Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Диагностика крупномасштабных ионосферных возмущений сейсмического происхождения зондирующими низкочастотными сигналами

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Диагностика крупномасштабных ионосферных возмущений сейсмического происхождения зондирующими низкочастотными сигналами"

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ им. О.Ю. ШМИДТА РАН

На правах рукописи

□□3452841

СОЛОВЬЕВА Мария Сергеевна

ДИАГНОСТИКА КРУПНОМАСШТАБНЫХ ИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ СЕЙСМИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЗОНДИРУЮЩИМИ НИЗКОЧАСТОТНЫМИ СИГНАЛАМИ

Специальность: 25.00.10 - Геофизика, геофизические методы поисков полезных

ископаемых

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2008

003452841

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва

Научный руководитель: Доктор физико-математических наук, профессор

ПОХОТЕЛОВ Олег Александрович

Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук

Пилипенко Вячеслав Анатольевич, Институт физики Земли РАН

Защита состоится 02 декабря 2008г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.001.01 при Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук по адресу: 123995, г. Москва, ул. Б. Грузинская д. 10

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Автореферат разослан " октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кандидат физико-математических наук Могилевский Михаил Менделевич, Институт космических исследований РАН

Ведущая организация: Институт динамики геосфер РАН

кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Из всех природных катастроф наибольшее число жертв и разрушений приносят землетрясения и такие сейсмические явления, как извержения вулканов и цунами. Сейсмической опасности в России подвержено около 20% территории.

В настоящее время работы по предвестникам землетрясений остаются одной из самых актуальных проблем геофизики. В результате многочисленных исследований было обнаружено, что сейсмические процессы сопровождаются рядом явлений -изменением деформаций и наклонов земной поверхности, слабой сейсмичности, электрических и магнитных свойств пород, уровня подземных вод, их химического состава и другими необычными явлениями природы. В то же время эти аномалии с трудом выделяются на фоне шумов и по-разному развиваются перед конкретными землетрясениями в различных сейсмоактивных зонах.

Если место и магнитуду будущего землетрясения можно оценить по данным долгосрочного и среднесрочного прогноза, то проблема прогноза времени землетрясения за несколько суток остается одной из важнейших нерешенных проблем. Эту проблему в последние годы пытаются решить с помощью электромагнитных и ионосферных методов. Электромагнитные методы в настоящее время рассматриваются как очень обещающий кандидат для краткосрочного прогноза землетрясений, поскольку накоплено множество доказательств сейсмоэлектромагнитных явлений в широком диапазоне частот от УНЧ до ВЧ и средства наблюдения таких явлений протягивается от поверхностных наблюдений до наблюдений на спутниках. Интерес к таким наблюдениям определяется как возможностью практического применения этих эффектов для определения времени будущего землетрясения, так и фундаментальными проблемами литосферно-атмосферно-ионосферных связей.

Возможно два типа ионосферного отклика на процессы, связанные с землетрясениями: 1) непосредственное влияние сейсмического импульса или так называемый co-seismic effect длительностью несколько минут; 2) более длительные (несколько дней или недель) возмущения ионосферы, вызываемые некоторым процессами во время подготовки землетрясения и последующей разрядкой. Механизм появления возмущений в ионосфере во время или сразу после землетрясения хорошо изучен теоретически, однако многое остается неясным в явлениях, наблюдающихся в ионосфере в период подготовки землетрясения. Поэтому актуальной является задача расширения экспериментальных наблюдений за процессами в ионосфере с целью

выяснения природы и физических закономерностей появления ионосферных предвестников землетрясений

В настоящее время для этих целей используются методы вертикального ионосферного зондирования, доплеровские измерения, радиопросвечивание волновода Земля-ионосфера ОНЧ и НЧ сигналами и наблюдения на спутниках. Этими методами были получены данные, указывающие на возмущение ^ Е и Б слоев ионосферы в период сейсмической активности В частности, статистический анализ критической частоты йэР2 ионосферы показал, что за три дня перед землетрясениями наблюдается возмущения этого параметра по сравнению с предшествующими днями Характерные пространственные и временные масштабы проявления возмущения зависят от магнитуды землетрясения и могут составлять от 100 до 1000 км.

Поиск сейсмоионосферных эффектов в О области методом радиопросвечивания ОНЧ сигналами от навигационной системы "Омега" (10,2-13,6 кГц) волновода Земля-ионосфера был начат в 1983 г. После закрытия этой системы в 1997г. все работы по поиску предвестников землетрясения методом ОНЧ зондирования были прекращены Возобновление исследований началось после развертывания сети принимающих станций в Японии и установки приемника в 2000 г. на Камчатке. Это дало возможность контролировать высоко сейсмоактивные Курило-Камчатский и Японский регионы В дальнейшем сеть была расширена, и приемники были установлены в Италии и Австрии Подобные измерения проводятся в Венгрии, Польше и Индии. В настоящее время для изучения распространения сигнала используются мощные навигационные передатчики и передатчики службы времени в диапазоне частот 12-50 кГц.

В диссертации обобщены результаты многолетних наблюдений на принимающей станции в Петропавловске-Камчатском, японской сети станций и в Италии. Комплексное исследование возмущений сигнала в связи с различными факторами на большом фактическом материале, полученном на сети станций, ранее не проводилось. После запуска французского спутника ДЕМЕТЕР в 2004 г совместно с наземными наблюдениями, проводился анализ поведения ОНЧ сигнала на спутнике, что является совершенно новым методом исследования. Цель и задачи работы

Целью работы является выявление наиболее характерных особенностей вариаций НЧ зондирующих сигналов в период подготовки землетрясения по результатам наблюдений на поверхности Земли и на спутнике При этом решаются следующие задачи.

1. Анализ основных характеристик метода ОНЧ/НЧ зондирования по известным ионосферным и атмосферным возмущениям не сейсмического происхождения: а) возмущениям, вызванным магнитными бурями и суббурями; б) возмущениям, связанным с протонными вспышками и высыпанием релятивистских электронов; в) возмущениям, обусловленным изменением атмосферных параметров.

2. Анализ ионосферных возмущений сейсмического происхождения по результатам наблюдений НЧ сигналов в Курило-Камчатском регионе, Японии и Италии.

3. Анализ ионосферных возмущений во время периодов сильной сейсмической активности по результатам наблюдений ОНЧ сигналов на французском спутнике ДЕМЕТЕР

Научная новизна

В результате проведенного исследования получен ряд новых результатов.

1. Впервые обнаружена связь фазовых и амплитудных вариаций ОНЧ/НЧ сигналов (19,8 кГц и 40 кГц) с геомагнитными пульсациями типа Р»3.

2. Впервые на основе статистического анализа выявлено влияние крупномасштабных возмущений в солнечном ветре на вариации значений амплитуды и фазы НЧ сигнала в ночное время.

3. Впервые найдено появление возмущений в НЧ сигнале в связи с изменением атмосферного давления.

4. Впервые определен порог чувствительности ОНЧ/НЧ сигнала к сейсмическому воздействию.

5. Впервые найдено, что частотные максимумы амплитуды и фазы НЧ сигнала во время сильной сейсмической активности, совпадают с периодами атмосферных гравитационных волн.

6. Разработана новая методика обработки спутниковых данных для анализа поведения сигнала от ОНЧ передатчиков и впервые обнаружена депрессия сигнала в связи с сильными землетрясениями

7. Впервые обнаружено совпадение результатов, полученных с наземной сети станций, и со спутника во время сильной сейсмической активности.

Практическая значимость работы.

Полученные результаты экспериментальных исследований будут полезны для

обоснования научной базы и построения системы краткосрочного прогноза

землетрясений.

Основные защищаемые положения

1. По данным сети ОНЧ/НЧ станций получена статистически значимая зависимость между ночными вариациями амплитуды и фазы сигнала от японского передатчика службы времени (40 кГц) и Dst индексом магнитной активности, протонными вспышками и потоками релятивистских электронов, зарегистрированных на спутнике ГОЕС-Ю. Показано, что значения амплитуды и фазы НЧ сигналов в ночное время подвержены квазипериодическпм колебаниям, период которых совпадает с периодами планетарных волн. Найдена связь между вариациями амплитуды НЧ сигнала в ночное время и вариациями атмосферного давления.

2. По данным сети ОНЧ/НЧ станций Курило-Камчатского региона, Японии и Европы показано, что появление ночных «бухтообразных» возмущений в НЧ сигнале наиболее вероятно для землетрясений с М>5,5

3. Спектральный анализ амплитуды и фазы НЧ сигнала от японского передатчика службы времени (40 кГц) для трех серий сильных землетрясений выявил частотные максимумы в сигнале в диапазоне 10-25 мин, что совпадает с периодом атмосферных гравитационных волн.

4. В рамках разработанного метода пространственного анализа зоны приема ОНЧ сигналов, принимаемых на спутнике ДЕМЕТЕР, выявлена депрессия сигнала во время сильной сейсмической активности в Европе (М~5,5), Индонезии (М>7) и вблизи острова Суматра (М=9).

5. При совместном анализе наземных и спутниковых данных обнаружена корреляция данных, полученных по наземной сети ОНЧ/НЧ станций и спутника ДЕМЕТЕР для двух случаев сильной сейсмической активности вблизи Японии (М=5,6-7,2)

Личный вклад. Автор непосредственно участвовала в постановке задач исследований, компьютерной обработке данных и интерпретации всех результатов экспериментальных работ, представленных в диссертации. Все статьи, на которых основана диссертационная работа, были написаны с активным участием автора.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований, приведенных в диссертации, докладывались и обсуждались на конференциях "Problems of Geocosmos", Санкт-Петербург, 2002, 2008; 26-м Семинаре "Physics of aurora! phenomena", Апатиты, 2003; Объединенной Ассамблее EGS - AGU - EUG, Ницца (Франция), 2003; Генеральной конференции EGU, Ницца (Франция), 2004, международном симпозиум по сейсмо-электромагнетизму IWSE-2005, Токио (Япония), 2005; Генеральных конференциях EGU, Вена (Австрия), 2005; 2006; 2007;

международном симпозиум DEMETER, Тулуза (Франция), 2006; XXIV Генеральной Ассамблее IUGG, Перуджа (Италия), 2007, а также на международных семинарах в университете г. Бари (Италия), университете г. Чофу (Япония), институте космических исследований Австрийской академии наук (г. Грац) и семинарах в ИФЗ РАН.

По теме диссертации автором в соавторстве опубликовано 16 печатных работ. Работа была поддержана грантом РФФИ № 02-05-64069 и грантами МНТЦ 1121 и 2990.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 117 страниц. Диссертация содержит 61 рисунок и 12 таблиц. Список литературы включает 132 наименования. Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность профессору O.A. Молчанову и своему научному руководителю профессору O.A. Похотелову за постоянное внимание и помощь в работе. Автор признателен A.A. Рожному, И.Л Гуфельду, Н.Г. Клейменовой, О В Козыревой, С JI. Шалимову, Е В. Липеровской, В.А. Липеровскому, О.В. Павленко за помощь в подготовке диссертации.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации обоснована актуальность темы работы, сформулированы ее цели и задачи, рассмотрена научная новизна и сформулированы положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Метод ОНЧ зондирования волновода Земля-ионосфера

В первой главе кратко описываются общие закономерности распространения ОНЧ/НЧ сигнала, приводятся примеры суточных и сезонных вариаций амплитуды и фазы сигнала для различных трасс и дается обзор первых результатов применения метода ОНЧ/НЧ мониторинга в связи с сейсмической активностью.

