【摘 要】
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我国是世界上地震灾害最严重的国家之一,汶川、芦山等大地震给人民生命财产带来巨大损失。目前我国已建成多学科地震前兆观测台网,大量地震前兆观测研究发现,地震电磁异常是最敏感的短临地震前兆之一。随着卫星观测技术的发展,地震电磁观测延伸到了电离层,特别是我国张衡一号电磁卫星发射成功后,电离层地震电磁异常研究已成为研究的热点。地震电磁异常具有强干扰背景、弱变化信息的特点,建立强干扰背景,有利于准确识别提取地
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我国是世界上地震灾害最严重的国家之一,汶川、芦山等大地震给人民生命财产带来巨大损失。目前我国已建成多学科地震前兆观测台网,大量地震前兆观测研究发现,地震电磁异常是最敏感的短临地震前兆之一。随着卫星观测技术的发展,地震电磁观测延伸到了电离层,特别是我国张衡一号电磁卫星发射成功后,电离层地震电磁异常研究已成为研究的热点。地震电磁异常具有强干扰背景、弱变化信息的特点,建立强干扰背景,有利于准确识别提取地震引起的弱变化信息,对于地震电磁异常研究具有重要意义。电离层磁场随季节、地方时和空间位置的不同而发生变化,因此,建立电离层磁场背景场要充分考虑上述因素。对于太阳同步轨道卫星,因其在全球观测仅有昼、夜两个固定地方时,通常针对地震影响区域内各个网格,建立不同季节的昼、夜侧背景场,而Swarm卫星是非太阳同步轨道卫星,卫星飞过地面的地方时是不断变化的,传统的昼、夜侧背景场不能反映真实的时变背景。为去除地方时的影响,通常采用地方时变化较小的单轨道数据叠加,作为整条轨道（100°纬度跨度）的背景场,虽然考虑了地方时的变化,却降低了背景场的空间分辨率。针对Swarm卫星地方时变化以及单轨道背景场引入空间分辨率降低的问题,本文提出建立地震影响区域内各个网格的季节性时变背景场,为提取震前异常奠定背景数据基础。Swarm卫星测量地磁场,主要包括主磁场、岩石圈磁场和变化场,为提取地震引起的微弱磁变化,对卫星磁场数据进行模型磁场计算及变分模态分解等预处理,去除模型磁场和地磁活动的影响。在此基础上,将地震影响区域时空网格化,采用各时空网格内Swarm卫星磁场数据能量的中值作为背景值,建立时间分辨率为1小时的时变背景场。对2020年牙买加地震基于时变背景场提取Swarm卫星磁场震前异常,利用滑动四分位设定阈值,提取震前异常轨道,将时变背景场与昼、夜侧背景场提取异常的阈值对比,时变背景场有利于准确识别提取磁场数据中的震前异常。对震前异常轨道数目进行时间累计,异常轨道累计在震前50天出现加速增长,为排除该结果的偶然性,与随机地震对比,随机地震的异常轨道累计在震前几乎呈现线性增长,验证了震前异常的有效性。为进一步分析震前异常出现的原因,利用岩石层-大气层-电离层多参量进行震前异常累计结果综合对比,各圈层出现异步时间异常,推测主震前微破裂产生ULF电磁扰动,从而引发电离层异常,微破裂的同时产生流体地下运动,引起大气层异常,而岩石层的异常可能与断层的黏滑过程中存在的2次失稳有关,多圈层多参数的异常可能与牙买加地震的孕育有关。为分析全球大地震的震前异常特征,分别以地震当天和震中位置作为时空零点,利用时序叠加分析方法,对2017年1月至2020年6月期间全球发生的7级以上大地震,进行震前异常时空统计及显著性分析,发现:（1）时间统计结果表明,在1%的显著性水平上,时变背景场提取的异常轨道数目在震前54天、41天和20天增多。（2）空间统计结果表明,每平方公里内网格异常轨道数目几乎与震中距离成反比,这一结果与越靠近震中,地震引起的电离层扰动越大的结论相符,验证了本文基于时变背景场提取震前异常这一算法的有效性。
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