ramboard老师博客上的《教程 电离层观察预测法（中级）》

章鱼王

教程 电离层观察预测法（中级）

第一部分：关于地震与电离层扰动之间关系的进一步讨论

由于“压电效应（请google搜索有关信息）”，岩石成分如硅的氧化物等等，组成一个理想的压电效应单元。当这个单元受力时，便会在岩层周围产生电场。由于岩层尺度很大，那么产生的电场尺度也很大。

由于板块的运动，处于危险地带的岩层则始终处于受压状态，但是由于压力相对恒定，则已经产生的电场本身不会发生巨大变化，相对稳定的静电场不会对电离层发生扰动。

由于月球的周期性运转，岩层受力会发生周期变化，但是由于周期较长，导致电场的变化速度极慢，约等同于静电场，因此也不会对电离层发生扰动。

而且即便月球每分钟就转一次，由于这个力的强度变化相对比较小，因此实际上天体的运动一直不是岩层电场突变的主要原因。

当岩层受力持续增大，超出了岩层可以支撑的范围以后，在岩层出现裂缝之前（往往是裂缝出现前好几天），整体岩层的内部晶体结构会先行断裂（这个过程在岩层表面不会看到任何裂缝），由于压电效应依赖完整的晶格结构，因此一旦晶格发生断裂（此时外形依然十分完整），就会造成电场（此电场是岩石压电效应产生的）剧烈扰动。

剧烈变化的电场则产生剧烈变化的磁场，磁电效应会激发出一系列低频电磁波，或者脉冲电磁波，这些电磁波可以被接受到，成为预报根据。

另外，本地的电场强扰动可以导致上空的电离层发生异常。电离层是由高温等离子体组成的一个大气圈层，等离子体可以通过改变外加电场或者磁场来使其电离度发生变化。电离度的其中一个指标“TEC（总电子浓度）”，被绘成地图，我们每天都在分析。

上面讲到了晶格发生断裂。而实际上，晶格一旦发生断裂，最终的结果一般就是岩层断裂。

一般而言，断裂所沿的方向，大致和晶格断裂的方向平行且重合。但实际上晶格断裂是个很复杂的过程，大家可能会看到当玻璃因为骤冷骤热而裂开时，他的裂纹生长方向几乎是杂乱无章的，同样晶格断裂线的生长方向也是随机的。这个随机性在空间尺度上很有限，但是在时间尺度上却比较大。举例而言，有可能在某天晶格开始断裂，而断断续续过了好几天，断裂的进程仍然没有完成，这也是为什么有些强震之前会连续多日看到电离层异常。

通常来讲，如果一块岩层体积很小，并受到严重应力即将断裂。由于它本身体积有限，所以晶格断裂几个小时后便可能引发大规模的形体断裂而引发地震。

但是如果一块岩层体积很大，并且受到严重应力即将断裂，由于晶格的断裂速度是有限的，那么晶格断裂可能要连续发展好几天才能引起岩层形体断裂。

对比上面两段我们发现，大岩层断裂产生的震级应当是比小岩层强大很多的，因此电离层扰动时间越长，最后发震的强度就会越大。

其实严谨地说，并不是所有大的岩层断裂就都会产生强震，也不是说小岩层断裂就一定都是小的。但是晶格断裂所耗费的时间（比如总共花费了几天时间）却可以用来推测最终断口的大小，那么这个断口的大小其实对应的就是最终震级。而只要晶格正在发生断裂并引起电场扰动，最终让我们在电离层看到扰动，那么这个扰动持续了几天就可以暗示震级的大小。

除此之外，晶格的的断裂速度也不是始终不变的。断裂速度如果很快，则每次释放的能量很高，使得电离层扰动就会很厉害（电离度下降的就会更多）。断裂的如果很慢，电离层扰动就会小一些。

最后还是要强调下“晶格断裂”和“形体断裂”的区别。岩层在形体断裂之前首先必须晶格断裂。形体断裂所导致的就是地震能量释放；晶格断裂也会释放一部分能量，但这部分能量主要是以电磁能、热能的形式散发出去。形体断裂则是机械能释放。（最最后强调晶格断裂所释放的并不是离子键所携带的能量，而是长期压电效应所积累的电场能量，这个一定要搞清楚）

第二部分：应用压电效应原理到地震强度测定

第一部分讲到“断口大小暗示震级大小”，而要产生足够大的断口事先必须有足够的晶格断裂，则要么要求晶格断裂速度加快，要么要求断裂时间加长。而这两个因素都可以对应在电离层上找到对应：其实就是总结出大致的电离层扰动积分值。

实际上，由于板块运动能量有限，当应力被分散后，加在危险岩层上的应力也就很有限，晶格断裂的速度不会过快，因此想在一天之内产生6级以上的断口是几乎不可能的。

我们在掰断一根木棒的时候，经常看到首先是在木棒的一小块地方产生那么一两根裂纹，后来裂纹越长越多，越来越快……晶格在断裂的时候也大致满足这个发展规律，越往后期扩散越大；越往后期速度越快。