Применение метод ОНЧ мониторинга для анализа вариаций сигнала, связанных с сейсмической активностью, началось около 20 лет тому назад в России, когда были обнаружены ночные возмущения в амплитуде и фазе сигнала перед несколькими сильными землетрясениями на длинных трассах. В дальнейшем помимо ночных возмущений было обнаружено изменение положения характерных минимумов в ежедневном ходе фазы и амплитуды сигнала во время восхода и захода солнца (терминаторов) за несколько дней до сильных землетрясений в Японии.

Первые результаты были получены при анализе сигналов от радионавигационной системы "Омега", которая состояла из 8 передатчиков большой

мощности и транслировала сигналы на частотах 10,2, 11,3 и 13,6 кГц. Проведенные исследования позволили сделать вывод, что наиболее чувствительным к возмущениям в связи с землетрясениями, является фаза сигнала на частоте 10,2 кГц.

Использование в настоящее время для изучения поведения сигнала различных навигационных передатчиков и передатчиков службы времени с частотами, значительно выше частоты «Омеги» диктует необходимость выявления достоверных ионосферных предвестниковых эффектов на фоне других возможных возмущений сигнала в диапазоне 12—50 кГц. Глава 2. Методика наземных наблюдений

Во второй главе описываются данные наблюдений, использованные в работе, и методика анализа данных. В диссертации были использованы данные измерений амплитуды и фазы ОНЧ/НЧ сигналов, полученные в Петропавловске-Камчатском за период 2001-2007 гг., а также данные, полученные с 6 японских станций - Мошири, Чофу, Чиба, Шимуци, Касукаи и Кочи, которые вместе с камчатской станцией образуют дальневосточную сеть. Все станции оборудованы однотипными Omnipal приемниками и принимают сигналы от одних и тех же передатчиков' JJY (40 кГц) и JJI (22,2 кГц) в Японии, NWC (19,8 кГц) в Австралии и NPM (21,4 кГц) на Гавайских островах. В 2002 г. Omnipal приемник был установлен в г. Бари (Италия) и данные, получаемые с этого приемника, также использовались для анализа.

Сигнал от каждого из передатчиков анализировался в третьей зоне Френеля, координаты проекции которой на поверхность Земли рассчитывались по формуле: у= [X2/4+X.x(l-x/D)]'/2 ,где X - длина волны, х - координата вдоль трассы распространения сигнала и D — расстояние между приемником и передатчиком

Поскольку ОНЧ/НЧ сигналы имеют суточные и сезонные вариации, для анализа использовался разностный сигнал амплитуды и фазы, определяемый как разница между наблюдаемым и среднемесячным сигналом: dA(t) = A(t) - <А>, dP(t) = P(t) - <Р>. В связи с тем, что в дневное время сигнал сильно подвержен внезапным ионосферным возмущениям, вызываемым рентгеновскими вспышками, и он менее чувствителен к слабым воздействиям, для анализа был выбран ночной интервал времени.

При анализе поведения амплитуды и фазы НЧ сигнала принимались в рассмотрение следующие параметры: индексы активности магнитного поля Кр и Dst; данные с геостационарного спутника ГОЕС-Ю, который находится над Тихим океаном на высоте 6Re, по рентгеновским и протонным (0,6-4,2 МэВ) вспышкам и потокам релятивистских электронов (больше 2 МеВ) (http7/www spidr ngdc noaa gov), значения Х-компоненты магнитного поля Земли по данным геомагнитных

обсерваторий Мошири (MSR, Ф = 37,4°) и Магадан (MGD, Ф = 53,6°), расположенных на ближайшем к изучаемому району 210° магнитном меридиане; данные о землетрясениях из каталога USGS/NEIC

(http //neic usgs gov/neis/epic/epic global html).

Глава 3. Чувствительность ОНЧ/НЧ сигнала к глобальным ионосферным и атмосферным возмущениям по наземным наблюдениям

В третьей главе излагаются результаты исследования параметров ОНЧУНЧ сигнала по данным наблюдений на Дальневосточной сети принимающих станций во время глобальных ионосферных и атмосферных возмущений не сейсмического происхождения

Когда метод ОНЧ/НЧ сигнала применяется для поиска электромагнитных предвестников землетрясений в первую очередь необходимо знать фоновые вариации сигнала, вызываемые планетарными волнами, солнечной активностью (рентгеновские и протонные вспышки и потоки релятивистских электронов), магнитными бурями и суббурями и атмосферной циркуляцией.

Поскольку мониторинг сигнала в связи с землетрясениями в основном осуществлялся для высоко-сейсмоактивной радиотрассы JJY-Петропавловск-Камчатский, в первую очередь было проанализировано поведение амплитуды и фазы НЧ сигнала 40 кГц при различных ионосферных, магнитосферных и атмосферных условиях.

В первой части третьей главы (раздел 3.1) приводятся примеры поведения НЧ сигнала на сети принимающих станций во время магнитных бурь и потоков релятивистских электронов. Семилетний анализ данных, полученных по наблюдениям на Камчатке и в Японии, показал, что аномалии в НЧ сигнале во время магнитных бурь и суббурь наблюдаются только, когда внезапное начало (SC) и основная стадия бури происходят в ночное время. При этом величина аномалий сигнала не зависит линейно от силы магнитной бури, и возмущения сигнала одной частоты не всегда одновременно наблюдаются на всех приемных станциях. Также величина возмущений сигналов, принимаемых на одной и той же станции, может быть различна для различных частот Аномалии могут наблюдаться одновременно в амплитуде и фазе сигнала, либо только в одной из характеристик. Результаты спектрально-временного анализа показали идентичность спектрально-временной и структуры амплитудных и фазовых вариаций НЧ сигналов в главную стадию магнитной бури и геомагнитных пульсаций типа Pi3, которые наблюдаются в глобальном масштабе. Всплеск Pi3 в некоторых случаях опережал всплеск колебаний параметров НЧ сигнала на 30-60 мин Аналогичные результаты были получены при

анализе поведения ОНЧ сигнала трассе М\УС-Петропавловск-Камчатский (19,8 кГц) в начальную и главную фазы шести магнитных бурь (раздел 3 3)

Отдельно рассмотрены два случая необычайно сильных и длительных (около недели) аномалий в амплитуде и фазе сигнала в периоды сильной магнитной активности: 1. Магнитная буря "Хэллуин" (28-31 октября 2003г., 0з1>400 нТс) вызвала значительную деформацию суточного хода сигнала на трассе ЛУ-Петропавловск-Камчатский, наблюдавшуюся во время основной и восстановительной стадии бури. Заметный подъем уровня сигнала в ночное время и понижение уровня сигнала днем привели к уменьшению амплитуды суточных вариаций в 2 раза. Сильный эффект с полной потерей дневного хода амплитуды НЧ сигнала (37,5 кГц) наблюдался в это же время на северной трассе Кефлавик (Исландия) - Бари в Европе На трассах, проходящих южнее, аномалии сигнала были значительно слабее. 2 Длительные аномалии сигнала наблюдались на нескольких принимающих станциях во время рекуррентной магнитной бури, сопровождавшейся необычайно сильными протонными вспышками и потоками релятивистских электронов с 17 по 23 сентября 2003 г. Аномалии в НЧ сигнале наблюдались в течение всего этого периода. Стоить отметить, что 25 сентября в зоне чувствительности трассы произошло сильное землетрясение с М=8,3, и такого рода очень сильные и длительные аномалии в амплитуде и фазе сигнала в ряде работ рассматриваются как аномалии перед этим землетрясением Поэтому применение метода ОНЧ/НЧ мониторинга требует анализа многих факторов, и можно уверенно говорить о сейсмических аномалиях только, если нет других причин, вызывающих необычное поведение сигнала

На основе данных за два года наблюдений были построены зависимости частоты появления фазовых и амплитудных аномалий НЧ сигнала от величины исследуемых параметров. Для анализа использовался осредненный за ночной период разностный сигнал амплитуды и фазы и серии данных Эб! индекса и данные по электронам и протонам, полученные с ГОЕСа-Ю. Сигнал считался аномальным (возмущенным), если средние разностные значения амплитуды или фазы, или их дисперсии превышали два стандартных отклонения (2а). Для ПЫ индекса рассчитывался максимальный размах по амплитуде в ночное время, а для частиц определялось среднее значение за этот же период. Каждый анализируемый параметр (Бэ^ поток электронов и протонов) разбивался на некоторые интервалы значений, и рассчитывалось количество дней с выбранными параметрами (К). Затем в каждом интервале значений выбирались дни с возмущенным сигналом (№). Чувствительностью НЧ сигнала к анализируемым параметрам считалась величина Результаты анализа для 3 принимающих станций - Коши, Мошири и

Петропавловск-Камчатский показали, что зависимость фазовых и амплитудных вариаций НЧ сигнала от всех рассматриваемых параметров очевидна. Существенно то, что характер связи одинаков для всех станций и, особенно для амплитуды сигнала, что подтверждает ее большую стабильность по сравнению с фазой

Раздел 3.2 третьей главы посвящен анализу влияния неоднородностей солнечного ветра и ММП на параметры НЧ сигнала на трассе JJY-Петропавловск-Камчатский. Для анализа был выбран годовой массив непрерывных цифровых наблюдений вблизи максимума 23-го цикла солнечной активности (2001 г) Данные о параметрах солнечного ветра и ММП были взяты из базы данных OMNI (ftp//nssdcftp asfc nasa gov/spacecraft data/omni/) и приведены к моментам времени на границе магнитосферы.

Было рассмотрено три возможные ситуации, когда в данный интервал времени наблюдалось, (а) - большое динамическое давление солнечного ветра (Pd>3 нПа), (б) - значительное поступление энергии солнечного ветра в магнитосферу Земли (е> 0,05 мкВт/м2) и ситуация (б'), когда выполнялись одновременно условия (а) и (б).

Для исследования статистической зависимости вариаций НЧ сигнала от параметров солнечного ветра и ММП были вычислены коэффициенты корреляции средних разностных значений амплитуды и фазы НЧ сигнала в дневное и ночное время со значениями динамического давления солнечного ветра (Pd) и функции Акасофу (е).

Для дневных условий коэффициенты корреляции отклонений амплитуды и фазы НЧ сигнала с динамическим давлением и функцией Акасофу оказались очень маленькими (меньше 0,2), что свидетельствует об отсутствии четкой зависимости уровня вариаций параметров дневной нижней ионосфере от величины динамического давления солнечного ветра.

