地震与非震条件下空间ULF电磁扰动的分布特征及变化规律研究

The excitation and effect of ULF wave are frontier subjects in Sun-Earth coupling research. Studies show that it is easier for electromagnetic emissions from hypocenters in the ULF range than in other frequency bands to penetrate the crust and propagate upward into the ionosphere and magnetosphere. Distinguishing ULF electromagnetic disturbances in space originated from earthquakes and non-earthquakes is one of key issues for future China electromagnetic monitoring satellite. This project intends to develop an automatic detection algorithm to scan ULF electromagnetic disturbances in the whole space-time range mainly based on ULF data recorded by French DEMETER satellite, and statistically analyze the global distribution of ULF disturbances. Then we will study distribution and variation of ULF electromagnetic disturbances during solar wind disturbances, geomagnetic storms and substorms to exclude main non-earthquake influences. On this basis, we will research on dynamic variation of ULF disturbances with and without major earthquakes during quiet geomagnetic activity. According to different magnitude, depth and position earthquakes, temporal and spatial distribution model of ULF disturbances will be established. And correlation between ULF disturbances and major earthquakes will be constructed. For typical events related to earthquake and non-earthquake perturbations, we will carry out study to associate and compare the results from ground and satellite. This study will contribute to further understand ULF electromagnetic disturbances and provide key references for other parameters to distinguish earthquake and non-earthquake signals. This project can lay a good foundation for data processing and application study for China electromagnetic monitoring satellite.

ULF波的激发和效应是日地耦合研究中的前沿课题。研究表明来自震源的ULF电磁辐射比其他频段更容易穿透岩石圈上传进入电离层和磁层，因而区分源于地震与非震的空间ULF电磁辐射更是未来我国电磁监测试验卫星需要解决的关键问题之一。本项目基于DEMETER卫星观测的ULF数据，开发自动检测算法全时空扫描ULF电磁扰动，统计其全球分布特征；研究太阳风扰动、磁暴、亚暴期间ULF电磁扰动的分布特征和变化规律以排除主要非震影响；在此基础上研究磁宁静条件下有无强震时ULF扰动的动态变化，建立不同震级、深度和位置的地震产生ULF电磁扰动的时空分布模型，构建ULF扰动与强震的对应关系；针对地震和非震条件下扰动的典型事件开展卫星和地面观测的关联和对比研究。本项目的开展和实施可进一步认识ULF电磁扰动，为其他参量区分地震扰动和非震扰动提供重要参考，同时为我国电磁监测试验卫星的数据处理和应用研究打下良好基础。

超低频（ULF）波的激发和效应是日地耦合研究中的前沿课题。研究表明来自震源的ULF电磁辐射比其他频段更容易穿透岩石圈上传进入电离层和磁层，本项目开展的地震与非震源引起的空间ULF波动事件的研究对于张衡一号卫星数据的应用和研究具有重要意义,对认识电离层中的ULF波动具有重要贡献。本项目主要基于与张衡一号类似的低地球轨道卫星，法国DEMETER卫星DC/ULF频段的电场数据，全面开展了顶部电离层中ULF波动事件的研究。主要开展了以下五方面的研究内容：① 通过开发ULF波动的自动探测算法，得到了顶部电离层中夜侧和日侧的所有ULF波动事件，由此获得了ULF波动事件的全球分布特征。夜侧事件表现出季节和经度依赖，与磁场位型存在关联；而日侧不存在季节和经度依赖，更可能由空间中的固定结构所引起。② 结合获得的所有ULF波动事件，通过一定规则选出了23个孤立磁暴事件，利用时序叠加分析得到了磁暴期间ULF波动的特征。ULF波动数量的增加与磁暴主相和恢复相存在非常好的对应关系，并持续了2至3天。ULF波动事件的峰值频率、持续时间并未表现随磁暴的响应变化。③ 结合所有的ULF波动事件，研究了地磁平静时期震级≥4.8的孤立地震事件，利用时序叠加分析方法获得了不同震级的地震事件期间ULF波动变化情况。并通过震级大于5和深度小于40 km的实际地震和随机地震的对比，得到实际地震事件期间，在震中距200-300 km，震前4天附近出现了ULF波动事件显著增加的情况。④ 发现顶部电离层中夜侧的ULF波动有两类，一类伴随同步的电子密度扰动，另一类无显著的电子密度扰动。第一类所表现的特征表明等离子体的不均匀结构产生了局地的ULF振荡；第二类的特征与中纬度电场扰动特征（MEFs）非常类似，可能是小尺度场向电流的空间电场结构，不能认为该类波动由磁层的源产生。⑤ 开展了典型事件期间地面和电离层多普勒频移的联合观测研究。在磁暴急始期间，地面和电离层多普勒频移观测到了不同频率的ULF振荡，电离层多普勒频移对不同频率的磁场ULF振荡存在响应，可能表明磁层-电离层耦合的新机制。