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阿拉斯加2021年8.2级地震同震电离层扰动特征及对比分析

地球物理学报 2024年第2期67卷 461-476页

作者：罗亦泳吴大卫张立亭东华理工大学测绘工程学院南昌330013

为分析2021年7月29日阿拉斯加8.2级地震引起的电离层响应,利用地震附近的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)观测数据估算电离层总电子含量(Ionospheric Total Electron Content,TEC)及同震电离层扰动(Coseismic Ionospheric Disturbances,CIDs).从多角度对CIDs的时空分布特征进行分析,并与阿拉斯加2018年7.9级走滑型地震以及2020年7.8级逆断层地震引起的CIDs对比.在地震西南方向探测到两类CIDs,最大扰动振幅约0.8 TECU(1 TECU=1016 el/m^(2)),并且在西南方向距离震中约1094 km的测高站EA653探测到CIDs.在震中西北、东北和北方向探测到传播速度相近的CIDs.根据CIDs的速度和频率大小将CIDs分为两类,第一类CIDs的传播速度为1.87 km·s^(-1),频率约为3.8 mHz,可能由地震声波引起,扰动量级最大;第二类CIDs的传播速度为0.85~1.09 km·s^(-1),中心频率约在3.0 mHz或者5.7 mHz附近,为地震声波引起的另一类电离层扰动.逆断层地震引起的CIDs比走滑型地震更加显著,表明地震引起的垂直地表运动在CIDs的形成中起主要作用.三次地震在西南方向均引起显著的CIDs,与地震破裂方向较为一致,该地区大地震引起的CIDs可能具有较为明显的方向性,具体形成机制有待于进一步研究.

关键词：同震电离层扰动电离层总电子含量全球导航卫星系统阿拉斯加地震

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2020年7月22日阿拉斯加7.8级地震同震电离层扰动分析

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地球物理学报 2024年第1期67卷 34-49页

作者：罗亦泳吴大卫陈强张立亭胡朝飞鲁铁定东华理工大学测绘工程学院南昌330013

利用全球导航卫星系统(GNSS)、电离层测高仪和地震仪数据,从振幅及波形、时空分布、传播速度与方向、时频域等角度对2020年阿拉斯加7.8级地震同震电离层扰动(Co-seismic ionospheric disturbances,CIDs)特性进行探究.卫星G03、G04和G09... 详细信息

利用全球导航卫星系统(GNSS)、电离层测高仪和地震仪数据,从振幅及波形、时空分布、传播速度与方向、时频域等角度对2020年阿拉斯加7.8级地震同震电离层扰动(Co-seismic ionospheric disturbances,CIDs)特性进行探究.卫星G03、G04和G09在地震西部探测到3类CIDs,最大扰动幅度约0.1 TECU (1 TECU=10^(16) el/m~2),并且均沿着地震断层破裂延伸方向(西南方向)传播;而在地震北部与东部未发现CIDs.根据CIDs的速度及中心频率将其分为三类,第一类为高速传播的CIDs(速度约为2.93 km·s^(-1)),中心频率约11 mHz,符合瑞利波激发的电离层扰动特征;第二类CIDs的传播速度约为1.69 km·s^(-1)和1.55 km·s^(-1),中心频率约4.5 mHz和4.7 mHz,符合声波引起的电离层扰动频率;第三类CIDs速度约为0.98 km·s^(-1)和1.11 km·s^(-1),中心频率约2.9 mHz,可能为声波引起的另一类电离层扰动.同时,利用CIDs时空数据估计的CIDs扰动源位置与震中较为接近,进一步说明电离层扰动由地震激发.通过对GNSS站及地震仪位移的分析,估计了地震瑞利波沿西南方向传播速度与第一类CIDs较为吻合,验证了第一类CIDs由瑞利波激发,且断层的垂直位移是引起电离层扰动的重要因素.测高仪观测到电离层临界频率(f_(0)F_(2))发生显著波动,探测到CIDs的传播速度约1.02 km·s^(-1),传播速度和方向与卫星G03、G04探测的CIDs较为吻合,推断其属于第三类CIDs.

关键词：同震电离层扰动全球导航卫星系统电离层总电子含量阿拉斯加地震

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汶川Mw7.9与日本Mw9.0地震同震电离层扰动研究

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武汉大学学报（信息科学版） 2013年第6期38卷 716-719,724页

作者：蔡华李子申王敏孙汉荣中国地震局地震预测重点实验室北京市海淀区复兴路63号100036 中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉市徐东大街340号430077

通过分析研究2008年的汶川Mw7.9地震、2011年的日本Mw9.0地震,发现伴随强震的发生,存在明显的同震电离层扰动现象。这种现象持续时间较短,一般在震前30～40min出现,并在震后大约10min达到极值,然后逐渐消失。持续时间及强度和震级存在... 详细信息

