日本九州岛地震震前电离层TEC异常

采用IGS发布的GIM数据,提出了一种结合滑动时窗法和临近格网点电离层TEC相关性分析法的联合分析方法,研究了震前电离层异常变化与地震的关系。通过分析震区附近5个格网点TEC的异常变化情况,发现震前电离层TEC发生明显异常变化,且格网点之间的TEC序列相关性受地震显著影响;通过分析二维电离层图的TEC异常空间分布,发现震前三天震中附近分别出现6h、12h和6h的异常。最后利用电离层层析的方法,对电离层异常时刻进行了电子密度的反演,进一步分析了电子密度在电离层异常时刻的分布情况。     

基于GIM的芦山地震电离层异常分析

利用IGS(国际卫星定位导航服务组织)提供的GIM数据对2013-04-20发生的Mw7.0芦山地震震区上空电离层信息进行了研究。选取震中附近格网点进行包络线法异常分析及通过绘制全球电离层异常图来分析异常。通过分析发现,震前存在明显的电离层异常,在4月14日即震前第6天存在异常;异常区域沿着赤道共轭分布,不断移动。通过分析地磁指数、太阳活动水平等信息量,发现电离层异常与地震有较明显的关系。     

东日本大地震电离层异常分析

目前空基和路基等电磁信号探测手段已经应用于地震电离层异常的探测。自从GPS数据可以用于计算电离层电子总量(TEC), 这项技术被广泛关注的同时作为一个可行的手段用于探测地震前后电离层异常。本文利用东日本大地震震中附近多个IGS网络站点的数据, 分析2011年3月11日发生的Mw9.0东日本大地震震区上空电离层信息, 计算出TEC时间序列并进行波谱分析、包络线法异常分析、全球电离层异常地图绘制及震后3 h扰动异常分析。通过分析发现, 震前存在明显的电离层异常, 在3月8日即震前第3天存在异常;同时也计算了震后3 h的各站与卫星路径上等价TEC的P₄值;且多个站与多星路径上存在着明显的电离层扰动异常, 并且不断远离震中, 能量逐渐衰减, 证明电离层异常的发生与地震有较明显的关系。     

星基反演TEC与地基GNSS TEC数据融合可行性分析

卫星测高、DORIS(Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite)和无线电掩星等星基观测技术具有不受地表形态限制的全球观测范围,能够作为地基全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)电离层反演在海洋区域的补充观测。然而星基观测电离层高度范围仅限于低轨卫星轨道面以下,无法覆盖整个电离层高度范围,因此不能直接用于与地基GNSS反演的电离层总电子含量(total electron content, TEC)格网融合。针对DORIS观测反演的相对斜向总电子含量(slant total electron content,STEC),以全球电离层TEC格网(global ionosphere maps total electron content, GIM TEC)为基准,采用整体偏移方法将两者归算至统一观测尺度上;而卫星测高和GNSS掩星电离层产品则选取国际GNSS服务(International GNSS Service, IGS)组织提供的全球电离层TEC格网中均方根(root mean square, RMS)误差小于2 TECU的区域作为基准,采用2014年1月份低轨卫星观测值反演的TEC和GIM TEC数据进行对比,统计Jason-2和COSMIC(Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate)卫星反演的TEC与GIM TEC之间基于比例因子的函数关系,并将不同的观测手段归算到统一的观测尺度上,对比归算前后的TEC产品差异。并根据反演产品附近的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)电离层穿刺点数量进行分类,验证星基电离层反演精度的有效性。对比结果显示,卫星测高、DORIS和掩星3种星基技术归算后的TEC产品与GIM TEC的匹配度在地基观测密集区域均能达到较好的符合度,而在地基观测不足区域符合度存在明显差异。考虑星基观测精度不受地域限制的特性,可认为该海洋区域的差异是由于星基观测在海洋区域观测精度比地基GNSS观测精度更高,星基观测反演的电离层TEC产品可作为海洋地区地基电离层TEC观测的有效补充。     

2015年尼泊尔地震的震前电离层异常探测

提出了一种基于奇异谱分析的电离层异常探测的方法。通过对尼泊尔地震震中周围GIM格网点TEC时间序列的探测,发现在2015年4月23日震中东部区域出现电离层正异常。进一步利用二维电离层地图分析异常空间分布,发现出现电离层正异常的区域为25°N-37.5°N,90°E-110°E,时间为2015年4月23日UT9:00-15:00。利用中国陆态网数据计算异常区域卫星穿刺点轨迹STEC变化情况,发现2015年4月23日穿刺点轨迹进入异常区域后STEC值比前后几天明显增大,而离开异常区域后又恢复正常。采用CIT(computerized ionosphere tomography)方法详细地呈现了电离层异常的三维形态,发现4月23日UT9:00-15:00在震中东部区域出现电离层正异常,峰值位于约30°N,115°E,高度范围为100~500 km,且异常峰值随高度变化与电离层本身垂直密度分布规律相一致。     

