收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

地震活动和太阳风扰动的电离层响应特征研究

姚丽  
【摘要】:本文主要基于DEMETER卫星观测数据,研究了卫星高度电离层场和粒子参量的背景特征,初步建立了全球电离层观测模型,在此基础上对全球299例5级以上“孤立”地震上空电离层变化特征进行了统计分析;此外,还研究了我国几例7级以上典型地震前的电离层异常特征;最后,对卫星高度电离层对太阳风扰动的响应特征进行了分析研究。主要研究成果如下: 1.电离层背景特征及电离层观测模型 (1)全球电离层观测特征 对DEMETER卫星高度电离层的等离子体和VLF电场功率谱特征进行研究发现,除了昼夜变化、年度、半年度、季节和赤道异常等特征外,还发现一些有趣的现象,主要有: ①等离子体偏离宏观电中性? DEMETER卫星探测到夜侧电离层正离子数密度总和远小于相应电子数密度总和,偏离了等离子体的宏观电中性,可以推断,夜侧电离层应该还有其它相当数量的正离子或正离子团产生,夜侧电离层电子产生机理有待于进一步研究。 ②不同参量受太阳辐射的影响也不一样 电离层等离子体来源于太阳紫外辐射及X线辐射离解高层大气,等离子体浓度随太阳辐射增强而升高,从2006年到2008年,太阳活动水平处于下降相太阳辐射减弱,因此,DEMETER卫星观测到电子和O+密度减小,而H+和He+数密度年度变化升高,说明产生这些粒子的主要机理和产生O+的机理不同,季节效应也体现了这一点,电子和O+数密度夏季半球显著高于冬季半球,而夏季和冬季半球的H+和He+数密度无明显差异。电子温度年度间和季节间都没有明显的变化,离子年度变化减小,季节变化也比较明显,说明太阳活动强度对离子温度的影响大于对电子温度的影响。EM和HISS频段的电场功率谱受太阳活动强度的影响较小,2006-2008年期间无明显的年度变化,太阳光照充分的夏季半球和光照较少的冬季半球的功率谱强度也无明显变化。 (2)初步建立卫星高度电离层观测模型 主要利用DEMETER卫星等离子体和VLF电场功率谱数据,从分析这些参量每个月份的全球电离层分布特征着手,研究电子和离子数密度及温度、EM和HISS频段电场功率谱的时间、空间变化特征,总结出应用于地震电离层异常提取的电离层正常观测模型,并对相应的统计误差进行分析。研究发现地磁夏季和地磁冬季季节内月份间的差异较小,可以以整个季节的观测数据为基础建立电离层观测模型,此外,由于电子数密度和温度数据的时间分辨率比较高,可以基于相邻两个月的数据建立更精确的观测模型。对观测模型的统计误差进行分析发现,由于电子温度和数密度的时间分辨率非常高,其模型统计误差最小,相对误差小于10%;离子温度和数密度模型的局部区域统计误差相对较大;电场功率谱除了谱值非常强的北美大陆区域的统计误差较大外,其它区域的统计误差均比较小。 2.地震电离层异常特征研究 (1)地震电离层异常统计研究 针对全球299例5级以上“孤立”地震,研究了地震前后等离子体和VLF电场功率谱的电离层变化特征,主要有以下研究结果: ◇等离子体参量时间-空间域研究的主要结果: ①在我们所关注的地震前后三天的研究区间内,异常主要发生在地震前后40小时内; ②电子(离子)数密度和温度异常进行比较发现,数密度异常出现的频率远大于温度异常的频率,数密度异常占异常总数的80%以上; ③电子参量和离子参量相比较,电子参量出现的频次远高于离子参量的频次,电子异常占78%; ④电子(离子)数密度异常主要以正异常为主,正异常占64%,温度异常出现正负异常的几率相当。 ◇VLF电场功率谱 ①时间-频率域:通过对地震和随机事件的时-频特征进行对比研究发现,50-300 Hz频段,地震统计结果显著小于随机事件结果,而其它频段二者无明显差异,说明在我们关注的频域里该频段为地震电离层异常的敏感频段。 ②时间-空间域:针对50-300 Hz频段研究发现,电离层扰动主要出现在震中距400 km的范围内,正负扰动都有出现。 ③空间-空间域:北半球扰动向北偏移,南半球扰动向南偏移,地磁冬季南北半球扰动都出现西向漂移特征。海洋地震震中附近以正异常为主,陆地地震震中附近以负异常为主 (2)典型震例的地震电离层异常 针对我国玉树、汶川和于田三次7级以上大地震,分析研究了震前电离层等离子体和电场的变化特征,发现电场和等离子体参量在震前都有电离层异常出现,VLF电场功率谱信号在震前一个DEMETER卫星重访周期内有电离层扰动发生,即SNR减弱现象。离子参量异常在震前也多次被观测到,其中主要为等离子体数密度异常,三个地震中只观测到一次温度异常,这和统计结果一致;震前3天内为等离子体异常的频发时段;数密度参量中H+异常和地震活动对应得非常好,受地磁活动的影响不明显;O+对地磁活动的响应特征比较显著。 