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基于COSMIC掩星数据的电离层分布特征及地震响应研究

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第３期　中国地震局地球物理研究所２０１４届博士论文摘要（Ⅲ）４７　

上的１ＯＯ个台站，比较了其地脉动和地震信号的Ｈ／Ｖ谱比，得到了谱峰越明显，二者一致性　

越好的结论。在此基础上，根据地脉动和地震信号Ｈ／Ｖ谱比曲线的一致性和谱峰明显程度　

将台站分为４类，并提出了针对这４类情况测定场地卓越频率的方法，最后给出了这些台站　

的卓越频率。　

关键词　地震台阵；场地效应；华北台阵；背景噪声；频率波数谱；喜马拉雅台阵；Ｈ／Ｖ　

谱比；卓越频率　

（作者电子信箱，耿冠世：ｇ＿ｇｓｈ￣＠１２６．ｃｏｒｎ）　

基于ＣＯＳＭＩＣ掩星数据的电离层分布　

特征及地震响应研究　

马新欣　

（中国地震局地球物理研究所，北京１０００８１）　

中图分类号：Ｐ４１２；　文献标识码：Ａ；ｄｏｉ：１０．ａ９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２３５—４９７５．２０１５．０３．０１１　

ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ，全球定位系统）无线电掩星技术具有全球覆盖、垂直分　

辨率高等优点，为电离层的研究提供了十分丰富的资料。本论文的研究主要基于Ｃ（）ＳＭＩＣ　

（Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ　Ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ　Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ　ａｎｄ　Ｃｌｉｍａｔｅ）掩星电离层数据，　

详细介绍了电离层的基本理论；阐述利用掩星技术探测电离层的基本原理；针对ＣｏＳＭＩＣ掩　

星数据分布特点，建立了数据分析和研究方法；目前的研究对电离层物理量不同区域分布差　

异的分析较少，对不同太阳活动条件下电离层电子密度垂直分布的研究相对不足，本文对此　

开展了电离层分布特征的研究工作；并分析了典型震例在地震活动期间多个物理量的异常扰　

动变化。主要研究成果如下：　

１　掩星数据分析与研究方法　

利用ＣｏＳＭＩＣ掩星电离层Ｆ２层峰值密度（ＮｍＦ２）、临界频率（ｆｏＦ２）、峰值高度　

（ｈｍＦ２）、电子密度（Ｎｅ）等数据，针对掩星数据在时间尺度上分布不均匀的特点，使用傅里　

叶逼近拟合方法获取在时间尺度上连续的数据。在空间分布上，我们分别基于Ｂ样条函数和　

球谐函数计算模型值，获得全球空间分辨率较高的电离层数据。再以ＩＲＩ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｒｅｆ—　

ｅｒｅｎｅｅ　Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ）模型计算的结果作为参考，检验方法的有效性。结果表明，使用的方法是　

