地震引起的电离层中VLF人工源信号信噪比变化特征研究

VLF transmitter signal can penetrate into the ionosphere and even into the magnetosphere. Satellite observations have shown that earthquake would cause the signal to noise ratio disturbance of ionospheric VLF transmitter signal which means monitoring SNR of the VLF transmitter signal using satellite will become an effective method of remote sensing seismic ionospheric precursors. The SNR variation characteristics of ionospheric VLF transmitter signal before and after the earthquake and the main factor that affects the variation of SNR have not been fully clear yet. In this project, the DEMETER satellite observation would be used to do the earthquake cases statistical analysis. Meanwhile 3D full-wave modeling of transionospheric propagation of VLF transmitter signal would be constructed to simulate the SNR disturbance of ionospheric VLF transmitter signal induced by earthquake numerically and study the main factor that affects the variation of SNR. The expected results will contribute to a better understanding about the SNR variation of ionospheric VLF transmitter signal as well as the main factor that affects the variation of SNR. They will also lay good foundation for extracting earthquake precursors from satellite observations.

地面VLF人工源信号能够渗透进电离层乃至磁层，现有卫星观测证实地震能够引起电离层中VLF人工源信号信噪比变化，利用卫星监测VLF人工源信号信噪比变化可能发展成为一种地震电离层前兆遥感监测的有效手段。然而目前对地震前后电离层中VLF人工源信信号噪比变化特征以及影响信噪比变化的主要因素等尚不完全清楚。本项目将利用DEMETER卫星观测开展震例统计并建立地面VLF人工源信号渗透到电离层传播的三维全波计算模型进行震例仿真和数值模拟实验，研究地震引起的电离层中VLF人工源信号信噪比相对于非震背景的时空演化过程，探讨影响人工源信号SNR变化的主要因素。本项目的实施不仅有助于我们深入了解地震引起的VLF人工源信号信噪比变化特征及影响信噪比变化的主要因素，而且还可以为从卫星数据中提取地震空间电磁前兆信息提供一定的理论基础。

地面VLF人工源信号能够渗透进电离层乃至磁层，现有卫星观测证实地震能够引起电离层中VLF人工源信号信噪比变化，利用卫星监测VLF人工源信号信噪比变化可能发展成为一种地震电离层前兆遥感监测的有效手段。然而目前对地震前后电离层中VLF人工源信信号噪比变化特征以及影响信噪比变化的主要因素等尚不完全清楚。本项目利用DEMETER和CSES卫星观测数据开展卫星人工源信号信噪比变化的震例研究并建立地面VLF人工源信号渗透到电离层的三维全波传播计算模型研究了影响卫星人工源信号变化的主要因素。震例研究结果表明除2018年7月29日印尼龙目岛地震以外，其他几次强震的震前地基VLF人工源激发电场的信噪比（SNR）在震中上空均有明显的异常减小，而印尼龙目岛地震震前电场信噪比在震中上空异常增大。模拟结果显示地震引起低电离层电子密度增加的时候，卫星观测的VLF电场信噪比可能呈现异常减小，反之亦然，而电离层F层电子密度的变化不会影响卫星高度的人工源信号。此外，本项目还额外开展了玉树地震和汶川地震引起的地面VLF信号异常变化的观测研究及其影响机制的模拟研究。我们的研究结果表明强震发生前7天内，地面VLF接收机可能观测到夜间异常波动和晨昏时间偏移。模拟结果显示电离层电子密度的变化对地面观测的影响相对来说要小于电离层底部高度变化的影响，另外晨昏交替时间偏移也是由电离层高度改变所致。本项目的实施有助于我们深入了解地震引起的卫星及地面观测的VLF人工源信号变化特征及其主要影响因素，而且还为从卫星及地面数据中提取地震电磁前兆信息提供一定的理论基础。