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.     

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。     

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。     

2012年4月11日苏门答腊Ms8.6地震前电离层TEC异常变化

基于IGS提供的GPS TEC资料和中国地壳运动观测网络提供的GPS数据解算的单站VTEC数据,采用统计分析处理方法,对2012年4月11日苏门答腊北部Ms8.6地震震前电离层TEC资料进行处理分析,结果表明:在震前5-6天以及地震当天,震中上空附近出现显著的电离层TEC异常扰动,异常形态有正有负,表现为先异常减小后异常增大最后变小,异常增大主要发生在下午至黄昏时段,即12:00-16:00 LT,持续时间约4小时.排除太阳活动和地磁扰动的影响后,4月5日出现的电离层TEC异常增大及呈现出共轭结构以及地震当天出现的异常扰动,可能与此次地震有关.     

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。     

2011年3月24日缅甸地震期间电离层TEC异常分析

基于IGS提供的2011年3月全球TEC数据,利用滑动时窗进行异常识别的方法,分析电离层赤道异常区TEC在缅甸地震期间的异常情况。结果表明：在震前10 d内,地震上空电离层TEC出现了明显的异常扰动,电离层异常北驼峰在16日至18日期间出现了明显的较大区域负异常现象,且在18日时北驼峰明显向磁赤道漂移,负异常在19日时基本消失;而在地震发生的当天和震后一天出现了小范围的正异常,随后正异常消失。在地震期间地磁活动水平总体都相当平静,且太阳处于一个相对较稳定的中低活动水平,电离层出现的异常很可能与此次缅甸地震有关。     

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.     

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。      

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.     

2016年缅甸M7.2地震前中国区域电离层TEC扰动的时空分布

基于GPS TEC数据, 以2016年4月13日发生在缅甸的M7.2地震为例, 通过限定上、 下阈值的扰动提取方法分析了地震电离层效应在中国区域的时空分布。 结果显示, 该地震前2~4天, 中国区域的TEC扰动为地震电离层前兆; 其中4月11日(震前2天)电离层扰动受地震的影响最大, 扰动范围可达2816 km; 同时还发现4月11日异常最明显的区域在震中偏北方向(中国南部), 单独提取该区域经度链上的JPL TEC数据, 发现异常区域内北驼峰北移的现象, 并用静电场理论对异常区域向北偏移的物理机制做了分析解释。     

2019年四川长宁MS6.0地震前电离层TEC异常分析

2019年6月17日四川宜宾市长宁县发生MS6.0地震.为了检测地震电离层电子浓度总含量(TEC)异常变化,采用自回归滑动平均模型(ARIMA)和先知(Prophet)两种方法来描述TEC时间序列,检测长宁地震前后TEC异常变化.地磁指数Kp,Dst,Ap和F10.7用于区分与太阳—地磁活动等空间因素相关的其他异常.结果显示,使用ARIMA方法,除了在地震发生前13天5:45 UTC检测到TEC数据时间序列中的显著电离层异常外,其他电离层异常变化全部发生在震后2～6 d;而使用Prophet方法在地震发生前16天7:45 UTC、13天9:30 UTC、5天8:30 UTC以及3天09:30 UTC检测到多处异常现象.综合分析表明,使用Prophet方法比ARIMA更易检测出震前异常.同时,Prophet由于其非线性学习的能力相对较强可作为地震电离层异常检测的鲁棒预测工具.     

汶川大地震前电离层参量的变化特征与分析

利用重庆,兰州,曲靖和拉萨的电离层测高仪数据和IGS全球TEC数据,分析2008年5月12日汶川大地震前电离层参量的变化特征,发现震前2～3天多个电离层参量均出现异常增强现象,且主要出现于震中以南区域.其中f_oF₁和f_oE于震前2天的正午在重庆出现最大约4.5%和9%的相对增加.f_oEs,h′F和h_mF₂出现多次异常增加,无明显规律性,h′F的异常增加主要出现在夜间.f_oF₂和TEC在震前2～3天的午后至日落时段出现显著的异常增强.TEC在南半球磁共轭区也出现异常增强,且随时间推移具有向磁赤道漂移的趋势.f_oF₂和TEC的震前异常现象很明显且具有独特规律性,作为地震电离层异常前兆参数是合适的.根据经验公式由电离层参量估算的可能与地震过程有关的F区异常电场的量级与Pulinets基于异常电场假说的理论模拟值一致.     

