RU2666167C1 - Method of identification of ionospheric earthquake precursors according to probe satellite measurements - Google Patents
Method of identification of ionospheric earthquake precursors according to probe satellite measurements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666167C1 RU2666167C1 RU2017138294A RU2017138294A RU2666167C1 RU 2666167 C1 RU2666167 C1 RU 2666167C1 RU 2017138294 A RU2017138294 A RU 2017138294A RU 2017138294 A RU2017138294 A RU 2017138294A RU 2666167 C1 RU2666167 C1 RU 2666167C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ionospheric
- earthquake
- probe
- ions
- electron
- Prior art date
Links
- 239000002243 precursor Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000005433 ionosphere Substances 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000011527 multiparameter analysis Methods 0.000 description 2
- -1 atomic oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/01—Measuring or predicting earthquakes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V9/00—Prospecting or detecting by methods not provided for in groups G01V1/00 - G01V8/00
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сейсмологии, а именно к идентификации ионосферных предвестников землетрясений по данным зондовых спутниковых измерений.The invention relates to seismology, in particular to the identification of ionospheric precursors of earthquakes according to probe satellite measurements.
Из уровня техники известны способы идентификации ионосферных предвестников, например известные из (Ю.В. Романовская, А.А. Намгаладзе «Ионосферные предвестники землетрясений: анализ измерений полного электронного содержания перед сильными сейсмическими событиями». 2005 г., Вестник МГТУ, том 17, № 2, 2014 г. Стр. 403-410, 403, С.А. Пулинец, Д. Узунов, «Спутниковым технологиям нет альтернативы. О проблеме мониторинга природных и техногенных катастроф». Труды института прикладной геофизики им. академика Федорова, Москва, 2011 г., С.А. Пулинец, Д.П. Узунов, А.В. Карелин, К.А. Боярчук, А.В. Тертышников, И.А. Юдин «Единая концепция обнаружения признаков подготовки сильного землетрясения в комплексной системе литосфера-атмосфера-ионосфера-магнитосфера». Гелиогеофизические исследования выпуск 6, 81–90, 2013, результаты исследований геофизических рисков). На сегодняшний день можно считать установленным тот факт, что перед сильным землетрясением над зоной его подготовки возникает крупномасштабная неооднородность электронной концентрации. Такие неоднородности могут регистрироваться практически всеми экспериментальными методами измерения электронной концентрации в ионосфере: наземным вертикальным зондированием, наземным наклонным зондированием, измерениями полного электронного содержания (ПЭС), вертикальным зондированием с борта ИСЗ, локальными датчиками на борту ИСЗ (зонд Лэнгмюра, емкостные зонды и др.). The prior art methods for identifying ionospheric precursors, for example, known from (Yu.V. Romanovskaya, A.A. Namgaladze “Ionospheric precursors of earthquakes: analysis of measurements of the total electron content before strong seismic events.” 2005, Vestnik MGTU, vol. 17, No. 2, 2014, pp. 403-410, 403, S. A. Pulinets, D. Uzunov, “There is no alternative to satellite technologies. On the problem of monitoring natural and man-made disasters.” Proceedings of the Academician Fedorov Institute of Applied Geophysics, Moscow, 2011, S.A. Pulinets, D.P. Uzunov, A.V. Ka Relin, K. A. Boyarchuk, A. V. Tertyshnikov, I. A. Yudin “A Unified Concept for Detecting Signs of Preparing a Strong Earthquake in the Integrated System of the Lithosphere – Atmosphere – Ionosphere – Magnetosphere.” Heliogeophysical Studies Issue 6, 81–90, 2013, geophysical risk research results). Today, it can be considered established that before a strong earthquake over the zone of its preparation, a large-scale inhomogeneity of the electron concentration occurs. Such inhomogeneities can be detected by almost all experimental methods of measuring the electron concentration in the ionosphere: ground-based vertical sounding, ground-based oblique sounding, measurements of the total electron content (TEC), vertical sounding from the satellite, local sensors on board the satellite (Langmuir probe, capacitive probes, etc.). )
Недостатком указанных способов является то, что подобные неоднородности могут формироваться в ионосфере во время сильных геомагнитных возмущений (геомагнитных бурь). Таким образом, возникает задача, как отличить неоднородности в ионосфере разной природы. The disadvantage of these methods is that such inhomogeneities can form in the ionosphere during strong geomagnetic disturbances (geomagnetic storms). Thus, the problem arises of how to distinguish heterogeneities in the ionosphere of different nature.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение достоверности идентификации физической природы процесса посредством определения его характерных признаков.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of identification of the physical nature of the process by determining its characteristic features.
