地表深處的“躁動”，其實在高空也能“看到”。換個角度預(yù)測地震，“張衡一號”有多牛？！
巡天遙探“地動”，北川、爐霍、樂山、稻城，四川這4個地方，有了信息接收站……
位于四川北川的電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星工程三頻信標(biāo)接收站不久前正式建成，該站將與位于爐霍和樂山的接收站，以及明年建成的稻城接收站一起，通過接收衛(wèi)星信息，對我國南北地震帶上空的電離層進(jìn)行監(jiān)測，為大地震預(yù)測研究、預(yù)報實踐提供有價值的前兆信息
最近案例
●2010年4月14日青海玉樹7.0級地震
研究發(fā)現(xiàn)，4月13日震中南部存在電離層豎向電子總量異常增強
●2013年四川蘆山7.0級地震
地震前后，震中電離層豎向電子總數(shù)出現(xiàn)異常擾動，全球異常擾動存在自西向東移動趨勢，同時擾動存在赤道對稱現(xiàn)象
●2015年4月25日尼泊爾8.1級地震
在排除太陽、地磁活動及地球物理現(xiàn)象短時擾動影響以后，尼泊爾地震前電離層豎向電子總量值在4月23日表現(xiàn)出顯著的異常
其他方法
●地震前，有人會覺得電視、收音機(jī)、手機(jī)以及一些與電磁有關(guān)的設(shè)備效果不好，是大地震前磁場變化引起的，這就是電磁學(xué)科通過磁場的變化、密度的變化來預(yù)測地震
●觀測地殼形變可以通過地震前地殼發(fā)生變形程度、地應(yīng)力的變化程度及重力加速度的變化等來預(yù)測地震
●觀測地下流體則通過水溫、水位、水質(zhì)的變化及一些宏觀變化等預(yù)測地震
●測震學(xué)科則是通過對小地震的異常預(yù)測大地震，有的地震前，小震活動比較多，如海城地震前就有“小震鬧、大震到”的說法
近日，位于北川的電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星工程三頻信標(biāo)接收站正式建成。作為相關(guān)計劃所規(guī)劃的4個接收站之一，該站與位于爐霍和樂山的接收站，以及將于明年建成、位于稻城的接收站，都有一個共同的使命——通過接收衛(wèi)星信息，對我國南北地震帶上空的電離層進(jìn)行監(jiān)測，為大地震預(yù)測研究、預(yù)報實踐提供有價值的前兆信息。
電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星三頻信標(biāo)地面接收站是中國地震立體觀測體系的第一個天基平臺——“張衡一號”電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星在地面設(shè)置的接收站點。
地震，通常發(fā)生在看不到的地表之下；電離層，則處于地表幾十千米以外的空中。地震和電離層的變化之間存在何種關(guān)聯(lián)？監(jiān)測電離層能夠為地震的預(yù)測研究提供哪些有價值的信息？針對這些問題，記者采訪了川滇國家地震預(yù)報實驗場四川分中心副主任邱桂蘭。□四川日報全媒體記者黃大海
A
電離層是啥怎么會和地震有關(guān)系？
理解地震和電離層變化的關(guān)系，首先需要知道什么是電離層。
電離層，一般距離地面約60公里至1000公里，是地球大氣的一個電離區(qū)域，在太陽高能輻射、沉降粒子和宇宙線等輻射源作用下，該區(qū)域中性大氣發(fā)生電離而生成自由電子、離子和中性粒子等成分。
電磁與地震有什么關(guān)聯(lián)？地震是由地殼運動產(chǎn)生的一種自然現(xiàn)象，地殼運動能切割地球磁力線，或通過“摩擦起電”產(chǎn)生電磁輻射。
早在1965年，前蘇聯(lián)科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星電磁觀測在強地震前的異常現(xiàn)象，這一現(xiàn)象被隨后發(fā)射的多顆衛(wèi)星反復(fù)觀測到。21世紀(jì)以來，美國、法國、烏克蘭等國先后發(fā)射電磁衛(wèi)星，用于研究與地震、火山相關(guān)的電離層變化及其機(jī)理等。
目前，電離層擾動與地震的關(guān)系研究在國內(nèi)外已廣泛開展。并且大量研究結(jié)果表明，由地震引起的電離層異常變化確實存在，其中包括電磁場異常、等離子體溫度、密度變化等，強震發(fā)生前數(shù)天到數(shù)小時會發(fā)生電離層擾動，具有十分明顯的短臨特性。
B
已有案例地震前后電離層異常變化
在我國，地震—電離層耦合效應(yīng)研究起步稍晚，僅20年左右，目前仍處于震例研究的定性分析階段。其中，基于GPS電離層觀測較多。垂直電子總含量被廣泛應(yīng)用于臨震電離層擾動現(xiàn)象的監(jiān)測和研究，一些數(shù)值模擬理論還在不斷發(fā)展，也有很多具有代表性的研究案例：
