基于电离层遥感的地震震前预报研究 毕业答辩 START HERE dissertation defence 答辩人： XXX Email:88888888@qq.com 毕业答辩 dissertation defence

目录 content 毕业答辩 研究背景 地震预报简介 电离层综述 地震对电离层参数的影响分析 数据处理与分析 总结 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 1 of 19

1 毕业答辩 近年来，地震给人类造成了巨大的灾难，致力于地震前兆研究，实现地震震前预报意义重大 1 研究背景 1 近年来，地震给人类造成了巨大的灾难，致力于地震前兆研究，实现地震震前预报意义重大 1 越来越多的研究表明，电离层扰动和地震之间存在某种关联性，可能据此开展地震预报技术研究。 2 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 2 of 19

毕业答辩 基于内重力波的假说 基于异常垂直电场的假说 北 京 理 工 大 学 地震引起电离层前兆的物理解释 地震引起的重力振荡在震前抵达电离层后，仍具有较高的能量，从而可引起电离层等离子体等成分的扰动。 地震孕育区的地壳会发生强烈的气体释放和辐射。在近地表大气层中产生大量的离子，形成垂直地面电场，进入电离层后可引起电离层扰动。 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 3 of 19

2 毕业答辩 地震预报简介 地震预报的3要素：发震时间、地点和震级 预报地震的3种方法：地震地质法、地震统计法、地震前兆法 地震预报的4种类型 长期预报：对十年以后 中期预报：两年以后 短期预报：三个月以后 临震预报：十天左右以后 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 4 of 19

3 毕业答辩 电离层综述 北 京 理 工 大 学 电离层是地球大气的一个电离区域，高度范围大约在60km至1000km。 电离层分层：按照电子密度峰值，电离层大致可以分为D层、E层和F层，其中F层还可分为F1层和F2层。除正规层次外，电离层区域还存在不均匀结构，如偶发E层（Es）和扩展F层。 电离层探测技术：电离层测高仪、雷达技术、GPS、星载远紫外光谱仪等。 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 5 of 19

毕业答辩 引起电离层扰动的原因 太阳活动 剧烈天气 北 京 理 工 大 学 地震 大气波动 地磁活动 大气波动 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 6 of 19

4 毕业答辩 地震对电离层参数的影响分析 电离层总电子含量TEC 电离层突发层ES 电离层等离子体参数 F2层临界频率f0F2 临界频率f0ES值有的呈下降有的呈增加趋势，随震级增大，波及电离层范围越大。 电离层等离子体参数 电子浓度和电子温度或升高或下降，氧离子浓度也有起伏。排除非地震因素的影响，可以确定是地震引起的电离层等离子体异常。 F2层临界频率f0F2 震前F2层临界频率的变化十分复杂，在地面不同的观测点可能观测到完全相反的临界频率f0F2的变化 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 7 of 19

毕业答辩 研究现状 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 对于5级以上的地震，在地震附近地区出现电离层扰动的概率约为74.1% 扰动的异常区域在经纬度方向均可达20°～30° 相对于正常日变，地震电离层前兆的最大变化率为±30% 电离层的各种扰动参数中，TEC的扰动最为明显 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 8 of 19

5 毕业答辩 数据处理与分析 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 地震 发生日期 发生时间 纬度 经度 震级 日本东北部海域 14:46 38.1 142.6 9.0 日本北海道地区 8:20:51 144 7.1 日本本州东部 7:43:42 140.8 7.0 中国汶川 14:28:4 30.986 103.364 8.0 中国新疆和田 2008.3.21 10:31:34 35.4 81.4 7.3 印尼苏门答腊 16:08:33 96 7.7 缅甸 6:42:04.7 95.5 6.2 老挝 16:56:16.6 101 6.6 所罗门群岛 4:39:55 156.7 7.8 印尼苏门答腊岛西北近海 8:58:55.2 95.9 8.7 印尼伊里安岛 10:42:34 135.3 7.5 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 9 of 19

