[論文レビュー] Radiation belt electron precipitation in the upper ionosphere at middle latitudes before strong earthquakes

Georgios C. Anagnostopoulos, V. Rigas+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2010

Earthquake Detection and Analysis被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、強い地震（M > 6.5）の直前に、中緯度の上層電離圏における地球の放射帯からの電子降着を調査する。DEMETER衛星データ（700 km高度）を用いて、70–2350 keVの電子バーストを特定し、赤道に近づくにつれてエネルギースペクトルが高エネルギー側にシフトする特徴を示した。これは地震発生前の特徴的なパターンである：数日から数週間の間、徐々に増加し、ピークに達した後、地震発生の数時間前には減少または一時停止する。これは、大規模地震イベントの前触れとなる可能性のある電離圏の前兆を示唆している。

ABSTRACT

In this article we present examples of a wider study of space-time correlation of electron precipitation event of the Van Allen belts with the position and time of occurrence of strong (M>6.5) earthquakes. The study is based on the analysis of observations of electron bursts (EBs) with energies 70 - 2350 keV at middle geographic latitudes, which were detected by DEMETER satellite (at an altitude of ~700 km). The EBs show a relative peak-to-background increase usually < 100, they have a time duration ~0.5 - 3 min, energy spectrum with peaks moving in higher energies as the satellite moves towards the equator, and highest energy limit

研究の動機と目的

• 衛星観測を用いて、強力な地震のための宇宙ベースの電離圏前兆を調査すること。
• 電子降着イベントと主要な地震イベント（M > 6.5）の発生時刻・場所との空間的・時間的相関を分析すること。
• 中緯度の上層電離圏における電子バースト（EB）の特性が、強力な地震の前後に体系的な変化を示すかどうかを特定すること。
• VLF波および地磁気場の変動が、電子降着パターンに与える役割を調査すること。

提案手法

• 約700 km高度でのDEMETER衛星が検出した電子バースト（EB）イベントの分析。
• 70 keV から 2350 keV のエネルギーを持つEBの選別を行い、中緯度地域に焦点を当てる。
• 東アジアや地中海海などの異なる地理的地域におけるEBのフラックス-時間プロファイルの検討により、地磁気場の影響を評価する。
• 国際地震カタログに記録された強力な地震（M > 6.5）の発生時刻・場所と、EBの時間的ダイナミクスを照合する。
• 衛星が赤道に近づくにつれてエネルギースペクトルが高エネルギー側にシフトするかを追跡するためのエネルギースペクトル解析の実施。
• EBイベント中にVLF波が存在するかを特定し、波-粒子相互作用メカニズムの評価を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地球の放射帯における電子降着イベントは、中緯度で強い地震の直前に体系的な時間的変化を示すか？
• RQ2 主な地震イベントの直前に、電子バーストのフラックスおよびエネルギー分布に一貫した前震パターンが存在するか？
• RQ3 地球の地磁気場の変動が、中緯度における電子降着の空間的・時間的特性に与える影響は何か？
• RQ4 VLF波は、地震の直前に観測された電子降着イベントのモードに果たす役割は何か？
• RQ5 電子バーストのダイナミクスは、強力な地震イベントの検出可能な電離圏前兆として機能するか？

主な発見

• 70 keV から 2350 keV のエネルギーを持つ電子バースト（EBs）が、中緯度の上層電離圏で観測され、ピーク対バックグラウンドの増加は100未満であった。
• EBsの持続時間は0.5～3分であり、衛星が赤道に近づくにつれてエネルギースペクトルが高エネルギー側にシフトした。
• 観測された電子バーストの最高エネルギー限界は約500 keV未満であった。
• 特徴的な時間的パターンが明らかになった：主要な地震の直前数日から数週間、電子降着が徐々に増加し、ピークに達した後、地震発生の数時間前に減少または一時停止した。
• 地磁気場の強度の違いにより、東アジアと地中海海におけるEBのフラックス-時間プロファイルに差が見られた。
• EBsはVLF波が存在する状況で一貫して観測されたため、波-粒子相互作用が降着のメカニズムとして可能性があるとされた。