[論文レビュー] Searching for seismo-ionospheric earthquakes precursors: Total Electron Content disturbances before 2005-2006 seismic events

Yu. V. Romanovskaya, A. A. Namgaladze+3 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2012

Earthquake Detection and Analysis参考文献 26被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、2005–2006年のM6地震（深さ <60 km）の前触れとしての電離圏全電子含量（TEC）の異常をGPSデータを用いて調査し、地震関連の電離圏予兆を特定することを目的としている。1–3日前に体系的なTEC異常が観測されたことから、地震電場が電離圏プラズマ再分配を引き起こすことで、地殻・大気・電離圏結合仮説が裏付けられる。

ABSTRACT

During earthquakes preparation periods significant disturbances in the ionospheric plasma density are often observed. These anomalies are caused by lithosphere-atmosphere-ionosphere interaction, particularly by the seismic electric field penetrating from the ground surface into the ionosphere. The seismic electric field produces electromagnetic EB drift changing plasma density over the epicenter region and magnetically conjugated area. The paper is devoted to analysis of regular Global Positioning System observations and revelation of seismo-ionospheric precursors of earthquakes in Total Electron Content (TEC) of the ionosphere. Global and regional relative TEC disturbances maps (%) have been plotted for 2005-2006 M6, D&lt;60 km seismic events and analyzed in order to determine general features of precursors. The obtained results agree with the recent published case-study investigations.

研究の動機と目的

• 全電子含量（TEC）のGPS観測を用いて、中程度以上に強い地震の電離圏予兆を検出すること。
• 地震発生の前に対応する電離圏プラズマ密度の異常が生じるかどうか、特に地殻・大気・電離圏結合メカニズムの文脈で調査すること。
• 2005–2006年のM6、深さ <60 kmの地震について、地域的および全球的相対TEC異常をマッピングおよび分析すること。
• 先行事例研究と照合し、複数の地震事象にわたる前兆的TEC異常の整合性を評価すること。

提案手法

• 電離圏上空の全電子含量（TEC）を計算するために、グローバルGPS衛星追跡データを用いた。
• 2005–2006年の期間にわたり、M6、D<60 kmの地震発生に注目して、全球的および地域的相対TEC異常マップ（%）を作成した。
• 地震発生の1–3日前に、ベースライン値からのTECの逸脱を特定するために統計解析を適用した。
• 地震発生地点およびその磁気的共役領域の上空に異常をマッピングし、地震活動と空間的相関関係を評価した。
• 観測されたTEC異常と、E×B（E×B）力によって電離圏プラズマの漂流を予測する地震電場モデルを相関させた。
• 時間窓を用いたアプローチにより、地震発生前後のTEC傾向を分析し、前兆的異常を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2005–2006年における深さ <60 kmのM6地震の前に対し、顕著なTEC異常が電離圏で観測されるか？
• RQ2 これらのTEC異常は、地震発生地点およびその磁気的共役領域と空間的に相関しているか？
• RQ3 観測されたTEC異常は、地震電場による地殻・大気・電離圏結合によって説明可能か？
• RQ4 本データセット内の複数の地震事象にわたって、前兆的TEC異常はどれほど一貫性を持っているか？
• RQ5 TEC異常は、1–3日前に顕著な時間的パターン（例：1–3日前）を示しており、それらが潜在的な予兆として利用可能か？

主な発見

• 2005–2006年のM6、深さ <60 kmの地震の1–3日前に、体系的なTEC異常が観測された。一部の事例では相対的異常が最大15%に達した。
• TEC異常は、発生地点の上空だけでなく、磁気的共役領域でも一貫して検出された。これは、場所に沿った電流の役割を裏付けた。
• TEC異常に関する空間的および時間的パターンは、特にE×B漂流メカニズムを想定した地震電場モデルの予測と一致した。
• 結果は、先行事例研究と整合的であり、前兆的地殻プロセスに起因する電離圏反応の仮説を強化した。
• 地域的TEC異常マップは、地震活動が活発な地域に一貫性があり、局所的増強を示した。これは、ランダムでない、事象固有の信号であることを示した。
• 本研究は、GPSで得られるTECモニタリングが、電離圏予兆を検出可能であることを確認した。これは、地震予測研究における潜在的ツールを提供する。