Заявленный технический результат достигается за счет создания способа идентификации ионосферных предвестников землетрясений по данным зондовых спутниковых измерений, который включает регистрацию ионосферных предвестников в случае подтверждения, по меньшей мере, трех из следующих признаков: появление ионосферных аномалий локально над зоной подготовки землетрясения, изменение знака отклонения электронной концентрации от невозмущенного значения, изменение температуры электронов, измеряемой при помощи зондовых приборов, понижение средней массы ионов, зафиксированной масс-спектрометром ионов.The claimed technical result is achieved by creating a method for identifying ionospheric precursors of earthquakes according to probe satellite measurements, which includes recording ionospheric precursors if at least three of the following signs are confirmed: the appearance of ionospheric anomalies locally above the earthquake preparation zone, a change in the sign of deviation of the electron concentration from the unperturbed value, the change in the temperature of the electrons, measured using probe devices, lowering Independent user ion mass, recorded by the mass spectrometer ion.
Заявленный способ проиллюстрирован следующими фигурами.The claimed method is illustrated by the following figures.
Фиг. 1 - распределения отклонения критической частоты от невозмущенного значения за двое суток до землетрясения,FIG. 1 - distribution of the deviation of the critical frequency from the unperturbed value two days before the earthquake,
Фиг. 2 - распределения отклонения критической частоты от невозмущенного значения за сутки до землетрясения,FIG. 2 - distribution of deviations of the critical frequency from the unperturbed value a day before the earthquake,
Фиг. 3 - распределения отклонения критической частоты от невозмущенного значения на следующие сутки после землетрясения. FIG. 3 - distribution of the deviation of the critical frequency from the unperturbed value on the next day after the earthquake.
На Фиг. 1-3 звездочкой обозначен эпицентр землетрясения. In FIG. 1-3 asterisk indicates the epicenter of the earthquake.
Предлагаемый способ осуществляется путем идентификации природы ионосферных аномалий путем измерения допольнительных параметров ионосферы, а не только электронной концентрации. Именно многопараметрический анализ позволяет решить проблему идентификации ионосферных предвестников. С этой целью необходимо провести анализ морфологических характеристик ионосферных предветников землетрясений и эффектов геомагнитных бурь в ионосфере. The proposed method is carried out by identifying the nature of the ionospheric anomalies by measuring additional parameters of the ionosphere, and not just the electron concentration. It is multi-parameter analysis that allows us to solve the problem of identifying ionospheric precursors. For this purpose, it is necessary to analyze the morphological characteristics of the ionospheric precursors of earthquakes and the effects of geomagnetic storms in the ionosphere.
В первую очередь необходим анализ поведения ионосферных аномалий в пространстве и во времени. Основным признаком ионосферных аномалий, связанных с землетрясениями, является их локальный характер. Они появляются только над зоной подготовки землетрясения, радиус которой равен R = 100.43M (км), где М - магнитуда землетрясения, в то время как отклонения электронной концентрации во время геомагнитных бурь носят глобальный характер.First of all, it is necessary to analyze the behavior of ionospheric anomalies in space and time. The main sign of ionospheric anomalies associated with earthquakes is their local character. They appear only above the earthquake preparation zone, the radius of which is R = 10 0.43M (km), where M is the magnitude of the earthquake, while the deviations of the electron concentration during geomagnetic storms are global.
Второй параметр, который подлежит проверке – вариации аномалии в местном времени. Вариации электронной концентрации перед землетрясением зависят от местного времени. Так в ночные часы обычно наблюдается положительная аномалия, тогда как в послеполуденное время – отрицательная. В то же время во время магнитной бури наиболее интенсивные продолжительные отрицательные отклонения электронной концентрации наблюдаются в ночное время.The second parameter to be checked is the variation of the anomaly in local time. Variations in electron concentration before an earthquake depend on local time. So at night, a positive anomaly is usually observed, while in the afternoon it is negative. At the same time, during a magnetic storm, the most intense continuous negative deviations of the electron concentration are observed at night.