Для ночных условий при повышенном давлении солнечного ветра (ситуация (а)), четкой связи между вариациями амплитуды и фазы НЧ сигнала и динамическим давлением солнечного ветра не отмечается. В ситуации (б) более высокий, чем в предыдущем случае, коэффициент корреляции (0,49) был установлен между средним разностным значением фазы НЧ сигнала в ночное время и динамическим давлением солнечного ветра. Вариации средней разностной амплитуды в этих условиях подвержены как влиянию динамического давления солнечного ветра (г = 0,43), так и s (г = 0,39) В ситуации (в), когда одновременно происходит возрастание Pd и е, коэффициенты корреляции характеризуются подобной тенденцией. Наиболее высокий коэффициент корреляции (г=0,69) был найден между уровнем вариаций

ночной амплитуды НЧ сигнала и динамическим давлением солнечного ветра (Р<1) в предшествующее дневное время.

Поскольку состояние нижней ионосферы, а особенно слоя Б, определяется не только внешними космическими и солнечными факторами, но также и метеорологическими характеристиками нижележащей атмосферы, был выполнен анализ по определению чувствительности НЧ (40 кГц) сигнала к возмущениям в атмосфере по данным сети принимающих станций (раздел 3.4) Для анализа были использованы данные, полученные с двух наземных метеостанций - Петропавловск-Камчатский и Ошима (Япония).

Анализ вариаций давления на двух метеостанциях и вариаций средних разностных значений амплитуды и фазы НЧ сигнала в Петропавловске-Камчатском за период 2002 г. показал, что спектральные особенности давления на двух станциях идентичны. Наблюдаются явно различные режимы колебаний давления в зимние и летние месяцы с основным максимумом в течение всего года около 10 дней Зимний режим в Петропавловске-Камчатском характеризуется появлением сильных более длиннопериодных колебаний (15-25 дней), по сравнению с японской станцией Флуктуации амплитуды и фазы НЧ сигнала в течение года весьма схожи с флуктуациями давления. Подобного рода квазипериодические колебания амплитуды НЧ и ОНЧ сигнала с различным поведением в зимний и летний период были найдены также на радиотрассе ЛУ-Мошири и среднеширотных трассах в Европе

Для изучения чувствительности НЧ сигнала к изменениям атмосферного давления был использован метод корреляционного анализа. Корреляция между средними разностными значениями амплитуды и фазы НЧ сигнала в ночное время для радиотрассы ЛУ-Петропавловск-Камчатский и среднесуточным давлением в Петропавловске-Камчатском показала, что изменение давления в точке приема вызывает одновременные изменения в амплитуде сигнала. В то же время, корреляционный максимум для фазы сигнала опережает вариации давления на 3-4 дня Вероятная причина такого явления может быть связана с особой чувствительностью фазы ОНЧ/НЧ сигнала к изменению параметров атмосферы Поскольку движение циклонов в этом регионе происходит практически вдоль пути распространения сигнала, весьма вероятно, что фаза сигнала реагирует на изменение давления по мере приближения циклонов.

Для всех японских станций наблюдается корреляционный максимум, совпадающий с давлением В то же время, для принимающих станции, расположенных в непосредственно близи от Ошимы, этот максимум положительный, а для принимающих станций, удаленных от Ошимы, максимум отрицательный. Возможно,

это связано с особенностью подхода атмосферных фронтов и рельефом местности (между Ошимой и двумя удаленными станциями расположен горный хребет). Глава 4. Аномалии в 114 сигнале в связи с сейсмической активностью по наземным наблюдениям

В четвертой главе приводятся результаты анализа возмущений НЧ сигналов в связи с сейсмической активностью, полученные по наземным наблюдениям. В разделе 4.1 кратко описывается сейсмичность сейсмичность Курило-Камчатского и Японского регионов. В основном анализировался сигнал от японского ЛУ передатчика, поскольку эпицентры почти всех крупных коровых землетрясений в Дальневосточном регионе попадают в зону чувствительности радиотрассы ЛУ -Петропавловск-Камчатский. За 7 лет мониторинга в зоне чувствительности было зарегистрировано 153 землетрясения с М>5,5 и 7 землетрясений с М>7,0, (каталогШОЗЛМЫС)

В разделе 4.2 приведены примеры ночных "бухтообразных" аномалий сигнала, наблюдавшихся перед довольно сильными изолированными землетрясениями. Эффект считался достоверным, если аномалии наблюдались в течение нескольких дней перед землетрясением на фоне спокойного магнитного поля, и разностные сигналы на контрольных трассах находились в пределах среднеквадратических отклонений. Во всех случаях наблюдаемые амплитудные аномалии были отрицательными. Фазовые аномалии, хотя и являются также в основном отрицательными, могут в отдельные дни иметь синусоидальную форму и быть положительными в течение первой половины ночи и отрицательными - во вторую.

Для определения порога чувствительности сигнала к магнитуде землетрясений и выявления наиболее возможных периодов наблюдения аномалий, вызванных сейсмичностью, был проведен статистический анализ (раздел 4.3). Для анализа использовались данные за два года наблюдений - 2001 и 2002 гг. Средние разностные значения амплитуды и фазы НЧ сигнала и их дисперсии за ночной период исследовались в интервале плюс-минус 10 дней перед землетрясением. Магнитуды землетрясений были разбиты на 4 интервала: 4,0-4,5; 4,5-5,0; 5,0-5,5; 5,5-6,0. Для каждого дня до н после землетрясения рассчитывалось отношения количества дней с возмущенным сигналом (№) к общему количеству дней в данном интервале (N1).

Результаты анализа для радиотрассы ЛУ-Петропавловск-Камчатский показали, что на анализируемой трассе чувствительность НЧ сигнала к сейсмическим процессам становится заметной, начиная с магнитуды 5,5. При этом наиболее вероятно появление аномалий в сигнале на 7 и 2-3 день до землетрясения и на 6-7 день после него. В дальнейшем статистический анализ был повторен для данных,

полученных за 7 лет наблюдений. Было выбрано 2 интервала анализа В первый интервал были включены землетрясения с N1=4,5-5,0, во второй - землетрясения с М=5,5-6,5. Если в один день в зоне чувствительности радиотрассы было несколько землетрясений, то выбиралось одно, максимальное по амплитуде. При таком подходе количество землетрясений в выбранных интервалах анализа оказалось соизмеримым (95 в первом интервале и 83 - во втором). Результаты этого анализа для средних разностных значений амплитуды и фазы сигнала подтвердили, что появление возмущений в сигнале возможно только в случае довольно сильных землетрясений (М>5,5).

Подобный статистический анализ был выполнен для радиотрассы ЛУ-Мошири и для радиотрасс европейской станции в г. Бари. Результат статистики для магнитуд в интервалах 4,0-4,5 и 4,5-5,0 не выявил чувствительности сигнала к сейсмическому воздействию, совпав с полученным для Камчатки результатом.

Наиболее явные и длительные аномалии в поведении сигнала наблюдались во время периодов сильной сейсмической активности, когда несколько землетрясений, эпицентры которых располагались в одной области, следовали один за другим в течение небольшого промежутка времени В этом случае большой регион был вовлечен в сейсмический процесс, и область подготовки землетрясений совпадала с размером зоны чувствительности трассы. Аномалии такого типа в отсутствии сейсмической активности не были зарегистрированы. В разделе 4 4 рассматриваются аномалии, наблюдавшиеся в зоне чувствительности радиотрассы ЛУ-Петропавловск-Камчатский во время трех периодов сильной сейсмической активности (М>7).

1. Землетрясения в ноябре-декабре 2004 г. вблизи о-ва Хоккайдо (Япония) Сейсмическая активность в зоне чувствительности трассы определялась тремя сериями землетрясений с М=5,6-7,1. Эпицентры рассматриваемых землетрясений располагались вблизи зоны чувствительности австралийской радиотрассы и на большом удалении от гавайской радиотрассы.

Результаты наблюдений за поведением ОНЧ/НЧ сигнала на трех радиотрассах с 1 октября 2004 г. по 15 января 2005 г. показали, что трем сериям землетрясений, соответствуют три серии аномалий в амплитуде и фазе на радиотрассе сигнала от передатчика ЛУ. На австралийской трассе аномалии выражены менее заметно, а на гавайской трассе сигнал остается невозмущенным на всем интервале анализа.

В течение всего периода, когда наблюдались ночные аномалии в НЧ сигнале, был найден также заметный сдвиг в положении вечернего терминаторе в амплитуде и фазе сигнала Сдвиг терминатора относительно его нормального положения «увеличил» длительность ночи на 2 часа. Появление в данном случае сдвига

терминатора в вечернее время может объясняться особенностью его прохождения через радиотрассу в это время года. Утренний терминатор подходит к трассе ЛУ-Петропавловск-Камчатский почти параллельно, и весь регион от Камчатки до Японии освещается практически одновременно В то же самое время вечерний терминатор почти перпендикулярен к трассе, и ночь наступает в течение 2 часов по мере продвижения терминатора вдоль трассы. Весь этот период верхняя атмосфера и нижняя ионосфера находятся в нестабильном состоянии и внешнее воздействие, которое вызывается пресейсмическими процессами, может стимулировать увеличения плотности ионосферных возмущений, что в свою очередь влияет на величину и форму регистрируемого НЧ сигнала

2. Землетрясения в августе 2005 г. вблизи северной части о-ва Хонсю (Япония). Эпицентры трех землетрясений с М=6-7,2 находились в зоне чувствительности трасс ЛУ -Петропавловск-Камчатский и Л1 - Петропавловск-Камчатский и очень близко к зоне чувствительности трасс ЛУ - Мошири и 1Ч\УС - Петропавловск-Камчатский Результаты анализа поведения сигнала в период с 1 июля по 15 сентября 2005 г. для 5 наземных трасс показали, что на всех трассах, кроме контрольной гавайской, заметно появление аномалий в сигнале во время периода сейсмической активности. При этом характер аномалий несколько различен На камчатских трассах от двух японских передатчиков аномалии появляются за 2 дня до первого землетрясения и длятся до конца серии землетрясений. Наиболее отчетливо заметно общее понижение величины фазы НЧ сигнала Аномалии на двух других трассах менее длительные

3. Землетрясение 15 ноября 2006 г. в районе Северных Курильских островов (М=8,3). После этого землетрясения сильные афтершоки с М=5,6-6,5 наблюдались в течение нескольких месяцев Аномалии в НЧ сигнале на трассе Л У - Петропавловск-Камчатский начались за две недели до первого толчка и продолжались в течение всего периода афтершоковой активности.

Поскольку 3 из 7 землетрясений с М>7, зарегистрированных за весь период наблюдения в зоне чувствительности трассы ЛУ - Петропавловск-Камчатский, произошли в ноябре месяце, был проведен анализ поведения сигнала в этом месяце за семь лет наблюдения (2000-2006 гг.). Анализ показал, что в периоды сейсмической активности наблюдалось возмущение сигнала в ночное время, а также изменение положения вечернего терминатора, при этом наиболее сильные и длительные возмущения сигнала отчетливо прослеживаются в течение всего ноября 2006 г. во время периода очень сильной сейсмической активности.