毕业答辩 CODE（欧洲定轨中心）提供的GPS TEC空间分辨率为：5°×2.5° 。 GUVI（The Global Ultraviolet Imager ）反演得到的TEC空间分辨率为白天：1.7641°×1.7641° 夜间：0.7°×0.7°。 电离层大气中，远紫外波段（100~200nm)的吸收与辐射较为强烈，并且拥有非常多易于辨认的特征谱线，有利于对TEC的监测。 本课题选取11次地震前后的TEC数据进行震前电离层扰动分析。 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 10 of 19

毕业答辩 MATLAB程序流程图如下： 北 京 理 工 大 学 读入29个文件的数据 开始 求取中值 结束 读取每个文件中特定位置处数据 将数据存储为29*12的矩阵 求取中值 绘制并输出图形 结束 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 11 of 19

毕业答辩 地磁活动干扰的排除 北 京 理 工 大 学 选取地磁指数Kp和Dst。 ∑Kp指数表示每天的8个Kp指数之和，如果∑Kp>30则认为当天地磁活动强烈，Kp<5对电离层不构成影响。 Dst指数系统监测了全球环电流感应场的强度，普遍认为当Dst指数低于-50nT并持续2小时以上时，表示磁暴可能发生。 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 12 of 19

TEC数据结果分析 毕业答辩 北 京 理 工 大 学 新疆和田地震 Beijing institute of technology dissertation defence 13 of 19

TEC数据结果分析 毕业答辩 北 京 理 工 大 学 新疆和田地震 Beijing institute of technology dissertation defence 14 of 19

TEC数据结果分析 毕业答辩 北 京 理 工 大 学 新疆和田地震 Beijing institute of technology dissertation defence 15 of 19

毕业答辩 TEC数据结果统计 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 地震 与地震有关的正扰 与地震有关的负扰 与地磁活动有关的正扰 与地磁活动有关的负扰 可疑扰动 日本东北部海域 震前1-5天   1次 日本北海道地区 震前1、2、5、6天 日本本州东部 震前1天 震前2、4、10天 中国汶川 震前3、9天 震前1、3、4、5天 中国新疆和田 震前1、2天 印尼苏门答腊 震前1、4天 4次 缅甸 震前7、8天 老挝 震前3、4、5、6天 所罗门群岛 2次 印尼苏门答腊岛西北近海 3次 印尼伊里安岛 总计 13次 15次 6次 11次 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 16 of 19

结论 毕业答辩 结果统计 特征分析 北 京 理 工 大 学 conclusion 11次地震震前电离层TEC共发生的46次异常扰动中，地震引起的扰动共28次，占总扰动次数的61%，排除目前无法确定的可疑扰动，有4次地震可以完全通过TEC的扰动来预报，即此方法的预报成功率约为36.4%。 结果统计 特征分析 地震引起的TEC扰动一般出现在震前5天内，呈连续性，扰动幅度相当，平均异常幅度在30%左右。负扰动出现的概率略高于正扰动，而且呈现更强的时间连续性。 地磁活动引起的TEC扰动一般为正扰动，且扰动幅度很大，为地震引起TEC扰动的2~3倍。扰动持续时间短，一般为1~2天。 掌握了这些扰动特征，就可以通过监测电离层TEC的扰动来实现震前地震预报。 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 17 of 19

6 总结 毕业答辩 1 2 3 4 5 地震电离层前兆研究的重点与难点 北 京 理 工 大 学 较为密集和全面的电离层监测网的建立 电离层异常扰动的判断 地震电离层前兆确认 地震影响电离层或者是两者相互作用的机理研究 实践工作的展开 1 2 3 4 5 地震电离层前兆研究的重点与难点 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 18 of 19

结语 地震发生前的几天或者几个小时电离层扰动确实存在，这为我们进行地震的短临预报提供了一个有用的工具。 但是还有许多值得我们去深入研究的问题，对地震电离层扰动现象，提出好的物理解释模型是今后的一个研究方向。相信在不久的将来，利用电离层数据进行短、临地震预报将会成为一种常规技术，为人类的防震减灾工作提供更好的服务。 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defence 19 of 19

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