И, наконец, многопараметрический анализ ионосферных параметров, в результате которого делается окончательное заключение о природе наблюдаемой аномалии в ионосфере. Было показано как экспериментально, так и с помощью численного моделирования, что во время геомагнитной бури наблюдается существенный рост (>2000 К) электронной температуры внутри отрицательной аномалии электронной концентрации, в то время как для сейсмо-ионосферной аномалии таких изменений электронной температуры не наблюдается. Мало того, достаточно регулярно над зоной подготовки землетрясения наблюдается понижение электронной температуры. And finally, a multi-parameter analysis of ionospheric parameters, as a result of which a final conclusion is made about the nature of the observed anomaly in the ionosphere. It was shown both experimentally and by numerical simulation that during a geomagnetic storm a significant increase (> 2000 K) in the electron temperature is observed inside the negative anomaly of electron concentration, while for the seismic-ionospheric anomaly, such changes in the electron temperature are not observed. Moreover, a decrease in the electron temperature is observed quite regularly over the earthquake preparation zone.
Вторым фактором, существенно отличающим ионосферные вариации перед землетрясением от таковых во время геомагнитной бури, является средняя масса ионов в области F ионосферы. Было обнаружено, что перед землетрясением над зоной его подготовки увеличивается концентрация легких ионов H+ и He+, в результате чего средняя масса ионов понижается. В то же время, во время ионосферной бури повышается концентрация молекулярных ионов NO+ и O2+ с одновременным уменьшением концентрации атомарных ионов кислорода O+, что приводит к увеличению средней массы ионов.The second factor that significantly distinguishes ionospheric variations before an earthquake from those during a geomagnetic storm is the average mass of ions in the F region of the ionosphere. It was found that before the earthquake over the zone of its preparation, the concentration of light H + and He + ions increases, as a result of which the average ion mass decreases. At the same time, during the ionospheric storm, the concentration of molecular ions NO + and O2 + increases with a simultaneous decrease in the concentration of atomic oxygen ions O + , which leads to an increase in the average ion mass.
Процесс прогноза осуществляется следующим образом.The forecasting process is as follows.
Проводится непрерывный мониторинг критической частоты и рассчитывается разница между средним распределением критической частоты за предыдущие 5 суток и текущим распределением (Фиг. 1-3).The critical frequency is continuously monitored and the difference between the average distribution of the critical frequency for the previous 5 days and the current distribution is calculated (Figs. 1-3).
Одновременно проводится анализ ионосферной изменчивости в глобальном масштабе путем построения разностных карт полного электронного содержания. Если наблюдаемая аномалия над зоной подготовки землетрясения не отличается от отклонений электронной концентрации вдали от зоны, то мы имеем дело не с землетрясением, а с глобальным явлением в виде магнитной бури. Одновременно в течение суток наблюдается знак отклонения электронной концентрации от невозмущенного значения. Это отклонения должны быть положительными ночью и отрицательным в послеполуденные часы.At the same time, an analysis of the ionospheric variability on a global scale is carried out by constructing difference maps of the full electronic content. If the observed anomaly over the earthquake preparation zone does not differ from deviations of the electron concentration far from the zone, then we are dealing not with an earthquake, but with a global phenomenon in the form of a magnetic storm. At the same time, during the day, a sign of deviation of the electron concentration from the unperturbed value is observed. These deviations should be positive at night and negative in the afternoon.
И, наконец, с помощью зондовых приборов и масс-спектрометра ионов, установленных на спутнике, проводятся измерения электронной температуры и концентрации основных ионов. В случае ионосферного предвестника температура электронов должна или понижаться, или может незначительно повышаться (менее 1000 К). При этом должно иметь место повышение концентрации легких ионов, в результате чего средняя масса ионов должна понижаться.And finally, with the help of probe devices and an ion mass spectrometer mounted on a satellite, measurements of the electron temperature and the concentration of basic ions are carried out. In the case of the ionospheric precursor, the electron temperature should either decrease or may increase slightly (less than 1000 K). In this case, there should be an increase in the concentration of light ions, as a result of which the average mass of ions should decrease.
