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.