[논문 리뷰] Atmosphere-Ionosphere Response to the M9 Tohoku Earthquake Revealed by Joined Satellite and Ground Observations. Preliminary results

Dimitar Ouzounov, С. А. Пулинец외 6명|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 13.

Earthquake Detection and Analysis참고 문헌 23인용 수 18

한 줄 요약

이 연구는 위성 및 지상 관측 자료를 융합하여 2011년 M9 토호쿠 지진 이전의 대기 및 전리권 이상 현상을 조사한다. 2011년 3월 8일부터 도시 방출 복사(OLR), GPS를 통한 전자총량(TEC), 이온소운드의 foF2 값에서 유의미한 증가가 관측되어 지진 발생 이전의 전리권 및 대기 이상 현상과 지진 발생 간의 양의 상관관계를 시사한다.

ABSTRACT

The recent M9 Tohoku Japan earthquake of March 11, 2011 was the largest recorded earthquake ever to hit this nation. We retrospectively analyzed the temporal and spatial variations of four different physical parameters - outgoing long wave radiation (OLR), GPS/TEC, Low-Earth orbit tomography and critical frequency foF2. These changes characterize the state of the atmosphere and ionosphere several days before the onset of this earthquake. Our first results show that on March 8th a rapid increase of emitted infrared radiation was observed from the satellite data and an anomaly developed near the epicenter. The GPS/TEC data indicate an increase and variation in electron density reaching a maximum value on March 8. Starting on this day in the lower ionospheric there was also confirmed an abnormal TEC variation over the epicenter. From March 3-11 a large increase in electron concentration was recorded at all four Japanese ground based ionosondes, which return to normal after the main earthquake. We found a positive correlation between the atmospheric and ionospheric anomalies and the Tohoku earthquake. This study may lead to a better understanding of the response of the atmosphere /ionosphere to the Great Tohoku earthquake

연구 동기 및 목표

• 다양한 장비 자료를 이용하여 M9 토호쿠 지진의 지진 전 대기 및 전리권 전조 현상을 조사하기 위해.
• 지진 발생과 관련된 OLR, TEC 및 이온소운드 파ameters의 이상 현상이 상관관계가 있는지 확인하기 위해.
• 주요 지진 발생 이전 일주일 동안 전리권 이상 현상의 공간적·시간적 변화를 평가하기 위해.
• 위성 및 지상 기반 관측 플랫폼 간 이상 현상의 일관성을 평가하기 위해.
• 다양한 자료 융합을 통한 전리권 기반 지진 예측 방법 개발에 기여하기 위해.

제안 방법

• 지진 발생 이전 대기 열 이상 현상을 탐지하기 위해 위성 기반 도시 방출 복사(OLR) 자료를 활용하였다.
• 전리권 전자 밀도 변화를 모니터링하기 위해 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 총 전자총량(TEC) 자료를 분석하였다.
• 저궤도(LEO) 위성 톰그래피를 적용하여 전리권 내 3차원 전자 밀도 구조를 재구성하였다.
• 일본 내 4개 지점의 지상 이온소운드 자료를 처리하여 임계주파수(foF2) 변화를 모니터링하였다.
• OLR, TEC 및 foF2의 이상 현상과 진앙지 지역 간의 시공간 상관관계 분석을 수행하였다.
• 지진 발생 시점 및 위치와의 일치성을 검토하여 2011년 3월 3일부터 11일까지의 기간 동안 초도 결과를 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M9 토호쿠 지진 이전에 적외선 복사량(OLR)을 통해 측정된 대기 열 이상 현상이 관측되었는가?
• RQ2 주요 지진 발생 이전 일주일 동안 전리권 TEC 값에 유의미한 변동이 있었는가?
• RQ3 지상 이온소운드가 지진 진앙지 근처에서 지진 발생 이전에 비정상적인 foF2 값을 측정했는가?
• RQ4 대기 및 전리권 이상 현상과 지진 발생 사이에 일관된 시공간 상관관계가 존재하는가?
• RQ5 다양한 장비 자료를 통한 관측이 주요 지진 발생에 대한 통합된 지진 전 전리권 반응을 드러내는가?

주요 결과

• 2011년 3월 8일, 위성 자료를 통해 토호쿠 지진 진앙지 근처에서 도시 방출 복사량(OLR)의 급격한 증가가 관측되었다.
• GPS/TEC 자료는 진앙지 지역에서 2011년 3월 8일에 전자 밀도가 급격히 증가한 것으로 나타났다.
• 일본 내 4개 지점의 이온소운드 측정 결과, 2011년 3월 3일부터 11일까지 임계주파수(foF2)가 크게 증가했으며, 주요 지진 발생 후 정상 수준으로 회복되었다.
• 2011년 3월 8일부터 진앙지 상공의 저위 전리권에서 비정상적인 TEC 변화가 확인되었다.
• 관측된 대기 및 전리권 이상 현상과 M9 토호쿠 지진 발생 사이에 양의 상관관계가 발견되었다.
• 위성 및 지상 관측 자료의 융합을 통해 여러 물리적 변수에서 일관된 지진 전 전리권 이상 현상이 관측되어, 향후 지진 발생에 대한 전리권 반응의 가능성을 시사한다.