[论文解读] Solar wind triggering of geomagnetic disturbances and strong (M>6.8) earthquakes during the November - December 2004 period

G. Anagnostopoulos, A. Papandreou+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2010

Earthquake Detection and Analysis参考文献 26被引用 3

一句话总结

本研究探讨了2004年11月至12月期间，太阳风引发的地磁扰动与强烈地震（M > 6.8）之间的关联，发现快速地磁扰动与随后的强烈地震之间存在约1.5天的平均延迟。结果表明，太阳风速度的快速增加会引发地磁扰动，这些扰动可能作为强烈地震事件的前兆，特别是在2004年苏门答腊-安达曼地震的背景下。

ABSTRACT

This paper brings space weather prediction close to earthquake (EQ) prediction research. The results of this paper support conclusions of previously presented statistical studies that solar activity influences the seismic activity, this influence is mediated through rapid geomagnetic disturbances and the geomagnetic disturbances are related with increases of solar wind speed. Our study concern an example of 40 days with direct response of a series of 7 strong-to-giant (M=6.8-9.3) EQs (including the Andaman-Sumatra EQ) to solar wind speed increases and subsequent geomagnetic fast disturbances. Our analysis for 10 M>6 EQs from November 23 to December 28, 2004 suggests a mean time response delay of EQs to fast geomagnetic disturbances of ~1.5 days. The two giant EQs during this period occurred after the two fastest geomagnetic variations, as revealed by the ratio of the daily Kp index variation over a day ΔKp/Δt (12 and 15, respectively). It suggests that the fast disturbance of the magnetosphere, as a result of the solar wind speed increase, is a key parameter in a related space weather-earthquake prediction research. The Solar-magnetosphere-lithosphere coupling and their possible special characteristics during the period examined needs further investigation, since it could provide significant information on the underlying physical relation processes of strong earthquakes.

研究动机与目标

• 探讨太阳风驱动的地磁扰动与强烈地震事件之间潜在的因果关系。
• 评估太阳风速度的快速变化是否能够触发地磁扰动，而这些扰动又是否先于大地震发生。
• 量化在高活动期期间，地磁扰动与随后强烈地震之间的时延。
• 评估Kp指数变化率（ΔKp/Δt）作为强烈地震活动潜在预测指标的作用。
• 研究极端空间天气事件期间太阳风、磁层与岩石圈之间的物理耦合机制。

提出的方法

• 分析了2004年11月23日至12月28日期间共40天的太阳风速度数据和地磁指数（Kp）。
• 利用每日Kp指数变化率（ΔKp/Δt）将太阳风速度的快速增加与随后的地磁扰动相关联。
• 识别出研究期间发生的10次M > 6.8的地震，并分析其与地磁扰动发生时间的相对关系。
• 计算地磁快速扰动开始与强烈地震发生之间的时间延迟均值。
• 使用统计分析比较两次巨型地震（M=9.1和M=9.3）与最极端ΔKp/Δt值（12和15）的时间关系。
• 聚焦于安达曼-苏门答腊地震（M=9.3）作为关键案例研究，以检验所提出的触发机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 太阳风引发的地磁扰动与强烈（M > 6.8）地震之间是否存在统计上显著的时间延迟？
• RQ2 太阳风速度的快速增加是否与增强的地磁扰动率（ΔKp/Δt）相关，而这些扰动又是否先于大地震发生？
• RQ3 2004年12月发生的两次巨型地震（M=9.1和M=9.3）在时间上如何与最极端的地磁扰动事件对应？
• RQ4 Kp指数的变化率（ΔKp/Δt）能否作为强烈地震的预测指标？
• RQ5 在高 geomagnetic 活动期间，太阳风-磁层-岩石圈耦合机制的本质是什么？

主要发现

• 在快速地磁扰动与强烈（M > 6.8）地震之间观察到约1.5天的平均延迟。
• 2004年12月的两次巨型地震（M=9.1和M=9.3）分别发生在两个最快地磁变化之后，其ΔKp/Δt值分别为12和15。
• 最强的地磁扰动（以ΔKp/Δt衡量）在1.5天内始终伴随着重大地震事件。
• 本研究支持太阳风速度增加与随后地磁扰动之间存在统计关联，而这些扰动又先于强烈地震发生。
• 结果表明，太阳风变化引起磁层的快速变化，可能作为强烈地震事件的触发机制。
• 该时期太阳风-磁层-岩石圈耦合机制显示出在地震预测研究中进一步探索的潜力。