有效的。利用Ｂ样条函数计算的结果展开收敛速度更快，计算时间短，可以反映小区域的变　

化；利用球谐函数计算的结果平均残差小于Ｂ样条函数，分布更清晰平滑，可以反映全球的　

变化规律。因此，本论文使用球谐函数计算结果作为后续研究的基础数据。　

２　电离层分布特征研究　

（１）空间电离层峰值密度和临界频率存在明显的年周期变化，白天（ＬＴ１２￣１５）峰值密度　４８　国际地震动态　２Ｏ１５年　

和临界频率在磁纬低纬和中纬地区基本以半年周期变化为主，其幅度最大值在３、４月和９、　

１０月（两分点）附近；夜间（ＬＴ００￣０３）南半球的部分地区和北半球磁纬中纬６Ｏ。～１２０。Ｅ地区　

以年周期变化为主，其幅度最大值在至点６月（北半球夏季）或１２月（南半球夏季）附近；年异　

常和半年异常现象是中低纬地区白天ＮｍＦ２和ｆｏＦ２分布的常规变化特征；随着太阳辐射能　

量的增强，赤道异常空间范围扩宽。　

（２）空间电离层峰值高度夜间（ＬＴＯ０￣０３）不存在明显的规律变化，变化范围基本分布在　

２００￣４００　ｋｍ高度。白天（ＬＴ１２￣１５）峰值高度磁纬±１Ｏ。范围不存在明显的年周期变化，变　

化范围基本分布在３００￣４００　ｋｍ高度；南北半球磁纬１０。～２Ｏ。范围，部分区域呈现相对明显　

的年周期变化，南北半球磁纬２０。～３Ｏ。和磁纬中纬度大部分范围以年周期变化为主，变化范　

围基本分布在２００￣４００　ｋｍ高度。随着太阳辐射能量的增强，峰值高度的变化幅度增大，尤　

其是在赤道和低纬度地区。　

（３）在２５０￣５００　ｋｍ高度，电离层电子密度夜间存在威德尔海异常现象，最大值在３００　

～４ＯＯ　ｋｍ高度；随着太阳辐射能量的增强，３００　５００　ｋｍ高度威德尔海异常区域空间范围扩　

宽，２５０￣３５０　ｋｍ高度赤道异常范围扩展到中纬地区；电子密度白天（ＬＴ１２￣１５）存在明显的　

季节变化，夜间（ＬＴＯ０￣０３）季节变化不明显。　

３典型震例分析　

（１）提出地震异常扰动的分析方法，研究我国三例强震地震活动期间多个物理量的变化　

特征。研究发现，汶川地震发生后，部分区域峰值密度相对变化幅度增大，分布在１～１．５之　

间，ＴＥＣ相关系数下降到０．６，功率谱密度变化明显；于田地震发生后，部分区域峰值密度　

相对变化幅度增大，分布在０．８～１．２之间，震前地磁垂直分量增强，但时间上与空间异常分　

布不同步，需要进一步的研究；玉树地震发生后，震中邻近区域峰值密度相对变化幅度增大，　

分布在０．６～Ｏ．８之间，多个台站地磁垂直分量差值小幅下降到０　ｎＴ以下；３个震例在地震　

活动期间，电离层都存在扰动现象，其中汶川和玉树地震发生后，地磁垂直分量同时出现扰　

动变化；仅从计算的震例结果来看，震级越大，峰值密度相对变化幅度越大。　

（２）针对汶川震例，基于ＳＡＭＩ２模型模拟计算结果和观测结果对比分析，验证附加电场　

可以　ｌ起电离层的扰动变化，提出异常电场机制对地震电离层响应的解释可能更为合理。　

关键词　电离层；ＣＯＳＭＩＣ；峰值密度；电子密度；分布特征；地震一电离层扰动　

（作者电子信箱，马新欣：ｍａｘｉｎｘｉｎ０９２３＠１６３．ｃｏｍ）

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大气GPS掩星观测反演方法

大气GPS掩星观测反演方法

第４８卷第４期２００５年７月地球物理学报ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬ０ＦＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＶ０１．４８．Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ，２００５

胡雄，曾桢，张训械等．大气ＧＰＳ掩星观测反演方法．地球物理学报，２００５，稻（４）：７６８～７７４

Ｈｕｘ，ｚｅｎｇｚ，ｚｈａｎｇｘｘ，ｅｔａ１．ＡｔＩｎｏｓｐｈｅｒｉｃｉｎｖｅｒｓｉｏｎｍｅｔｌｌｏｄｓｏｆＧＰＳｍｄｉｏｏｃｃｕｈ砒ｉｏｎ．∞ｉ嬲ｅ．，．白印＾筘．（ｉｎｃｈｉｎｅｓｅ），２００５，档（４）：７６８～７７４

大气ＧＰＳ掩星观测反演方法

胡雄１，曾桢１，张训械１’２，张冬娅２，肖存英１’２’３

１中国科学院空间科学与应用研究中心，北京１０００８０２中国科学院武汉物理与数学研究所，武汉４３００７ｌ３中国科学院研究生院，北京１０００３９

摘要大气ＧＰＳ掩星观测可获得全球的大气气象参量剖面信息．本文阐述了地球大气ＧＰＳ掩星观测反演原理，详细介绍了其几何光学近似反演方法和全谱反演方法，提出了将几何光学反演方法和全谱反演方法结合以形成可以处理多路径掩星数据的反演新方案．该方案和几何光学反演方法应用于Ｇ蹦ＭＥＴ和ＣＨＡＭＰ大气掩星数据反演，

成功地获得了大气参量剖面．结果表明，新反演方案是可行的、有效的ＧＰＳ大气掩星反演方案．关键词ＧＰｓ掩星观测，大气，几何光学反演方法，全谱反演方法，组合反演方法文章编号０００１—５７３３（２００５）０４一ｃｒ７６８一０７中图分类号Ｐ４１２收稿日期２００４一ｃｒ７—０６，２００１５—０３—２５收修定稿

