第36卷第1期
地震地质
Vol 36. No. 1
2014年3月
SEISMOLOGY AND GEOLOGY
Mar.. 2014
doi:10.3969/jisn.0253-4967.2014.01.021
中国西南区域孕震区电离层
TBC变化长时间序列分析
闫相相'2)单新建曹晋滨)汤吉刘展)王振杰2
1)中国地震局地质研究所,地震动力学国家重点实验室,北京100029
2)中国石油大学(华东),地球科学与技术学院,青岛266580
3)北京航空航天大学,宇航学院,北京10019
摘要通过中国地壳运动网络提供的GPS观测数据,获取了高精度电离层TEC分布,采用滑动
四分位法分析了中国西南区域2008年4-10月(太阳和地磁活动平静时段)6次连绒的M6.0以上
地震期间孕震区电离层TEC长时间变化及其异常分布;并在此基础上利用GIM数据对比分析了全
球TEC变化特征。鉴于电离层主要受到太阳和地磁等空间天气的影响,将TEC变化与太阳EUV辐
射、行星际磁场南向分量 IMP Bz以及地磁活动指数D和K。进行了比较。结果发现,该时段内电离
层TEC异常扰动与太阳和地磁活动有很好的相关性;除汶川地震外,其他地震前没有发现明显的跟
地震相关的TEC异常扰动现象。同时,对比分析了与上述研究区位于同一地磁纬度的“检验区
(30°~50°E,15°~35°N)的 GPS TEC随时间变化和异常分布情况,结果显示TEC异常分布的时空特
征与研究区域较为一致。由于电离层是一个复杂的系统,其扰动具有多源性,而且地震电离层扰动
现象是复杂多变的,因此需要联合地基和天基手段共同观测,并加强其机理研究。
关键词电离层TEC强震太阳和地磁活动长时间序列中国
西南地区中图分类号:P318.5
文献标识码:A
文章编号:0253-4967(2014)01-0253-13
引言
近年来,地震空间电磁电离层扰动的研究成为热点,主要集中在大量的震例分析和地震电
离层效应的耦合机理研究,取得了一定的成果。扰动参数主要分为低频电磁辐射(VLF/
ELF/ULF)、等离子体(电子浓度、离子浓度、电子温度、离子温度等)和高能粒子(通量、能
谱、计数率等)等几大类。而在此基础上关于地震电离层耦合机理的研究也有一定进展,概括
起来主要为:孕震区应力变化、微破裂和流体扩散等作用,有可能通过电磁( Freund et a,
2004; Takeuchi et at,2006)和化学( Pulinets,2009)等不同方式而导致孕震区上空产生扰动电
场,并可通过大气层传播到电离层;传播到电离层高度的扰动电场对电离层主要产生2种作
用,一种是ExB漂移作用( Kuo et al.,2011),另一种是激发声重波( Acoustic Gravity W aves,
AGW)而导致电离层变化( Hegai et al,2006)。
CPS技术除应用于地震学的研究之外,还被广泛应用于电离层的观测与研究,因此为地震
〔收稿日期〕2013-04-19收稿,2013-09-03改回。
基金项目)〕中国地震局地震行业科研专项(200708015)、国家自然科学基金(4134000)和科技部国际合作
项目“CSES(中国地震电磁卫星)计划第一期研究”(2009DFA21480)共同资助。
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地地质
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电离层扰动的研究提供了技术支持。在震前电离层扰动研究中,以对电离层TEC( Total Elec
tron Content)的异常研究最为广泛。 Calais等(1995)研究发现,在1994年1月17日 Northridge
地震之后10~30min内电离层TEC时间序列有异常扰动出现;Lin等(2001,2009,2010)分别
利用CPS数据研究了几个典型震例,发现台湾集集地震前1、2和4天分别出现TEC减少的现
象,并伴随赤道异常峰向赤道方向移动,汶川地震前3天TEC出现异常增强以及2004年苏门
答腊9.3级地震前5天电离层TEC有异常减弱的现象。此外,2011年日本3,11大地震前同样
有关于电离层TEC扰动的研究报道(Heki,2011;闫相相等,2013)。另一方面,Liu等(2004)
统计分析了1999~-2002年台湾地区M≥6.0地震期间TEC变化,发现震前1~5天TEC显著减
少。Le等(2011)对2002-2010年全球736个6级以上地震进行统计分析时发现,震前几天
TEC出现异常的概率明显增加,而且异常概率与震级和震源深度有关。
当然,围绕着地震电离层扰动的研究仍存在一些争议。尤其是电离层本身有着复杂的周
日变化,如何确定不同形态的电离层扰动是否与地震有关。此外,有关地震前电离层TEC扰
动的研究大多集中在震例研究和统计分析上,即研究时段都集中在地震前后10多天。而关于
某一固定研究区域伴随着多次地震的电离层TFC长时间序列分析的研究目前仍鲜有报道。
Astafyeva等(2011)曾利用 GEONET( GPS Earth Observation Network)数据对2008年日本境内的
5次6.8级以上地震期间电离层TEC异常扰动进行分析并指出,没有发现这5次地震前后有
明显的与地震相关的电离层扰动现象。而中国西南地区为地震多发区,其上空的大气圈处于
电离层赤道异常区( equatorial ionization anomaly,EIA)的北驼峰位置,这一区域的电子浓度较
大,对电磁场的响应也相当灵敏。因此,有必要对中国西南地震多发区的电离层TEC扰动情
况加以分析,进一步深化对地震电离层异常扰动的研究。
1数据情况
1.1
地震数据不同震级对应孕震区的范围不同,并存在经验公式R=104"(R是孕震区半径,M为震
级)( Dobrovolsky et al,1979)。2008年4-10月中国西南地区发生6次6.0级以上地震(图1,
表1),地震参数来自USGS( United States Geological Survey)(htpe:∥ earthquake.usgs.gow/ region
al/neic/)。针对以上震例,其孕震区半径为380~2400km,因此选取85°~105°E,25~45°N
作为研究区域,能够比较好地涵盖其孕震区范围。
2GPS数据
中国地壳运动观测网络( Crustal Movement Observation Network of China, CMONOC)是以
GPS观测技术为主,结合精密重力和精密水准测量构成的大范围、高精度、高时空分辨率的地
壳运动观测网络(htp:∥www.igs.org.cn)。本文选取了14个GPS站点的观测数据(图1a),用
以解算中国西南地区电离层TEC分布情况。
国际全球导航卫星系统服务中心( International GNSS Service,IGS)提供全球范围内的电离
层TEC地图数据( Global ionosphere Maps,GIM),用以监测全球范围的TEC变化(fp:∥ addis.
gsfc.nasa.gov/pub/gps/ products/ lonex)。其空间分辦率为2.5°(纬度)×5(经度),时间分辨率
为2h。该数据为研究全球大尺度电离层结构和变化提供了基础数据。本文中选取了该数据,
用以分析TEC全球变化特征。
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