Способ идентификации ионосферных предвестников землетрясений по данным зондовых спутниковых измерений Российский патент 2018 года по МПК G01V1/00 G01V9/00 

Изобретение относится к сейсмологии, а именно к идентификации ионосферных предвестников землетрясений по данным зондовых спутниковых измерений.

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.).

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.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение достоверности идентификации физической природы процесса посредством определения его характерных признаков.

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.

Заявленный способ проиллюстрирован следующими фигурами.

Фиг. 1 - распределения отклонения критической частоты от невозмущенного значения за двое суток до землетрясения,

Фиг. 2 - распределения отклонения критической частоты от невозмущенного значения за сутки до землетрясения,

Фиг. 3 - распределения отклонения критической частоты от невозмущенного значения на следующие сутки после землетрясения.

На Фиг. 1-3 звездочкой обозначен эпицентр землетрясения.

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.

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 = 10^0.43M (км), где М - магнитуда землетрясения, в то время как отклонения электронной концентрации во время геомагнитных бурь носят глобальный характер.

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.

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.

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.

Процесс прогноза осуществляется следующим образом.

Проводится непрерывный мониторинг критической частоты и рассчитывается разница между средним распределением критической частоты за предыдущие 5 суток и текущим распределением (Фиг. 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.

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.

В случае подтверждения по крайне мере 3 из четырех вышеназванных признаков делается вывод, что зарегистрирован ионосферный предвестник землетрясения.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для идентификации ионосферных предвестников землетрясений по данным зондовых спутниковых измерений. Сущность: регистрируют ионосферный предвестник 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. Технический результат: идентификация ионосферных предвестников землетрясений. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ идентификации ионосферных предвестников землетрясений по данным зондовых спутниковых измерений, включающий 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае ионосферного предвестника температура электронов должна или понижаться, или может незначительно повышаться.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что радиус зоны подготовки землетрясения равен R=10^0.43M (км), где М - магнитуда землетрясения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что средняя масса ионов понижается вследствие увеличения концентрации легких ионов H⁺ и He⁺.