地震-電離層臨震異常探索

1、地震-電離層異?，F(xiàn)象

電離層是地球高層大氣的一個(gè)電離區(qū)域，距離地面約60至1000公里，從低到高依次分為D層、E層和F層等。由于受到太陽高能輻射、沉降粒子和宇宙射線等輻射源的電離作用，該區(qū)域中性大氣發(fā)生電離生成自由電子、離子和中性粒子等成分。作為日地空間觀測(cè)中的重要組成部分，電離層特征參量主要包括：電（磁）場(chǎng)、電（離）子密度、電（離）子溫度、高能粒子等。

在大地震孕育和發(fā)生過程中，孕震區(qū)上空電離層特征參量的異常擾動(dòng)稱為地震-電離層異?，F(xiàn)象，是地震電磁信號(hào)在巖石圈-大氣層-電離層通過某種途徑傳輸耦合的結(jié)果。1964年3月28日美國阿拉斯加M9.2大地震被首次證實(shí)電離層異常擾動(dòng)與大地震發(fā)生存在某種耦合關(guān)聯(lián)，此后地震-電離層異?，F(xiàn)象的研究便揭開了序幕。大量研究結(jié)果表明，強(qiáng)震（Ms ≥ 5.0）發(fā)生前數(shù)天至數(shù)小時(shí)內(nèi)，孕震區(qū)域電離層特征參量可能出現(xiàn)不同程度的異常擾動(dòng)，表現(xiàn)出明顯的地震-電離層異常耦合特征。

2、地震-電離層異常耦合機(jī)理

地震-電離層異常耦合機(jī)理的研究表明，其異常耦合效應(yīng)主要分為3類途徑：電磁波傳播、聲重力波傳播以及直流電場(chǎng)耦合。其中，電磁波傳播模型可通過地面與空間相同頻率的電磁輻射變化對(duì)比分析電離層擾動(dòng)；聲重力波傳播模型多應(yīng)用于同震、震后以及海嘯、臺(tái)風(fēng)等大氣波動(dòng)引起的電離層擾動(dòng)；直流電場(chǎng)耦合模型基于巖石圈-大氣層-電離層物質(zhì)探測(cè)，以震前效應(yīng)為主，能較好地解釋臨震電離層異常擾動(dòng)效應(yīng)。

3、電離層天地一體化異常監(jiān)測(cè)模式

電離層天地一體化異常監(jiān)測(cè)模式包含地基和星基兩部分。其中，地基監(jiān)測(cè)屬于間接探測(cè)范疇，主要包括電離層測(cè)高、GPS總電子含量（TEC）、甚低頻電波（VLF）等；星基監(jiān)測(cè)基于電磁衛(wèi)星觀測(cè)，屬于直接探測(cè)范疇，主要包括電磁場(chǎng)、原位等離子體、掩星、三頻信標(biāo)等。不同的監(jiān)測(cè)手段具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也存在片面性和局限性，基于電離層天地一體化異常監(jiān)測(cè)模式，深化不同參量之間的耦合關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多源觀測(cè)數(shù)據(jù)效益的最大化，才能準(zhǔn)確判識(shí)臨震電離層異常擾動(dòng)，推動(dòng)地震-電離層異常耦合機(jī)理的發(fā)展。

電離層監(jiān)測(cè)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

2018年2月2日，中國首顆電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星（CSES）成功發(fā)射，自此我國擁有了首個(gè)地震立體監(jiān)測(cè)星基平臺(tái)，彌補(bǔ)了電離層地面監(jiān)測(cè)的不足。張衡一號(hào)衛(wèi)星（ZH-1）運(yùn)行在太陽同步軌道，衛(wèi)星高度507km，運(yùn)行周期94.6分鐘，升降交點(diǎn)為當(dāng)?shù)貢r(shí)間2時(shí)和14時(shí)，重訪周期5天。衛(wèi)星搭載了8個(gè)科學(xué)載荷，主要監(jiān)測(cè)電磁場(chǎng)、等離子體、高能粒子的異常變化。衛(wèi)星在全球65°N-65°S范圍內(nèi)開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，部分載荷提供更高采樣率的觀測(cè)數(shù)據(jù)。ZH-1為全球地震-電離層異常監(jiān)測(cè)分析提供了技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐，探索了地震監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)的新途徑，是我國構(gòu)建天地一體化地震立體監(jiān)測(cè)體系的重要里程碑。

張衡一號(hào)衛(wèi)星主要探測(cè)參量信息

4、震例研究

我國地震-電離層異常研究已開展多年，大量震例研究結(jié)果表明，臨震電離層多參量同步異常擾動(dòng)特征明顯，異常擾動(dòng)顯著出現(xiàn)在震前15天內(nèi)，震級(jí)越大電離層異常持續(xù)時(shí)間越長。2019年以來四川省地震局針對(duì)四川及周邊區(qū)域地震-電離層異常擾動(dòng)開展綜合分析研究，已建立川滇及周邊地區(qū)電離層天地一體化異常監(jiān)測(cè)體系?；诖?，2022年青海門源Ms6.9、四川馬爾康Ms6.0、四川瀘定Ms6.9等多次破壞性地震發(fā)生前，臨震電離層多參量均出現(xiàn)顯著的同步異常擾動(dòng)，地震-電離層異常耦合的局部性、集中性和顯著性特征十分明顯。

針對(duì)地震-電離層異常耦合的探索仍需要大量的震例分析和異常機(jī)理研究，積累更多的檢測(cè)樣本和證據(jù)支撐，進(jìn)一步揭示地震-電離層異常耦合的內(nèi)在規(guī)律。隨著衛(wèi)星觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，多顆衛(wèi)星聯(lián)合的星座監(jiān)測(cè)或?qū)⒊蔀槲磥砜臻g探測(cè)的新途徑?；陔婋x層天地一體化立體、多途徑監(jiān)測(cè)將有助于提升電離層異常判識(shí)能力，多參量異常同步分析可為地震-電離層異常研判及異常機(jī)理研究提供技術(shù)支持。在電離層天地一體化監(jiān)測(cè)體系框架下搭建地震-電離層異常預(yù)測(cè)模型，為地震監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)提供有效的電離層異常研判依據(jù)，對(duì)于強(qiáng)震頻發(fā)地區(qū)的震情判定具有重要意義，也為地震科學(xué)探索、空間災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警提供新的研究途徑和發(fā)展方向。