电离层TEC经验模型的建立方法研究与实现

总电子含量TEC是电离层物理学中的重要参数之一,被广泛应用于修正GNSS卫星信号的电离层延迟和电离层时空变化特性的研究。在实际应用中,电离层经验模型是获取TEC的重要途径之一。以TEC数据为背景建立的电离层经验模型可在整体上体现TEC的时空变化特性。但是,有些TEC经验模型的精度不高,在某些局部区域上不能准确描述电离层的时变特性。制约电离层TEC经验模型精度的主要因素有:①未能全面考虑电离层的变化规律(特别是异常现象),并将其合理模型化;②TEC建模数据(如GIMs TEC)的精度在全球范围内不统一,建模过程采用等权方式是不合理的。     

全球电离层对2015年3月17日强地磁暴的响应分析

强地磁暴会引起电离层剧烈扰动,这对卫星导航定位精度有严重影响。文中采用空基-地基观测数据分析了全球电离层对2015-03-17强地磁暴的响应特征。结果表明,在地磁暴期间电离层扰动明显,且各地响应特征并不一致。从纬度上看,中低纬地区电离层TEC和foF2有明显增加趋势,而高纬地区电离层TEC和foF2明显小于背景值。从经度上看,电离层扰动主要分布在欧洲-非洲扇区和美洲扇区,该区域TEC高于背景值30 TECU,foF2高于背景值5 MHz。表明此次电离层对地磁暴的响应与热层O/N_2比的变化有关。     

基于移动Chapman-Miller方法的汶川Ms8.0地震电离层异常研究

基于IGS全球电离层TEC地图数据,提取到汶川地震上空TEC时间序列。使用移动Chapman-Miller太阳日变化分析方法,研究了地震前后15天TEC异常现象。结果显示,地震前6天(除5月9日外)TEC都出现了不同程度的减小现象,5月9日TEC周日峰值出现延迟现象;5月3日,即地震前第9天出现了TEC增大现象。离发震时刻较远的4月29日出现了TEC减小现象;震后3天也出现了明显的减少现象。排除磁暴等因素后,认为这些异常现象可能是汶川地震引起的地震-电离层耦合效应。     

Linux Shell在电离层TEC格网数据提取和分析中的应用

电离层延迟误差是卫星导航和定位中不可忽略的重要误差,全球电离层总电子含量(TEC)格网数据因其将全球按规则的经纬度格网化,并给出了相应格网点的电离层TEC值,从而为用户使用提供了极大的便利．本文基于Linux Shell脚本编写简单、快速和容易维护等优点,利用Shell脚本对电离层TEC格网数据进行提取和分析处理,主要包括全球和自定义区域电离层TEC数据提取、均值计算、格网经纬度互差计算、最值提取等应用,可为基于全球电离层格网(GIM)数据对全球或区域电离层TEC周年变化、季节变化、周日变化规律以及时空变化特性等相关规律的分析研究提供一定的参考.      

磁暴期全球电离层电子含量变化分析研究

电离层电子含量(TEC)受太阳活动影响较大,磁暴发生时,TEC变化在全球范围内变化不一,研究该时期的TEC扰动变化情况对电离层的研究至关重要．本文以2015年3月特大磁暴为研究对象,利用包括北斗系统在内的全球卫星导航系统（GNSS）TEC数据和中国区域的电离层测高仪f _oF2数据,对此次电离层磁暴的扰动特性进行研究并讨论其可能的物理机制．      

基于移动Chapman－Millre方法的汶川Ms8．0地震电离层异常研究

基于IGS全球电离层TEC地图数据,提取到汶川地震上空TEC时间序列。使用移动Chapman－Miller太阳日变化分析方法,研究了地震前后15天TEC异常现象。结果显示,地震前6天（除5月9日外） TEC都出现了不同程度的减小现象,5月9日TEC周日峰值出现延迟现象;5月3日,即地震前第9天出现了TEC增大现象。离发震时刻较远的4月29日出现了TEC减小现象;震后3天也出现了明显的减少现象。排除磁暴等因素后,认为这些异常现象可能是汶川地震引起的地震－电离层耦合效应。     

2014年鲁甸6.5级地震震前TEC异常分析

2014年8月3日云南省鲁甸发生了6.5级地震.针对震前电离层异常问题,利用IGS提供的全球电离层数据,采用滑动四分位法对鲁甸地震震中及其周围格网点的TEC进行异常探测,发现震前3d、6d和13 d电离层有明显的异常,其中震前3d、6d的异常最为显著.在进一步分析了太阳地磁活动及这几天的全球TEC异常分布后,认为这3d的电离层异常可能与震前的孕育地震有关.另外,这3d的TEC异常分布区域都满足在经度方向跨度和纬度方向跨度长度比约为3:1,且异常的峰值点并不位于震中的正上方,而是位于震中偏向赤道方向,同时赤道共轭区域也存在异常,但范围和幅度都较小.     

