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1、成都理工大学硕士学位论文利用GPS数据研究地震与电离层TEC异常姓名：马新欣申请学位级别：硕士专业：地球探测与信息技术指导教师：李录明20090501成都理工大学硕士学位论文 IIResearch on Earthquakes and Ionospheric Anomalies Detected by Ground GPS Observation Data Intro Introduction of the author: Ma- xin, xin, was born in September, 1983, whose tutor was Professor Li Lu- ming, grad
2、uated from Chengdu University of Technology in Applied Geophysics major and granted the Master Degree in June, 2009. Abstract Now the opinions vary on mechanism of seism- ionospheric disturbances and its physical explanation. It is not clear to identify the possible relationship between earthquake a
3、nd ionospheric anomalies. Based on the achievement of predecessor, this paper researches that based on the single layer ionosphere model, we have processed the observation data at some GPS observation stations and obtained total electron content（TEC）time series of the ionosphere, TEC for location of
4、 the sub- ionospheric point along observation and GPS satellite to study the epcentre region. We have studied the TEC anomalies of 27 Ms=6.0 earthquakes which occurred in Chinese mainland during 2001- 2008.Through Calculating TEC with GPS data, results show correctness and validity of this method. T
5、he main achievements of research include five aspects as follow. 1）Results show that the TEC values above observation stations have negative anomalies of 13 times in 20earthquakes. TEC anomalies mainly appeared 1 day to 5 days before earthquakes; The TEC values above observation stations have positi
6、ve anomalies of 3 times in 20 earthquakes. TEC anomalies mainly appeared 1 day after earthquakes、the day of earthquake occurrence; The TEC values above observation stations have no obvious anomaliese before and after earthquakes of 4 times in 20 earthquakes . 2）The TEC have negative anomalies of 8 t
7、imes in 13 earthquakes show the closer the station is to the epicenter, the larger the TEC anomalies becomes. The TEC values above GPS continuous observation stations 700km away from the epicenter have no obvious anomaliese before and after earthquakes, and TEC variation is within 0.5 TECU. 3）Most o
8、f earthquake cases show that, TEC have no obvious anomaliese during earthquake, for location of the sub- ionospheric point along observation and GPS satellite. The result shows that the temporal- spatial characteristics of short- imminent anomalies of ionosphere and geomagnetic field are consistent.
9、 4）TEC negative anomalies mainly appeared 5 day、4 day、2 day、the day of earthquake occurrence, 5 day、2 day before earthquakes, and its probability is about 89%; TEC positive anomalies mainly appeared the day of earthquake occurrence、1 Abstract IIIday after earthquakes. This paper results show that Ch
10、aracteristics of seism- ionospheric disturbances can be obtained with GPS observation data. It is possible to identify ionospheric anomalies before earthquakes from continuous GPS observation data. Keywords： earthquake ionosphere distribution of TEC abnormal 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成
11、果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 成都理工大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 成都理工大学 有关保留、 使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 成都理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学
12、位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 学位论文作者导师签名： 年 月 日 第 1 章 绪论 1第 1 章 绪 论 在众多的自然灾害中，地震是破坏性最大、危害最严重的突发性自然灾害，当前全球正面临着新的地震活跃期，2004 年 12 月印度洋 8.7 级地震、2005 年 10月巴基斯坦 7.8 级地震、2008 年 5 月 12 日汶川 8.0 级地震给人类造成了巨大的灾难，为了减少地震造成的灾害，学者们致力于地震前兆异常信息的研究，其中孕震期内岩石圈大气层电离层 LAI（Lithosphere- Aerosphere- Ionosphere）之间耦合机制研究及震前电离层异常现象的
13、研究是地震前兆研究的一个热点问题。目前地震电离层效应的物理机制解释众说纷纭， 但目前观测到的现象以及研究中取得的一些认识表明，利用地基 GPS 观测数据探讨地震前兆是可行的。但是要将震前的电离层异常作为地震短临预报的工具， 还有许多要深入研究及解决的问题1，因此对地震期间电离层异常的研究是十分必要的。本文统计研究了20012008 年发生在中国大陆地区的 27 个 Ms=6.0 地震， 分析了地震前后电离层的时空变化特征。 利用 GPS 观测数据解算 TEC，具有高精度、高时空分辨率的特点，可以进一步提取电离层扰动信息及证实电离层异常现象存在。 本章主要介绍本文选题依据、国内外地震电离层研究现
14、状、论文研究目标意义及内容。 1.1 选题依据 中国是一个多地震的国家，是世界上地震灾害最为严重的国家之一。我国60%以上的国土处于地震烈度? 度以上地区，其中地震烈度? 度以上的区域站全国陆地面积的 40%左右。60%的 50 万以上人口的城市位于? 和? 度以上的高烈度区。我国地震活动的特点为地震多、强度大、分布广、震源浅，地震活动具有时、 空分布不均匀性特点。 就中国大陆而言， 近 90%的 7 级以上地震发生在西部，在时间域，地震活动则表现为平静期与活跃期交替出现的特征2。 我国自 1966 年邢台地震以来， 开展了全国规模的地震监测和预报研究工作，并发展了测震、电磁、形变和地下流体等
15、 4 大学科为主体的地震监测预报方法，积累了大量与地震孕育相关联震例， 其中地震电磁学方法已经发展成为我国地震监测预报的有效手段之一。迄今，我国已建成了大规模、规范化的地面地震电磁监测台网，但由于客观条件限制，我国较大范围的地震活动带是地面电磁监测台网的空白区域，如青藏高原绝大部分地区。另外，长期的地面观测表明地震前兆异常时空演变十分复杂，地面观测不能获得连续的前兆异常时空的演化图像，对于准确识别地震前兆信息存在困难。因此，针对地面观测现状与不足，迫切需要寻求新手段和新方法来提升地震监测预报技术水平。近年来，国际上掀起了发展成都理工大学硕士学位论文 2空间对地电磁探测的热潮，2001 年以来，
16、俄罗斯、美国、法国、乌克兰等先后发射了地震电磁卫星，中国、意大利、日本也制定了地震电磁卫星计划。已有文献报道过许多已发射卫星观测到了地震的电离层前兆特征， 充分展示了卫星观测在地震监测预报中的巨大前景2。因此，基于我国防震减灾事业的需要，利用电磁卫星探测手段研究我国大陆地区地震期间的电离层变化是十分必要的。 1.2 地震电离层研究现状 近年来一些研究发现地震前地电、磁场异常现象甚为显著，说明地震过程并不只是局限于地球的岩石圈，地震在孕育期间产生的压磁效应、磁感应效应等可能引起电离层的异常变化3。 Barnes4发现美国阿拉斯加（Alaska）大地震时，电离层出现异常扰动现象。这是第一次提出地震与电离层的扰动两者之间可能存在某种联系。Antsilevch5最早将电离层参数作为地震前兆，他研究发现1966年塔什干（Tashkent）Ms 7.5地震震中上空的电离层E层电子密度有增加的现象。Puline
