Эффекты землетрясений в вариациях полного электронного содержания ионосферы

• Автор: Золотов, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Мурманск
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Проблема обнаружения и выявления свойств ионосферных предвестников землетрясений (обзор)
1.1. Волновые и плазменные аффекты
1.2. Ионосферные предвестники землетрясений в вариациях
полного электронного содержания
1.3. Физические механизмы формирования предвестников землетрясений
в полном электронном содержании ионосферы
1.4. Заключение к Главе
Глава 2. Поиски предвестников землетрясений в вариациях
полного электронного содержания ионосферы
2.1. Получение невозмущённой фоновой вариации
2.2. Вариации ПЭС ионосферы перед землетрясением 8 января 2006 г.,
М„6.8, Китира. Южная Грецня
2.3. Вариации ПЭС ионосферы перед землетрясением 25 сентября 2005 г.,
М„7.5, Перу
2.4. Вариации ПЭС ионосферы перед землетрясением 12 января 2010 г.,
Ми7.0, Гаити
2.5. Вариации ПЭС ионосферы перед землетрясениями 1 января 2011 г.,
М«7.0, Аргентина и 2 января 201 1 г., Мц7.1. Чили
2.6. Вариации ПЭС ионосферы перед землетрясением 11 марта 2011 г.,
М„9.0, Япония
2.7. Вариации ПЭС ионосферы перед землетрясением 23 октября 2011 г.,
М„7.1, Турция
2.8. Вариации ПЭС ионосферы перед землетрясением 15 января 2009 г.,
М«7.4, Курильские острова
2.9. Вариации ПЭС ионосферы перед землетрясением 13 ноября 2006 г..
М«6.8. Аргентина
2.10. Вариации ПЭС ионосферы перед землетрясением 26 февраля 2005 г.,
М«6.8, Индонезия
2.11 Исследование зависимости вычисленных относительных возмущений
ПЭС ионосферы от ширины окна сглаживания
2.12. Заключение к Главе

Глава 3. Численное моделирование вариаций полного электронного
содержания ионосферы, создаваемых сейсмогенными источниками
(процессами подготовки землетрясений)
3.1 Физический механизм формирования предвестников землетрясений
в полном электронном содержании ионосферы
3.2 Появление сейсмогенного электрического поля в ионосфере
3.3 Модель верхней атмосферы Земли (JAM (Upper Atmosphere Model)
3.4 Моделирование возмущений ПЭС ионосферы методом возмущений электрического потенциала
3.4.1 «Синтетический» модельный случай
3.4.2 Моделирование вариаций ПЭС перед конкретными землетрясениями методом возмущений электрического потенциала
3.4.2.1 Землетрясение 8 января 2006 г., Китира (Южная Греция)
3.4.2.2 Землетрясение 26 сентября 2005 г., Перу
3.4.2.3 Заключение к п. 3.4 Главы
3.5 Моделирование сейсмогенных возмущений ПЭС ионосферы путём задания вертикальных электрических токов,
текущих между Землёй и ионосферой над разломами
3.5.1 Моделирование сейсмогенных возмущений ПЭС ионосферы путём задания вертикальных электрических токов перед Ми7.0 землетрясением
12 января 2010 г., Гаити
3.5.2 Заключение к п. 3.5 Главы 3
3.6 Заключение к Главе
Заключение
Список литературы

