汶川特大地震前电离层主要参量变化

利用GPS-TEC和厦门电离层测高仪数据, 分析了汶川大地震前我国地区电离层的形态和变化. 其中, 利用JPL提供的电离层TEC地图数据分析发现, 在地震前3天的下午16~18 LT, 汶川以东南约20°范围内的我国地区电离层TEC出现了10~15 TECU的显著增强, 同时在南半球磁力线共轭区也出现了电离层TEC增强现象, 增强幅度约10 TECU, 在此区域外全球其他地区未见明显TEC增加或减少. 从TEC数据中也可以看出在地震前6天(5月6日)我国南方地区发生了电离层TEC减小现象, 与9日出现的电离层TEC增强现象相比, 此次减小的幅度较小(约4 TECU)、区域较大(经度方向约80°), 在南半球磁力线共轭区域未见如此大面积的TEC同步减小现象. 主要分析厦门站数据并参照少数其他台站测高仪资料的监测结果显示, 我国多个电离层垂测站均观测到电离层的异常扰 动. 发现震前3天地震附近地区出现了电离层参量异常增加, 与以往研究发现的震前电离层参量异常减小的结果不一致, 初步分析此次震前震前3天电离层参量异常增加可能与该区域电场突然增加有关, 可能是本次地震的电离层前兆; 震前6天电离层参量的异常减小可能与发生在5月5日的地磁小扰动有关, 具体因素需进一步分析.     

日本9.O级地震及错动方式探讨

2011年3月11日日本本州东海岸附近海域发生9.0级大地震.该地震震中位于日本东北部宫城县附近海域,由一系列的前震和余震构成.在此次大地震前,该区域陆续发生不同规模的地震.     

大气变化或可预测地震

美国宇航局一项新研究表明,2011年3月11日日本9级地震发生前数天,断裂带上空的大气层显著加热。在这次地震前,震中上空电离层（大气上层的一部分）中的总电子含量急剧增加,在地震前三天达到最大值。     

基于重力数据的2022年青海门源MS 6.9及四川泸定MS 6.8地震预测

2022年,中国大陆西部地区接连发生多次6级强震.1月8日青海门源M_S 6.9和9月5日四川泸定M_S 6.8左旋走滑型地震均造成了显著的财产损失,后者更造成了百余人伤亡.地震前,依据中国地震局在两震中周边地区观测的重力数据获得了区域重力变化.结合此前多个典型地震前重力变化,该变化可能表明2021、2022年在青海门源、四川泸定及其附近地区会发生强震.两次地震实际震中与不同年度预测的地震危险区中心距离均不超过55 km.这两次地震前地表重力正、负变化均围绕震中相间出现,重力变化总体呈现四象限分布特征,且震中破裂区处于重力无变化区域.两次地震前重力变化与震源机制对比表明:四象限重力变化分布的正变化区对应于震源机制显示的压缩区、重力负变化区对应于震源机制显示的膨胀区.该发现有助于地震前兆理论的发展.     

基于真实地磁场的中低纬电离层电场理论模式

地磁场作为电离层电动力学过程的背景磁场, 对全球电离层发电机过程以及电离层电场、电流的分布有着决定性的影响. 在研究电离层电场经度结构等精细问题时, 以往模拟中经常采用的偶极场近似过于粗糙和理想化. 基于电离层发电机理论, 通过改进原有电离层电场模式, 在改良的APEX坐标系下发展了一个电离层发电机模式. 该模式较为灵活, 地磁场既可采用较为真实的国际地磁参考场(IGRF)也可采用理想的偶极场, 中性风场和电导率由经验模式的输出参数计算得出. 采用逐线法求解电势的偏微分方程得到中低纬电离层静电势、电场和电流的时空分布. 模式较好的再现了电离层电势、电场和赤道电集流的基本结构和形态, 可应用于中高层大气、电离层电动力学过程的相关研究.     

利用GPS分析电离层波动现象

利用中国境内连续运行的GPS跟踪站提供的高时空分辨率的双频观测数据, 初步分析了2003年11月3日太阳耀斑期间电离层的波动特性. 当天PRN23号GPS卫星的VTEC及其变化率曲线表明, 此次电离层波动基本沿着经线向南运动, 且主要包含了两种频率的运动. 另外, 结合局域面VTEC涨落的谱分析及穿刺点与电离层波动的相对运动分析表明, 中纬度地区, 这两种频率的波动主要体现为周期分别为1小时左右和20~30分钟的运动; 周期为1小时左右的大尺度电离层波动, 其振幅会达到1~2 TECU左右, 速度会达到120~150 m/s, 且波动速度会随着纬度的降低而变快; 周期为20~30分钟的小尺度电离层波动, 其振幅约为0.4~0.7 TECU, 速度在30~40 m/s左右.     

