地球近地空间非震电磁波动全球分布及动态变化规律研究

China will launch the first electromagnetic monitoring satellite in the near earth space in 2015，aiming to detect the electromagnetic emissions and ionospheric parameter perturbations during earthquake time. Extracting the real earthquake ionospheric disturbance information need a more comprehensive understanding of the background environment in near earth space. According to the current research and existed problems, firstly, this project intends to study the variation of the electromagnetic waves and energetic particles during the solar wind disturbances、magnetic storm and substorms. Secondly, constructing a equation to computed the background change amplitude index, statistically analyze the amplitude index both in the magnetic quiet time with strong earthquake and non earthquake. Thirdly, to carry out research and numerical simulation of the interaction between waves and energetic particles. For typical events, carry out the comparison of multi-satellite observational studies. Finally,compare the observational data statistics and numerical results, and summary the global distribution of characteristics and variation of the electromagnetic waves and energetic particles， and the relationship between waves and energetic particles. This work for the future to make good use of electromagnetic monitoring satellite data for earthquake monitoring and forecasting do science pre-research and preparatory work. The results of this study will provide quantitative reference to the earthquake ionospheric perturbations study.

我国2015年将发射首颗近地空间电磁监测试验卫星，旨在探测地震引起的空间电磁辐射及电离层等离子体参数的异常扰动现象。地震电离层扰动信息识别需要对空间背景扰动环境有较为全面的了解，才能真正区分地震及非震扰动信息。根据目前研究现状及存在问题，本项目拟研究太阳风扰动、磁暴，亚暴期间电磁场波动、能量粒子在近地空间的变化规律；建立背景场变化幅度指标方程，统计磁宁静状态下有、无7级以上强震发生两种情况下的变化幅度指标；开展近地空间扰动和宁静状态下波与能量粒子变化的关系研究及数值模拟，对于典型事件开展多卫星对比观测研究。最后对比观测数据统计和数值模拟结果，总结近地空间波动、能量粒子的全球分布特征及变化规律，以及波与粒子之间的物理关系。本项目的开展和实施对未来利用好电磁监测试验卫星数据进行地震监测预报做好科学预研和准备工作，其研究结果将为地震电离层扰动研究提供定量化的参考指标。

低轨道卫星空间内岩石圈、中高层大气、电离层和内磁层紧密联系，相互作用，形成一个复杂的耦合系统。为了将源于地球方向的地震电磁扰动信息与其他非震扰动源区分开来，需要对空间电磁背景场有充分的了解和认识。本项目研究了这个空间的电磁波动，以期对这个轨道高度上的电磁扰动信息有一个较为全面的了解。.1. 统计研究获得了ELF/VLF电磁波在强磁暴期间的时空变化特征。研究获得了强磁暴期间ELF/VLF电磁波的时空变化特征。发现CME事件与ELF/VLF电磁波的波幅存在良好的相关性。低于3 kHz以下的ELF波动在平静期间很普遍；高于3 kHz以上的波主要在磁暴期间增强；低于3 kHz的ELF波出现在较大空间范围内，最大波幅增强主要出现在L值约为3—4的地区；高于3 kHz的电磁波动的波动只能在等离子体层层顶附近或者等离子体层外才能观测到。.2.统计研究获得了强震前后ELF/VLF电磁波扰动特征。利用DEMETER卫星观测ELF/VLF电磁场功率谱密度数据统计研究了强震前后空间磁场的扰动特征。统计研究发现42%的地震主要表现为震前磁场扰动幅度逐渐上升，超过3倍标准差随后扰动度幅度下降过程中发生地震；35%强震在地震前10天内最大扰动幅度超过3倍标准差，在扰动幅度处于最高值期间发震，震后磁场扰动幅度逐渐回落。非震区在空间天气平静且无强震条件下的电磁场无明显的时空演化规律，相对于背景场的平均扰动度幅度很小，并且没有明显的随时间变化特征。.3.典型波动事件研究首次发现了高纬度合声波穿越等离子体层层顶的证。研究发现一个强磁暴期间DEMETER卫星观测到了电磁波动增强现象。发现这些强烈的电磁波主要在高纬度地区，主要沿着赤道电子回旋频率传播。根据合声波与等离子体层层顶的关系来看，这些下频带合声波主要在等离子体层层顶外传播，然而从磁暴主相到早期恢复相的一个较短时间范围内，这些合声波能越等离子体层层顶进入电离层传播。.4.研究发现磁洞边缘哨声模合声波的激发机制。研究了一个磁洞结构，并发现在这个磁洞的边缘产生了强烈的哨声波。过去的研究认为这种类型的哨声波通常发生在磁洞中心，然而我们研究首次发现了哨声波主要产生在磁洞边缘。基于波矢量分析结果证实了这些哨声波很可能是合声波。根据投掷角为函数的电子相空间密度进一步证明了在磁洞边缘的电子温度各向异性很显著，这种条件非常有利于哨声模的激发。