对示范区电离层参量时序特征研究发现,地震引起的VLF电场功率谱异常主要为负异常,磁扰引起的主要为正异常。 3.磁层-电离层系统对太阳风扰动的响应 针对2004年11月7日行星际激波事件,主要利用TC-1卫星和DEME-TER卫星数据,分析了磁层-电离层系统对它的响应,主要是磁尾等离子片及中低纬电离层区域的响应。 (1)磁尾等离子体片振动增强 当激波作用于磁层时,TC-1在近地磁尾观测到等离子体片温度、数密度均突然增加,并且离子流流速突然加快,增强的等离子体流持续一段时间。其中最显著的现象是等离子体准周期振动显著增强,增强的等离子体流与局地磁场近似垂直。这种激波触发的等离子体片准周期对流振动增强的现象迄今为止还没有人报道过。我们推断激波触发的等离子片扰动很有可能是由激波在传播过程中引起磁鞘等离子体动压增强从而对磁尾对称压缩引起的。 (2)中低纬电离层的双相响应 中低纬电离层对激波的响应过程相对比较复杂,首先在激波压缩磁层的同时,夜侧电离层电场和等离子体流扰动增强,可以判断该扰动是由激波压缩磁层-电离层直接作用的结果。在激波作用于磁层顶3 min后,DEMETER再次观测到更为强烈的等离子体扰动,此次扰动伴随着等离子体波动发生,并且扰动发生时间在磁尾扰动发生后~110s,由DEMETER观测到等离子体沿磁场线流动这一特点可以判断,扰动沿磁场线传播,而磁尾扰动以alfven速度传播进电离层需要1-2 min,由此可以判断DEMETER卫星在激波压缩磁层顶3 min后观测到的电离层扰动是由磁尾扰动以磁流体波传播到电离层的结果。到目前为止中低纬电离层对行星际激波的这种双相响应过程还属于首次观测。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;文献报导[J];电波与天线;1995年01期
2 毛梅;;远距离短波电离层传播完整理论[J];电波与天线;1996年01期
3 郭杰;于大鹏;雷雪;周东方;;基于数值射线追踪的短波电离层传播轨迹研究[J];通信技术;2008年04期
4 梁睿;郑毅;;核电磁脉冲信号向卫星轨道传播数值计算[J];核电子学与探测技术;2009年06期
5 杨丹;廖成;;高功率电磁波脉冲在电离层中的传播[J];强激光与粒子束;2009年08期
6 姬勇力;李雪;焦培南;;基于局部熵最小电离层相位污染提取算法[J];微计算机信息;2010年31期
7 姜维;邓维波;杨强;;基于分段多项式建模的电离层污染校正算法研究[J];遥测遥控;2011年04期
8 王永澄,宋茂忠;伪距差分GPS的一种改进方法(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronau;1997年02期
9 曾中超;王东峰;方广有;阴和俊;李芳;;射线追踪变分方程及电离层传播问题应用[J];电波科学学报;2010年05期
10 戴耀森;;短波电离层传播信号色散的测量研究和理论分析[J];科技通报;1985年05期
11 凡俊梅;焦培南;吴振森;鲁转侠;;电离层不同传播模式信号衰落特性的实验研究[J];武汉大学学报(理学版);2009年02期
12 郭杰;于大鹏;雷雪;周东方;;基于二维解析射线追踪的短波电离层轨迹研究[J];通信技术;2008年05期
13 黄瑞东;;太阳与地磁活动对电离层传播的影响[J];电波与天线;1996年05期
14 ;电离层传播[J];电波与天线;1995年02期
15 冯兴祥;河南省地震活动的初步分析[J];河南大学学报(自然科学版);1975年00期
16 张魁林;;苏《文摘》刊载《二十世纪全球地震构造发展最主要的时空规律》的摘要[J];国际地震动态;1980年04期
17 潘建雄,肖安予;新丰江水库区地震构造及地壳垂直形变与地震活动的关系[J];大地测量与地球动力学;1981年03期
18 张洪由;;美国地质调查局概述1980年全世界地震活动及伤亡情况[J];国际地震动态;1981年04期
19 于品清;水口山地区1966—1968年地震成因讨论[J];地震研究;1982年04期
20 潘弋泛;;渡口地区地震地质概况及基本烈度[J];四川地质学报;1982年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陶伟;史建魁;王国军;;高低纬地区电离层扩展F暴时特性比较研究[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年
2 赵庶凡;申旭辉;潘威炎;张学民;廖力;;VLF电磁波从大气层到低电离层的传播特性分析[A];中国地震学会空间对地观测专业委员会2009年学术研讨会论文摘要集[C];2009年
3 李宏杰;刘得成;;强电磁脉冲在空间中的传播[A];第十届全国抗辐射电子学与电磁脉冲学术年会论文集[C];2009年