В случае подтверждения по крайне мере 3 из четырех вышеназванных признаков делается вывод, что зарегистрирован ионосферный предвестник землетрясения.In the case of confirmation of at least 3 of the four above-mentioned signs, it is concluded that the ionospheric precursor of the earthquake is registered.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138294A RU2666167C1 (en) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | Method of identification of ionospheric earthquake precursors according to probe satellite measurements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138294A RU2666167C1 (en) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | Method of identification of ionospheric earthquake precursors according to probe satellite measurements |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2666167C1 true RU2666167C1 (en) | 2018-09-06 |
Family
ID=63459931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017138294A RU2666167C1 (en) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | Method of identification of ionospheric earthquake precursors according to probe satellite measurements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2666167C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2256199C2 (en) * | 2003-05-14 | 2005-07-10 | Московский государственный университет леса | Method for predicting earthquake parameters |
| RU2332692C1 (en) * | 2006-11-21 | 2008-08-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) | Method of earthquake forecast |
-
2017
- 2017-11-03 RU RU2017138294A patent/RU2666167C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2256199C2 (en) * | 2003-05-14 | 2005-07-10 | Московский государственный университет леса | Method for predicting earthquake parameters |
| RU2332692C1 (en) * | 2006-11-21 | 2008-08-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) | Method of earthquake forecast |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| К.А.Боярчук и др. Единая концепция обнаружения признаков готовящегося сильного землетрясения в рамках комплексной системы литосфера - атмосфера - ионосфера - магнитосфера / Космонавтика и ракетостроение, 2012, N3(68), стр.21-31. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pulinets et al. | Correlation analysis technique revealing ionospheric precursors of earthquakes | |
| CN106021710B (en) | Satellite orbit abnormality recognition method before shake based on atmospheric ionization layer parameter | |
| Tian et al. | SKS splitting measurements with horizontal component misalignment | |
| Kaviris et al. | Observations of shear-wave splitting parameters in the Western Gulf of Corinth focusing on the 2014 Mw= 5.0 earthquake | |
| Riahi et al. | Time‐lapse analysis of ambient surface wave anisotropy: A three‐component array study above an underground gas storage | |
| Liu et al. | Shear wave anisotropy in the crust around the San Andreas fault near Parkfield: spatial and temporal analysis | |
| Zenhäusern et al. | Low‐frequency marsquakes and where to find them: Back azimuth determination using a polarization analysis approach | |
| Gregorič et al. | Radon as an earthquake precursor–methods for detecting anomalies | |
| Kolster et al. | Scalar magnetic difference inversion applied to UAV-based UXO detection | |
| Kappler et al. | An algorithmic framework for investigating the temporal relationship of magnetic field pulses and earthquakes applied to California | |
| Dyrda et al. | Application of the Schumann resonance spectral decomposition in characterizing the main African thunderstorm center | |
| Stanica et al. | Pre-seismic geomagnetic and ionosphere signatures related to the Mw5. 7 earthquake occurred in Vrancea zone on September 24, 2016 | |
| Fidani et al. | Electric and magnetic recordings by Chieti CIEN Station during the intense 2016–2017 seismic swarms in Central Italy | |
| Ryabinin et al. | Identification of earthquake precursors in the hydrogeochemical and geoacoustic data for the Kamchatka peninsula by flicker-noise spectroscopy | |
| Miklavčić et al. | Radon anomaly in soil gas as an earthquake precursor | |
| RU2666167C1 (en) | Method of identification of ionospheric earthquake precursors according to probe satellite measurements | |
| Planinić et al. | Searching for an earthquake precursor: temporal variations of radon in soil and water | |
| Vaupotič et al. | A radon anomaly in soil gas at Cazzaso, NE Italy, as a precursor of an ML= 5.1 earthquake | |
| Ageev et al. | Manifestation of solar–terrestrial rhythms in variations of the electrical conductivity of water | |
| Fidani et al. | A possible explanation for electric perturbations recorded by the Italian CIEN stations before the 2012 Emilia earthquakes. | |
| Tramutoli et al. | Robust satellite techniques for detecting preseismic thermal anomalies | |
| He et al. | Anomaly of the ionospheric electron density close to earthquakes: Case studies of Pu’er and Wenchuan earthquakes | |
| Rodionov et al. | Helicopter-borne magnetic, electromagnetic and radiometric geophysical survey in the western part of Austvågøya, Lofoten archipelago, Nordland | |
| Marfaing et al. | About the world-wide magnetic-background noise in the millihertz frequency range | |
| Connerney et al. | Gradient analysis of geomagnetic fluctuations in the Adirondacks |