В разделе 4.5 приведена статистика появления аномалий сигнала на трассе ЛУ-Петропавловск-Камчатский перед крупными землетрясениями с М>7,0,

зарегистрированными в зоне чувствительности этой трассы за весь период наблюдений. Аномалии наблюдались в шести из семи случаев. Однако природа аномалий, наблюдавшихся в двух случаях, имеет, скорее всего, не сейсмическое происхождение. Наиболее неоднозначным является случай землетрясения с М=8,3, которое произошло 25 сентября 2003 г. вблизи западного побережья острова Хоккайдо Этот случай рассматривается некоторыми исследователями, как проявление возмущений перед землетрясением. Аномалии в амплитуде и фазе НЧ сигнала на камчатской трассе от Л У передатчика наблюдались в течение 5 дней с 1В по 22 сентября во время необычайно сильной протонной вспышки и потока релятивистских электронов. Возможно, что в данном случае аномалии от электронов существенно превышают по интенсивности сейсмические аномалии, и последние невозможно выделить на их фоне. Землетрясение 31 октября 2003 г. совпало по времени с сильнейшей магнитной бурей Хэллуин, которая значительным образом деформировала суточный ход сигнала, и говорить на этом фоне о каких-либо аномалиях в связи с сейсмичностью не представляется возможным.

Различные теоретические механизмы пресейсмического и постсейсмического влияния на атмосферу и ионосферу в связи с наблюдаемыми эффектами рассматриваются в разделе 4.6. Первый случай - это изменения электрического поля, второй - это возбуждения движущихся вверх атмосферных гравитационных волн (АГВ). Полученные в последние годы результаты свидетельствуют, что этот механизм является более вероятным.

Хотя механизм распространение турбулентной энергии АГВ в верхнюю атмосферу и нижнюю ионосферу был рассмотрен теоретически во многих работах, экспериментальных доказательств существования атмосферных гравитационных волн, вызванных сейсмической активностью, практически нет. На основе данных, накопленных за период наблюдений на Камчатке, были выполнены исследования в этом направлении с целью подтверждения механизма сейсмоионосферной связи с помощью гравитационных волн (раздел 4.7).

Спектральный анализ был выполнен для трех периодов сильной сейсмической активности, описанных в разделе 4.4. Для каждой серии землетрясений были рассчитаны накопленные спектры амплитуды и фазы НЧ сигнала, фильтрованного в частотном диапазоне 0,28-15 мГц, что соответствует временному периоду от 1 до 60 минут. Анализ выполнялся только для ночного интервала времени. Для расчета были отобраны дни, когда фильтрованный сигнал превышал фоновый более чем на 3 а, при этом магнито-возмущенные дни были исключены из рассмотрения Для каждой серии землетрясений было отобрано 12-15 дней с аномалиями в сигнале, наблюдавшимися

как до первого землетрясения в серии, так и в течение всего периода сейсмической активности. Так как возмущения в сигнале следуют непрерывно, не всегда можно разделить аномалии на пресейсмические возмущения, относящиеся к следующему землетрясению и постсейсмический эффект после предыдущего сейсмического толчка. В любом случае эти аномалии являются проявлением влияния землетрясения на границу атмосферы и ионосферы, которая определяет параметры распространяющегося НЧ сигнала.

Для сравнения были рассчитаны суммарные спектры амплитуды и фазы сигнала 19 дней, отобранных для периодов спокойных магнитных и сейсмических условий. Как в спектрах спокойных, так и в спектрах аномальных дней основной максимум приходится на период 30-35 минут, однако в спектрах сейсмо-возмущенных дней во всех случаях выделяются максимумы с периодами 20-25 минут и 10-12 минут, что совпадает с периодами атмосферных гравитационных волн, движущихся вверх При анализе спектров во время магнитных бурь и суббурь подобного эффекта не обнаружено Никакого эффекта также не было найдено для инфразвукового диапазона (Т=1-5 минут).

Глава 5. Диагностика ионосферных возмущений в связи с сейсмической активностью по наблюдениям ОНЧ сигналов на спутнике ДЕМЕТЕР.

Глава пятая посвящена исследованию особенностей поведения ОНЧ сигналов от мощных передатчиков, принимаемых на борту французского спутника ДЕМЕТЕР, в связи с сильными землетрясениями. В разделе 5 1 приводится обзор литературных данных по наблюдениям на спутниках в связи с сейсмической активностью.

В разделе 5 2 описываются данные, полученные с французского спутника ДЕМЕТЕР, которые использовались в данной работе. Спутник находится на высоте примерно 700 км и движется по полярным круговым орбитам с углом наклона 86°. Расстояние между соседними орбитами составляет около 2500 км в средних широтах. Спутник пролетает над различными регионами в одно и то же местное время. Ночные полуорбиты, когда спутник движется с юга на север, приходится на 22 часа местного времени, а дневные полуорбиты (при движении спутника в противоположном направлении) - на 10 часов утра.

На спутнике установлено несколько приборов, которые осуществляют непрерывные измерения плазмы, волн и энергичных частиц. Измерения на борту спутника выполняются в двух режимах - обзорном (survey mode) и специальном (burst mode). В обзорном режиме регистрация данных осуществляется каждые 2 сек по всей длине орбиты на инвариантных широтах до 65°. Обзорные графики и данные доступны в интернете по адресу: httpV/demeter cnrs-or51eans fr.

После оценки всех имеющихся исходных данных для дальнейшего анализа спутниковых наблюдений были использованы данные прибора электрической компоненты электромагнитного поля (прибор ICE) , зарегистрированные в ночное время в НЧ диапазоне частот (19,53 Гц-20 кГц с шагом по частоте Af=19,53 Гц).

В разделе 5.3 описывается методика обработки исходных данных В качестве основной характеристики ОНЧ сигнала было использовано отношение величины сигнала к величине шума: 8=Ао/Аш.

Было разработано два метода анализа ОНЧ сигналов, принимаемых на спутнике в связи с возможным сейсмическим влиянием: 1) метод анализа зоны приема сигнала для нахождения крупномасштабных пространственных вариаций; 2) метод разностного сигнала для выявления временных вариаций.

В разделе 5.6 приведены результаты анализа зоны приема ОНЧ сигнала от различных передатчиков - NWC (Австралия), HWU (Франция), DFY (Германия), JP (Южная Япония) в связи с несколькими случаями сильных землетрясений или серий землетрясений. Как было показано для наземных наблюдений, такие периоды сейсмической активности всегда сопровождались сильными и длительными аномалиями в ОНЧ/НЧ сигнале.

Серия землетрясений в Европе. Для анализа была выбрана серия сильных землетрясений (М~5,5), которые произошли в Европе в ноябре-декабре 2004 г. Такая серия сильных землетрясений, случившихся в короткий промежуток времени (2 недели) с эпицентрами, расположенными в одной области, является исключительным событием в Европе. В данном случае были проанализированы сигнала от двух передатчиков - HWU (18,3 кГц, Франция) и DFY (16,6 кГц, Германия), зоны приема которых располагаются над районом эпицентров землетрясений. Было выбрано два интервала времени. В первый интервал вошли данные, полученные в течение месяца до и во время серии землетрясений, во второй - данные в течение месяца после землетрясений. Результаты анализа зоны приема ОНЧ сигнала от двух передатчиков в различные интервалы времени показали, что наблюдается некоторое уменьшение величины сигнала в области над эпицентрами землетрясений в первом интервале по сравнению с последующим периодом.

Землетрясения в Индонезии. В ноябре 2004 г. в районе Индонезии произошло два сильных землетрясения с М>7. Эпицентры землетрясений находились в зоне приема сигнала от JP (17,8 кГц) передатчика, расположенного в Южной Японии на о. Кюсю. Как и в предыдущем случае, заметно уменьшение сигнала в области над эпицентрами землетрясений в период до и во время сейсмической активности

Сильная сейсмическая активность вблизи Суматры. Более подробный анализ был выполнен для случая сильной сейсмической активности вблизи о. Суматра Сейсмическая активность в этом регионе началась с катастрофического землетрясения 26 декабря 2004 г (М=9), за которым последовало несколько сильных землетрясений Афтершоковая активность продолжалась до лета 2005 г , и в течение этого периода произошло еще два сильных землетрясения - 28 марта (М=8,7) и 24 июля (М=7,5) Эпицентры землетрясений находились в зоне приема сигнала от мощного австралийского >)\УС (19,8 кГц) передатчика. Для контроля были выбраны две области такого же размера, как и Суматра, но со слабой сейсмической активностью в период анализа и примерно одинаковой величиной ОНЧ сигнала.

Чтобы найти возможное влияние землетрясений на распространение ОНЧ сигнала, весь период анализа (1 октября 2004 г. - 31 декабря 2005 г.) был разбит на интервалы длительностью 30 дней Поскольку в этот период были перерывы в работе спутника, то интервалы анализа не совпадают с календарными месяцами. Такая процедура была использована для того, чтобы в каждом интервале сохранялось одинаковое количество орбит. Затем сравнивалась величина сигнала в различные интервалы времени, как для региона Суматры, так и для контрольных областей. Чтобы учесть возможные сезонные вариации сигнала для дальнейшего анализа была использована нормализованная величина: 5п=8/<8>, где <Б> - средние значения отношения сигнал/шум над всей центральной частью зоны приема, где сигнал был максимальным. В качестве характеристики уровня сигнала было рассчитано отношение р=Ы(8п>1)/Ыо, где N0 - общее количество точек, в выделенной области и 1Чт(5п>1) - количество точек в этой же области, в которых значение 8п больше единицы.

Результаты анализа показали, что существенное понижение уровня сигнала в ноябре-декабре 2004 г. наблюдалось только в области над Суматрой, что вероятно может быть связано с процессами подготовки землетрясения в этой области. Сигнал в это время в 2,5-3 раза меньше своего среднего значения. Примерно в этот же период времени, но год спустя, сигнал возвращается к своему нормальному значению. Никаких явных эффектов не наблюдалось в связи со вторым и третьим сильными землетрясениями в области Суматры.

Таким образом, анализ зона приема ОНЧ сигнала на борту спутника ДЕМЕТЕР в связи с несколькими случаями сильной сейсмической активности показал некоторые изменения в сигнале, наблюдавшиеся в эти периоды. Наиболее ярко эффект уменьшения сигнала проявился в случае катастрофического землетрясения вблизи Суматры, где длительные изменения в сигнале наблюдались в течение месяца

перед землетрясением. Недостаток этого метода состоит в том, что для получения значимых результатов, необходим длительный период (не менее 3-4 недель) анализа в связи с большим расстоянием между соседними орбитами. Результаты анализа не дают возможность определить время появления аномалий и разделить пре- и постсейсмические эффекты. Поэтому для выявления временных вариаций сигнала был разработан метод разностного сигнала (раздел 5 5).

Для спутниковых наблюдений был разработан метод, аналогичный наземным наблюдениям. На основе данных за 2-3 месяца методом локальной полиномиальной интерполяции рассчитывалась модель поведения сигнала в выбранной области как функция широты и долготы, затем по координатам текущей орбиты рассчитывались значения сигнала в каждой точке 8(широта, долгота) и определялось среднее значение отклонения реальных данных S(t, широта, долгота) от модельных на выбранном участке орбиты.

