DEMETER卫星探测到的强震前O^＋浓度变化

利用DEMETER卫星观测数据,采用level-2图像目视解译的方法和重访轨道对比方法,对2006年5月3日发生在汤加群岛的7．9级地震进行分析．从震前6天、震前2天、震前1天和震后2天的level-2图像可看到,电场和等离子体参量在震中上空偏北的位置出现扰动信号,震前的扰动信号幅度随地震时间临近有所增强,扰动持续时间也相应增加;震后2天扰动信号依然存在,其幅度并未减弱．通过对比震前1天的轨道在2006年至2008年内的重访轨道,发现O^＋浓度存在三类较规律的变化特征,即在夏季时,北半球的值高于南半球;冬季时则相反;二分季节时,南北半球含量相当．本文给出了地震和磁暴对O^＋浓度的不同影响,地震影响最靠近震中位置轨道上的O^＋浓度,而磁暴影响全球轨道上O^＋浓度分布．同时获取了DEMETER卫星上朗缪尔探针在上述重访轨道同步探测的电子浓度数据,发现电子浓度与O^＋浓度存在同步增加．等离子体浓度增加的现象可能与地震产生异常电场进而影响电离层结构有关．     

玉树地震前的电离层异常现象分析

分析了玉树地震前地基电离层探测临界频率、GPS TEC和卫星探测原位等离子体参量等多个参数的扰动变化信息, 研究了不同高度异常变化的时空关联性. 分析发现, 在地震前一天的4月13日, 多个电离层参量出现同步扰动异常, 电离层临界频率f₀F₂异常相对滑动中值增大40%, 异常空间上存在从震中东南向西南漂移的特性; GPS TEC异常增强15TECU (1TECU=1016m-2)左右, 分布于震中南部经度15°范围内, 且有明显的磁共轭效应; DEMETER观测的原位氧离子密度N_i(O+) 4月13日为1-4月中最强的一天, 异常分布偏向赤道区, 但仅局限在30°-50°左右的经度范围内. 综合三个参量的异常特征发现, 无论是空间的局地性还是时间上的密切关联均反映这次电离层扰动可能与玉树地震孕育有关. 结合其他观测信息, 进一步探讨了这次地震孕育过程的地震电离层耦合机理.      

VLF波从大气层到低电离层的传输特性分析

基于传播矩阵法计算了均匀半空间电离层的反透射系数, 同时解Booker复系数四次方程得到电离层的复折射指数, 分别研究了电离层反射透射系数及折射指数随VLF频段入射电波频率、入射角和地磁倾角、电离层电子浓度及碰撞频率的变化规律. 计算结果表明, 在VLF频段, 垂直电偶极子辐射的横磁(Traverse Magnetic)波更易透射进入电离层, 而水平电偶极子辐射的横电(Traverse Electric) 波易被限制在地-电离层波导内来回反射. 电离层电子密度较低时 (如夜间), 在高纬度地区, 观测到地震电离层VLF异常的概率更大. 当考虑地磁场 的影响时, 电离层将允许地震辐射的超低频(Ultra Low Frequency ,ULF)/甚低频 (Very Low Frequency, VLF)部分的电磁波透射进入电离层, 这一点已有很多卫星观测事实为证, 但其进一步的物理机制尚需深入研究.      

DEMETER卫星记录到的电离层加热现象

在法国DEMETER卫星运行期间, 地基电离层加热装置SURA和HAARP开展了一系列加热试验, 记录到各类电离层异常信息, 发现电离层加热过程中卫星观测的电离层扰动信号包括HF发射泵波及边带泵波、VLF人工源增强及频谱拓展、ULF/ELF/VLF调制波、ELF电磁扰动、ULF谐振波、等离子体特征参量扰动及高能粒子沉降等. 由于传播及耦合机制的差异, 发射泵波可以穿透电离层直达卫星高度, 其观测概率最高达到68%以上, 其他扰动受发射调制模式及当地电磁环境等影响,观测概率相对较低, 均在40%左右, 有些甚至是某次试验中出现的个别事例. 结合中国地震电磁监测试验卫星飞行轨道设计及载荷配置等,对未来开展加热试验进行了分析论证, 并参考DEMETER卫星试验结果给出了一些建议.      

磁层高能粒子运动的Fokker Planck方程位置项扩散系数研究

利用准线性理论计算了磁层高能粒子运动的Fokker Planck方程在可观测相空间的位置项扩散系数，并与绝热不变量径向扩散系数进行对比分析.研究发现:位置项扩散系数随径向距离呈现R6的比例关系快速增大.相同径向距离条件下，由于空间位置项z分量的作用，高纬度地区的位置项扩散系数小于低纬度地区.通过与径向扩散系数对比发现，两者具有相同的量级，但两者的相对大小需要根据具体的扰动形态进行分析.此研究对使用测试粒子模拟磁层高能粒子运动，尤其是根据引导中心理论，利用蒙特卡洛方法求解磁层高能粒子运动的Fokker Planck方程，建立磁层空间高能粒子运动的精细化模型具有重要意义.      

