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电离层精细结构反演技术及地震应用

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电离层是地球高层大气的一个电离区域,受太阳高能辐射及宇宙线的激励产生自由电子和正负离子,处于部分电离或完全电离的状态,有着复杂的时空变化,既包含由太阳活动性控制的气候学变化,也包括外部能量在短时间内注入所引起的扰动行为。开展电离层结构反演技术的研发及其时空演化特征分析,是我国应对新的太阳活动周期和地震大形势变化,有效防范空间天气和地震灾害的迫切需求,对保障我国经济社会发展和国家安全具有重要意义。

中国地震局地震预测研究所等单位综合利用地基磁场、地基电离层、掩星、卫星原位探测等多种观测数据,发展了电离层电磁结构的正反演技术,包括神经网络反演技术、气候学模式计算技术及电离层电导率正演计算技术等,搭建形成高精度的电离层等效电流体系、电导率结构、电离层特征参量气候学经验模式及中国区域电离层预测模型,获得了全球上空电离层等效电流体系结构及其逐日和逐时变化、电离层电导率实时图像、不同高度电离层特征参量气候学时空演化等。通过正反演拟合建立电离层结构演化特征与空间天气活动指数之间的关联,为空间天气预警技术的发展提供基础数据和空间电离层响应模型。

通过研究电离层背景的演化过程,针对多个强震开展了地震监测应用研究,为进一步优化电离层背景参数,提取可靠的异常扰动信息提供了技术支撑。同时,正反演模型的搭建,为建立地基和空基电离层扰动的传播耦合过程奠定了坚实的理论基础,为深化圈层耦合机理模型,尤其是电磁波传播模型,提供了更为可靠的电离层特征参量数据和约束条件,在空间天气监测和地震监测应用中发挥了重要作用。

(该研究成果获得2021年度防震减灾科学成果奖二等奖)

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