基於舒曼諧振監測地震前兆異常機理研究

《基於舒曼諧振監測地震前兆異常機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由於海雁擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於舒曼諧振監測地震前兆異常機理研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：于海雁

項目摘要

大地震前存在電離層前兆現象已經被眾多研究成果所證實。地球電離層空腔中由於雷電激發形成的舒曼諧振波在大地震前被發現存在異常現象，日本學者對該現象進行了統計研究，認為舒曼諧振異常與陸地地震具有良好的對應性，並對舒曼諧振異常現象的產生給出了假設機理，認為舒曼諧振異常與地震電離層前兆有關。本項目通過採用FDTD仿真地球電離層波導中舒曼諧振波的傳播，仿真電離層電導率不規則體對舒曼諧振傳播特性的影響。通過研究全球雷暴源產生的舒曼諧振波在波導中的傳播和散射，建立震前舒曼諧振異常機理模型。對電磁建模仿真結果與實測數據進行對比研究，驗證震前舒曼諧振異常的產生機理假設。研究成果可以為地震電離層前兆監測提供學有效的監測方法，同時為基於舒曼諧振的監測方法提供科學的布站方法。

結題摘要

地震相關的舒曼諧振(Schumann Resonance, SR)異常現象在2005年首次被日本學者發現，該現象引起了舒曼諧振研究者的關注。舒曼諧振波是地球和電離層波導中傳輸的超低頻電磁波，電離層參數變化必然會修正舒曼諧振波的傳播，因此舒曼諧振常被套用於監測太陽質子事件、X射線輻射等電離層擾動事件。本項目結合地震電離層耦合機理，採用時域有限差分（FDTD）方法，對地震引起的電離層擾動與舒曼諧振異常關係進行了仿真研究，討論了白天-黑夜非對稱電離層、突發電離層擾動等非對稱結構對舒曼諧振波的傳播的影響，得出如下主要結論：1. 本地電離層擾動對本地舒曼諧振的電場和磁場均產生影響，但電場變化明顯突出於磁場變化；2. 任何位置的電離層擾動產生的電離層非對稱結構都將對全球舒曼諧振產生影響，但電離層擾動的尺度不同，對不同位置的舒曼諧振的階次和幅度產生不同的影響。當電離層擾動尺度較小時，僅擾動區本地舒曼諧振電場產生明顯變化。當電離層擾動尺度為中尺度時（擾動半徑為1000km）左右時，本地低階舒曼諧振電場和高階磁場都將產生明顯的變化，遠離擾動區的舒曼諧振也發生明顯的變化，但變化的階次與源、擾動區、接收站之間的位置關係有關，這與現有公開發表文獻中的觀測數據一致；當電離層擾動尺度進一步增大時，舒曼諧振異常在全球範圍上的變化尺度都有明顯的增加，但通常情況下，地震前兆很難達到大尺度的電離層擾動。3. 在輻射源位置和幅度不變的條件下，固定接收站位置而僅改變電離層非對稱結構，可以發現源與非對稱結構的相對位置關係對接收信號的幅度有很大的影響，分析其原理認為，舒曼諧振是全球尺度上的干涉效應，電離層非對稱結構的變化使得舒曼諧振正向傳播與反向傳播路徑上的傳播參數產生變化，從而必然影響接收站位置兩路傳播信號產生的干涉效應。這也解釋了任何電離層擾動都能引起全球任意位置的舒曼諧振參數變化的原因。4. 結合2011年日本東海大地震震例分析，進一步驗證了舒曼諧振可以用於大地震電離層擾動的觀測分析。