基于COSMIC掩星数据的电离层分布特征及地震响应研究.pdf

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1、第3期中国地震局地球物理研究所2014届博士论文摘要(Ⅲ)47上的1OO个台站，比较了其地脉动和地震信号的H／V谱比，得到了谱峰越明显，二者一致性越好的结论。在此基础上，根据地脉动和地震信号H／V谱比曲线的一致性和谱峰明显程度将台站分为4类，并提出了针对这4类情况测定场地卓越频率的方法，最后给出了这些台站的卓越频率。关键词地震台阵；场地效应；华北台阵；背景噪声；频率波数谱；喜马拉雅台阵；H／V谱比；卓越频率(作者电子信箱，耿冠世：g_gsh~@126．corn)基于COSMIC掩星数据的电离层分布特征及

2、地震响应研究马新欣(中国地震局地球物理研究所，北京100081)中图分类号：P412；文献标识码：A；doi：10．a969／j．issn．0235—4975．2015．03．011GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)无线电掩星技术具有全球覆盖、垂直分辨率高等优点，为电离层的研究提供了十分丰富的资料。本论文的研究主要基于C()SMIC(ConstellationObservingSystemforMeteorologyIonosphereandClimate)掩星电离层

3、数据，详细介绍了电离层的基本理论；阐述利用掩星技术探测电离层的基本原理；针对CoSMIC掩星数据分布特点，建立了数据分析和研究方法；目前的研究对电离层物理量不同区域分布差异的分析较少，对不同太阳活动条件下电离层电子密度垂直分布的研究相对不足，本文对此开展了电离层分布特征的研究工作；并分析了典型震例在地震活动期间多个物理量的异常扰动变化。主要研究成果如下：1掩星数据分析与研究方法利用CoSMIC掩星电离层F2层峰值密度(NmF2)、临界频率(foF2)、峰值高度(hmF2)、电子密度(Ne)等数据，针对掩

4、星数据在时间尺度上分布不均匀的特点，使用傅里叶逼近拟合方法获取在时间尺度上连续的数据。在空间分布上，我们分别基于B样条函数和球谐函数计算模型值，获得全球空间分辨率较高的电离层数据。再以IRI(InternationalRef—ereneeIonosphere)模型计算的结果作为参考，检验方法的有效性。结果表明，使用的方法是有效的。利用B样条函数计算的结果展开收敛速度更快，计算时间短，可以反映小区域的变化；利用球谐函数计算的结果平均残差小于B样条函数，分布更清晰平滑，可以反映全球的变化规律。因此，本论文使

5、用球谐函数计算结果作为后续研究的基础数据。2电离层分布特征研究(1)空间电离层峰值密度和临界频率存在明显的年周期变化，白天(LT12~15)峰值密度48国际地震动态2O15年和临界频率在磁纬低纬和中纬地区基本以半年周期变化为主，其幅度最大值在3、4月和9、10月(两分点)附近；夜间(LT00~03)南半球的部分地区和北半球磁纬中纬6O。～120。E地区以年周期变化为主，其幅度最大值在至点6月(北半球夏季)或12月(南半球夏季)附近；年异常和半年异常现象是中低纬地区白天NmF2和foF2分布的常规变化特征

6、；随着太阳辐射能量的增强，赤道异常空间范围扩宽。(2)空间电离层峰值高度夜间(LTO0~03)不存在明显的规律变化，变化范围基本分布在200~400km高度。白天(LT12~15)峰值高度磁纬±1O。范围不存在明显的年周期变化，变化范围基本分布在300~400km高度；南北半球磁纬10。～2O。范围，部分区域呈现相对明显的年周期变化，南北半球磁纬20。～3O。和磁纬中纬度大部分范围以年周期变化为主，变化范围基本分布在200~400km高度。随着太阳辐射能量的增强，峰值高度的变化幅度增大，尤其是在赤道和低

7、纬度地区。(3)在250~500km高度，电离层电子密度夜间存在威德尔海异常现象，最大值在300～4OOkm高度；随着太阳辐射能量的增强，300500km高度威德尔海异常区域空间范围扩宽，250~350km高度赤道异常范围扩展到中纬地区；电子密度白天(LT12~15)存在明显的季节变化，夜间(LTO0~03)季节变化不明显。3典型震例分析(1)提出地震异常扰动的分析方法，研究我国三例强震地震活动期间多个物理量的变化特征。研究发现，汶川地震发生后，部分区域峰值密度相对变化幅度增大，分布在1～1．5之间，T

8、EC相关系数下降到0．6，功率谱密度变化明显；于田地震发生后，部分区域峰值密度相对变化幅度增大，分布在0．8～1．2之间，震前地磁垂直分量增强，但时间上与空间异常分布不同步，需要进一步的研究；玉树地震发生后，震中邻近区域峰值密度相对变化幅度增大，分布在0．6～O．8之间，多个台站地磁垂直分量差值小幅下降到0nT以下；3个震例在地震活动期间，电离层都存在扰动现象，其中汶川和玉树地震发生后，地磁垂直分量同时出现扰动变化；仅从计算的震例结果来看，