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地球物理学进展 2018年第6期33卷 2285-2294页

作者：杨牧萍黄建平张学民申旭辉王兰炜泽仁志玛钱庚翟丽娜辽宁省地震局沈阳110034 中国地震局地壳应力研究所北京100085 中国地震局地震预测研究所北京100036 中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室) 武汉430071

利用2005年1月—2009年12月DEMETER卫星观测的极低频/甚低频(ELF/VLF)40 Hz～6 kHz频段的电场功率谱密度数据,对空间天气平静期间(D_(st)>-30 nT,K_p<3)东北亚地区(105°E—145°E;38°N—58°N)电离层电场背景场变化特征进行统计研究.... 详细信息

利用2005年1月—2009年12月DEMETER卫星观测的极低频/甚低频(ELF/VLF)40 Hz～6 kHz频段的电场功率谱密度数据,对空间天气平静期间(D_(st)>-30 nT,K_p电离层电场背景场变化特征进行统计研究.研究发现夜侧不同年份的相同月份、相同频段的电场分布特征有较高相似度,昼侧相似度不如夜侧;不同年份的相同月份、相同频段昼侧背景场和夜侧背景场强度变化范围均较为一致,从2005年开始东北亚地区的ELF/VLF频段的电场强度呈现逐年递减的趋势;夜侧电场背景场具有季节变化特征:背景场强度变化从强到弱分别是夏季、冬季、春季和秋季,昼侧电场季节变化规律则不明显;电场背景场除371～879 Hz这个频段外,其他频段夜侧强度均强于昼侧强度.

关键词： DEMETER卫星 ELF/VLF电场功率谱东北亚地区变化特征电离层背景场

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东北亚地区电离层ELF/VLF电场的动态背景场研究

东北亚地区电离层ELF/VLF电场的动态背景场研究

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作者：杨牧萍中国地震局地壳应力研究所

学位级别：硕士

长期观测表明,在地球物理学、地质学和地球化学等多种地震前兆表现中,非力学的电磁学方法在地震短临预报中亦有着同样重要的地位。空间电磁场观测数据研究表明,电离层电磁现象异常与地震活动有很强的相关性。如果充分应用空间对地观测... 详细信息

长期观测表明,在地球物理学、地质学和地球化学等多种地震前兆表现中,非力学的电磁学方法在地震短临预报中亦有着同样重要的地位。空间电磁场观测数据研究表明,电离层电磁现象异常与地震活动有很强的相关性。如果充分应用空间对地观测的大动态、宽视角、全天候等特点,弥补地面观测的不足,形成天地一体化地震监测体系,将大大提高地震监测能力和水平。世界上首颗成功发射专门探测地震电离层扰动的卫星是法国的DEMETER卫星,它于2004年6月29日发射进入太阳同步轨道,2010年11月29日服役期满,在660至710km轨道高度内积累了 6年的观测数据。DEMETER卫星成功发射以后,学者们做了大量的地震电离层背景场研究。他们的背景场建立的方法各有不同,依据各人研究目的的需求,季节、频段、地磁活动性以及网格的划分都有很大的差别,但基本原理是一致的,他们都计算了格点平均值和标准方差,计算结果拟用作电离层扰动研究的背景值。然而卫星高度局部地区电离层电场做过背景特征分析方面目前未见相关报道,并且提取地震前兆异常急需要这个背景数据,因此本文将选取局部区域来开展研究,来填补这一领域的空白。本文研究的区域范围是105°E-145°E,38°N-58°N,位于欧亚板块、太平洋板块和北美板块的交汇区域,该地区现今地震活跃,区域覆盖了中国唯一的深震区-东北深震区,还有近年来发生过多次M5级以上地震的郯庐地震带、山西地震带、燕山地震带和河北平原地震带。该区有史以来记载过多次7级以上地震,其中包括1679年三河-平谷8级地震,1976年唐山M7.8级大地震,1975年海城M7.5级地震,这些大震都带来了巨大的经济损失和人员伤亡。利用搭载在DEMETER卫星上的电场探测仪(ICE)的ELF/VLF频段电场数据,选取电场部分功率谱密度(Power Spectrum Density,此后简称PSD)观测量,研究电离层电场在近半个太阳活动周里面的昼夜、季节以及年变化等准时空分布规律并尝试分析其物理机制。而后基于背景场方法筛选出该区域Ms≥6.0级典型地震,对每个地震在震前90天到震后30天的电场数据,研究了其时空演化特征,并对异常特征规律进行分类总结,得出如下结论:(1)电场功率谱密度(PSD)背景场年变化特征表现为:夜侧不同年份的相同月份、相同频段的背景场分布特征有较高相似度,昼侧相似度不如夜侧;不同年份的相同月份、相同频段昼侧背景场和夜侧背景场强度变化范围均较为一致;电场背景场强度从2005年开始呈现逐年递减的趋势,2005年背景场强度最强,2009年背景场强度最弱。(2)电场功率谱密度(PSD)背景场季节变化特征表现为:夜侧,夏季背景场强度最强,其次强度从强到弱分别是冬季、春季和秋季;昼侧季节变化规律不明显。(3)电场功率谱密度(PSD)背景场昼夜变化特征表现为:除371Hz-879Hz这个频段,其他研究频段表现出夜侧电场背景场强度大于昼侧背景场强度。(4)在所筛选出的6个震例中3个地震是在扰动幅度达到最大随后下降过程中发震。另3个震例是在扰动幅度在震前逐渐增加达到最大时发震,而后均逐渐恢复。地震期间电场的时空演化特征最大扰动幅度主要集中在震中±4°以外的区域,说明地震异常信号均有一定偏移效应。研究结果在异常出现时间与空间上与前人的成果亦存在相似之处,说明其结果是可信的。