苍山5.2级地震异常群体时空演化特征

在对 1 995年山东省苍山 5 2级地震异常筛选的基础上 ,分析了异常群体阶段性演化过程。结果表明 ,震前 1 0a左右震中周围出现小震小区域综合断层面解主压应力P轴偏转 (约 3 0°) ,震前 7a左右震中附近 3～ 4级地震增强集中及应变释放加速 ;震前 4a左右转为异常平静 ;震前 1a左右震中外围开始出现形变类前兆异常 ,前兆异常台站比和异常台项比约达 6%及 4%左右 ,异常比例偏少 ;震前约半年起 ,以震中附近地震波速比异常出现为起点 ,相继出现各类前兆异常 6条 ,短期前兆异常台站比和异常台项比分别约达 2 5 %和 1 7%左右 ,显示孕震进入短期阶段 ,但临震异常不明显。对由此获得的 5级地震预测启示进行了讨论。     

伽师—阿图什6.7级地震阿图什地倾斜异常特征

１９９６ 年３ 月１９ 日新疆伽师—阿图什地区发生了６．７ 级强烈地震。震前阿图什地震台倾斜仪记录的中短期和短临前兆异常特征为：中短期趋势性异常的方向向背离震中的方向倾斜,持续了１３个月;震前两个月趋势异常出现短期恢复,之后加速异常;临震前５ 天异常快速恢复,并伴有观测值的临震突跳现象,地震发生在异常的恢复之中     

2020年8月18日印度尼西亚MS7.0地震电离层扰动研究

基于GPS TEC单站数据、 GIM TEC数据、垂测数据以及中国电磁监测试验卫星观测的原位电子密度数据,利用时序和空间的扰动提取方法,对2020年8月18日(世界时)印度尼西亚M_S7.0地震所引起的电离层扰动开展了研究。通过分析,我们发现多数据源的异常主要集中出现在8月12日—8月15日。震中附近8月12日GPS TEC单站数据和GIM TEC数据有明显的正异常现象,8月13日卫星原位电子密度和GIM TEC数据提取到正异常扰动,8月14日观测到卫星原位电子密度和GPS单站TEC数值有所增加,8月15日卫星原位电子密度、 GIM TEC和GPS单站TEC均出现正异常现象。此次地震引起的电离层异常不仅出现在震中上空,同时也反映在震中磁共轭区域。对应于8月12日震中附近的TEC异常,磁共轭区的单站TEC出现同步扰动,8月13日卫星数据、 GIM TEC和单站TEC数据在磁共轭区同步响应,8月15日磁共轭区的卫星原位电子密度、 GIM TEC、 GPS单站TEC和垂测数据均提取到了正异常扰动,并且与震中附近扰动出现的时间和幅度都有一定的共性。     

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.     

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。     

2003年2月14日石河子M5.4地震地形变异常及其演化分析

分析了新疆石河子M5.4地震前震中250 km范围内定点形变的观测资料,认为从2002年5月到震前,单测项异常随时间起伏,多台异常在时间上连续发展并呈增加趋势,震前20天位于震中附近的台站出现临震突变;异常在空间呈现由西向东、由南向北,逐渐向震中区发展的态势.与1996年沙湾M5.2地震前的形变异常进行比较,认为存在较大的差异.     

广州地区低纬电离层TEC扰动与两次强地震的关系研究

利用广州地区GPS-TEC监测网获得的TEC数据,分析了两次7.0级以上地震与低纬电离层TEC扰动存在的可能联系。对TEC的时序分析表明:两次地震发生前TEC的日变幅度均出现下降。但两次地震异常之间存在一定差异。台湾南部邻海7.2级地震前10 d内出现了负异常和正异常,但汶川8.0级地震前8 d和后6d内只出现负异常。此外,还讨论了低层电离层TEC扰动与地磁活动及热层动力学之间可能存在的联系。     

汶川8.0级地震以及其它大震前的地电阻率异常特征

对2008年汶川8.0级地震前周边远近台站的电阻率异常特征进行了分析.离震中400 km内的郫县、甘孜、冕宁、武都四个台站基本都存在1年以上的中期异常;距震中较远的兰州台和天水台则出现了短临异常变化.总结了我国9次7级以上大震前地电阻率台观测资料,认为电阻率异常形态以负异常为主,在极值附近或转折恢复过程中发生地震.震中附近台站多数有异常,大部分为一年以上中期的变化,年变形态消失;震前能观测到短临变化;一般在极值点附近发震.较远台站部分存在异常;短期和临震异常变化相对增多;在回升过程中或异常恢复后发震.