极区电离层O+上行的时空分布: 平静期FAST卫星观测

分析FAST卫星能量离子测量数据, 首次得到2000~4200 km高度范围平静期电离层O+上行的时空分布图像. 结果表明, 磁正午前的极尖/极隙区是低能O+上行发生最频繁的区域; 黎明前等离子体对流的低纬边界区域是高能O+上行发生率最高区. 无论能量高低, 在平静极光椭圆边界之外的较低纬度宽阔时区上存在较频繁的O+上行. 午夜前21:00~22:00 MLT极光椭圆带的上行O+携有较强的能通量, 其中高能O+在靠近极盖边界处上行能通量特别强. 在所分析的2000~4200 km高度范围, 上行O+离子锥发生率显著高于离子束; 离子束在3000 km高度以下极少出现, 而离子锥较均匀地在各高度都有发生.     

2004年印度尼西亚9级大地震前的潜热通量异常

研究了2004年12月26日印度尼西亚苏门答腊岛西海岸发生的9级大地震前后地球表面潜热通量的时空演化过程, 发现如下几个现象: (1) 在印尼9级大地震前, 在震中及其附近地区, 出现了显著的潜热通量异常; (2) 地震前最大的潜热通量异常出现于缅甸小板块中段俯冲带上, 这里正是地震破裂带的中部, 也是余震集中的区域; (3) 异常发展具有由弱到强、由零散到集中的过程, 异常开始出现在缅甸小板块张性东边界及其东侧海盆, 然后向压性西边界(即海沟俯冲带)和印度洋发展, 地震后潜热通量异常消失. 震源系统是一个耗散系统, 地震前应力增强使系统与外界的物质和能量交换加激, 提高了海面和大气之间水热交换的速率, 这可能是导致潜热通量异常的原因.     

电离层二阶项延迟对GPS定位影响的分析模型与方法

基于消除电离层一阶项延迟影响后的载波相位Lc线性组合观测量, 建立了电离层二阶项延迟对GPS定位结果影响的定量分析模型. 在此基础上, 利用国际GNSS服务组织WUHN跟踪站连续15 d的观测数据, 分析发现电离层二阶项延迟引起其定位结果规律性向南偏移的现象; 结合武汉地区上空地磁场分布对电离层二阶项延迟的影响规律, 研究表明地磁场是造成电离层二阶项延迟对该区域定位结果产生规律性向南偏移的主要原因之一.     

晚期强余震成因的探讨

从地震观测资料出发,分析了几次晚期强余震前后小震活动的震中分布。给出1966年3月8日邢台地震和1975年2月4日海城地震之后三次晚期强余震前后小震活动分布特征。表明在晚期强余震之前的小震分布沿着一定的方向线,这些较小前震被称为“次级前震”,晚期强余震就发生在这些次级前震分布的方向线的一端。在空间上这些次级前震靠近强余震发生的部位,那里可能是构造的闭锁     

高阶电离层延迟对GPS坐标时间序列的影响分析

基于高阶电离层延迟改正模型,确定了不同阶次电离层延迟对双频GPS载波信号的影响量,并根据国际地球自转与参考系统服务(international earth rotation and reference systems service,IERS)协议2010推荐的最新模型,对全球均匀分布的109个国际GNSS服务(international GNSS service,IGS)跟踪站1999~2003年的全球定位系统(global positioning system,GPS)数据重新进行了精密处理,量化了高阶电离层延迟对全球GPS坐标时间序列的贡献.研究结果表明,高阶电离层延迟改正会造成较大的测站速度变化,在赤道附近的测站垂直速度变化最大可达约1 mm a?1;能显著降低赤道附近测站垂直分量及亚洲南部测站南北分量的加权均方根(weighted root mean square,WRMS),最佳改善效果达10%(中国LHAS站南北分量);可有效减小IGS基准站各种不同周期信号的振幅;据此,提出高阶电离层延迟可能是造成中纬测站垂直周年、东西方向半周年及低纬测站垂直半周年运动的主要原因之一.     

2022年泸定MS6.8地震同震形变特征及周边强震危险性

2022年四川泸定6.8级地震发生于鲜水河断裂磨西段,为揭示此次地震的同震形变特征,收集了震中200 km范围内的连续全球定位系统(global positioning system, GPS)测站和震中50 km范围内的强震动数据,进行了高精度处理以提取测站的同震水平位移.此外,还收集了覆盖震中区域的Sentinel和ALOS-2降轨数据,通过干涉差分技术处理并获得了卫星视线向同震形变场.结果显示:水平同震形变呈四象限分布,表明泸定地震的震源机制为左旋走滑;距震中16 km的强震动台站记录到了明显的位移波形,其峰值位移达14 cm、永久变形约为12 cm;合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)显示断层近场30 km×30 km区域具有明显的同震变形,断层西侧卫星视线向最大位移达15 cm,挖角乡附近的局部形变超过15 cm;野外调查推测在“二台子-爱国村”间的断层段发育地表破裂,但从InSAR形变场上难以判定,同震是否破裂到地表仍需详细的野外考察予以确定.反演了川滇块体北东边界主干断裂在泸定地震前的闭锁分...     

