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．     

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.      

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.      

VLF波渗透电离层传播计算研究进展

3~30kHz的甚低频（Very-Low-Frequency,VLF）电磁波对近地空间的高能粒子分布具有非常重要的作用.闪电和地面VLF通信台等VLF波主要辐射源产生的VLF波能够渗透进入电离层,并以哨声波模式继续传播至磁层与高能粒子发生相互作用.本文从VLF电磁波渗透电离层传播计算方法的发展、计算模型验证以及模型在电离层现象研究中的应用等方面对VLF波渗透进电离层之后的传播计算的研究进展进行综述,并对未来研究进行初步展望.      

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.