Ａｔｍｏｓｐｈｅ＾ｃｉＩＩｖｅ璐ｉｏｎｍｅｔｂｏｄｓｏｆＧＰＳ翰ｄｉｏｏｃｃｌｌｌｔａｔｉｏｎ

ＨＵｘｉｏｎ９１，ｚＥＮＧＺｈｅｎｌ，ＺＨＡＮＧｘｕｎ．）（ｉｅｌ”，ＺＨＡＮＧＤｏｎｇ．Ｙａ２，ＸＩＡＯＣｕｎ．Ｙｉｎ９１＇２＇３ｌｃｅ，忉’√打靴ｅＳ啦ｎ凹口甜Ａｐｐｆ诂ｄ忍ｓｅ们＾，伽，躺ｅ触，Ｖ矿＆如，蹦，＆罅，｜ｇ１０００８０，Ｃｈ池２厮历帆船疵ｕ把旷朋笋ｆｃｓ∽ｄ肘越ｋｍ以妇，吼ｉ，淞ｅＡｃ础７ｖ旷＆ｆｅＨ册，阢＾ｋｎ４３００７１，Ｃ胁ｍ３Ｄ口ｄ∞把ｓｃ＾训，ｃ舫哪ｅｄ∞如呵矿Ｓｃ诂ｒ批ｓ，＆枷皤１０００３９，ｃ＾ｆＭ

地震前兆:电离层F_2层异常

地震前兆:电离层F_2层异常

地震前兆：电离层F_2层异常

蔡军涛;陈小斌;赵国泽;詹艳;汤吉

【期刊名称】《地球物理学进展》

【年(卷),期】2007(22)3

【摘 要】本文简述了目前提出的地震引起电离层异常扰动的物理机理,重点介绍了近几年国内外对震前F2层异常扰动的研究进展.大量的研究结果显示地震活动引起的电离层扰动不仅确实存在,而且在震级大于5级的地震发生前的几天到几个小时会发生电离层扰动.由于地震引起的电离层F2层变化具有独一无二的特性,这就意味着我们可以利用强震前的F2层异常变化作为地震短临预报的工具.

【总页数】9页(P720-728)

【关键词】地震前兆;电离层异常;临界频率;短临预报

【作 者】蔡军涛;陈小斌;赵国泽;詹艳;汤吉

【作者单位】中国地震局地质研究所

【正文语种】中 文

【中图分类】P315

【相关文献】

1.基于三频信标电离层层析成像技术研究地震电离层异常 [J],

2.基于DEMETER卫星观测数据的电离层地震前兆分析——以汶川地震、东海地震为例 [J], 董健;颜蕊;张景发;张学民;刘静

3.电离层异常能否作为地震前兆的研究 [J], 杜品仁;蒋和荣 4.基于国家电波观测站网电离层垂测数据的地震电离层异常研究进展 [J], 吴健;徐彤;胡艳莉

5.MDCB型地震前兆监测仪的前兆异常与岫岩地震 [J], 郭宝昌;陈庆成;莫可;邹环宇

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玉树Mw7.1地震前电离层异常扰动初步分析

玉树Mw7.1地震前电离层异常扰动初步分析

第２８卷第４期　２０１４年７月　山东理工大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．Ｚ８　ＮＯ．４　Ｊｕ１．２０１４　

文章编号：１６７２—６１９７（２０１４）０４—００１１一Ｏ６　

玉树Ｍｗ７．１地震前电离层异常扰动初步分析　

李　旺　，郭金运　，于　学敏　，于红娟　，张海平。　

（１．山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛２６６５９０；　２．海岛（礁）测绘技术国家测绘地理信息局重点实验室，山东青岛２６６５９０；　３．山东省国土测绘院，山东济南２５０１０２）　

摘　要：为了研究地震电离层效应，采用ＣＯＤＥ提供的全球电离层地图（ＧＩＭ）数据分析了２０１０年　

４月１４日玉树７．１级地震．通过插值提取了震中区域震前的ＴＥＣ时间序列，利用滑动四分位距法　排除太阳（ＳＳＮ、Ｆ１０．７）和地磁活动（Ｄｓｔ、Ｋｐ）的干扰，发现电离层在震前２６天和１３天存在明显异　