通过分析研究2008年的汶川Mw7.9地震、2011年的日本Mw9.0地震,发现伴随强震的发生,存在明显的同震电离层扰动现象。这种现象持续时间较短,一般在震前30～40min出现,并在震后大约10min达到极值,然后逐渐消失。持续时间及强度和震级存在着密切的关系,具体来说,震级越大其异常值也越大,持续时间也越长。另外一个值得注意的现象是,在震中附近出现较为明显的正异常的同时,距离震中较远的地区出现了负异常。

关键词：汶川Mw7 9地震日本Mw9 0地震地震前兆同震电离层扰动 TEC

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基于GPS TEC的尼泊尔MW7.8地震同震电离层扰动研究

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大地测量与地球动力学 2020年第9期40卷 957-961,969页

作者：马玉祝芙英中国地震局地震研究所地震大地测量重点实验室武汉市430071

基于GPS数据对2015年尼泊尔M W7.8地震引起的同震电离层扰动进行统计与FFT频谱分析,探究地震电离层TEC扰动传播的时空特性。结果表明,震后5 min起出现明显的TEC扰动异常现象,持续时间超过6 min,呈现增大-减小-增大的变化趋势;扰动由震... 详细信息

基于GPS数据对2015年尼泊尔M W7.8地震引起的同震电离层扰动进行统计与FFT频谱分析,探究地震电离层TEC扰动传播的时空特性。结果表明,震后5 min起出现明显的TEC扰动异常现象,持续时间超过6 min,呈现增大-减小-增大的变化趋势;扰动由震中向东、东北等方向传播,速率分别为2336.36 m/s和455.52~937.64 m/s;扰动的中心频率为3~7 mHz,符合瑞利波与声波引发的扰动频段。

关键词： GPS TEC 尼泊尔地震同震电离层扰动频谱分析

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基于GPS TEC的同震电离层扰动研究

基于GPS TEC的同震电离层扰动研究

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作者：马玉中国地震局地震研究所

学位级别：硕士

目前地震的短临期预报多依赖于观察地震前兆现象,但并非所有地震在震发之前都会出现前兆。由于地震成因很复杂,现有的地下探测技术有限、难度大,我们在地震的中短期预报和临震预报方面还亟待发展。地震、海啸产生的次级压力波会与大气耦... 详细信息

目前地震的短临期预报多依赖于观察地震前兆现象,但并非所有地震在震发之前都会出现前兆。由于地震成因很复杂,现有的地下探测技术有限、难度大,我们在地震的中短期预报和临震预报方面还亟待发展。地震、海啸产生的次级压力波会与大气耦合,从而影响电离层中的等离子体,使总电子含量的电子浓度发生变化,因此借助于全球定位卫星系统的对地观测,获得同震电离层总电子含量,对其进行定量、定性的扰动分析,是近年来不断发展的地震研究手段。本文针对GPS总电子含量(TEC)测量与同震电离层扰动分析的一系列原理与方法开展了详细的探究与分析,并以2015年尼泊尔发生的Mw7.8地震为例,利用GPS双频连续观测数据解算并分析TEC同震电离层扰动。论文主要围绕着以下四个版块的内容展开:(1)论述了电离层的基本定义与基本特性,介绍了高层大气的分层结构与电离层电子密度的垂直分层结构、电离层的周期性与非周期性变化及其影响因素、以及多种传统或新兴的电离层探测方式,叙述了地震与大气、电离层耦合的基本理论。此外,收集了国内外学者在GPS电离层领域、总电子含量的扰动分析方面已有的研究背景与理论,并为后续部分进行铺设。(2)介绍了全球定位系统的对地观测方式,结合物理意义,从数学角度阐释了GPS电磁波信号中产生电离层延迟的原因以及GPS双频测距的基本原理与解算公式。详尽地陈述了利用载波相位观测量平滑伪距观测量的原理与意义,对电离层单层模型进行图文说明,以及介绍了基于GPS数据解算总电子含量的原理与方法,并佐以GPS TEC原始值的示例图像。(3)研究分析了几种关于同震电离层扰动的具体数图方法,分别给出示例图像并解释了其意义。同时在时间域内、频率域内对电离层总电子含量的扰动进行了数值与频率值的范围统计,将GPS TEC的时间数据序列进行降噪平滑处理,并对TEC曲线作数字图像分析,系统性地阐明了几种探究同震电离层扰动(CID)传播特性的步骤与方法,包括如何计算TEC同震扰动的水平传播速率、如何获得卫星穿刺点的推移轨迹以及同震电离层扰动沿地表水平传播的方向,并且讲述了判断造成同震电离层扰动的地震相关波(声波、瑞利波与重力波)类型的原理与方法。(4)以2015年发生的尼泊尔Mw7.8地震为例,选取中国地壳运动观测网络(CMONOC)及IGS在地震当天的GPS观测数据解算出总电子含量的具体数值,对地震引起的同震电离层扰动进行数图统计分析与快速傅里叶(FFT)频谱分析,全面深入地探究TEC扰动传播的时空特性。通过数据与图像结果获得震后的总电子含量出现明显扰动异常现象的时间以及持续时长、呈现出的变化趋势,得出扰动由震中向周围震区传播的多个方向、水平传播速率的值与范围,频谱中获得的中心频率值与范围,从而对各自对应为何种地震相关波展开讨论分析。

