国家自然灾害防治研究院基于张衡一号卫星观测获得了强震相关的电离层异常规律性特征
2025-01-02 发布者:空间信息研究中心
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    地震预测当前仍是世界性科学难题,其难度主要归因于发震机理复杂性、震源环境不可直接探测性以及强震样本事件的稀缺性。空基观测以其全球覆盖、全天候观测等优势,能够有效地捕捉更多电离层信息,为探索地震监测预测科学理论和方法提供了全新的数据支撑及更多的检验机会。2018年2月2日,中国成功发射了首颗自主研制的低轨道电磁监测试验卫星(以下简称张衡一号01星),卫星轨道高度约507km,在轨设计寿命5年。卫星搭载了8类科学载荷,旨在获取全球空间电磁波/场、等离子体、高能粒子观测数据,实现对电离层的动态监测和全球强震跟踪监测,探索岩石圈-大气层-电离层圈层耦合机理。迄今,张衡一号01星已稳定运行近7年,在轨状态依然保持良好。

       为了全面评估电磁监测卫星观测在地震监测预测方面的应用价值,国家自然灾害防治研究院联合中国地震局地震预测研究所科研团队,对张衡一号卫星01星自2018年发射以来的全球47个浅源强震(MS≥7.0,震源深度≤100 km)、全球3500多个MS5.0以上震例,开展回溯性统计研究。在排除卫星平台及载荷工作、空间天气活动等已知扰动因素的前提下,获得了如下与地震相关的电离层异常统计特征:

       (1)各载荷均能探测到强震异常信息:90%的浅源强震发生前,至少有1个载荷能记录到空间物理参量的异常变化;超过65%的浅源强震发生前,会有2–3个载荷同时记录到空间物理参量的扰动现象;

       (2)各载荷的地震电离层异常探测率不同:电场仪、感应式磁力仪和朗缪尔探针地震电离层异常探测率较高,可达70%以上;

       (3)地震引起的电离层异常具有特定的时空分布规律:时间上,主要出现在震前1个月,震前1周内异常最为集中;空间上,中低纬度地震异常往往不在震中正上方,而是偏离震中几百km且偏向于磁赤道方向。

       张衡一号卫星电离层多参量综合观测,为空基地震监测预测研究提供了有力的数据支撑。强震回溯研究结果表明,张衡一号卫星具备震前电离层异常探测能力,基于空基平台开展地震监测预测是可行的。然而,仅靠单一卫星还无法有效支撑空基地震监测预测实践,需构建电磁卫星星座,以提高卫星观测时空分辨率。另外,地震的孕育、发展、发生是复杂的非线性过程,从研究和认识地震产生的电离层异常,到运用至地震监测预报实践需要一个长期的积累过程,需大力发展天地一体化立体式地震监测体系,实现多学科交叉融合,才能为地震监测预测实践和防震减灾业务提供更有力的支撑,从而突破地震预报的瓶颈。

图1 张衡一号01星观测的地震电离层异常时空分布规律

【更多内容详见文献】

 (1)https://www.mdpi.com/3059984
 (2)https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0273117723005914
 (3)https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JA028116
 (4)https://link.springer.com/article/10.1007/s11430-022-1048-8
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