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刘海涛等-JGR:电离层对尼泊尔廓尔喀Mw 7.8级地震的响应
2017-09-19 | 作者:科技处 | 【 】【打印】【关闭

地球岩石圈中能量的剧烈释放可以引起大的地震,会给人类生产生活造成极大的影响。如此剧烈的能量释放是否会向上影响到大气层与电离层形成可观测的扰动,空间物理学观测可以给出解释。地震后,地面的大范围垂直波动(厘米量级),在适当条件下将向上耦合至大气层形成大气波动,但现有的观测手段很难对如此小的中性大气扰动进行直接的有效观测。然而耦合的大气波动中的某些频率成分,可以在合适的条件下,向上穿过对流层,平流层,到达高度在50公里以上的电离层。这种地震引起的波动,在电离层经由中性成分与电离成分的耦合,可以被各种空间物理仪器探测到,这便是同震电离层扰动(Coseismic Ionospheric Disturbances CIDs)。

在以往的CID研究中,大部分事例研究是基于海洋地震。中科院地质地球所地球与行星物理院重点实验室博士生刘海涛等使用电离层电子浓度总含量(Total Electron ContentTEC)数据,研究了一个陆地地震(2015425日尼泊尔廓尔喀Mw 7.8级地震)所引起CIDs的详细传播过程,发现了该地震引起的CIDs在传播方向上具有明显的各向异性不对称,并结合多台地震仪的数据,分析了这一传播现象的可能原因。

在地震发生7分钟之后,通过电离层TEC观测,他们发现距离震中1800公里范围内出现不同尺度的电离层CID扰动。扰动幅度~0.3 TECuTEC unit1 TECu=1×1016el/m2),周期2-12分钟,速度从500 m/s 2.3 km/s(图1)。速度在~500 m/s以内的CIDs主要由地震激发的重力波引起,集中出现在震中以南600公里和震中以北700公里两个区域;而速度在700-1400 m/s左右的CIDs主要由地震激发的声波引起,在各个方向均可发现,与重力波引起的CIDs相比,声波引起的CIDs传播距离短,衰减快。第三种扰动是瑞利面波引起的CIDs。这是由沿地表传播的瑞利波激发大气波动、波动垂直上传到电离层高度引起的扰动,观测表明其传播速度在2-3 km/s之间,且集中在在震中以东地区被观测到,最远传播到震中以东1800km的距离。

  1 尼泊尔地震后,不同方向、不同频段的同震电离层扰动分布图  

针对瑞利面波引起的CIDs的各向异性传播,他们分析了地震台记录的地表垂直位移数据,发现地表垂直位移与远场CIDs幅度均表现出震中以东较其他区域显著的特点(图2)。二者之间良好的相似性说明可以通过电离层中对地震的响应,了解地面震动的信息。该研究完整地描绘了电离层对地震的响应,为岩石圈大气层电离层的耦合提供进一步证据。

  2 瑞利面波引起的同震电离层扰动方向性分布(上)与地震台记录的地表垂直运动幅度方向性分布(下)的对比

上述研究成果近期发表于国际著名地球物理期刊Journal of Geophysical Research: Space PhysicsLiu et al. Ionospheric Response Following the Mw 7.8 Gorkha Earthquake On 25 April 2015. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2017, 122: 6495-6507)。 

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