地震引发的电离层同震和震后效应的研究

Due to the lithosphere-atmosphere-ionosphere (LAI) coupling, coseismic and postseismic effects occur in the ionosphere after major earthquakes and tsunamis. These effects have been proved by observational facts after several earthquakes with magnitude greater than Mw. 8 in recent years. But there are still some different ways of explanations and understanding for the phenomena and mechanisms. We propose a comprehensive study on the coseismic and postseismic effects in near-Earth space, based on extended data sets from ground-based and space-borne observations. This study will focus on the following topics: (1) multi-instrument case study on major earthquakes of recent years, searching for disturbances in the atmosphere, ionosphere and especially in geomagnetic field; (2) considering intensive energy emission during major earthquakes and subsequent aftershocks, the ionosphere variations will be quantitative studied and compared with disturbances from the Sun and geomagnetic field; (3) how the energy coupling efficiency between different spheres is influenced by the source and medium characteristics, and with theoretical calculations and simulations the process and mechanism will be discussed in detail.

强烈地震或海啸发生时，在电离层中可观测到显著的同震或震后扰动，这一现象反映了岩石圈-大气层-电离层之间的耦合作用和过程。近年来对多次8级以上地震的观测研究确认了此类现象，但对现象和物理机制还没有形成统一的认识。本项研究中，我们计划利用地基和天基的多手段观测数据，对地震在近地空间环境中引发的扰动进行全面的综合研究，加深对多圈层之间能量耦合过程的了解。本研究将突出以下特点：（1）利用大气、电离层、地磁场的多手段观测数据及近年的较大地震，综合分析同震和震后扰动现象；（2）利用大地震后余震频发的特点，探讨密集的能量释放对电离层状态的影响；（3）分析能量源及传输介质的特点与圈层之间能量耦合效率的关系，并结合观测数据和理论模型计算，深入了解圈层之间的能量耦合过程和机制。

在2011年日本大地震之后，在电离层高频多普勒频移测量中发现了电离层中特殊类型的强烈扰动，表现为多种频率组成的次声波波包，及单一频率（周期3-5分钟左右）的电离层次声波扰动。同时，在多个地磁台站数据中也发现了同时发生的地磁扰动。扰动的传播时间分析表明这两种扰动是相关联的，是由地震波在地面激发的大气波动影响到电离层中的等离子体和电流所导致的。这两种观测手段所验证的现象是岩石圈-大气层-电离层之间存在能量耦合的一个新的有力证据。之后，我们回顾2008年汶川地震，利用多种手段——GPS/TEC、地磁场和高频多普勒——首次在同一地点观测到了同时的震后电离层和地磁扰动，并将这一典型的内陆地震震例与之前海洋地震的研究结果进行了对比，发现这次内陆地震导致的电离层和地磁扰动主要发生在震中的东南方向，具有很强的方向性，这是与海洋地震震例所不同的特点。我们的工作利用了多种手段的观测数据，对震后电离层的现象的观测可以互相验证，从而增加结果的可信度。研究结果证实了地震扰动电离层电流后可以被地面的地磁观测所发现。这一方面加深了对地震电离层效应的认识，另一方面增加了新的观测手段来研究这一现象。