научная статья по теме АНАЛИЗ СЕЙСМОИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ НА ЦЕПОЧКЕ ЯПОНСКИХ СТАНЦИЙ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ Геофизика

Текст научной статьи на тему «АНАЛИЗ СЕЙСМОИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ НА ЦЕПОЧКЕ ЯПОНСКИХ СТАНЦИЙ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ»

УДК 550.510.535

АНАЛИЗ СЕЙСМОИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ НА ЦЕПОЧКЕ ЯПОНСКИХ СТАНЦИЙ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

ИОНОСФЕРЫ © 2008 г. Л. П. Корсунова, В. В. Хегай

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, Троицк (Московская обл.) e-mail: lpkors@rambler.ru; hegai@izmiran.rssi.ru Поступила в редакцию 23.02.2007 г. После доработки 24.10.2007 г.

Рассмотрены сейсмоионосферные возмущения в параметрах ионосферных слоев F2 и ^-спорадического на цепочке японских станций вертикального зондирования в периоды, предшествующие сильным коровым землетрясениям с M > 6.5 за 1968—1992 гг. Полученная по выбранному ряду ионосферных станций зависимость времени появления возмущений в ионосферных параметрах от маг-нитуды землетрясения и эпицентрального расстояния для каждого конкретного землетрясения позволила отнести эти возмущения к среднесрочным предвестникам землетрясений. Принимая модель горизонтального радиально-изотропного распространения возмущения в ионосфере от проекции эпицентра назревающего землетрясения на высоты ионосферы, определена скорость кажущегося перемещения фронта возмущения. Сделан вывод о том, что выделенные нами сейсмоио-носферные возмущения следуют за расширяющейся на поверхности земли границей области подготовки землетрясения.

PACS: 91.30.Px; 94.20.dj; 94.20.Vv

1. ВВЕДЕНИЕ

В ряде работ, посвященных возмущениям в электронной концентрации области F ионосферы, предваряющим сильные землетрясения, рассматривалась протяженность этих возмущений по широте и долготе [Гайворонская, 1993; Депуе-ва и Ротанова, 2000; Калинин и др., 2002; Hobara and Parrot 2005]. В этих случаях возмущения появлялись практически одновременно на расстояниях около 1500 км. Для эпицентров землетрясений на широтах ф < 30°N преобладали, в основном, отрицательные возмущения. Наблюдения со спутников свидетельствуют о воронкообразном понижении электронной концентрации (около 25% и более) в эпицентральной области, достигающем нескольких тысяч километров в поперечнике [Пулинец и др., 1991; Гайворонская, 1993; Депуе-ва и Ротанова, 2000]. Время упреждения землетрясения составляет 1—4 сут. С другой стороны, в работе [Калинин и др., 2002] указывается на появление перемещающихся крупномасштабных структур в области F с повышенной электронной концентрацией такого же порядка величины за несколько дней до землетрясения. Скорости их перемещения оценены в (1.5—2.0) х 103 км/ч, длительность существования т приблизительно 3 ч, что близко к характеристикам атмосферных гравитационных волн (АГВ). Направление перемещения — от очага землетрясения к периферии,

что позволяет отнести их к среднесрочным предвестникам землетрясений [Гуфельд и Гусев, 1998].

По наблюдениям спорадического слоя E на ряде среднеширотных станций сделан вывод [Ли-перовская и др., 1998], что процессы подготовки землетрясений воздействуют и на нижнюю ионосферу на значительном удалении от эпицентра (до 1000 км). По мнению авторов [Липеровская и др., 1998], сейсмические эффекты в Es на таких расстояниях обусловлены распространением длинно-периодных АГВ, генерируемых в очаге землетрясения. Однако длительные наблюдения ионосферы и естественного импульсного электромагнитного поля на Ташкентском геодинамическом полигоне в 1974—1977 гг. хотя и выявили перед землетрясениями волновые возмущения, которые в сейсмически спокойные периоды не наблюдались, но источника АГВ обнаружено не было [Хусамидди-нов, 1983].

Квазипериодические колебания ионосферных параметров с т « 3 ч, частота появления которых возрастает в период подготовки землетрясений, были обнаружены многими исследователями [Липеровский и др., 1990; Гайворонская и Зелено-ва, 1990; Попов и др., 1996; Корсунова и др., 1999]. В работах [Корсунова и Хегай, 2005; Korsunova and Khegai, 2006] также указывалось, что перед землетрясениями с M > 6 на эпицентральных расстояниях R < 900 км по данным ст. Кокубунжи вы-

деляются 2—3-часовые "всплески" в частотных параметрах слоев Es и F2, превышающие стандартное отклонение. Вопрос о природе таких возмущений по-прежнему остается открытым. Исследование ионосферных возмущений с т « 2—3 ч в период подготовки мощных землетрясений по одновременным наблюдениям на протяженной цепочке ионосферных станций позволяет решить вопрос об их возможном перемещении и, в некоторой степени, о природе их появления.

