何宇飛 楊冬梅 錢家棟 M Parrot

1）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

2）中國地震局地震預測研究所，北京 100036

3）Laboratory of Physical and Chemical Environment,National Center for Scientific Research, Orleans, France

目前針對地震電離層現(xiàn)象研究的報道依然存在很大的爭論，有很多專家和學者認為地震作為一個非常復雜的地球物理現(xiàn)象，它的動力學過程是不規(guī)則、非線性的，從而導致與其相關的前兆參數(shù)也具有很高的不確定性，加之研究中使用數(shù)據(jù)的來源不盡相同，可能來自不同高度的衛(wèi)星，不同測量儀器，使得每一個地震的分析結果中所表現(xiàn)出的異常變化特征也各不相同。對同一地震分析，有的研究人員發(fā)現(xiàn)地震發(fā)生前有增大的異常變化，也有的報道探測到降低的異常變化，很難形成一個統(tǒng)一的認識。為尋找電離層對不同地震事件可能存在的共同變化響應特征，科學家們也紛紛展開了統(tǒng)計研究工作，并在一定程度上得到了地震電離層效應的可能的特征。

自法國發(fā)射了第一顆應用于地震和火山監(jiān)測研究的DEMETER衛(wèi)星后，因其軌道設計能更大程度的覆蓋全球地震活動區(qū)域，能捕捉到更多的地震的震前和震后信息?，F(xiàn)今已經(jīng)積累了約6年的觀測數(shù)據(jù)，在同一軌道高度處的數(shù)據(jù)有連續(xù)4年，所以應用DEMETER衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)來分析地震上空電離層擾動信息、探索與地震相關的電離層擾動特征成為很好的選擇，并能提供更為可信的結果，由此展開了基于此衛(wèi)星數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的工作。

分析中選用DEMETER衛(wèi)星上搭載的朗繆爾探針(ISL) 從2006-2009年記錄到的近40 000個軌道的電子密度（Ne）觀測數(shù)據(jù)，對在此期間全球范圍內(nèi)震級大于或等于5級、震源深度小于60 km、約6 000多個地震事件進行了統(tǒng)計研究，分析了地震發(fā)生前，震中上方區(qū)域電離層擾動的空間分布特征。對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析時，主要分3步進行的。第一步是對所有收集的數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化。網(wǎng)格化方法是將全球依據(jù)地理經(jīng)緯度進行網(wǎng)格劃分，每個網(wǎng)格的大小為2°（經(jīng)度）×2°（緯度），總計16 200個。對每一個網(wǎng)格分別收集在2006年初至2009年底衛(wèi)星投影在網(wǎng)格內(nèi)的所有觀測數(shù)據(jù)，并記錄下每一個觀測數(shù)據(jù)的數(shù)值x、地理經(jīng)度λ、地理緯度φ、數(shù)據(jù)時間t、對應的地磁Kp指數(shù)以及其所在網(wǎng)格的網(wǎng)格號。因此，可以根據(jù)這些信息，得到在不同參量的組合下的觀測數(shù)據(jù)集，便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)分析的第二步是定義統(tǒng)計參量。這里主要針對地震發(fā)生前震中上空區(qū)域的電離層電子密度擾動情況進行分析，而所指的電離層電子密度擾動是相對于正常背景的擾動，因此首先需要建立一個相對穩(wěn)定的背景。以往的研究表明電離層中電子密度（Ne）的變化是非常復雜的，在不同的地理位置、不同的年度、不同季節(jié)、白天與夜間都有很大的差異，所以針對不同的地震事件，其參考背景都應有所區(qū)別。在分析中選擇震中附近的一定范圍為研究區(qū)域，并以臨近地震發(fā)生時段的數(shù)據(jù)相對于距地震發(fā)生較遠時段數(shù)據(jù)為背景的相對變化作為研究的統(tǒng)計參量。數(shù)據(jù)分析的第三步是對統(tǒng)計參量進行空間分布特征分析。通過三步的數(shù)據(jù)分析處理，來提取震前數(shù)據(jù)擾動在空間分布上的信息。

從統(tǒng)計分析結果可以看到，震中上方區(qū)域電離層擾動強度顯著的高于（＞3σ）周圍區(qū)域。與此同時，又對隨機生成的模擬地震事件的震中上空電離層分析，結果顯示震中區(qū)域與周圍的區(qū)域擾動變化相近，沒有優(yōu)勢擾動（＞3σ）位置的存在。

因此，綜上統(tǒng)計分析結果，可以初步認定震中上方電離層較強擾動是對地震事件的特征響應，與地震事件的存在密切相聯(lián)。