地震先兆电离层舒曼谐振异常监测方法的研究.pdf

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工学博士学位论文

地震先兆电离层
舒曼谐振异常监测方法研究












博士研究生:曹丙霞
导师:乔晓林教授
申请学位:工学博士
学科:信息与通信工程
所在单位:电子与信息工程学院
答辩日期:2011 年 3 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TN98
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Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering

RESEARCH ON EARTHQUAKE
PRECURSOR-SCHUMANN RESONANCE
ANOMALY OBSERVATION METHOD










Candidate: Cao Bingxia
Supervisor: Prof. Qiao Xiaolin
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Specialty: Information munication
Engineering
Affiliation: School of Electronics and
Information Engineering
Date of Defence: March, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
地震爆发前,伴随巨大能量释放的孕育过程,肯定会有一些物理现象可以
被观测到,因而地震是可以预报的,但地震孕育涉及的因素很多,过程也非常
复杂。地震短临预报是全球学者苦苦探索了几个世纪的科学难题。近几年,一
些学者宣称,地震先兆的电磁监测很可能是短临地震预测的突破口;地震预报
要突破,机理研究是关键,而机理研究迫切需要有效的新预测方法支持。由日
本学者发现的震前舒曼谐振异常开启了频域地震先兆监测的新思路。然而日本
的地面观测舒曼谐振方法受人为工业噪声干扰影响严重,对“异常源”定位困
难。本文依据舒曼谐振波在地-电离层谐振腔中分布必然扰动低电离层的假设,
研究了基于电离层非线性的舒曼谐振地震前兆监测的新方法。利用高频电磁波
与舒曼谐振在电离层底部的非线性调制作用,从接收到的高频波中解调出异常
舒曼谐振波,进行地震前兆监测,找到了新的可能的地震短临预报方法,全文
主要工作概述如下:
(1) 提出并研究了基于电离层非线性的舒曼谐振地震先兆电磁监测的新
方法
首先,阐述了国际上地震电磁监测的发展概况,介绍了近些年国际上发现
的地球自然谐振与地震活动关联的研究,明晰了地震先兆监测已进入频域监测
的新时期;由此提出的基于电离层非线性的舒曼谐振地震电磁监测的新方法,
该监测方法很大程度上降低了极低频人为噪声干扰,减弱了以往的时域监测无
法区分地震异常和其它干扰的问题,可揭示地震引发的多层耦合机理并探索异
常源定位的可能性,是一种全新的大尺度地震电磁监测方法。该方法监测地-
电离层空腔的上边界舒曼谐振,可与地面测量的腔体下边界舒曼谐振对比,进
行天地一体化的地震前兆监测。
(2) 研究了多次作用模式的电离层交叉调制理论
在 Gurevich 的电离层交叉调制理论基础上,对多次作用模式的电离层交叉
调制理论进行了研究。针对已有交叉调制理论中,没有考虑多次作用条件下电
磁波传播引起的相位变化对调制度计算影响的欠缺,本文分析了各向同性和各
向异性等离子体条件下,多次作用时电磁波相位变化对最终调制度的影响。结
果表明各向异性等离子体中多次作用调制理论和各向同性电离层中计算的结果
一致。该研究结论为下一步低电离层高频电磁波与舒曼谐振的非线性作用研究
奠定了基础。
(3) 研究了多次作用模式的 HF-SR 作用理论并提出了基于电离层非线性
- I -
哈尔滨工业大学工学博士学位论文
的舒曼谐振地震前兆观测新方法
Yampolski 提出了大气电场作用下 HF-SR (高频波- 舒曼谐振,high
frequency-Schumann Resonance)作用理论,在其基础上进一步讨论了多次作用
模式的 HF-SR 作用理论。具体研究了舒曼谐振在地-电离层谐振腔里的分布,
结合多次作