[论文解读] 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. Пулинец+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2015

Earthquake Detection and Analysis参考文献 5被引用 7

一句话总结

本研究利用卫星和地面观测数据，识别2015年尼泊尔M7.8和M7.3地震前的大气与电离层异常。结果显示，在主震前几天，地 outgoing longwave radiation (OLR) 和 GPS-TEC 异常显著升高，OLR 异常峰值出现在4月21日至22日，TEC 偏差峰值出现在4月22日至24日，表明大气-电离层系统中可能存在潜在的前兆信号。

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.

研究动机与目标

• 调查尼泊尔大地震前潜在的地震前大气与电离层异常。
• 评估OLR、GPS-TEC和大气温度的瞬态变化与2015年M7.8和M7.3尼泊尔地震之间的相关性。
• 评估利用多源地球物理数据识别可能地震前兆的可行性。
• 探讨主震及余震发生前，大气与电离层异常的时间演变特征。

提出的方法

• 利用地球同步卫星的反演地表长波辐射（OLR）数据，进行回顾性与前瞻性分析，以检测大气中的热异常。
• 利用全球定位系统（GPS）总电子含量（TEC）数据，监测电离层电子密度的变化。
• 将卫星反演的OLR异常与尼泊尔首都喀布尔附近气象站的地面空气温度观测数据进行对比。
• 通过分析赤道电离层异常（EIA）峰区的TEC异常，识别电离层扰动。
• 对OLR、TEC和温度数据中的异常进行时间对齐，以检测一致的地震前模式。
• 应用统计与空间相关性技术，将异常与M7.8和M7.3地震的未来震中位置关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在2015年M7.8尼泊尔地震前数天检测到地表长波辐射（OLR）的地震前异常？
• RQ2 GPS-TEC和电离层电子密度的变化是否与M7.8和M7.3地震的发生时间相关？
• RQ3 主震前，大气温度异常与卫星OLR异常之间是否存在一致的时间关系？
• RQ4 能否将观测到的大气与电离层异常前瞻性地与2015年5月12日发生的大地余震关联？
• RQ5 OLR和TEC的异常是否在空间上靠近2015年尼泊尔地震的未来震中？

主要发现

• 2015年4月21日至22日，未来M7.8震中附近区域出现显著的OLR异常峰值，表明大气中存在热异常。
• 2015年4月21日，在EIA峰区观测到强烈的负TEC异常，随后在4月24日出现强烈的正TEC异常，与主震时间一致。
• GPS-TEC数据显示，电子密度在主震前逐渐升高，于2015年4月22日至24日期间达到最大值。
• 喀布尔附近地面观测的空气温度数据表现出与卫星OLR异常相似的模式，但具有1至2天的领先时间。
• 2015年5月3日前瞻性地检测到一个新的强烈OLR异常，该异常出现在2015年5月12日M7.3余震之前。
• OLR、TEC和温度的异常在时间和空间上均与2015年尼泊尔地震序列保持一致的相关性，表明其可能为地震前兆信号。