常．全球电离层异常分布结果显示，震前２６天的电离层异常幅度小于震前１３天的异常幅度，这可　

能与临震时间有关．此外，两次异常的峰值点与震中区域并不严格对应，而是靠近震中偏向赤道的　

一侧，同时磁共轭区也有异常出现，但范围和幅度较小，这两次电离层异常有可能是地震前兆．　关键词：玉树地震；电离层；异常；ＴＥＣ　中图分类号：Ｐ２２８　文献标志码：Ａ　

Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ　ａｎｏｍａｌｙ　ｐｒｅｃｅｄｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｙｕｓｈｕ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　

ＬＩ　Ｗａｎｇ　，ＧＵＯ　Ｊｉｎ—ｙｕｎ　～，ＹＵ　Ｘｕｅ—ｍｉｎ　，ＹＵ　Ｈｏｎｇ—ｊｕａｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｈａｌ—ｐｉｎｇ。　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｄｅｓｙ　ａｎｄ　Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６５９０，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ　Ｉｓｌａｎｄ　ａｎｄ　Ｒｅｅｆ　ｏｆ　ＮＡＳＭＧ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６５９０，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ｉｎｓｔｉｔａｔｅ　ｏｆ　Ｌａｎｄ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ，Ｊｉ　ｎａｎ　２５０１０２，Ｃｈｉｎａ）　

汶川Ms8_0地震前电离层TEC异常分析_祝芙英

汶川Ms8_0地震前电离层TEC异常分析_祝芙英

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第28卷第6期2008年12月大地测量与地球动力学JOURNALOFGEODESYANDGEODYNAMICSVol.28No.6　Dec.,2008 文章编号:167125942(2008)0620016206汶川Ms8.0地震前电离层TEC异常分析3祝芙英1,2)　吴　云1,2)　林　剑1,2,3)　周义炎1,2)　熊　晶1,2)　杨　剑1,2)1)中国地震局地震研究所,武汉　4300712)地壳运动与地球观测实验室,武汉　4300713)武汉大学卫星导航定位技术研究中心,武汉　430079摘　要　基于中国地壳运动观测网络的GPS观测数据,解算得到了汶川Ms8.0地震前中国区域上空电离层TEC分布图。用两种方法的研究显示,在相同时间和空间电离层TEC存在显著的异常扰动,即震前1～6天(除5月9日电离层TEC出现异常增加外)时间内多次出现显著的TEC异常减少,而且电离层TEC的异常驼峰有向磁赤道漂移的趋势,由于距离发震时刻较近,排除其他因素后认为该异常可能源于汶川Ms8.0地震引起的电离层效应。关键词　GPS;总电子含量(TEC);电离层异常;汶川地震;前兆中图分类号:P228.4 文献标识码:ASTUDYONIONOSPHERICTECANOMALYPRIORTOWENCHUANMs8.0EARTHQUAKEZhuFuying1,2),WuYun1,2),LinJian1,2,3),ZhouYiyan1,2),XiongJing1,2)andYangJian1,2)1)InstituteofSeismology,CEA,Wuhan　4300712)CrustalMovementLaboratory,Wuhan　4300713)RearchCenterofWuhanUniversity,Wuhan　430079Abstract　AnMs8.0earthquakestruckWenchuaninSichuanprovinceonMay12th2008andhadresultedinseveredamage.OnthebasisoftheGPSobservationdatafromthereferencestationsofCrustalMovementObserva2tionalNetworkofChina,thecontinuous31dayTECvaluesoverwholeChinawerecomputed,examinedandcom2paredwithtwostatisticalanalysismethod,boththeresultsshowedthattheionosphericTECanomalydidexist1-6dayspriortotheearthquakeintheregion,theapparentanomalousreductionofTECoccurredonmostofthesedaysexcepttheMay9thonwhichtheTECvalueanomalouslyincreaseevidently,anditwasalsoshownthattheanoma2louscrestoftheTECmovedtowardequator.Seeingthetimewasclosetothemomentwhentheearthquakeoc2curred,itcanbeconcludedthattheexistentionosphericanomalyispossiblyrelatedtotheearthquakeafterexclu2dingalltheotherpossiblefactors.Keywords:GlobalPositioningSystem(GPS);TotalElectronContent(TEC);ionosphericanomaly;WenchuanMs8.0earthquake;precursor3收稿日期:2008210217基金项目:“863”课题(2007AA12Z169);国家自然科学基金(40774014);地震科学联合基金(106006)作者简介:祝芙英,男,1980年生,硕士,主要从事飞行器精密定轨及应用方面的研究.E-mail:zhufy00@