4 王建平;刘瑞源;吴振森;平劲松;张北辰;黄逸丹;;一种用于电离层垂直TEC的内插方法[A];中国地球物理学会第二十三届年会论文集[C];2007年
5 余鹏;王浩淼;;基于GPS系统的单站电离层TEC应用研究[A];2009第五届苏皖两省大气探测、环境遥感与电子技术学术研讨会专辑[C];2009年
6 索玉成;韩婧;陈玉莲;;太阳活动低年高频传播的不利因素分析[A];第十二届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2007年
7 毛田;万卫星;乐新安;孙凌峰;赵必强;郭建鹏;;中国扇区的TEC统计模式[A];中国地球物理学会第二十三届年会论文集[C];2007年
8 赵景斐;赵赟;孙海燕;史俊文;;地球同步卫星导航系统授时中的大气传播时延误差[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
9 洪明华;汤克云;;近磁尾位形不稳定性一种极光弧及其涡旋结构形成的可能机制[A];1998年中国地球物理学会第十四届学术年会论文集[C];1998年
10 白武明;;华北地区地震迁移和构造过程初探[A];中国科学院地球物理研究所论文摘要集(1986)[C];1989年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姚丽;地震活动和太阳风扰动的电离层响应特征研究[D];中国地震局地球物理研究所;2011年
2 颜蕊;中国电磁监测试验卫星地面应用系统关键技术研究[D];中国地震局工程力学研究所;2010年
3 兰双双;深层地下水位动态对地震活动响应关系的研究[D];吉林大学;2010年
4 姚明;星载多功能等离子体探测仪总体设计及波形技术研究[D];武汉大学;2010年
5 刘桂萍;地震活动不均匀性及地震断层相互作用的力学机制研究[D];中国地震局地球物理研究所;2000年
6 陈时军;不同构造环境的地震活动丛集特征研究[D];中国地震局地质研究所;2004年
7 王辉;中国大陆地震应变场研究与青藏活动地块区运动学数值模拟[D];中国地震局地球物理研究所;2005年
8 陈梅花;卫星遥感的热信息与地震活动的关系研究[D];中国地震局地质研究所;2005年
9 马润勇;青藏高原东北缘构造活动及其工程灾害效应[D];长安大学;2003年
10 杨建军;关中地区地震活动规律及其与构造活动的关系研究[D];西北大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 房永奎;电离层杂波检测与污染程度评估研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 虞超;电磁波在电离层的传播特性及含碳材料的微波吸收性能研究[D];南京信息工程大学;2012年
3 赵庶凡;地震岩石层—大气层—电离层耦合机理研究[D];中国地震局地震预测研究所;2010年
4 易欢;电离层和对流层中电波传播的相关问题研究[D];西安电子科技大学;2008年
5 尼鲁帕尔·买买吐孙;PI算法提取DEMETER卫星地震电离层扰动异常的应用研究[D];中国地震局地震预测研究所;2012年
6 张文敏;高频段电离层特性及雷达综合频率选择方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 刘强;短波宽带信道模拟器研究[D];西安电子科技大学;2007年
8 孙荣;天波超视距雷达电离层去污染算法研究[D];电子科技大学;2011年
9 薛军琛;中国地区电离层延迟函数模型建立与精度估计[D];山东科技大学;2010年
10 孙莉;四川地区历史地震活动性分析[D];中国地质大学(北京);2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 顾玲;西部仍是我国地震活动主要地区[N];地质勘查导报;2007年
2 张萍王向华;地震专家谈余震[N];四川日报;2008年
3 本报记者 杨晓东;地震离我们有多远?[N];宝鸡日报;2008年
4 早报记者 俞立严;高烈度区不表示地震高发[N];东方早报;2007年
5 记者 华斌 实习记者 王英;灾后考验政府应对危机能力[N];中国经济导报;2005年
6 记者 师擎;内环北线西段首过地震安评关[N];南京日报;2007年
7 李洪波;全市防震减灾工作会议昨日召开[N];丽水日报;2008年
8 ;2009年12月份地震活动概况[N];大连日报;2010年
9 ;国家地震局专家称:汶川地震余震正有规律衰竭[N];消费日报;2008年
10 吴迎春;地震刍议[N];人民日报;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978