Для того, чтобы оценить возможное влияние землетрясения на ОНЧ сигнал, принимаемый на спутнике, метод разностного сигнала был использован для анализа двух случаев сильной сейсмической активности вблизи Японии, имевших место в ноябре-декабре 2004 г. и августе 2005 г. и сопровождавшихся появлением аномалий в сигнале, принимаемом на поверхности Земли (глава 4).

Область анализа спутниковых данных представляла собой прямоугольник шириной 25°, что обеспечивало одну орбиту в день над выбранной областью. Для контроля была выбрана область такого же размера, расположенная на тех же широтах и имеющая примерно такой же уровень сигнала, но находящаяся над регионом, где в период анализа не наблюдалось землетрясений.

Землетрясения в ноябре 2004 г. Анализ по наземным данным был выполнен для периода с 1 октября по 31 декабря. Поскольку в октябре и декабре спутниковые данные отсутствовали, период анализа спутниковых наблюдений короче, чем наземных. Аномалии в сигнале для наземных наблюдений были подробно рассмотрены в главе 4. Что касается спутниковых наблюдений, здесь также выделяются 3 периода понижения уровня сигнала, особенно значительное в первом случае. При этом в контрольном квадрате такие аномалии не наблюдаются. Однако появление аномалий в сигнале для наземных и спутниковых наблюдений в данном случае не очень хорошо совпадает по времени.

Землетрясения в августе 2005 г. Более благоприятная ситуация со спутниковыми данными была летом 2005 г. Сравнение наземных и спутниковых наблюдений за июль - сентябрь показало хорошее совпадение результатов, полученных на ДЕМЕТЕРе с наземными результатами. Аномалии в ОНЧ сигнале,

принимаемом на спутнике в зоне над Японией, наблюдались за 2-3 дня перед каждым землетрясением.

Результаты, полученные по данным наблюдения ОНЧ сигнала на борту ДЕМЕТЕРа в период сильной сейсмической активности, свидетельствуют, что эффект от землетрясения, по всей видимости, существует. Эффект уменьшения сигнала имеет размер примерно 1000 км для землетрясений в Европе (М>5), 2-3 тысячи километров для индонезийских и японских землетрясений (М>7) и порядка 5000 км для катастрофического землетрясения вблизи Суматры.

Возможность появления такого эффекта в связи с землетрясениями в случае резонансного рассеяния ОНЧ сигнала рассматривается в разделе 5.6. В заключении приведены основные результаты, полученные в работе

1. По наблюдениям на сети ОНЧ/НЧ станций выявлено появление аномалий в амплитуде и фазе сигнала во время магнитных бурь и суббурь, основная фаза которых наблюдается в ночное время. При этом аномалии в сигнале не всегда одновременно появляются на всех принимающих станциях, что может быть связано с характерными особенностями взаимного расположения приемника и передатчика. Результат частотно-временного анализа показал схожесть частотного состава аномалий ОНЧ/НЧ сигналов (19,8 кГц и 40 кГц) и одновременно наблюдаемых Р1З геомагнитных пульсаций.

2. Для сети ОНЧ/НЧ станций найдена зависимость между вариациями амплитуды и фазы НЧ сигнала в ночное время и Бб! индексом магнитной активности, протонными вспышками и потоками релятивистских электронов, зарегистрированными на ГОЕСе-Ю.

3. Обнаружена корреляция между средним разностным значением амплитуды и фазы НЧ сигнала в ночное время и значениями динамического давления солнечного ветра Для амплитуды сигнала выявлена также корреляция с функцией Акасофу.

4. Показано, что значения амплитуды и фазы НЧ сигнала в ночное время подвержены квазипериодическим колебаниям, период которых совпадает с периодами планетарных волн. Найдена связь между вариациями амплитуды НЧ сигнала в ночное время и вариациями атмосферного давления.

5. По данным, полученным для Курило-Камчатского региона, Японии и Европы найдено, что появление ночных «бухтообразных» возмущений в ОНЧ/НЧ сигнале наиболее вероятно для землетрясений с М>5,5.

6 Результат спектрального анализа амплитуды и фазы НЧ сигнала для трех серий сильных землетрясений выявил частотные максимумы в сигнале, совпадающие с

периодами атмосферных гравитационных волн, что является экспериментальным подтверждением теоретической модели АГВ, вызванных сейсмической активностью.

7. В рамках разработанного метода пространственного анализа зоны приема ОНЧ сигналов, принимаемых на спутнике ДЕМЕТЕР, выявлена депрессия сигнала во время сильной сейсмической активности в Европе, Индонезии и вблизи острова Суматра.

8. При совместном анализе наземных и спутниковых данных обнаружена корреляция данных, полученных по наземной сети ОНЧ/НЧ станций и спутника ДЕМЕТЕР для двух случаев сильной сейсмической активности вблизи Японии

9. Результаты проведенных исследований показали принципиальную возможность диагностики крупномасштабных ионосферных возмущений сейсмического происхождения, используя зондирующие НЧ сигналы.

Основные публикации по теме диссертации

1. Рожной А.А., НГ. Клейменова, О.В. Козырева, О.А. Молчанов, М.С. Соловьева. Ночные среднеширотные вариации параметров ДВ (40 кГц) сигналов и геомагнитные пульсации Pi3 // Геомагнетизм и аэрономия. 43, № 4, с. 553-560. 2003.

2. Rozhnoi A., M.S. Solovieva, О A. Molchanov, М Hayakawa. Middle latitude LF (40 kHz) phase variations associated with earthquakes for quiet and disturbed geomagnetic conditions // Physics and Chemistry of the Earth, 29, 589-598. 2004.

3. Клейменова Н.Г., О.В. Козырева, A.A. Рожной, М.С. Соловьева. Вариации параметров СДВ-сигналов на радиотрассе Австралия-Камчатка во время магнитных бурь // Геомагнетизм и аэрономия. 44, № 3, с. 385-393. 2004.

4. Рожной А.А., Н.Г. Клейменова, О.В. Козырева, М.С. Соловьева. Влияние неоднородностей солнечного ветра и ММП на параметры ДВ (40 кГц) сигналов на среднеширотной трассе // Геомагнетизм и аэрономия. 45, № 4, с. 459-466. 2005.

5. Rozhnoi А.А., M.S. Solovieva, О.А. Molchanov, М. Hayakawa, S. Maekawa and P.F. Biagi. Anomalies of LF signal during seismic activity in November-December 2004 // Natural Hazard and Earth System Sciences. № 5, 1-4. 2005.

6. Rozhnoi A.A., M.S. Solovieva, O.A. Molchanov, M. Hayakawa, S. Maekawa and P.F. Biagi. Sensitivity of LF signal to global ionosphere and atmosphere perturbations in the network of stations // Physics and Chemistry of the Earth, 31, 409-415. 2006.

7. Rozhnoi A.A., M.S. Solovieva, O.A. Molchanov, V. Chebrov, V. Voropaev, M. Hayakawa, S. Maekawa and P.F. Biagi. Preseismic anomaly of LF signal on the

wave path Japan-Kamchatka during November - December 2004 // Physics and Chemistry of the Earth, 31,422-427. 2006.

8. Molchanov O. A. Rozhnoi, M. Solovieva, O. Akentieva, J-J. Berthelier, M. Parrot, F. Lefeuvre, P-F. Biagi, L. Castellana and M. Hayakawa. Global diagnostics of ionospheric perturbations associated with seismicity using VLF transmitter signals received on DEMETER satellite // Natural Hazard and Earth System Sciences. № 6, 745-753. 2006.

9. P. F. Biagi, L. Castellana, Т. Maggipinto, G. Maggipinto, A. Minafra, A. Ermini, V. Capozzi, G. Perna, M. Solovieva, A. Rozhnoi, O. A. Molchanov, and M. Hayakawa. Decrease in the electric intensity of VLF/LF radio signals and possible connections // Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 7, 423-430. 2007.

10.Rozhnoi A., Molchanov О., M. Solovieva, V. Gladyshev, O. Akentieva, J-J. Berthelier, M. Parrot, F. Lefeuvre, M. Hayakawa, L. Castellana, and P. F. Biagi. Possible seismo-ionosphere perturbations revealed by VLF signals collected on ground and on a satellite //Nat. Hazards Earth Syst Sci., 7, 617-624. 2007.

11.Rozhnoi A, M. Solovieva, O. Molchanov, P.-F. Biagi, and M. Hayakawa. Observation evidences of atmospheric Gravity Waves induced by seismic activity from analysis of subionospheric LF signal spectra // Natural Hazard and Earth System Sciences, 7, 625-628. 2007.

12.Rozhnoi A.A., Kleimenova N.G., Kozyreva O.V., Solovieva M.S. Storm-time mid-latitude VLF (40 kHz) signal variations // Proceedings of the International Conference "Problems of Geocosmos", St.Petersburg, Russia, June 3-7, 2002, p.204 -208.

13.Рожной A.A., Н.Г. Клейменова, O.B. Козырева, M.C. Соловьева. Вариации параметров среднеширотных ДВ сигналов и геомагнитные пульсации диапазона Pi3 // 26th Annual Seminar "Physics of auroral phenomena". Abstracts. Apatity, p. 57. 2003.

14. Solovieva M.S., A.A. Rozhnoi, O.A. Molchanov, P.F. Biagi, M. Hayakawa and Sh. Maekawa. Meteorological sensitivity of LF signals in the network of stations // IWSE-2005. Abstracts, Chofu Tokyo Japan March 15-17, p. 195-198. 2005.

15.Rozhnoi A A., M.S. Solovieva, O.A. Molchanov, P.F. Biagi, M. Hayakawa and Sh. Maekawa. Disturbances in VLF/LF signals correlated with earthquakes in the Europe station and Asia network // IWSE-2005. Abstracts, Chofu Tokyo Japan. March 1517, p. 428-431.2005

16.Rozhnoi A., M. Solovieva, O.Molchanov Variations of VLF signals received on DEMETER satellite in association with seismicity // "Problem of Geocosmos", 7th Inter.Conference, St. Petersburg, Book of Abstracts, p. 279. 2008.

Соловьева Мария Сергеевна

Диагностика крупномасштабных ионосферных возмущений сейсмического

происхождения зондирующими низкочастотными сигналами.

Автореф. дисс. на соискание учёной степени кандидата физ.-маг. наук.

Подписано в печать 27.10.2008

Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз.

Типография Института физики Земли РАН

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Соловьева, Мария Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Метод зондирования волновода Земля-ионосфера низкочастотными сигналами.

1.1. Общие закономерности распространения ОНЧ/НЧ сигнала.

1.2. Первые результаты применения метода ОНЧ/НЧ мониторинга в связи с сейсмической активностью.

1.3. Развитие методов ОНЧ7НЧ мониторинга в настоящее время.

Выводы к главе 1.

Глава 2. Методика наземных наблюдений.

2.1. Исходные данные.

2.2.Методика обработки данных.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Чувствительность ОНЧ/НЧ сигнала к глобальным ионосферным и атмосферным возмущениям по наземным наблюдениям.

3.1. Аномалии в НЧ сигнале, связанные с гелиогеомагнитными факторами по данным наблюдений на сети станций.