2014年，研究人員利用全球電離層豎向電子總量數(shù)據(jù)和掩星探測電子密度剖面，分析2010年4月14日青海玉樹7.0級地震前電離層異常變化。研究發(fā)現(xiàn)，4月13日震中南部存在電離層豎向電子總量異常增強。
2014年，研究人員利用全球電離層豎向電子總量數(shù)據(jù)和國際參考電離層模型理論數(shù)據(jù)對比分析了2013年四川蘆山7.0級地震前后電離層異常變化。研究發(fā)現(xiàn)，蘆山地震前后震中電離層豎向電子總數(shù)出現(xiàn)異常擾動，全球異常擾動存在自西向東移動趨勢，同時擾動存在赤道對稱現(xiàn)象。
2016年，研究人員利用震中區(qū)域全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)站點數(shù)據(jù)和CODE全球電離層豎向電子總量數(shù)據(jù)分析2015年4月25日尼泊爾8.1級地震前后電離層豎向電子總量異常變化。研究表明，在排除太陽、地磁活動及地球物理現(xiàn)象短時擾動影響以后，尼泊爾地震前電離層豎向電子總量值在4月23日表現(xiàn)出顯著的異常。
C
存在局限需進(jìn)一步加強相關(guān)研究
雖然相關(guān)案例研究已經(jīng)證明地震與電離層擾動存在聯(lián)系，但地震究竟如何引起電離層擾動，學(xué)界有不同的看法。據(jù)邱桂蘭介紹，目前學(xué)界比較認(rèn)可的震前和同震電離層異常理論有異常電場模擬假說和聲重力波傳播理論。其中，聲重力波傳播理論是目前關(guān)于地震與電離層擾動的關(guān)系應(yīng)用的最廣、也得到了大多數(shù)研究者認(rèn)可的理論。
震動產(chǎn)生聲音，地震中產(chǎn)生的在空氣中傳播的聲波引起電離層擾動。“但這種理論無法解釋震前電離層擾動現(xiàn)象。”邱桂蘭介紹，很多研究都表明，地震前也會出現(xiàn)電離層擾動，但在地震孕育過程中很難產(chǎn)生像地震時那么強烈的破裂以及地面震動效應(yīng)，因此，這種理論也存在一定的局限性。
異常電場模擬假說認(rèn)為，地震孕育過程中地震破裂帶化學(xué)物質(zhì)激發(fā)累積，產(chǎn)生大氣電場異常，進(jìn)而疊加作用于電離層，引發(fā)震前電離層短臨特征和局地性異常。
“不論哪一種理論目前都還未得到驗證，但其前提都要建立在地震與電離層擾動存在一定聯(lián)系的基礎(chǔ)之上。”邱桂蘭介紹，我國在相關(guān)領(lǐng)域的研究起步晚，而地震預(yù)測研究對于四川的意義不言而喻，因此必須加快相關(guān)方面的研究。
D
地震預(yù)測四川處于比較靠前位置
相比于通過監(jiān)測電離層研究地震，以往地震預(yù)測是通過地面設(shè)備采集信息完成的，監(jiān)測的內(nèi)容以及所涉及的學(xué)科包括地殼形變、地下流體、電磁學(xué)科、測震學(xué)科等。“總的來說，我國的地震預(yù)測還是以多學(xué)科相結(jié)合的綜合預(yù)測為主。”邱桂蘭介紹，比如大地震前，有人會覺得電視、收音機(jī)、手機(jī)以及一些與電磁有關(guān)的設(shè)備效果不好，是大地震前磁場變化引起的，這就是電磁學(xué)科通過磁場的變化、密度的變化來預(yù)測地震；而觀測地殼形變可以通過地震前地殼發(fā)生變形程度、地應(yīng)力的變化程度及重力加速度的變化等來預(yù)測地震；觀測地下流體則通過水溫、水位、水質(zhì)的變化及一些宏觀變化等預(yù)測地震；測震學(xué)科則是通過對小地震的異常預(yù)測大地震，有的地震前，小震活動比較多，如海城地震前就有“小震鬧、大震到”的說法。
四川對地震預(yù)測的研究在國內(nèi)處于比較靠前的位置。比如在趨勢預(yù)測方面，近幾年在四川發(fā)生的中強以上地震幾乎都發(fā)生在省地震局所劃定的年度危險區(qū)內(nèi)；而短臨預(yù)測方面，近年的攀枝花地震、姚安地震、蘆山地震等，省地震局也均有較好的預(yù)測意見。
通過觀測電離層的變化研究、預(yù)測地震，是對綜合性預(yù)測的補充和完善。“每一種預(yù)測方式各有所長，引入更多的觀測指標(biāo)和信息可以為地震預(yù)測提供更多的參考意見，提升地震預(yù)測的準(zhǔn)確度。”邱桂蘭說，“從理論驗證的角度而言，天、地、空的立體監(jiān)測將為不同的模型校驗提供更多的約束資料，從而可以推動理論研究的進(jìn)一步深化。”
此外，記者了解到，這套由衛(wèi)星和地面接收站組成的監(jiān)測系統(tǒng)除了提升地震監(jiān)測預(yù)報和科學(xué)研究能力以外，還將為四川的空間物理和地球物理研究提供重要數(shù)據(jù)支持。