关键词： GPS 总电子含量同震电离层扰动时空传播特性尼泊尔地震

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GNSS在同震电离层扰动监测中的应用研究

GNSS在同震电离层扰动监测中的应用研究

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作者：李哲武汉大学

学位级别：硕士

地震、海啸以及火山爆发等固体地球事件均可能引发可探测的电离层扰动。近年来随着GNSS在地学研究中的广泛应用,利用GNSS电离层总电子含量进行同震电离层扰动（Co-seismic Ionospheric Disturbances,CIDs）探测成为研究的热点。本论文... 详细信息

地震、海啸以及火山爆发等固体地球事件均可能引发可探测的电离层扰动。近年来随着GNSS在地学研究中的广泛应用,利用GNSS电离层总电子含量进行同震电离层扰动（Co-seismic Ionospheric Disturbances,CIDs）探测成为研究的热点。本论文旨在系统研究地基GNSS TEC探测CIDs的方法和技术,为利用GNSS观测值进行地震、海啸预警提供理论基础和技术支持。论文从GNSS电离层扰动序列的提取、扰动传播特征分析方法以及测站分布、地震类型和卫星几何条件对CIDs探测影响等方面展开研究。主要工作和结果如下:（1）根据地震海啸中产生的声波、重力波与大气的耦合原理,分析其传播特性,为地震海啸引起的电离层扰动信号探测提供理论支撑。地表破裂以及Rayleigh波传播激发向上传播的声重波,8-10min传播至电离层高度,之后分别以声波和Rayleigh波速度沿水平方向传播;海啸激发的重力波在电离层中引起的扰动的水平传播速度与海啸波一致,但其向上传播至电离层高度大约需要60min,且与海面信号存在10min左右的水平延迟。（2）阐述了利用GNSS数据提取电离层扰动序列的方法以及扰动传播特征分析方法。本文采用Savitzky-Golay滤波法来提取电离层扰动序列,该方法可以较好地保留扰动波形、频率等信息;通过对比几何解析法、二维扰动图、时间-距离图以及频谱分析图等扰动传播分析,发现各方法在实时处理、测站分布等方面各有利弊,在对实例进行分析时需要结合四种方法综合进行分析。（3）采用全球范围内四个地震实例,针对测站分布情况不同（密集或稀疏）,采用不同的分析方法,较为全面地对其激发的CIDs的传播特征（波形、到时、传播方向、速度、频率等）进行分析,证明在地震发生后,电离层中会出现由不同扰动源激发的不同类型的扰动,传播特征各异。（4）对比分析四个震例的地震类型（逆冲型、走滑型或复合型）,通过逆冲型或复合型地震（产生垂直位移）均激发了可探测的CIDs,而走滑型地震（仅产生水平位移）不能激发可探测的CIDs,进一步验证CIDs是由垂直位移引起的;分析了卫星射线路径不同对CIDs探测的影响,当视线仅穿过正（负）能量区时,幅值较大易于探测,当视线等长穿过正负能量区时,幅值较小影响信号正确识别。

关键词：同震电离层扰动 GNSS 总电子含量传播特征测站分布地震类型射线路径

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利用陆态网络实时监测电离层TEC及在地震监测中的应用分析

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地震 2014年第1期34卷 41-48页

作者：蔡华孙汉荣李子申中国地震局地震预测研究所地震预测重点实验室北京100036 中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077

中国大陆构造环境监测网络(陆态网络)是中国最大的GPS综合服务网络,该网络包括260个分布全国的GPS基准站。本文首先介绍了利用GPS研究电离层TEC的基本原理与方法,然后阐述了陆态网络电离层TEC监测系统的数据处理及产品发布的详细流程,... 详细信息

中国大陆构造环境监测网络(陆态网络)是中国最大的GPS综合服务网络,该网络包括260个分布全国的GPS基准站。本文首先介绍了利用GPS研究电离层TEC的基本原理与方法,然后阐述了陆态网络电离层TEC监测系统的数据处理及产品发布的详细流程,最后分析了震前电离层异常现象与地震发生的耦合关系,并利用陆态网络电离层TEC监测系统的产品分析了四川省芦山7.0级地震的同震电离层扰动现象。

关键词：同震电离层扰动中国大陆构造环境监测网络 GPS 电离层TEC监测电离层异常

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