摘要
大量研究表明，地震孕育过程会产生低频电磁辐射，因而释放出可被捕捉的电磁信号，这种现象在地面表现为地磁场的强度异常突变、地电场观测到的岩体裂隙电荷异常等；在电离层中表现为电、磁场辐射、电离层电子密度、高能粒子等参量的波动，其特征常呈现出震前十五天内参量数据的异常变化。为研究强震引发的空间电离层异常扰动现象，进一步探索电离层地震前兆信息，本文在介绍张衡一号卫星载荷基础上，研究了不同数据处理方法的适用范围和优势，提出了一种综合处理电场ULF频段数据的算法，形成了一套综合处理卫星数据的比较规范的流程，并应用于两个浅源地震的分析，获得了较好的结果。 本文主要研究内容及研究结果如下： (1)在研究了多种时频信号分析方法的基础上，总结了不同数据处理方法的适用范围和优势，提出了基于S-G滤波、小波变换和经验模态分解与重构的综合电离层信号处理方法SG-WT-EMD(Savitzky-Golayamp;WaveletTransformamp;EmpiricalModeDecomposition)算法。该算法既包括时域的滤波、时间序列异常检测、时频域的转换，还包括信号分解与重构，形成了一套用于处理空间电场数据的比较规范的流程，提高了数据分析的准确率，为研究空间电场波形数据等科学研究提供了新的参考方法。 (2)利用SG-WT-EMD算法，基于张衡一号卫星记录的ULF频段波形电场Ex、Ey、Ez三分量数据，研究了古巴南部海域7.7级和印尼苏门答腊岛南部海域7.0级地震前的扰动特征，在去掉了空间天气活动影响基础上，对震前六条轨道及其重访轨道数据进行了分析。在SG-WT-EMD算法应用中，首先使用S-G滤波常规提取小尺度波形的方法，再结合小波时频分析进行特征提取，然后采用EMD经验模态分解方法对扰动特征做了分析，达到了对震前空间电场扰动特征进行有效提取的目的。文中提出的分析方法能够有效地提取电场信号特征，清晰地描述了地震前信号异常变化信息。 (3)对古巴南部海域震例的分析结果表明：从时间上，震前从十五天开始出现有大幅异常，且部分轨道的扰动变化持续至震后五天；从位置上，扰动变化主要集中在震中区上空，共轭区较少；从幅度上，临震前五天内，大部分轨道的扰动超过了背景值的阈值，部分轨道则小于阈值；从形态上，有未超过阈值的波动在震中区南侧出现，个别出现在偏北侧。 (4)对苏门答腊岛南部海域震例的分析结果表明：震前十五天里，多数轨道数据里赤道偏南区域出现了异常的变化，少数轨道的震前信号扰动变化与背景值不同。 本文的创新点： (1)提出了一种适用于卫星电场数据的SG-WT-EMD综合处理算法，形成了一套用于处理空间电场数据的比较规范的流程。该算法既包括时域的滤波、时间序列异常检测、时频域的转换，还包括信号分解与重构，提高了数据分析的准确率，为研究空间电场波形数据等科学研究提供了新的参考方法。 (2)利用SG-WT-EMD算法分析了古巴南部海域地震和印尼苏门答腊岛南部海洋地震，计算结果发现，电场数据在多个重访轨道的时间演化中，震中区域与共轭区域的信号变化存在一致性，震中的南北区域出现较大扰动时，其共轭区域也相应出现相似的波动变化。
NETL