行星际激波能量与电离层暴的相关研究

电离层会受到外部能源的扰动,与扫过地球的行星际激波相伴随的电离层暴便是一个明显的例子。由于从行星际到电离层的一系列耦合过程十分复杂,究竟电离层暴参量与相应激波的参量之间存在何种联系,至今尚缺乏认识.为了探讨这一问题,本文分析了1966～1976这11年间卫星在地球轨道附近探测到的行星际激波的资料和同期满洲里的电离层f_0F_2资料,新的结果表明,伴随行星际激波发生的电离层暴均具有相似的形态,其变化幅度与相应激波前后的动能密度跃变正相关,而激波所携带的行星际磁场的方向对此相关关系起着调制作用。     

GPS测定的尼泊尔M_w7.9和M_w7.3级地震同震形变场

2015年尼泊尔M w7.9和M w7.3级地震致灾范围包括尼泊尔、印度北部、巴基斯坦、孟加拉和中国藏南地区,地震应变应力调整将对震区和邻区的地震活动产生不同程度的影响.尼泊尔境内的GPS连续观测数据、"中国大陆构造环境监测网络"GPS基准站和地震应急流动站观测数据计算结果揭示了尼泊尔地震的静态和动态同震形变场.对M w7.9级地震,尼泊尔境内近场静态同震GPS水平位移最大为1.89 m,距震中100~400 km的中国藏南地区观测到几毫米到几十厘米的静态水平位移,毗邻尼泊尔的聂拉木县最大形变54.0 cm.M w7.3级地震静态同震形变最大为2 cm,局限在震中附近200 km范围内.距震中约2000 km内的GPS基准站均记录到M w7.9大震明显的动态形变信号,高频GPS动态形变幅度与地震破裂方向有关,位于破裂方向上的测站动态形变幅度明显大于其他方向的测站.用弹性半空间位错模型正演模拟了震区和青藏高原南部格网点上的同震形变,并分析了地震应变影响,认为尼泊尔地震对中国藏南地区产生一定程度的拉张型应力变化,需要持续关注.     

曲靖地区电离层准6日扰动与MLT大气行星波的相关性

利用曲靖地区(25.6°N,103.8°E)2008年9～11月共2个月的MF雷达风场数据和电离层垂直探测数据,分析了中层低热层(MLT)大气行星波,电离层Es和F层的准6日行星波状扰动特性.结果表明,电离层foEs的准6日行星波状扰动与MLT大气纬向风场中的准6日行星波存在紧密相关性,后者通过调制半日潮汐间接影响Es层.电离层F区未出现显著的准6日行星波状扰动.这些结果提供了大气行星波与电离层Es层相互耦合的实验证据,加深了对我国低纬地区电离层空间天气扰动特性的认识.     

青藏高原东缘地震各向异性、应力及汶川地震影响

使用国家地震台网固定台站和区域流动地震台站资料,通过对最长达18年记录开展的剪切波分裂分析,得到青藏高原东缘构造域(包括龙门山断裂带)的上地壳各向异性空间分布和时间变化特征.通过快剪切波(快波)偏振和慢剪切波(慢波)时间延迟参数,获得了快波偏振的分区分布特征和汶川地震前后不同分区统计特征的时间变化.剪切波分裂参数受到应力场和断裂构造的影响,块体边界或断裂附近的快波偏振特征比块体内部更为复杂,导致一些分区显示两个优势方向.在汶川MS8.0地震前后,可以观察到一些台站或区域的剪切波分裂参数的变化,既有快波偏振方向的改变,也有慢波时间延迟的变化.地震前后有明显变化的台站,基本符合两种情况:一是震中距较近;二是处于大的断裂或构造边界附近.研究发现,汶川地震前后,龙门山断裂带区域的慢波时间延迟的降幅显著大于周边区域;龙门山断裂带北段的慢波时间延迟降幅,大于龙门山断裂带中段,大于龙门山断裂带南端与鲜水河断裂、安宁河断裂的交汇区,这反映了地壳应力及介质物性状态的变化.通过分析剪切波分裂参数,推断出龙门山断裂带域及周边区域的主压应力分布.本文同时还分析了芦山地震前后剪切波分裂特征的变化.研究认为,利用地震剪切波特性监测应力变化,进而可应用于地震应力预测研究.需要注意是,不同的构造部位对应力变化有不同的响应.     