关键词： DEMETER卫星 ELF/VLF电场功率谱东北亚地区电离层背景场变化特征

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改进型PI方法提取地震电离层扰动异常的深入研究

改进型PI方法提取地震电离层扰动异常的深入研究

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作者：夏彩韵中国地震局地震预测研究所

学位级别：硕士

本论文首先通过详细学习图像信息方法(Pattern Informatics Method,简称“PI”)在地震中长期危险性预测研究中的应用,进一步分析、总结了前人利用改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,简称“MPI”)在地震电磁卫星... 详细信息

本论文首先通过详细学习图像信息方法(Pattern Informatics Method,简称“PI”)在地震中长期危险性预测研究中的应用,进一步分析、总结了前人利用改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,简称“MPI”)在地震电磁卫星资料中的应用,通过对DEMETER卫星观测资料进行消除长趋势变化的数值处理,提取电离层差异动态场,在数据处理上进一步改进和完善该方法在提取震前电离层异常信息的应用。通过较多的震例研究,以期获得地震电离层异常统计特征,并探讨浅源与深源地震、海洋与陆地地震之间异常的区别与联系。主要研究内容如下:1、本文通过总结国内外关于利用法国DEMETER卫星观测数据来识别和提取地震电离层扰动异常研究的主要方法研究以及所存在的问题,主要介绍了改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,简称MPI方法)应用于提取地震电离层异常信息的研究进展与前景。2、为了更好地突出和提取地震所引起的电离层电子参量的扰动异常,本文对DEMETER卫星在2007-2009年观测的电离层电子浓度(Ne)、电子温度(Te)的数据进行了消除由太阳活动等引起的长趋势变化,以残差值来作为MPI方法的输入量,以期提高地震电离层扰动异常的信噪比。3、对比研究了海洋低纬地区和陆地中纬地区电离层的电子参量变化特征,发现:电子浓度(Ne)、电子温度(Te)随地理位置、地方时的变化分布特征基本相似。其中电子浓度值在海洋低纬地区明显高于陆地中纬地区,电子温度值陆地中纬地区高于海洋低纬地区,二者的变化曲线趋势基本一致。4、利用改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,简称“MPI”),基于DEMETER卫星观测的电子浓度(Ne)、电子温度(Te)的残差值数据探索了14次2007-2009年全球7.0级、国内6.0级以上地震前出现的地震电离层电子参量异常现象,以期能够提取到由地震孕育与发生所引起的电离层扰动异常。结果发现,虽然不同震例出现的异常范围、异常形态及幅度有所不同,但震前一个月左右电子浓度(Ne)、电子温度(Te)等参量均出现了不同程度的扰动异常,震前10天左右异常减弱并趋于平静,相对于其他方法提取到的异常在震前几小时至数天内,这一突出特点将使MPI方法在短临地震预报中更具有可操作性。与以往类似的研究相比较,本文的创新点之一为在卫星数据处理上,进一步考虑由太阳活动等因素影响的长趋势变化,通过对长趋势变化消除获得的差异动态场更易提取高信噪比的地震电离层异常。创新点之二,实现了电离层扰动信息演化过程全时空、可对比资料处理,通过较多的震例研究,获得了更为稳定、客观的地震电离层异常信息,类似于气象卫星云图的电离层异常扰动图像全时空演化过程,有利于研究结果在地震短临预测实践中的应用,为我国地震电磁卫星观测试验积累经验。

关键词：图像信息(PI)方法改进型图像信息(MPI)方法 DEMETER卫星地震电离层异常特征电离层背景场地震预测震例研究

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基于DEMETER卫星观测数据的电离层离子温度时间序列预测模型

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遥感信息 2012年第2期34卷 25-30页

作者：徐方舟宋现锋马灵玲唐伶俐中国科学院研究生院北京100049 中国科学院光电研究院北京100094

提出了一种利用DEMETER卫星观测量构建电离层离子温度背景场及预测模型的时间序列分析方法。首先,通过分析卫星轨道重访周期与建模格网大小的关系,确定了时间序列采样轨道数据的空间区域大小为1.75°×1.75°、时间间隔约为14天。然后,... 详细信息

提出了一种利用DEMETER卫星观测量构建电离层离子温度背景场及预测模型的时间序列分析方法。首先,通过分析卫星轨道重访周期与建模格网大小的关系,确定了时间序列采样轨道数据的空间区域大小为1.75°×1.75°、时间间隔约为14天。然后,基于电离层离子温度明显的季节变化特征,采用自回归移动平均模型(ARIMA)构建时间序列预测模型来描述电离层离子温度及其周期性变化。最后,采用2006年～2009年的DE-METER卫星观测数据验证了该时间序列预测模型,结果表明ARIMA季节模型能较好地模拟电离层离子温度在时间上的变化趋势,建立较为可靠的电离层背景场。

关键词： DEMETER卫星电离层背景场离子温度 ARIMA模型时间序列分析

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