3.2. Влияние неоднородностей солнечного ветра и ММП на параметры НЧ сигнала на трассе ЛУ-Петропавловск-Камчатский.

3.3. Влияние магнитных бурь на вариации параметров ОНЧ (19,8 кГц) сигнала на радиотрассе Австралия-Камчатка.

3.4. Влияние атмосферных условий на поведение НЧ сигнала.

Выводы к главе 3.!.

Глава 4. Аномалии в НЧ сигнале в связи с сейсмической активностью по наземным наблюдениям.

4.1. Сейсмичность Курило-Камчатского и Японского регионов.

4.2. Аномалии перед изолированными землетрясениями.

4.3. Порог чувствительности ОНЧ/НЧ сигнала к сейсмическому воздействию.

4.4. Аномалии во время периодов сильной сейсмической активности.

4.5. Статистика аномалий для сильных землетрясений (М>7).

4.6. Теоретические модели сейсмического влияния на атмосферу.

4.6.1. Модель влияния электрического поля.

4.6.2. Модель влияния атмосферных гравитационных волн (АГВ).

4.7. Экспериментальные наблюдения атмосферных гравитационных волн в связи с сейсмичностью из анализа спектра НЧ сигнала.

Выводы к главе 4.

Глава 5. Диагностика ионосферных возмущений в связи с сейсмической активностью по наблюдениям ОНЧ сигналов на спутнике ДЕМЕТЕР.

5.1. Обзор литературных данных.

5.2. Исходные данные.

5.3. Методика обработки данных.

5.4. Метод анализа зоны приема ОНЧ сигнала.

5.5. Метод разностного сигнала.

5.6. Резонансное рассеяние ОНЧ сигнала.

Выводы к главе 5.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Диагностика крупномасштабных ионосферных возмущений сейсмического происхождения зондирующими низкочастотными сигналами"

Из всех природных катастроф наибольшее число жертв и разрушений приносят землетрясения и такие сейсмические явления, как извержения вулканов и цунами. Сейсмической опасности в России подвержено около 20% территории. Согласно карте сейсмического районирования территории Российской Федерации, принятой в 1997 г. в качестве нормативного документа, к 8-9 и 9-10-бальным зонам относятся: Северный Кавказ, оз. Байкал, Алтайский Край, и весь Дальний Восток. Регион Дальнего Востока является самым сейсмически опасным регионом Россы. За последние 15 лет в этом регионе произошло несколько крупных землетрясений. В их числе сильнейшее Нефтегорское землетрясение 27 мая 1995 г. (М=7,7, h=ll км), которое унесло жизни более 2000 человек и полностью разрушило поселок Нефтегорск. Землетрясения в Корякском АО (М=7,6, h=22 км, 20 апреля 2006 г.) и в г. Невельске на Сахалине (М=6,2, h=5 км, 2 августа 2007 г.), хотя и не были такими ужасными по своим последствиям, однако вызвали значительные разрушения и нанесли большой экономический ущерб. Катастрофическое Шикотанское землетрясение 4 октября 1994 г. (М=8,4, h=65 км) сопровождалось волной цунами и многочисленными повторными толчками.

В настоящее время работы по предвестникам землетрясений остаются одной из самых актуальных проблем геофизики. В результате многочисленных исследований было обнаружено, что сейсмические процессы сопровождаются рядов явлений - изменениями слабой сейсмичности, электрических и магнитных свойств пород, деформаций и наклонов земной поверхности, уровня подземных вод, их химического состава и другими необычными явлениями природы. В то же время выяснено, что эти аномалии с трудом выделяются на фоне шумов, мозаично расположены на поверхности Земли и по-разному развиваются перед конкретными землетрясениями в различных сейсмоактивных зонах (Соболев, 1993).

Если место и магнитуду будущего землетрясения можно оценить по данным долгосрочного и среднесрочного прогноза, то проблема прогноза времени землетрясения за несколько суток остается одной из важнейших нерешенных проблем. Эту проблему в последние годы пытаются решить с помощью электромагнитных и ионосферных методов. Электромагнитные методы в настоящее время рассматриваются как очень обещающий кандидат для краткосрочного прогноза землетрясений (Hayakawa М. and Fudjinawa Y., 1994; Hayakawa M., 1999), поскольку накоплено множество доказательств сейсмоэлектромагнитных явлений в широком диапазоне частот от УНЧ до ВЧ и средства наблюдения таких явлений протягивается от поверхностных наблюдений до наблюдений на спутниках. Интерес к таким наблюдениям определяется как возможностью практического применения этих эффектов для определения времени будущего землетрясения, так и фундаментальными проблемами литосферно-атмосферно-ионосферных связей.

Возможно два типа ионосферного отклика на процессы, связанные с землетрясениями: 1) прямое влияние сейсмического импульса или так называемый co-seismic effect длительностью несколько минут; 2) более длительный непрямой отклик, благодаря некоторым процессам, относящимся к подготовке землетрясения и последующей разрядкой, длительностью несколько дней или недель.

Первые доказательства ионосферных возмущений, вызванных землетрясением (co-seismic effect), были получены более 40 лет назад во время сильного землетрясения на Аляске в марте 1964 г. при применении традиционного ионозонда с частотой F= 0,5-20 MHz (Leonard and Barnes, 1965; Davies and Baker, 1965). Затем было несколько сообщений о схожих эффектах после других сильных землетрясений, полученных с применением метода доплеровского сдвига на фиксированной частоте в ионозонде (Yuen et al., 1969; Weaver et al, 1970; Wolcott et al., 1984; Tanaka et al., 1984; Kelley et al., 1985). Механизм появление возмущений в ионосфере во время или сразу после землетрясения хорошо изучен теоретически (Lognonne, 1991, Artru et al., 2001; Pokhotelov et al. 1995; Nekrasov et al. 1995). Однако многое остается неясным в явлениях, наблюдающихся в ионосфере в период подготовки землетрясения. Поэтому актуальной задачей является расширение экспериментальных наблюдений за процессами в ионосфере перед землетрясениями с целью выяснения их природы и закономерностей.

В настоящее время для изучения непрямого отклика ионосферы на активизацию сеймотектонических процессов используются методы вертикального ионосферного зондирования, доплеровские измерения, радиопросвечивание волновода Земля-ионосфера ОНЧ и НЧ сигналами и наблюдения на спутниках. Этими методами были получены данные, указывающие на возмущение F, Е и D слоев ионосферы в период сейсмической активности. Описание эффектов, обнаруженных методами вертикального зондирования на высотах Е и F области в связи с землетрясениями, приведено в монографии (Липеровский и др.,1992), и обзор последних результатов исследования возмущений в Е и F областях дан в работе (Pulinets and Boyarchuk, 2005). Анализ изменчивости параметров слоя F2 с характерными временами 2 часа и турбулентных явлений в F и Е областях ионосферы показал, что за три дня перед землетрясениями наблюдается усиление крупномасштабной турбулентности как в Е-области (Es-рассеяние), так и в F-области (Fs-рассеяние) по сравнению с предшествующими днями. Характерные пространственные и временные масштабы проявления турбулизации зависят от магнитуды землетрясения и могут составлять от 100 до 1000 км (Liperovskaya et al., 2003; 2006; Popov et al., 2004).

Поиск сейсмоионосферных эффектов в D области методом радиопросвечивания ОНЧ сигналами от навигационной системы "Омега" (10,2-13,6 кГц) волновода Земля-ионосфера был начат в 1983 г. (Гохберг и др., 1987). После закрытия этой системы в 1997г. все работы по поиску предвестников землетрясения методом ОНЧ зондирования были прекращены. Возобновление исследований началось после развертывания сети принимающих станций в Японии и установки приемника в 2000 г. на Камчатке. Это дало возможность контролировать высоко сейсмоактивные Курило-Камчатский и Японский регионы. В дальнейшем сеть была расширена, и приемники были установлены в Италии и Австрии. Подобные измерения проводятся в Венгрии, Польше и Индии. В настоящее время для изучения используются мощные навигационные передатчики и передатчики службы времени в диапазоне 12—50 кГц.

В диссертации обобщены результаты многолетних наблюдений, полученных на принимающей станции в Петропавловске-Камчатском, японской сети станций и в Италии. Комплексное исследование возмущений сигнала в связи с различными факторами на большом фактическом материале, полученном на сети станций, ранее не проводилось. После запуска французского спутника ДЕМЕТЕР в 2004 г. совместно с наземными наблюдениями, проводился анализ поведения ОНЧ сигнала на спутнике, что "является совершенно новым методом исследования.

Актуальность темы определяется задачей, решение которой даст возможность изучить физические закономерности возбуждения предвестников землетрясений в ионосфере Земли д ля выделения прогностических признаков подготовки землетрясения. Цель и задачи работы

Целью работы является выявление наиболее характерных особенностей вариаций низкочастотных зондирующих сигналов, связанных с землетрясениями, по результатам наблюдении на поверхности Земли и на спутнике. При этом решаются следующие задачи:

1. Анализ основных характеристик метода ОНЧ/НЧ зондирования по известным ионосферным возмущениям не сейсмического происхождения: а) возмущениям, вызванным магнитными бурями и суббурями; б) возмущениям, связанным с протонными вспышками и высыпанием релятивистских электронов; в) возмущениям, обусловленным изменением параметров атмосферы.

2. Анализ ионосферных возмущений сейсмического происхождения по результатам наблюдений низкочастотных сигналов в Курило-Камчатском регионе, Японии и Италии.

3. Анализ ионосферных возмущений во время периодов сильной сейсмической активности по результатам наблюдений ОНЧ сигналов на французском спутнике ДЕМЕТЕР.

Научная новизна

В результате проведенного исследования получен ряд новых результатов.

1. Обнаружена связь фазовых и амплитудных ОНЧ/НЧ вариаций сигналов (19,8 кГц и 40 кГц) с геомагнитными пульсациями типа Р13.

2. Статистически выявлено влияние крупномасштабных возмущений в солнечном ветре на вариации значений амплитуды и фазы НЧ (40 кГц) сигналов в ночное время.

3. Установлено появление возмущений в НЧ сигнале в связи с изменением атмосферного давления.

4. Определен порог чувствительности сигнала к сейсмическому воздействию и показана достоверность появления предвестниковых аномалий сигнала за 3-4 дня до землетрясения.

5. Найдены частотные максимумы аномалий амплитуды и фазы НЧ сигнала во время сильной сейсмической активности, совпадающие с периодами атмосферных гравитационных волн.

6. Разработана новая методика обработки спутниковых данных для анализа поведения сигнала от ОНЧ передатчиков и обнаружена депрессия сигнала в связи с сильными землетрясениями.

7. Обнаружено совпадение наземных и спутниковых результатов при анализе сильной сейсмической активности.

Достоверность и обоснованность результатов, представленных в диссертации, определяется применением современных разностных методов обработки и анализа, а также методикой сравнения полученных результатов по разным трассам для наземных наблюдений и методикой сравнения в разных областях в зависимости от распределения землетрясений для спутниковых наблюдений. Практическая значимость работы

Результаты работы будут полезны для обоснования научной базы и построения системы прогноза землетрясений. На защиту выносятся

1. Результаты анализа поведения ОНЧ/НЧ сигнала в ночное время на сети принимающих станций в Дальневосточном регионе во время магнитных бурь и суббурь, протонных вспышек, потоков релятивистских электронов зарегистрированных на ГОЕСе-Ю), крупномасштабных возмущений в солнечном ветре н изменений атмосферных параметров.

