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答辩人： XXX 基于电离层遥感的地震 震前预报研究 Email:88888888@qq.com START HERE 毕业答辩 dissertation def ence 指导老师：XXX 1 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 目录 content 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 总结 数据处理与分析 2 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 研究背景 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 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。 1 2 1 3 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 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。 基于内重力波的假说 基于异常垂直电场的假说 4 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 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 2 5 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 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。 电离层综述 3 电离层是地球大气的一个电离区域，高度范围大约在6 0km 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。 6 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 引起电离层扰动的原因 太阳活动 地磁活动 大气波动 地震 剧烈天气 7 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 电离层总电子含量TEC 地震对电离层参数的影响分析4 地震发生前的1 ～4 天内，电离层TEC 普遍减小。根据地震的震级、震中等情 况不同，减小的幅度也有所差异。 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。 电离层突发 层ES 电离层等离子体 参数 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 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，TE C 的扰动最为明显 研究现状 8 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 9 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 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 数据处理与分析5 10 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 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。 11 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e MATLAB 程序流程图如下： 12 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 选取地磁指数Kp 和Dst 。 Kp 指数用来描述行星三小时平均地磁活动强度。在0-9 内取 值。 ∑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D st 指数低于-50nT 并持续2 小时以上时，表示磁暴可能发生 。 地磁活动干扰的排除 13 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e TEC 数据结果分析新疆和田地震 14 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e TEC 数据结果分析新疆和田地震 15 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e TEC 数据结果分析新疆和田地震 16 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e TEC 数据结果统计 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 1 次 日本本州东部 震前1 天 震前2 、4 、10 天 1 次 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 1 次 印尼苏门答腊 震前1 、4 天 4 次 缅甸 震前7 、8 天 1 次 老挝 震前3 、4 、5 、6 天 1 次 所罗门群岛 震前7 、8 天 2 次 1 次 印尼苏门答腊岛西北近海 1 次 3 次 印尼伊里安岛 震前1 、4 天 2 次 总计 13 次 15 次 6 次 1 次 11 次 17 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 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% 。 结论 conclusion 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。 结 果 统 计 特 征 分 析 18 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 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 地震电离层前兆研究的重点与难点 6 总结 1 2 3 4 5 19 of 19 北 京 理 工 大 学 Beijing institute of technology 毕业答辩 dissertation defenc e 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。 结语 THANK YOU Email:8888888@qq.com 毕业答辩 dissertation def ence