中低纬电离层理论模式的构建和一个观测系统数据同化试验

在前人工作的基础上, 完善了一个中低纬电离层理论模式(TIME-IGGCAS: Theoretical Ionospheric Model of the Earth in Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences). TIME-IGGCAS模式自洽的求解等离子体连续性方程、动量方程、能量方程, 对地磁场采用偏心偶极近似. 同时结合欧拉网格和拉格朗日网格, 并考虑了等离子体的电场漂移作用. 计算结果表明模式稳定可靠, 能再现大部分电离层大尺度特征. 基于本模式, 进行了一个观测系统数据同化试验. 结果表明, 采用非线性最小二乘拟合的方法, 把观测到的电离层临界频率和峰值高度同化到理论模式中, 能够准确的估算电场漂移作用, 为进一步开发同化模式, 进行电离层现报和预报奠定了基础.     

电离层与太阳活动性关系

秉含着不同时间尺度的太阳电磁辐射变化无疑会调制电离层. 作为电离层物理的核心 问题之一, 电离层对太阳活动性的依存关系是认知电离层结构与演变的基础. 本文简要地综 述最近一些年在电离层的太阳活动性依赖特性方面取得的进展, 涉及的内容包括: (1) 在太阳 辐射的观测与太阳活动指数方面, 以电离层研究的视角评述了太阳活动指数存在的问题, 统 计证实了太阳活动指数与EUV 辐射通量间的非线性关系, 以及改进太阳活动指数的一些努 力; (2) 阐述了在不同高度电离层的太阳活动性依赖性的工作进展, 特别是最近的统计研究发 现, 随着太阳EUV 辐射通量变化, 电离层电子密度变化趋势与所在纬度、季节、地方时和高 度有关, 可区分为准线性、放大和饱和3 种类型, 取决于不同的主控物理过程; (3) 太阳活动 历史序列和23/24 太阳活动周极低展示出太阳活动性存在极端现象, 讨论了太阳辐射极端条 件下的电离层状态; (4) 在电离层的耀斑响应方面, 对全球观测数据的分析研究揭示出耀斑期 间电离层响应与一些太阳参数的统计关系, 特别是修正了以往关于电离层响应与天顶角无关 的错误论断. 利用电离层模式成功模拟了耀斑期间电离层响应的季节、地方时变化和高度差 异等的观测特征. 以上相关工作有助于理解电离层的基本过程, 并为电离层建模、预报和相 关工程应用提供指导.     

GPS观测的2015年尼泊尔M_S 8.1级地震震前应变积累及同震变形特征

2015年4月25日,在印度板块与欧亚板块交界区的喜马拉雅地震带上发生了尼泊尔MS 8.1级大地震.震前GPS速度场和应变率场显示,喜马拉雅地震带整体表现为15.94±1.82 mm/a的压缩特征,同时还具有分段活动特征.此次地震发生在速度场顺时针旋转和逆时针旋转的分界带,该处最大主压应变率的量值在喜马拉雅地震带并非最大.GPS观测的同震位移场揭示了尼泊尔MS 8.1级地震引起的地壳变形特征,分别有9和6个测站观测到明显的水平向和垂向同震位移,其水平分量的运动方向整体表现为南向运动,位于震中东南侧的3个测站垂直分量表现为上升,其余测站为下降.中国境内距离震中最近的5个测站的垂向同震位移显示,此次地震造成珠穆朗玛峰的沉降量约为4mm.依据GPS观测到的同震位移场,利用非负最小二乘方法反演震源断层面上的滑动分布.反演结果表明最大滑动量为6.84 m,滑动量较大的区域分布在加德满都附近及其以北区域的下方,这可能是造成加德满都地区具有较大破坏的原因之一,该滑动分布模型能够很好地解释GPS观测到的同震位移.利用此滑动分布模型计算的地震矩为8.21×1020 N m,对应的矩震级为MW7.9.     

2011年日本本州东海岸附近9.0级地震活动特征

分析了2011年3月11日日本本州东海岸附近9.0级地震序列的时空演化特征及该次地震前日本海沟附近地震活动特点:①本次特大地震为前震-主震-余震型,前震序列具有空间分布集中、低b值、震源机制一致的特点;②主震后0.5h先后发生最大余震7.9级和次大余震7.7级,其后强度迅速衰减,主震后半个月和1个月左右余震出现起伏增强活动.本次地震为双侧破裂,主震后5h,余震区展布在长500km、宽300km范围内;3月12日后余震区长轴略有扩展,约600km;③9.0级地震震前9a,震源区附近出现了中强以上地震的显著增强活动,增强区范围大体与余震区相当.