С этой целью были отобраны коровые землетрясения в Тихоокеанском регионе на ф > 30°N с глубиной очага h < 60 км и магнитудой M> 6.5, т.к. только для мощных землетрясений можно проследить эффекты в ионосфере на значительном удалении от эпицентра [Hobara and Parrot, 2005]. Параметры землетрясений для периода 1968— 1992 гг. взяты из каталога NOAA: National Geophysical Data Center — Eathquake Data c Web-сайта http://www.ngdc.noaa.gov/seg/hazard/earthqk.shtml, ионосферные данные за соответствующие годы из [Ionospheric..., 1968—1992]. Более ранний период наблюдений по сравнению с работой [Корсу-нова и Хегай; 2005] выбран в связи с тем, что именно для этих лет имелся наиболее полный набор ежечасных ионосферных данных: как критических частот ионосферных слоев, так и значимых для нашего метода исследования частоты экранирования fbE s и действующей высоты спорадического слоя h'Es. Рассматривались одновременные наблюдения на станциях: Вакканаи (45.4°N, 141.7°E), Акита (39.7°N, 140.1°E), Коку-бунжи (35.7°N, 139.5°E), Ямагава (31.2°N, 130.6°E), Окинава (26.3°N, 127.8°E). Для контроля использовались также /-графики и hXO-записи указанных станций.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Выделение сейсмоионосферных возмущений в период подготовки землетрясений только по одной критической частоте слоя F2 на значительном расстоянии от эпицентра представляется затруднительным, так как в этом случае величина возмущений не превышает двадцатипроцентный уровень суточной изменчивости ионосферы. Проведенный недавно статистический анализ для 184 землетрясений с M > 5 на о. Тайвань [Liu et al., 2006] показал, что для землетрясений с M > 5.4 только на R < 150 от эпицентра можно достаточно уверенно выделять сейсмоионосферные возмущения в /oF2 с длительностью т > 2 ч и заблаговременностью 1—5 сут, в отсутствие сильных геомагнитных возмущений. Именно поэтому в нашем исследовании используются одновременные измерения параметров как регулярного слоя F2, так и спорадического слоя E .

Известно, что в спорадическом слое E перед землетрясениями, помимо увеличения предель-

ной частоты отражения, отмечается ряд специфических эффектов: резкие скачки частоты экранирования, увеличение диапазона полупрозрачности, появление диффузных отражений [Хусамиддинов, 1983; Липеровская и др., 1994; Корсунова и др., 1999; Липеровская и др., 2000; Ondoh, 2003]. Однако ни один из этих эффектов не является универсальным, наблюдаемым для всех землетрясений определенного класса. Поэтому мы уделили основное внимание изменениям высоты E перед землетрясениями. Действующие высоты спорадического слоя E на средних широтах довольно стабильны в дневные и ночные часы и составляют 100—110 км [Чавдаров и др., 1975]. Анализ, проведенный нами, показал, что за несколько суток до землетрясения появляются спорадические образования на значительно больших высотах, превышающих соответствующие медианные значения на 10 км и более. На рис. 1 приведены гистограммы распределения действующих высот h'Es для моментов появления "высоких" спорадических слоев (нижние панели) и медианных значений для тех же часов, но в сейсмоспокойные периоды (верхние панели). Высоко расположенные спорадические слои были обнаружены перед всеми исследованными в работах [Корсунова и Хегай, 2005; Korsunova and Khegai, 2006] землетрясениями. Кроме того, они обычно сопровождаются 2-3-часовыми "всплесками" в отклонениях частотных параметров Es и FZ-слоев в течение одного и того же суточного интервала наблюдений. Все это позволило отнести указанные особенности в изменениях параметров ионосферных слоев к предполагаемым предвестникам готовящихся землетрясений.

Для того чтобы считать ионосферные возмущения, предваряющие землетрясения, их предвестниками, необходимо подтвердить присутствие таких аномальных явлений и для другого набора землетрясений, не вошедших в исследованную ранее группу. С этой целью для каждого из отобранных вновь землетрясений в период его подготовки анализировались данные одновременных измерений параметров E- и FZ-слоев на всей цепочке японских станций вертикального зондирования ионосферы.

На первом этапе исследования находились отклонения ежечасных значений параметров ионосферных слоев от медианных значений, как и в работе [Корсунова и Хегай: 2005]: A/0F2 = foF2 — /oF2)m; A/oEs = /oEs — /oEs)m; A/bEs = /bEs — (/bEs)m, M'ES = = h'Es — (h'Es)m. Для частотных параметров вычислялись относительные величины отклонений: A/oEy/oEX; kfbEJ(/bEs)m'; tfoF2//oF2)m. Рассматриваемый период времени до момента землетрясения составлял от 7 до 30 сут в зависимости от удаления станции (R, км) от эпицентра землетрясения: R < r, (r < eM, где r — радиус зоны подготовки в км). Более длительный анализируемый промежуток времени по сравнению с работой [Корсунова и

n i/^день 1.0Г

0.8

N = 37

день

0.6

0.4

0.2

ni/Nночь 1.0 г

N = 17

ночь

0.8

0.6

0.4

0.2

-1-1-1-1—

100 120 140 160 180 200 100 120 140 160 180 200

(h'Es)M

. км

(h,Es)медиана, км

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

1.0 г

0.8

0.6

0.4

0.2

-1-1—

100 120 140 160 180 200 100 120 140 160 180 200

(h'Es)

предвестники:

, км

(h'Es)

предвестники

, км

Рис. 1. Гистограммы распределения действующих высот слоя Е5 для медианных значений (верхние панели а, б) и случаев появления предполагаемых предвестников землетрясений (нижние панели в, г).

б

а

0

в

г

0

Хегай; 2005] связан с выбором более мощных землетрясений. Для наиболее мощного землетрясения 26.05.1983 г. с М = 7.8 он был увеличен до 40 сут для близлежащих станций.

Идентификация предвестников производилась по определенному набору морфологических признаков, которые можно описать следующим образом:

1. В исследованном временном интервале фиксировалось время появления аномально высок

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком