[논문 리뷰] Revealing pre-earthquake signatures in atmosphere and ionosphere associated with 2015 M7.8 and M7.3 events in Nepal. Preliminary results

Dimitar Ouzounov, С. А. Пулинец외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 08. 07.

Earthquake Detection and Analysis참고 문헌 5인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 2015년 M7.8 및 M7.3 네팔 지진의 전에 위성 및 지상 기반 데이터를 사용하여 지구진동 이전의 대기 및 이온권 이상 현상을 규명한다. 주요 지진 전 몇 일 동안 배출되는 장파장 복사(OLR)와 GPS-TEC 이상 현상이 뚜렷하게 증가한 것으로 나타났으며, 최고의 OLR 이상 현상은 4월 21–22일에, TEC 변동은 4월 22–24일에 관측되어 대기-이온권 시스템에서의 잠재적 전구신호를 시사한다.

ABSTRACT

We analyze retrospectively/prospectively the transient variations of three different physical parameters of atmosphere during the time of M7.8 and M7.3 events in Nepal: outgoing earth radiation (OLR), GPS/TEC and the thermodynamic proprieties in the lower atmosphere. We found that in mid March 2015 a rapid augment of satellite observed earth radiation in atmosphere and the anomaly located in close vicinity to the future M7.8 epicenter reached the maximum on April 21-22. Our continuous satellite analysis revealed prospectively the new strong anomaly on May 3th, which was the reason to contemplate another large event in the area. On May 12, 2015 a large aftershock of M7.3 occurred. The analysis of air temperature from weather ground station near Katmandu shows analogous patterns with offset 1-2 days earlier to the satellite anomalies. The GPS/TEC data analysis indicates an augment and variation in electron density reaching a maximum value during April 22-24 period. A strong negative TEC anomaly in the crest of EIA (Equatorial Ionospheric Anomaly) has occurred on April 21st and strong positive on April 24th, 2015. Our preliminary results show correlation between the pre-earthquake atmospheric and ionospheric anomalies and the occurrence of 2015 M7.8 and M7.3 events in Nepal.

연구 동기 및 목표

• 네팔의 대규모 지진 발생 이전의 잠재적 지진 전 대기 및 이온권 이상 현상을 조사하기 위해.
• 2015년 M7.8 및 M7.3 네팔 지진과 관련된 OLR, GPS-TEC 및 대기 온도의 일시적 변동 간 상관관계를 평가하기 위해.
• 다양한 원천의 지구물리학적 데이터를 활용하여 지진 전구신호를 식별하는 데의 가능성을 평가하기 위해.
• 메인쇼크 및 후진동 발생에 이르기까지 대기 및 이온권에서의 이상 현상의 시간적 변화를 탐색하기 위해.

제안 방법

• 지정궤도 위성의 배출 장파장 복사(OLR) 데이터를 후행적 및 전망적 분석하여 대기 중 열 이상 현상을 탐지하기 위해.
• 이온권 전자 밀도 변화를 모니터링하기 위해 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 총 전자 함량(TEC) 데이터를 사용하기 위해.
• 카트만두 근처 기상관측소에서의 지상 기반 공기 온도 측정치와 위성 기반 OLR 이상 현상을 비교하기 위해.
• 赤道 이온권 비정상 현상(EIA) 코어 지역의 TEC 이상 현상을 분석하여 이온권 불안정성을 규명하기 위해.
• OLR, TEC 및 온도 데이터 간의 이상 현상이 시간적으로 일치하는지 분석하여 지진 전 일관된 패tern을 탐지하기 위해.
• 통계적 및 공간 상관관계 기법을 적용하여 이상 현상이 향후 M7.8 및 M7.3 지진의 진앙지와 연결되는지 분석하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2015년 M7.8 네팔 지진 발생 수일 전에 배출 장파장 복사(OLR)의 지진 전 이상 현상을 감지할 수 있는가?
• RQ2 GPS-TEC 및 이온권 전자 밀도의 변동은 M7.8 및 M7.3 지진의 발생 시점과 상관관계가 있는가?
• RQ3 메인쇼크 이전에 대기 온도 이상 현상과 위성 OLR 이상 현상 간에 일관된 시간적 관계가 존재하는가?
• RQ4 관측된 대기 및 이온권 이상 현상은 2015년 5월 12일에 발생한 대규모 후진동과 전망적으로 연결될 수 있는가?
• RQ5 OLR 및 TEC의 이상 현상은 2015년 네팔 지진의 향후 진앙지와 공간적으로 가까이 위치하는가?

주요 결과

• 2015년 4월 21–22일, 향후 M7.8 진앙지 근처 지역에서 배출 장파장 복사(OLR) 이상 현상이 뚜렷하게 증가하여 대기 중 열 이상 현상을 시사한다.
• 2015년 4월 21일, EIA 코어 지역에서 강한 음성 TEC 이상 현상이 관측되었고, 이는 4월 24일에 강한 양성 TEC 이상 현상으로 이어졌으며, 이는 메인쇼크 발생 시점과 일치한다.
• GPS-TEC 데이터는 메인쇼크 발생 이전에 2015년 4월 22일에서 24일 사이에 전자 밀도가 점차 증가하여 최고치에 도달한 것으로 나타났다.
• 카트만두 근처 지상 기반 공기 온도 측정치는 위성 OLR 이상 현상과 유사한 패턴을 보였지만, 1–2일의 앞서기 시간을 보였다.
• 2015년 5월 3일, 새로운 강력한 OLR 이상 현상이 전망적으로 감지되었으며, 이는 5월 12일에 발생한 M7.3 후진동 이전의 신호였다.
• OLR, TEC 및 온도에서 관측된 이상 현상은 2015년 네팔 지진 시퀀스와 일관된 시간적 및 공간적 상관관계를 보이며, 잠재적 지진 전구신호를 시사한다.