VLF电波渗透到卫星高度电离层传播的全波计算

考虑斜向地磁场的影响将电离层设为多层水平分层各向异性有耗介质, 利用传播矩阵法求解全波方程, 进而研究分析VLF频段电离层反射系数随电波频率的变化, 电离层中两种特征极化波的折射和极化特性, 两特征波的电磁场水平分量以及坡印廷能流密度随传播高度的变化. 数值计算结果表明, 地—电离层波导中的垂直极化波比平行极化波易渗透进入电离层; 电离层中两种特征极化波可分为左旋和右旋圆极化波, 左旋分支由于D层强吸收作用表现为速衰减模, 而右旋分支表现为可传播模, 在传播过程中电磁波的能量主要存储在磁场中; 电波频率越低, 其在电离层中的传播损耗越小. 由数值模拟结果发现, 卫星监测VLF频段的低频部分及更低频段的水平磁场变化对于发现地震电离层电磁前兆异常可能更为有效.      

“高分四号”卫星在地震行业中的应用潜力分析

遥感技术应用于地震行业涉及的领域包括地震构造调查、震害评估、地震热异常监测等。随着中国空间技术的发展,国产卫星数据正逐渐替代国外卫星数据,在地震行业应用中发挥着越来越重要的作用。2015年12月29日,中国首颗静止轨道高分辨率遥感卫星——"高分四号"卫星成功发射,为卫星地震应用提供了新的数据源。文章从地震热异常监测、区域地震构造研究、极震区宏观破坏识别三方面分析了"高分四号"卫星在地震监测预报、地震灾害预防和地震紧急救援,地震三大主体业务中的应用潜力。还以2014年鲁甸地震为例,利用"高分四号"卫星数据对震后造成的大型滑坡进行了识别,结果表明"高分四号"卫星数据能够从空间上识别大型地震地质灾害的空间分布位置,可为震后应急救援指挥决策提供及时和有效的信息。     

新疆于田7.2 级地震前的电离层电磁扰动

利用法国DEMETER 卫星观测的电磁、等离子体等参量的观测数据分析了2008 年3 月21日新疆于田7.2 级地震前离子温度Ti、离子密度Ni、甚低频(VLF) 磁场等出现的异常变化. Ti分析显示震中区上空出现的突变信号在更大空间多次重复出现, 作为地震异常的信度不高. 通过多次重访轨道对比发现H+ 离子密度整体变化形态一致, 但夏秋季节的峰值变化幅度是冬春季节的1 倍. 通过把2008 年的数据与2007 年和2006 年同期的重访轨道数据进行对比, 发现2008 年在于田地震前1 个月左右Ni 在峰值区呈现了显著增强的变化趋势, 并一直持续到地震前, 2008 年2 月以后的峰值幅度是其他两年同期的~1 倍多. 对于磁场频谱数据, 抽取了震中区域上空2000 km 范围内多个轨道的单频(400 Hz)信息, 并在研究区域统一纬度空间(0~60°N) 进行了时间序列对比, 结果发现地震前2 日内震中区域上空400 Hz 谱密度增加了近一个数量级, 反映空间存在明显的VLF 电磁辐射现象. 对于3 月20 日极低频段(ELF) 三分量电磁场的矢量分析显示观测时段内存在一些左旋极化电磁信号, 反映了空间电离层离子密度变化伴随ELF 电磁辐射信息. 综合分析认为, 这次地震前各参量的变化过程与目前地震孕育及电离层耦合机理相吻合.      

电磁环境卫星系统及在地震短临预测中的应用

论述了近地空间电磁场和电离层探测的要素及其在地磁模型、电离层模型建立等方面的应用需求,并结合地震短临预测中的具体应用分析,阐述了我国建立近地空间电磁探测系统的初步研究结果,包括电磁环境探测要素、星载探测仪器配置、卫星系统组成设想和卫星平台技术需求等。     

拓展全球地球物理场和空间环境感知建模能力——张衡一号卫星在轨运行五周年

<正>1跨世纪争论催生的科学计划中国是世界上地震活动十分严重的国家之一。强烈地震以其突发性、毁灭性和链生性，对人民生命财产安全和社会经济活动造成巨大影响，但地震预测至今仍然是一个世界性科学难题。20世纪末至21世纪初，国际学术界围绕地震能否预报展开了一场大讨论，困惑中的地震预报与巨大的地震灾难触动了关于地震预报方法论的思考。2003年2月18-19日，中国地震局、国家国防科技工业局、科学技术部、中国科学院等共同组织香山会议，正式启动地震卫星规划论证工作，