2. Результаты статистического анализа по определению порога чувствительности ОНЧ/НЧ сигнала к сейсмическому воздействию по данным, полученным для Курило-Камчатского региона, Японии и Европы.

3. Спектральные особенности амплитуды и фазы НЧ сигнала, полученные для трех серий сильных землетрясений.

4. Метод анализа ОНЧ сигналов, принимаемых на спутнике в связи с возможным сейсмическим влиянием.

5. Методика совместного анализа наземных и спутниковых наблюдений в течение периодов сильной сейсмической активности.

Апробация работы

Результаты исследований, приведенных в диссертации, докладывались и обсуждались на конференции "Problems of Geocosmos", Санкт-Петербург, 2002; 26-м Семинаре "Physics of auroral phenomena", Апатиты, 2003; Объединенной Ассамблее EGS -AGU - EUG, Ницца (Франция), 2003; Генеральной конференции EGU, Ницца (Франция), 2004; международном симпозиум по сейсмо-электромагнетизму IWSE-2005, Токио (Япония), 2005; Генеральной конференции EGU, Вена (Австрия), 2005; Генеральной конференции EGU, Вена (Австрия), 2006; международном симпозиум DEMETER, Тулуза (Франция), 2006; Генеральной конференции EGU, Вена (Австрия), 2007; XXIV Генеральной Ассамблее IUGG, Перуджа (Италия), 2007, а также на международных семинарах в университете г. Бари (Италия), университете г. Чофу (Япония), институте космических исследований Австрийской академии наук (г. Грац) и семинарах в ИФЗ РАН.

По теме диссертации автором в соавторстве опубликовано 15 печатных работ. Работа была поддержана грантом РФФИ N° 02-05-64069 и грантами МНТЦ 1121 и 2990. Благодарности

В первую очередь автор хотел бы выразить самую глубокую благодарность и признательность руководителю всех работ на протяжении многих лет доктору физико-математических наук, профессору O.A. Молчанову. Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору O.A. Похотелову за внимание и руководство. Автор признателен И.Л. Гуфельду, Н.Г. Клейменовой, О.В. Козыревой, C.JI. Шалимову, Е.В. Липеровской, В.А. Липеровскому, О.В. Павленко ••. за помощь При написании диссертации.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Соловьева, Мария Сергеевна

Выводы к главе 5

1. Разработано два метода анализа ОНЧ сигналов, принимаемых на спутнике в связи с возможным сейсмическим влиянием: метод анализа зоны приема сигнала для нахождения крупномасштабных пространственных вариаций и метод разностного сигнала для выявления временных вариаций.

2. Анализ зона приема ОНЧ сигнала от различных передатчиков на борту спутника ДЕМЕТЕР в связи с несколькими случаями сильной сейсмической активности показал уменьшение сигнала, наблюдавшиеся в эти периоды. Наиболее ярко эффект уменьшения сигнала проявился в случае катастрофического землетрясения вблизи Суматры, где длительные изменения в сигнале наблюдались в течение месяца перед землетрясением. Полученный результат позволяет сделать вывод, что размер зоны возмущений в ионосфере составляет несколько тысяч километров.

3. Метод разностного сигнала показал хорошее совпадение наземных и спутниковых результатов при анализе сильной сейсмической активности вблизи Японии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. По наблюдениям на сети ОНЧ/НЧ станций выявлено появление аномалий в амплитуде и фазе сигнала во время магнитных бурь и суббурь, основная фаза которых наблюдается в ночное время. При этом аномалии в сигнале не всегда одновременно появляются на всех принимающих станциях, что может быть связано с характерными особенностями взаимного расположения приемника и передатчика. Результат вейвлет анализа показал схожесть частотного состава аномалий ОНЧ/НЧ сигналов (19.8 кГц и 40 кГц) и одновременно наблюдаемых Р13 геомагнитных пульсаций.

2. Для сети ОНЧ/НЧ станций получена статистическая зависимость между вариациями амплитуды и фазы НЧ сигнала в ночное время и Бб! индексом магнитной активности, протонными вспышками и потоками релятивистских электронов, зарегистрированных на ГОЕСе-Ю.

3. Найдена корреляционная зависимость между средним разностным значением амплитуды и фазы НЧ сигнала в ночное время и значениями динамического давления солнечного ветра. Для амплитуды сигнала выявлена также корреляция с функцией Акасофу.

4. Установлена чувствительность НЧ сигнала к изменению атмосферных параметров по данным наблюдений на сети станций. Показано, что значения амплитуды и фазы НЧ сигнала в ночное время подвержены квазипериодическим колебаниям, период которых совпадает с периодом колебаний характеристик атмосферы. Найдена зависимость связь между изменениями значений амплитуды НЧ сигнала в ночное время и вариациями атмосферного давления. Для береговых станций обнаружена чувствительность сигнала к изменениям влажности.

5. По данным, полученным для Курило-Камчатского региона, Японии и Европы статистически установлено, что появление ночных «бухтообразных» возмущений в НЧ сигнале наиболее вероятно для землетрясений с М>5,5.

6. Проанализировано поведение НЧ сигнала для всех случаев сильных землетрясений с М>7 на трассе ЛУ-Петропавловск-Камчатский. Аномалии в амплитуде и фазе сигнала, вызванные сейсмическими процессами, обнаружены в 4 из 5 случаях на фоне спокойной геомагнитной обстановки. В 2 случаях аномалии были вызваны сильными геомагнитными возмущениями.

7. Результат спектрального анализа амплитуды и фазы НЧ сигнала для трех серий сильных землетрясений выявил частотные максимумы в сигнале, совпадающие с периодами атмосферных гравитационных волн.

8. Разработано два метода анализа ОНЧ сигналов, принимаемых на спутнике ДЕМЕТЕР в связи с возможным сейсмическим влиянием: метод анализа зоны приема сигнала для нахождения крупномасштабных пространственных вариаций и метод разностного сигнала для выявления временных вариаций. Анализ зоны приема ОНЧ сигнала от различных передатчиков в связи с несколькими случаями сильной сейсмической активности выявил депрессию в сигнале, наблюдавшуюся в эти периоды.

9. Метод разностного сигнала показал хорошее совпадение наземных и спутниковых результатов при анализе сильной сейсмической активности вблизи Японии.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Соловьева, Мария Сергеевна, Москва

1. Белоглазов М.И. и Ременец Г.Ф. Распространение сверхдлинных радиоволн в высоких широтах. Л., Наука, 240 е., 1982.

2. Воинов В.В., Гуфельд И.Л., Крутиков В.В., Ледовский И.С., Маренко В.Ф., Миранян Ф.П., Панаджян В.Г., Ямпольский B.C. Эффекты в ионосфере и атмосфере перед Спитакским землетрясением 7 декабря 1988 г. // Изв. АН СССР, Физика Земли, № 3, с. 96-101, 1992.

3. Гармаш C.B., Линьков Е.М., Петрова Л.Н., Швед Г.М. Возбуждение колебаний атмосферы сейсмогравитационными колебаниями Земли // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, т. 25, № 12, с. 1290-1299, 1989.

4. Гохберг М.Б., Пилипенко В.А., Похотелов O.A. Наблюдение со спутника электромагнитного излучения над эпицентральной областью готовящегося землетрясения // Докл. АН СССР, т. 268, № 1, с. 56-59, 1983.

5. Гохберг М.Б., Некрасов А.К., Шалимов СЛ. О влиянии нестабильного выхода парниковых газов в сейсмически активном регионе на ионосферу // Физика Земли, № 8, с.52-56, 1996.

6. Гохберг М.Б., Шалимов С.Л. Воздействие землетрясений и взрывов на ионосферу. М., ИФЗ РАН, 224 с. 2004.

7. Гуфельд И.Л., Маренко В.Ф., Ямпольский B.C. Статистический анализ связи возмущений фазы сигналов ФРНС «Омега» с сейсмотектоническим процессом. Препринт № 1. ИФЗ АН СССР. 11 с. 1989.

8. Гуфельд И.Л., Рожной A.A., Тюменцев С.Н., Шерстюк C.B., Ямпольский B.C. Возмущения радиоволновых полей перед Рудбарским и Рачинским землетрясениями // Изв. АН, сер. Физика Земли, № 3, с.102-106, 1992.

9. Гуфельд И.Л., Гусев Г.А., Похотелов O.A. Прогноз даты сильных коровых землетрясений //ДАН, 338, 6, с. 814-817,1994.

10. Гуфельд И.Л. Радиоволновые предвестники коровых землетрясений. Автор, дисс. на соиск. уч ст. д.ф.-м.н. Москва. 1995.

11. Данилов А.Д., Казимировский Э.С., Вергасова Г.В., Хачикян Г.Я. Метеорологические эффекты в ионосфере. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1987.

12. Добровольский И.П., Зубков С.И., Мячкин В.И. Об оценке размеров зоны проявления предвестников землетрясений. В сб. Моделирование предвестников землетрясений, Москва, Наука, с. 7- 44,1980.

13. Клейменова Н.Г., О.В. Козырева, A.A. Рожной, М.С. Соловьева. Вариации параметров СДВ-сигналов на радиотрассе Австралия-Камчатка во время магнитных бурь // Геомагнетизм и аэрономия, 44, № 3, с. 385-393,2004.

14. Ларкина В.И., Наливайко A.B., Гершензон Н.И., Липеровский В.А., Гохберг М.Б., Шалимов С.Л. Наблюдение на спутнике «Интеркосмос-19» ОНЧ излучений, связанных с сейсмической активностью // Геомагнетизм и аэрономия, т.23, № 5, с. 842-846, 1983.

15. Линьков Е.М., Петрова Л.Н., Осипов К.С. Сейсмогравитационные пульсации Земли и возмущения атмосферы как возможные предвестники сильных землетрясений // Докл. АН СССР,т. 313, № 55, с. 1095-1098,1990

16. Липеровский В.А., Похотелов O.A., Шалимов С.Л. Ионосферные предвестники землетрясений, Наука, Москва, 304с., 1992.

17. Молчанов O.A. Низкочастотные волны и индуцированные излучения в околоземной плазме, М., Наука, 223 е., 1985.

18. Митра А. Воздействие солнечных вспышек на ионосферу Земли. М., Мир, 370 с. 1977.

19. Орлов А.Б., Азарин Г.В. Основные закономерности распространения сигналов СДВ-диапазона в волновом канале Земля-ионосфера // Проблемы дифракции и распространения волн. Изд. ЛГУ, вып. 10, с. 3-107, 1970.

20. Перцев H.H., Шалимов С.Л. Генерация атмосферных гравитационных волн в сейсмически активном регионе и их влияние на ионосферу // Геомагнетизм и аэрономия, т. 36, № 2, с. 111-118, 1996.

