基于张衡一号卫星监测的2021年青海玛多7.4级地震前电离层效应

本次研究围绕张衡一号(ZH-1)卫星监测到的2021年青海玛多Ms7.4地震前的电离层效应,采用上下四分位距法和小波变换法处理ZH-1卫星朗缪尔探针(LAP)探测到的电子密度N。和等离子体分析仪(PAP)探测到的离子密度N:(He+和O+)数据,经分析发现Ne、He+密度和0+密度在震前7天(2021年5月14日)和5天(2021年5月16日)出现同步异常。在此基础上,基于地球物理异常多项证据,分析认为2021年玛多Ms7.4地震孕育过程包括应力扩张早期、应力扩张晚期和临震加速期,该地震可能通过岩石圈一大气圈一电离层耦合模型的声重波、电磁波通道影响了电离层。

地球物理探测卫星数据分析处理技术与地震预测应用研究项目及研究进展

地震监测预警和预测预报是当前地球科学及相关学科所面临的最艰巨的问题之一,是关系到人类社会安全与国计民生的亟待攻克的科学难题。为进一步提高地震预测科学研究水平,推进地震监测预测能力建设,我国于世纪之交提出了建立地震立体观测体系的战略发展思路,并希望突破三维地球物理场获取能力瓶颈,发展地球多圈层耦合模型,通过卫星观测获取全球大地震的震例信息,以有效推进地震监测预测科学探索。地球物理卫星探测作为天基平台成为地震立体监测预测科学探索的新的重要方向。2018年2月我国首颗地球物理场卫星电磁监测试验卫星ZH1(01)成功发射入轨,并顺利通过在轨测试。针对我国电磁卫星数据处理技术接近国际并跑状态,重力卫星数据处理尚处于跟踪研究阶段,全球地磁场建模方面处于起步阶段,电离层建模技术达到国际并跑水平的问题,以及多圈层耦合的地球物理场多参量综合分析面临的科学问题。本项目开展了星载电磁场、电离层数据处理与定标校验技术、星载重力场数据处理技术、全球/区域地球物理场精细建模技术、地球物理场多参量综合分析与地震异常识别技术的研究,实现了相应算法和模块的研发,建立了全球地球物理场模型和主要地震震例特征库及样本库,构建了卫星地震监测预测应用平台,完成全球及中国强震震例积累,并在川滇地区开展地震监测预测应用示范和震情跟踪检验,示范应用取得明显成效。主要成果体现在:取得新技术3个:(1)高精度三频信标电离层反演技术;(2)VLF电波FDTD传播模型;(3)星载重力梯度数据的精细处理技术。新方法3个:(1)高精度磁场数据的优化处理方法;(2)卫星磁场扰动信号提取算法;(3)卫星多参量综合分析方法。新产品3个:(1)全球主磁场模型,成功纳入新一代全球地磁场参考模型IGRF2020.0,为全球地球物理场建模百年来首个中国模型;(2)全球三维电离层电子密度模型;(3)全球时变重力场模型。新理论1项:多源异质地震异常信息融合与异常识别。新平台1个:卫星地震监测预测应用平台。

CSES/FY3C掩星与数字测高仪探测电离层特征参数比较分析

为了进一步提高当前风云三号系列卫星(FY3C)以及张衡一号电磁监测试验卫星(CSES)等具备北斗卫星导航系统(BDS)及全球定位系统(GPS)无线电掩星(RO)观测能力的低轨卫星所得电离层峰值参数的反演精度,提出一种以数字测高仪探测数据为参考,采用多种时空匹配窗口对掩星反演结果进行电离层特征参数验证分析的方法:实验结合2018-7-20—2018-8-20共计20551次掩星事件,及6094个数字测高仪观测电子密度廓线数据,从峰值密度、峰值高度及临界频率等多方面对FY3C与CSES卫星掩星观测进行对比分析;同时为避免由于不同观测数据时空不一致引入的差异,分析不同时空匹配窗口对掩星与数字测高仪观测结果比对的影响。结果表明:低轨卫星掩星所得峰值参数与数字测高仪观测资料在不同匹配准则下的比较结果存在差异;当空间(时间)窗口不变时,随着时间(空间)窗口增大,无论是低轨卫星掩星同数字测高仪探测数据的比较,还是低轨卫星自身之间的比较,其电离层峰值参数数据匹配的相关性(一致性)都将下降,进而导致相关系数与拟合精度的减小;在相同的时空匹配窗口中,CSES与FY3C掩星反演出的电离层峰值密度相关性较强,而电离层峰值高度相关性较弱;CSES卫星更适合于低纬地区低高度与中高纬地区低中高度的电离层掩星探测,而FY3C卫星则适合于低纬地区中高高度与中高纬地区高于CSES卫星轨道高度的电离层掩星探测。