机制造成电离层扰动.结合离子成分及其变化形态的分析,震前氧离子变化形态与氢、氦离子的形态相反,这与其他地震前的电离层异常扰动形态是类似的.综合分析认为,对于与地震相关的电离层异常的识别需要结合多个观测参量的联合分析.     

基于GPS和COSMIC数据分析汶川地震TEC和NmF2扰动

使用相关方法和welch法计算功率谱密度研究汶川地震前后GPS TEC在时域和频域上的变化,并进一步分析N_mF2空间分布变化.得出主要结论, 震前5月9日开始TEC平常具有良好的相关性被打破,24 h全日波、12 h半日波成分功率谱密度幅度值变化明显.5月12日至6月11日N_mF2变化幅度明显增大.研究结果显示,TEC和N_mF2时空分布变化存在电离层震前扰动和同震响应, 并且TEC震后的异常变化相比震前更加显著.表明使用的方法可以有效检测到地震发生前后电离层异常扰动信号.     

加卸载响应比理论在包头西MS6.4地震预报中的应用

用加卸载响应比理论对包头西 MS6 .4 地震前加卸载响应比随时间的变化进行了较详细的研究.结果表明,震前加卸载响应比有较明显的上升异常.异常出现的时间和异常幅度大小不但与所选择的区域和震级下限有关,而且还与发震构造和控震构造有关.异常与地震的对应关系表现为:上升异常出现、转折并恢复到正常值附近时发震.异常持续时间,短的1 a 以上,最长4 a 左右.     

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.     

基于COSMIC掩星数据探测汶川 MS8.0地震震前电离层异常

获取COSMIC掩星2级数据, 基于球谐函数使用最小二乘拟合法计算模型值, 为2008年5月12日汶川M_S8.0地震前电离层电子密度变化提供背景依据. 同时应用主成分分析法研究最大电子密度, 得到各主成分所占能量百分比随时间的变化. 研究结果发现, 震前在震中邻近区域出现电离层扰动增强现象, 且随高度不同存在一定差异, 主要集中在F₂层300—450 km. 主成分分析结果显示, 4月15日—29日19:00—24:00(地方时)第三主成分能量百分比显著增加. 上述结果表明, 震前电离层存在异常扰动现象. 这一研究结果有助于加强地震电离层耦合机理方面的研究.      

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。     

日本M_W 9.0级特大地震前电离层扰动初步分析

利用JPL提供的TEC地图数据和日本NICT提供的测高仪数据分析了2011年3月11日日本MW9.0级特大地震(Tohoku-oki Earthquake)前上空的电离层变化.GIM TEC地图数据分析发现,3月1～4日GPS TEC在赤道异常区域出现了不同程度的负扰动,其中3月1日和2日的扰动幅度和范围较大,以上很可能是由于3月1日爆发的9小时磁暴所致;此外,震前3天即3月8日04-14UT期间赤道异常区电离层TEC出现了明显的增强现象,异常最大幅度达30TECU,并伴随有南半球磁共轭区增强现象.日本境内的4个电离层测高仪数据分析显示,3月8日4个台站同时出现了foF2增强现象,其中Okinawa和Yamagawa两个站增幅明显.分析发现震前3天地震上空区域电离层参量异常增强,认为这可能与大气层和电离层垂直电场的变化有关,这种电场的变化有可能是地震产生的电磁信号传播所致.     

等离子体参量的空间探测分布及汶川地震前后的扰动分析

近年来国内外对震前电离层异常扰动进行了大量研究,新的观测证据显示,地震活动前的电离层扰动确实存在,而且在震级大于5级的地震发生前几天到几个小时内的孕震区上空会发生显著电离层扰动。大量工作多是基于地基的空间探测,如,通过雷达测高仪探测的电离层F2层的临界频率扰动和偶发ES层变化,以及通过GPS地面接收器探测的电子浓度总含量扰动等。     

2022年芦山MS 6.1和马尔康MS 6.0地震前地震调制比异常分析

扫描2022年芦山M_S 6.1地震和马尔康M_S 6.0地震震前不同震级档调制比图像,同时给出震前b值分布图像,结果表明：2次6级地震前震中附近不同震级档调制比均出现高值异常。最小扫描震级越高,调制比扫描结果越稳定清晰,调制比高值异常出现时间越晚,同时最小扫描震级越高,异常范围、幅度也越大,异常与震中位置和发震时间关联性越强。调制比异常的幅度和范围与应力水平有关,2次地震震前震中附近均出现低b值区域,且马尔康M_S 6.0地震震中附近调制比异常和低b值异常都比芦山M_S 6.1地震更突出,推断马尔康M_S 6.0地震孕震区应力水平可能高于芦山M_S 6.1地震孕震区应力水平。     

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。     

震前电离层TEC异常探测新方法

本文提出一种利用时间序列法(ARIMA模型)进行震前电离层异常探测的新方法.首先,对比分析了该方法与传统探测方法(四分位距法、滑动时窗法)预测TEC背景值的精度.结果表明,时间序列法预测背景值的精度要明显高于传统方法,且预报背景值的平均偏差要比传统方法小2倍左右,说明传统探测方法预测的背景值具有较大系统偏差.为更准确地探测震前电离层扰动,除了得到准确的参考背景值,还需得到更加合理的探测限值,由此本文提出一种更为合理的限差确定策略.最后,以2012年1月10日苏门答腊岛7.2级地震为例,利用该方法分析了其震前电离层的异常扰动情况,并验证了该方法的有效性,实验结果表明:在震前第13天、第8~9天、第1~2天和地震当天电离层均会发生较为明显的异常.而且,其正异常(观测值高于正常值)一般发生在震中以北,距发震时间相对较远;负异常(观测值低于正常值)则在震中各方向均会出现,且距发震时间较近.同时,通过对异常结果分时段统计,发现在发震时刻前,距发震时刻越近的时段发生异常的频率越高,此规律将会对未来更为准确的预报发震时段提供重要参考.     

利用GPS和DEMETER数据分析汶川地震前电离层变化

利用GPS TEC和法国DEMETER卫星ISL探测器的观测数据,分析了汶川地震前电离层变化.结果表明,电离层TEC在5月6-10日地方时下午有连续的负异常现象,5月9日地方时下午有明显的正异常现象.电离层TEC异常的范围主要位于震中南部区域,EW方向上1 100 ～1 670km,SN方向上1 600 ～3 700km.5月6日的负异常偏震中东南,5月7日的负异常偏震中西南,5月9日的正异常偏震中东南.震中西南和南部地区负异常较东南地区明显,震中南部和东南地区正异常程度较西南地区偏高,震中位置所对应南半球磁力线共轭区都出现了一定程度的正或负扰动.DEMETER卫星观测的电子密度Ne和离子密度N.在5月6-10日也出现了明显的负异常,异常分布与电离层TEC异常分布较为一致,主要集中在震中南部.震中所在的经度带上存在2个负异常峰值,且在纬度上关于地磁赤道对称.最后在上述异常的基础上,对基于岩石圈-大气层-电离层耦合的地震电离层异常机理开展了初步讨论.