Введение
Диссертационная работа посвящена исследованию возмущений в полном электронном содержании (ПЭС, англ. ТЕС - Total Electron Content) ионосферы в периоды подготовки сильных сейсмических событий (землетрясений).
Актуальность проблемы. Задача прогноза землетрясений, будучи чрезвычайно важной из-за огромного количества человеческих жертв в результате сильных сейсмических событий и их влияния на инфраструктуру и среду обитания человека, до настоящего времени не решена. Изначально надежды на ее решение связывались с наращиванием традиционных для сейсмологии средств наблюдений, таких как сети сейсмических станций, а поиск предвестников землетрясений основывался на анализе записей сейсмографов, данных по деформациям земной коры, геохимическим параметрам, магнитным и электрическим полям и др. Отсутствие успехов в построении надёжной методики прогноза землетрясений традиционными средствами мониторинга сейсмической активности привело к пониманию необходимости междисциплинарного подхода.
Неотъемлемой частью задачи прогноза землетрясений является обнаружение их предвестников, в том числе в параметрах ионосферной плазмы, реагирующей на воздействия «сверху» - от Солнца и околоземного космоса, — и «снизу» -от особенностей тропосферной циркуляции, рельефа местности, тайфунов, циклонов, извержений вулканов, цунами, землетрясений, техногенных катастроф. Реакция ионосферы на изменения солнечной и геомагнитной активности проявляется преимущественно в виде геомагнитных бурь и суббурь, перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) и внезапных ионосферных возмущений (ВИВ).
В последние годы появилось множество работ, посвящённых исследованию аномальных вариаций ПЭС (полное электронное содержание — количество электронов, содержащихся в столбе единичного сечения с основанием у поверхности Земли и до высоты пролёта спутника или некоторой эталонной высоты) ионосферы в качестве возможных предвестников землетрясений. Всплеск публикаций связан с развитием сети наземных приёмников сигналов спутников навигационных систем (ГЛОНАСС-Глобальная Навигационная Спутниковая Система, GPS - Global Positioning System), обеспечивающих радиопросвечивание ионосферы на частотах 1.2 ГГц и 1.5 ГГц, непоявлением в 1998 г. глобальных карт ПЭС ионосферы, что позволило начать в них поиск особенностей, связанных с протекающими в литосфере процессами подготовки сильных сейсмических событий. Обобщение результатов исследований морфологических

Глава 2. Поиски предвестников землетрясений в вариациях полного электронного содержания ионосферы
В настоящей главе приведены результаты исследований морфологических особенностей аномальных вариаций ПЭС (полного электронного содержания) ионосферы поданным наземных и спутниковых средств наблюдений (в основном, навигационных спутников GPS/GLONASS и сети наземных приёмников их сигналов) перед сильными землетрясениями на примере ряда конкретных сейсмических событий. В качестве начального приближения для поиска сейсмо-ионосферных предвестников землетрясений рассматривался приведённый в п. 1.2 Главы 1 набор признаков (1)-(6).
Для систематического анализа вариаций ПЭС ионосферы в периоды подготовки сильных землетрясений необходимо не только накопление первичного фактического материала, но и представление о физических механизмах осуществления связи системы «литосфера-атмосфера-ионосфера», что позволяет не только объяснять и выделять сейсмо-ионосферные вариации ПЭС на фоне других — не сейсмической природы -возмущений, но и предсказывать некоторые их свойства. В настоящей работе в части физической интерпретации наблюдаемых возмущений ПЭС ионосферы мы исходим из электромагнитного механизма осуществления литосферно-ионосферного взаимодействия, а именно дрейфа плазмы Г'2-области в скрещенных магнитном и электрическом полях. Особое внимание при этом уделяется магнитной сопряжённости эффектов (как следствию эквипотснциальности силовых линий магнитного поля). Болес подробное обсуждение возможных физических механизмов осуществления связи система «литосфера - ионосфера» представлено в Главе 3.
2.1. Получение невозмущённой фоновой вариации
Для количественной оценки геомагнитной активности и выявления геомагнитных возмущений, происходящих перед, во время или после исследуемых сейсмических событий мы анализировали индексы геомагнитной активности. Для анализа нами были выбраны следующие индексы: к,„ а,„ Dsh АЕ [Bartels et al., 1939; Sugiura, 1964; Davis and Sugiura, 1966; Брюнелли и Намгаладзе, 1988].
kp индекс — трехчасовой квазилогарифмический планетарный индекс, полученный как среднее значений К-ипдексов, по данным наблюдений 13 субавроральных станций (расположенных между 44° и 60° северной и южной геомагнитных шпрот). Характеризует возмущения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, принимает значения Оо, 0+, 1-, lo, 1+, 2-, 2о, 2+, ... , 8о, 8+, 9-, 9о. Точность публикуемых значений равна 1/3,