基于地基GPS研究台风引起电离层TEC的变化特征

利用GPS研究电离层,具有其他探测技术所没有的全天候、高分辨率、大范围等优点.本文采用双频GPS数据提取区域电离层电子浓度总含量（TEC）,并结合全球电离层地理（GIM）数据,借助滑动四分位距法建立TEC背景值.研究了台风“莫兰蒂”对其经过区域及登陆地点电离层TEC的影响.分析表明,台风登陆厦门前一天,厦门地区电离层TEC发生了较强的正扰动,登陆后第二天,TEC发生了小尺度的负扰动;台风临近台湾岛前,东南沿海和台湾岛区域电离层出现了大范围的正异常扰动,其值为15～20 TECU,持续时间10 h.结合厦门和台湾岛的地形,推测此次TEC异常原因是由于台风所激发的声重力波传播到电离层高度,造成了电离层的异常扰动.      

Tridimensional reconstruction of the Co-Seismic Ionospheric Disturbance around the time of 2015 Nepal earthquake

The Co-Seismic Ionospheric Disturbance of the 2015 Nepal earthquake is analyzed in this paper. GNSS data are used to obtain the Satellite-Station TEC sequences. After removing the de-trended TEC variation, a clear ionospheric disturbance was observed 10 min after the earthquake, while the geomagnetic conditions, solar activity, and weather condition remained calm according to the Kp, Dst, F10.7 indices and meteorological records during the period of interest. Computerized ionosphere tomography (CIT) is then used to present the tridimensional ionosphere variation with a 10-min time resolution. The CIT results indicate that (1) the disturbance of the ionospheric electron density above the epicenter during the 2015 Nepal earthquake is confined at a relatively low altitude (approximately 150–300 km); (2) the ionospheric disturbances on the west side and east sides of the epicenter are precisely opposite. A newly established electric field penetration model of the lithosphere–atmosphere–ionosphere coupling is used to investigate the potential physical mechanism.     

2008年汶川地震前的形变异常及机理解释

2008年5月12日发生了汶川8.0级大地震,震前的定点形变观测值曲线异常很少。震后通过对定点形变观测台站的震前数据进行了深入分析和处理,发现在汶川8.0级地震前存在形变异常,且距震中较近的台站,出现的异常信息的频率较高;距震中稍远的台站,出现的异常信息的频率较低。对这些现象进行了初步的解释。     

震前电离层TEC异常探测方法的研究进展

介绍了震前电离层TEC异常探测原理的研究进展和主要的异常探测方法,详细介绍了时间序列法、Kalman滤波和小波变换在电离层异常探测中的原理和应用,总结了传统方法和新方法在电离层异常探测的应用发展情况,并分析了每种方法的优势与不足。为未来中国采用电离层异常探测开展地震预测工作提出了建议。     

断裂活动及孕震过程遥感热异常分析的研究进展

断裂活动及孕震过程遥感热异常分析是对地观测及遥感应用的重要主题。本文从遥感数据应用、异常分析方法、异常认知理解3个方面系统回顾了近30年来该主题的研究概况与主要进展。具体包括:(1)关于遥感数据应用的红外亮温、微波亮温与长波辐射、对地观测同化数据及多源数据综合的4个方面;(2)关于地震遥感异常分析的目视解译定性分析、图像处理定量分析以及多参数时空关联分析的3个发展阶段;(3)关于地震遥感异常认知理解的地球放气、应力致热、地壳岩石电池转换、氡衰变潜热释放与多圈层耦合效应等理论学说。展望未来,提出了面向典型断裂活动区的遥感监测分析与异常识别、基于地球系统地震响应的遥感异常理解分析、空天地立体观测数据的时空关联分析等3个方面的攻关重点。     

电离层异常原因分析与建模

分析了地震、磁暴、太阳耀斑等自然现象引发电离层异常的物理机制,并总结了电离层异常的特点。针对电离层中电子分布受地磁、太阳热辐射和地壳变动等影响较大,基于抛物层和赤道双峰模型建立了电子密度呈高斯型分布的电离层异常模型,为进一步研究电离层异常的耦合机制提供了依据。