[论文解读] 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 3

一句话总结

本研究利用GPS数据，调查2005–2006年震级M6、震源深度<60 km的地震前离子层总电子含量（TEC）扰动，以识别潜在的地震-电离层前兆。研究发现，地震发生前1–3天出现系统性TEC异常，支持通过地震电磁场驱动电离层等离子体重分布的岩石圈-大气层-电离层耦合假说。

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.

研究动机与目标

• 利用全球定位系统（GPS）观测的总电子含量（TEC）检测中强地震的电离层前兆。
• 调查电离层等离子体密度扰动是否在地震事件之前出现，特别是在岩石圈-大气层-电离层耦合机制的背景下。
• 绘制并分析2005–2006年期间M6级、震源深度<60 km地震的区域和全球相对TEC扰动。
• 与先前个案研究对比验证结果，并评估多个事件中震前TEC异常的一致性。

提出的方法

• 利用全球GPS卫星跟踪数据计算电离层上的总电子含量（TEC）。
• 针对2005–2006年期间的M6级、D<60 km地震事件，生成全球和区域的相对TEC扰动图（以百分比表示）。
• 应用统计分析，识别地震前1–3天内TEC相对于基线水平的偏离。
• 在地震震中及其磁共轭区域上绘制异常图，以评估与地震活动的空间相关性。
• 将观测到的TEC扰动与地震电场模型相关联，该模型预测通过EB（E×B）力驱动的电离层等离子体漂移。
• 采用时间窗方法分析地震事件前后的TEC趋势，以分离震前异常。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2005–2006年期间，M6级、震源深度<60 km的地震前，电离层是否出现显著的TEC扰动？
• RQ2 这些TEC异常是否与地震震中及其磁共轭区域存在空间相关性？
• RQ3 观测到的TEC异常是否可归因于通过地震电场实现的岩石圈-大气层-电离层耦合？
• RQ4 在数据集中，多个地震事件的震前TEC扰动是否具有一致性？
• RQ5 TEC异常是否表现出特征性时间模式（例如，震前1–3天），从而支持其作为潜在前兆的使用？

主要发现

• 在2005–2006年M6级、震源深度<60 km地震前1–3天内，观察到系统性TEC扰动，某些情况下相对异常幅度高达15%。
• TEC异常不仅在震中上方被一致检测到，也在磁共轭区域出现，支持磁力线电流的作用。
• TEC扰动的空间和时间模式与地震电场模型的预测一致，特别是E×B漂移机制。
• 结果与早期个案研究一致，强化了电离层对震前岩石圈过程响应的假说。
• 区域TEC扰动图揭示了在地震活跃区存在一致且局部增强的信号，表明其为非随机、事件特异的信号。
• 本研究证实，GPS反演的TEC监测可检测电离层前兆，为地震预测研究提供潜在工具。