中国西南区域孕震区电离层TEC变化长时间序列分析.pdf

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1、第36卷第1期地震地质Vo1．36，No．12014年3月SEISMOLOGYANDGEOLOGYMar．，2014doi：10．3969／j．issn．0253—4967．2014．01．021中国西南区域孕震区电离层TEC变化长时间序列分析闫相相，单新建曹晋滨。汤吉’刘展王振杰1)中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京1000292)中国石油大学(华东)，地球科学与技术学院，青岛2665803)北京航空航天大学，宇航学院，北京100191摘要通过中国地壳运动网络提供的GPS观测数据，获取了高精度电离

2、层TEC分布，采用滑动四分位法分析了中国西南区域2008年4—1O月(太阳和地磁活动平静时段)6次连续的M6．0以上地震期间孕震区电离层TEC长时间变化及其异常分布；并在此基础上利用GIM数据对比分析了全球TEC变化特征。鉴于电离层主要受到太阳和地磁等空间天气的影响，将TEC变化与太阳EUV辐射、行星际磁场南向分量IMFBz以及地磁活动指数D和K。进行了比较。结果发现，该时段内电离层TEC异常扰动与太阳和地磁活动有很好的相关性；除汶川地震外，其他地震前没有发现明显的跟地震相关的TEC异常扰动现象。同时，对比分析了与上

3、述研究区位于同一地磁纬度的“检验区”(30。一5O。E，15。一35。N)的GPSTEC随时间变化和异常分布情况，结果显示TEC异常分布的时空特征与研究区域较为一致。由于电离层是一个复杂的系统，其扰动具有多源性，而且地震电离层扰动现象是复杂多变的，因此需要联合地基和天基手段共同观测，并加强其机理研究。关键词电离层TEC强震太阳和地磁活动长时问序列中国西南地区中图分类号：P318．5文献标识码：A文章编号：0253—4967(2014)01—0253—130引言近年来，地震空间电磁电离层扰动的研究成为热点，主要集中在大

4、量的震例分析和地震电离层效应的耦合机理研究，取得了一定的成果。扰动参数主要分为低频电磁辐射(VLF／ELF／ULF)、等离子体(电子浓度、离子浓度、电子温度、离子温度等)和高能粒子(通量、能谱、计数率等)等几大类。而在此基础上关于地震电离层耦合机理的研究也有一定进展，概括起来主要为：孕震区应力变化、微破裂和流体扩散等作用，有可能通过电磁(Freundeta1．，2004：Takeuchieta1．，2006)和化学(Pulinets，2009)等不同方式而导致孕震区上空产生扰动电场，并可通过大气层传播到电离层；传播到

5、电离层高度的扰动电场对电离层主要产生2种作用，一种是ExB漂移作用(Kuoeta1．，2011)，另一种是激发声重波(AcousticGravityWaves，AGW)而导致电离层变化(Hegaieta1．，2006)。GPS技术除应用于地震学的研究之外，还被广泛应用于电离层的观测与研究，因此为地震[收稿日期]2013—04—19收稿，2013—09—03改回。[基金项目]中国地震局地震行业科研专项(200708015)、国家自然科学基金(41340008)和科技部国际合作项目“CSES(中国地震电磁卫星)计划第一期

6、研究”(2009DFA21480)共同资助。254地震地质36卷电离层扰动的研究提供了技术支持。在震前电离层扰动研究中，以对电离层TEC(TotalElec—tronContent)的异常研究最为广泛。Calais等(1995)研究发现，在1994年1月1713Northridge地震之后10～30min内电离层TEC时间序列有异常扰动出现；Liu等(2001，2009，2010)分别利用GPS数据研究了几个典型震例，发现台湾集集地震前1、2和4天分别出现TEC减少的现象，并伴随赤道异常峰向赤道方向移动，汶川地震前3

7、天TEC出现异常增强以及2004年苏门答腊9．3级地震前5天电离层TEC有异常减弱的现象。此外，2011年日本3．11大地震前同样有关于电离层TEC扰动的研究报道(Heki，2011；闫相相等，2013)。另一方面，Liu等(2004)统计分析了1999-2002年台湾地区≥6．0地震期间TEC变化，发现震前1～5天TEC显著减少。Le等(2011)对2002-2010年全球736个6级以上地震进行统计分析时发现，震前几天TEC出现异常的概率明显增加，而且异常概率与震级和震源深度有关。当然，围绕着地震电离层扰动的研究

8、仍存在一些争议。尤其是电离层本身有着复杂的周日变化，如何确定不同形态的电离层扰动是否与地震有关。此外，有关地震前电离层TEC扰动的研究大多集中在震例研究和统计分析上，即研究时段都集中在地震前后10多天。而关于某一固定研究区域伴随着多次地震的电离层TEC长时间序列分析的研究目前仍鲜有报道。Astafyreva等(2011)曾利用GEONET(GP