总之，晶格断裂不可能一开始就发展的非常快，就是基于以上两段所述的原因。

这样，如果异常仅仅出现了一次就发震，则往往不会超过5级。

对于单个异常，其电离度相对于正常时期下降的幅度往往暗示震级大小。通常而言，下降25%至50%表示3.5左右；下降50%至75%表示4.5左右；如果下降了75%以上，则一般不是单次发展造成的，这之前往往已经发展过一次，而可能是先前没有发现。

另外，对于单个异常，异常区域产生后，往往会继续以每15分钟向西飘动3.75个经度，这属于正常现象。而对于这个异常继续飘动多长时间，也可以作为强度的附属指标。一般而言，持续两张图片，则强度为3.5左右；持续三张为4.5左右。

异常中心下降幅度、异常持续飘动时间同时作为衡量强度的标准，两项求平均值可以将级别预报精确到±0.5，但实际上这个经验公式还不精确，还需要大量经验修正。

对于单个地区的连续多日扰动异常，强度一般在5级以上，其衡量标准有所不同。

对于扰动达到三次及以上，在后期的扰动中，电离层浓度通常会下降75%以上。如果发现后期其中一次的扰动偏小，则可以推测其并不属于强震异常序列，属于独立的小异常。这个规律也和晶格断裂区域的生长规律相符。

一般而言，对于多日扰动异常，出现一次75%以上的下降可以推测其在5.5左右；出现两次则推测在6.5左右。

另外，多日扰动的时间跨度也应当列入考虑。一般而言，5级以上强震，从首发异常到最终发震需要至少一周的发展时间（通常在10天左右）。但扰动时间跨度一般用于分辨大震与小震，并不能够定量分析具体级别的大小。

第三部分：发震时间的预测

经过长期观测发现，大部分小异常都出现在1800GMT时间附近，而发震时间有都集中在1700GMT附近，24H是一个集中发震周期。

对于最终定强5级以下的小震，有相当大的概率发生在后几天与主异常时间相同的时刻。举例而言，如果你发现一个异常出现在1745GMT，那么很有可能地震会发生在后几天其中一天的深夜。

小震更容易确定在某个时间点，却很难确定在某一天。

然而，对于多次扰动的强震预测，确定发震时间则要复杂得多。

首先需要确定这个地震属于“稳定型”还是“不稳定型”，确定方法是观察扰动期，是否出现在同一天出现多个扰动。有一些地震在异常日仅仅会造成一次强扰动，接下来这一天便不会再扰动，这就属于稳定型。另一部分地震，在同一天造成扰动后，又会在几个小时后乃至15分钟后就再次或多次造成扰动，这就属于不稳定型。



-=-=-=-=-=-=-=定时先不写-=-=-=-=-=-=-=-=-=

第四部分：精确定位的一些使用方法

由于中科院TEC图采用方形拉伸投影，使得整张地图经纬度都是直线，而不是弧线，这种投影方式虽然不能用于确定直线距离，但是却有利于直接贴在GoogleEarth表面。

在粘贴的时候，第一个问题就是如何让TEC图的国界完全与Googleearth的边界重合。GE软件有一个工具栏，分别是添加地标、添加路径等等，其中有一项就是添加图层。点选添加图层后，就有一个对话框，让你选择图片路径，建议直接填写图片在中科院服务器上的地址，不必担心你“脱机”了会怎样，毕竟GE软件本身就需要一个联网的环境。在这个对话框中，有一个名叫“位置”的标签页，里面有四个值，对应的是图片四个角的经纬度。显然如果想让边界完全重合，显然是需要调节这几个值。

你把对话框移开，就可以看到图片边上绿色的几个控制边缘，不断地调整四个角就们最终能使边界完全重合。

中科院每天发布96张图，每年好几万张，但是幸运的是这些图片尺寸完全一样。因此你只需要调整一次，把参数记录下来，下次直接套用就可以了。这里给出一个经验值，初学者可以直接代入：“北： 60.243090°”，“东：149.289794°”，“南：  4.451129°”，“西： 60.224093°”。

而且当你这次定位完成，将要换张图片再次定位时，只需要右键点选软件位置栏的图层，修改属性，把链接换成新的图片即可。

具体在定位的时候，需要你做一下调整：

菜单》视图》关掉大气层；

图层》关掉边界和地名、关掉气象

这个时候整个球上除了那张TEC图以外应该没别的东西，异常点应当非常清晰，此时可以在上面插一个图钉，将图钉针尖对准异常谷底。随后右键点选图钉，选择图钉的属性，就可以看到图钉所处位置的经纬度值了。定位完成后，可以打开边界地名，确认大体的位置；随后还可以开启云层，看云图有没有异样