利用GPS和DEMETER数据分析汶川地震前电离层变化.pdf

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1、第34卷第1期地震地质Vo1．34．NO．12012年3月Mar．．2012SEISMOLOGYANDGEOLOGYdoi：10．3969／j．issn．0253—4967．2012．01．015利用GPS和DEMETER数据分析汶川地震前电离层变化司相相单新建曹晋滨汤吉王飞飞'1)地震动力学国家重点实验室，中国地震局地质研究所，北京1000292)北京航空航天大学宇航学院，北京1001913)中国石油大学(华东)，青岛266555摘要利用GPSTEC和法国DEMETER卫星ISL探测器的观测数据，分析了汶川地震前电离层变化。结果表明，电离层TEC在5月6—10

2、日地方时下午有连续的负异常现象，5月9日地方时下午有明显的正异常现象。电离层TEC异常的范围主要位于震中南部区域，EW方向上1100～1670km，SN方向上1600～3700km。5月6日的负异常偏震中东南，5月7日的负异常偏震中西南，5月9日的正异常偏震中东南。震中西南和南部地区负异常较东南地区明显，震中南部和东南地区正异常程度较西南地区偏高，震中位置所对应南半球磁力线共轭区都出现了一定程度的正或负扰动。DEME—TER卫星观测的电子密度Ⅳ和离子密度Ⅳ在5月6—10日也出现了明显的负异常，异常分布与电离层TEC异常分布较为一致，主要集中在震中南部。震中所在的

3、经度带上存在2个负异常峰值，且在纬度上关于地磁赤道对称。最后在上述异常的基础上，对基于岩石圈一大气层一电离层耦合的地震电离层异常机理开展了初步讨论。关键词汶川地震GPSTECDEMETER电子密度离子密度中图分类号：P315．72文献标识码：A文章编号：0253—4967(2Ol2)01—0160—12O引言近年来，大量的震例和统计分析表明，大地震和火山喷发前几天到几小时内，对应孕震区、火IJ【J喷发区上空大气层、电离层存在电磁异常现象，如LF／VLF／ELF／ULF信号相位、振幅异常变化(Parrot，1994；Molchanoveta1．，2003；Rozh

4、noieta1．，2004)，电离层电子浓度总含量(TotalElectronContent，简称TEC)异常(Liueta1．，2000，2004a，b，2006，2009；Zakharenkovaeta1．，2006；Zhaoeta1．，2008)，电离层F2层临界频率foF2异常(Liueta1．，2004a；Trigunaiteta1．，2004)，电离层等离子体参数变化(Zhangeta1．，2009)等。在地震孕育过程中，地下介质原有微破裂扩展、新生微破裂发育并定向排列，体积膨胀，产生压磁效应、压电效应、动电效应、热磁效应等物理电磁效应的同步和定向激

5、发，从而在距离震中一定范围内可观测到明显的地震电磁现象(Zlotnickieta1．，1986；Fenoglio，1995；Freund，2000；Huang，2002；Mishima，2009)。这些电离层电磁扰动现象主要可概括为低频电磁扰动、等离子体变化和高能粒子扰动等。[收稿日期]2011—03—08收稿，2011—06—24改回。[基金项目]科技部国际合作项目(2009DFA21480)资助。1期闫相相等：利用GPS和DEMETER数据分析汶川地震前电离层变化1612008年5月12日汶川特大地震发生后，许多学者从不同角度开展了对汶川地震的研究和探讨，其

6、中就包括汶川地震前的电磁扰动和电离层效应。Zhao等(2008)发现5月9日武汉、厦门站NmF2有明显增强；且5月9日震中上空区域和所对应的磁共轭区电离层TEC增幅明显。Liu等(2009)发现汶川地震前6～4天下午，在地震区上空电离层TEC明显减小；而震前3天下午，在地震区上空电离层TEC显著增强；另外发现震前6～4天，F2层峰值电子密度NmF2减少40％，所对应的峰值高度hmF2降低50～80km；震前3天，NmF2增强。Yu等(2009)也发现在5月9日下午16～18LT，汶川东南约2O。范围内上空电离层TEC出现了10～15TECU的显著增强，同时在南半

7、球磁力线共轭区也出现了TEC增强现象，增强幅度约10TECU。Zhang等(2009)利用法国DEMETER卫星数据分析了汶川地震前电离层等离子体异常，发现5月9日电离层O浓度明显偏低；Akhoondzadeh等(2010)分别利用GPS数据和DEMETER数据对统计分析了包括汶川地震在内的4次6级以上地震的电离层效应，发现每次地震前的异常形态并不一致，但异常幅度与震级有关。此外，各国学者从电磁学、地球物理学、地球化学以及数值模拟等角度开展了地震电磁信号的岩石圈一大气层一电离层耦合机制的研究(Molehanov，1995a，b；Grimalskyeta1．，19

8、99；So—rokin，