21. Ременец Г.Ф. и Лещенко B.C. Двухнедельное возмущение отражательных свойств нижней ионосферы после начала сильной магнитной бури 27 августа // Геомагнетизм и аэрономия, т.23, №6, с.935-940, 1983.

22. Рожной A.A., Клейменова Н.Г., Козырева О.В. Соловьева М.С. Вариации параметров среднеширотных ДВ сигналов и геоманитные пульсация диапазона Pi3 //Геомагнетизм и аэрономия, т.43, № 4, с.553-600,2003.

23. Рожной А.А., Н.Г. Клейменова, О.В. Козырева, М.С. Соловьева. Влияние неоднородностей солнечного ветра и ММП на параметры ДВ (40 кГц) сигналов на среднеширотной трассе // Геомагнетизм и аэрономия, т.45, № 4, с. 459-466,2005.

24. Соболев Г. А. Основы прогноза землетрясений. М. :Наука. 313 с. 1993.

25. Соболев Г.А. Отв. редактор. Природные опасности России. Том 2. Сейсмические опасности. Москва, 295 е., 2000.

26. Тараканов Р.З., Ким Чун Ун, Сухомлинова Р.И. Строение Курильской фокальной зоны. Сейсмическое районирование Курильских островов, Приморья и Приамурья. Владивосток, с. 6-16, 1977.

27. Тараканов Р.З., Ким Ч,У., Левый Н.В. К вопросу о районировании Курило-Камчатского региона по сейсмичности. В кн. Оперативный и долгосрочный прогноз цунами. Владивосток, с.11-135, 1983.

28. Федякина Н.И. Распространение сверхдлинных радиоволн на трансполярных и субполярных трассах. Новосибирск, Наука, 104 с. 1980.

29. Чмырёв В.М., Исаев Н.В., Биличенко С.В., Труппшна Е.П., Станев Г., Гочев Д. Электрические поля и гидродинамические волны в ионосфере над очагом землетрясения // Геомагнетизм и аэрономия, т. 26, № 6, с. 1020-1022, 1986.

30. Шалимов С.Л. О влиянии длиннопериодных колебаний Земли на верхнюю атмосферу // Физика Земли, № 7, с. 89-95,1992.

31. Шебалин Н.В. Замечания о преобладающих периодах, спектре и очаге сильного землетрясения // Вопросы инженерной сейсмологии, вып. 14, с.50-78,1971.

32. Akasofu S.-I. The solar wind-magnetoshpere energy coupling and magnetospheric disturbances // Planet. Space Sci., v.28, p. 495-509, 1980.

33. Artru J., P. Lognonne, E. Blanc. Normal modes modeling of postseismic ionospheric oscillations, Geophys. Res. Let., v. 28, p. 697 700,2001.

34. Aubrey M.P., Six-component observation of VLF signal on FR-1 satellite // J. Atm. And Terr. Phys., v. 30,1161-69,1968.

35. Baba K., Nunn D., Hayakawa M. The modeling of VLF Trimpis using both finite element and 3D Born modeling // Geophys. Res. Lett., v.25, 4453^1456, 1998.

36. Belrose J.S., Thomas L. Ionisation in the middle latitude D-ragion associated with geomagnetic storms // J. Atmos. Terr. Phys., v.30, p.1397-1413,1968.

37. Berthelier J J., Godefroy M., Leblan, F., Seran E., Peschard D., Gilbert P. Artru J. LAP, the thermal plasma analyzer on DEMETER // Planetary and Space Science, v. 54, issue 5, p. 487-501,20066.

38. Chmyrev V.M., N.V. Isaev, S.V. Bilichenko, and G. Stanev. Observation by space-borne detectors of electric fields and hydromagnetic waves in the ionosphere over an earthquake centre / / Phys. Earth Planet. Inter., v.57,110-114,1989.

39. Danilov A.D. and Lastovicka J. Effects of geomagnetic storms on the ionosphere and atmosphere // Inter. J. Geomag. Aeron., v.2, No.3, p.209-224,2001.

40. Davies K. and D.M. Baker. Ionospheric effects observed around the time of the Alaskan Earthquake of March 28, 1964 // J. Geophys. Res., v.70, 2251-2253, 1965.

41. Fishkova L.M., Gokhberg M.B., Pilipenko V.A. Relationship between night airglow and seismic activity// Annales G., v.3, 6, 689-694, 1985.

42. Gandian L.S. 1963. Objective Analysis of Meteorological Fields. Gidrometizdat. Leningrad (translated by Israel Program for Scientific Translations), Jerusalem, 1965.

43. Gardner, C. S., C. A. Hostetler, and S. J. Franke, Gravity wave models for the horizontal wave number spectra of atmospheric velocity and density fluctuations // J. Geophys. Res., v.98, 1035-1049, 1993.

44. Gokhberg M.B., Gufeld I.L., Rozhnoy A.A., Marenko V.F., Yampolsky V.S., Ponomarev E.A. Study of seismic influence on the ionosphere by super long wave probing of the Earth-ionosphere wave guide // Phys. Earth Planet. Inter., v.57, p. 64-67, 1989.

45. Gokhberg Mikhail B., Morgunov Vitali A., Pokhotelov Oleg A. Earthquake prediction. Seismo-Electromagnetic Phenomena. 192 p. 1995.

46. Hayakawa M. Electromagnetic Precursors of Earthquakes: Review of Recent Activities // Rev. Radio Sci., 1993-1995, Oxford Univ. Press, p. 807-818,1997.

47. Hayakawa M. and Fudjinawa Y. Editors. Electromagnetic phenomena related to earthquake prediction. TERRAPUB, Tokyo, 667 p., 1994.

48. Hayakawa M., Molchanov O. A., Ondoh T., and Kawai E. Precursory Signature of the Kobe Earthquake on VLF Subionospheric Signal // J. Atmos. Ele'ctr., v. 16, No. 3, 247-257,1996a.

49. Hayakawa M., Molchanov O. A., Ondoh T., and Kawai E. The precursory signature effect of the Kobe earthquake on subionospheric VLF signals // J. Comm. Res. Lab., v.43,169-180, 1996b.

50. Hayakawa M. Editor. Atmospheric and ionosperic electromagnetic phenomena associated with earthquakes. TERRAPUB. Tokyo. 997 p. 1999.

51. Hayakawa M., Svets A.V. and Maekawa Sh. Subionosperic LF monitoring perturbations prior to the Tokachi-oki earthquake and a possible mechanism of lithosphere-ionosphere coupling // Adv.Polar Upper Atmos. Res., v.19,42-54,2005.

52. Hayakawa M., Ohta S., Maekawa S., Yamauchi T., Ida Y., Gotoh T., Yonaiguchi H., Sasaki H. and Nakamure T. Electromagnetic precursors to the 2004 Mid Niigata Prefecture earthquake // Physics and Chemistry of the Earth, v.31, 356-364,2006.

53. Helliwell R.A. Whistlers and related ionospheric phenomena. Stanford, 1965.

54. Henderson T.R., V.S. Sonwalker, R.A. Helliwell, U.S. Inan and A.C. Fraser-Smith. A search for ELF/VLF emissions induced by earthquakes as observed in the ionosphere by the DE-2 satellite // J. Geophys. Res., v.98,9503-9514,1993.

55. Hines, C.O. The upper atmosphere in motion: A selection of papers with annotation. Geophys. Monogr. 18, Am.Geophys.Union, Washington, D.C., 1974.

56. Hobara Y., Lefeuvre F., Parrot M., and Molchanov O. A. Low latitude ionospheric turbulence and possible association with seismicity from satellite Aureol 3 data // Annales Geophys., v.23, 1259-1270,2005.

57. Inan U.S. and R.A. Helliwell. DE-1 observations of VLF transmitter signals and wave-particle interaction in the magnetosphere // Geophys. Res. Lett., v.9, 917-23,1982.

58. Kaiser A.B. VLF propagation over long paths // J. Atm. Terr. Phys., v.29, N. 1, p. 73-85, 1967.

59. Kelley M. C., Livingston R., and McCready M. Large amplitude thermospheric oscillations induced by earthquakes // Geophys. Res. Lett., v.12, 577-580, 1985.

60. Kelley M. C. The Earth's Ionosphere: Plasma Physics and Electrodynamics // Int. Geophys. Ser., vol. 43, Academic, San Diego, Calif., 1989.

61. Kikuchi T. VLF phase anomalies associated with substorm // Mem. Nat. Inst. Polar. Res. Spec. Issue. No 18, p.3-23, 1981.

62. Kikuchi T. and Evans D.S. Quantitative study of substorm-associated VLF phase anomalies and precipitating energetic electrons on November 13, 1979 // J. Geophys. Res., v.88, p. 871-880, 1983.

63. Kumar M., Singh V., Singh B., Steinbach P., Lichtenberger J., Hamar D. Day-night, seismic, and solar flare effect on the propagation of 24 kHz sub-ionospheric VLF transmitter signals // Phys.Chem.Earth., v.31, p.416-421, 2006.

64. Lauter EiA. Zur Statistic der nachlichen abnormalen E-Schicht // Z.Meterol. Bd.4. S. 234-240. 1950.

65. Leonard R.S.and R.A. Barnes. Observation of ionospheric disturbances following the Alaska earthquake // J. Geophys. Res., v.70,1250 1253, 1965.

66. Liperovskaya E. V., Parrot M., Bogdanov V. V., Meister C.-V., Rodkin M. V., and Liperovsky V. A. On variations of foF2 and F-spread before strong earthquakes in Japan// Natural Hazard and Earth System Sciences, №6, p.735-739,2006.

67. Lognonne P., Normal modes and Seismograms of an inelastic rotative Earth // J. Geophys. Res., v.96, p.20309 20319, 1991.

68. Maekawa S. and Hayakawa M. A ststistical study on the dependence of characteristics of VLF/LF terminator. IEEJ Trans. Fundamentals and Materials. 126, No.4,220-226,2006.

69. Maekawa S., Horie T., Yamauchi T., Sawaya T., Ishikawa M., Haykawa M. and Sasaki H. A ststistical study on the effect of earthquakes on the ionosphere, based on the subionosperic LF propagation data in Japan II Ann. Geophysicae, v.24,2219-2225,2006.

70. Molchanov O. A. On the origin of low- and middle-latitude ionospheric turbulence // Physics and Chemistry of the Earth, v.29 (4-9), 559-567,2004.

71. Molchanov O. A. and Hayakawa M. Subionospheric VLF signal perturbation possibly related to earthquakes// J.G.R., v. 103 (A8), 17489-17504, 1998.

72. Molchanov O.A. and M. Hayakawa. Seismo-electromagnetics and related phenomena: History and latest results. TERRAPUB. 190 p. Tokyo. 2008

73. Molchanov O.A., O.A. Mazhaeva, A.N. Goliavin and M. Hayakawa. Observation by the INTERCOSMOS-24 satellite of ELF/VLF emissions associated with earthquakes // ! Ann.Geophysicae, v. 11,431-440,1993.

74. Molchanov O. A., Hayakawa M., Ondoh T. and Kawai E. Precursory effects in the subionospheric VLF signals for the Kobe Earthquake // Phys. Earth Planet Inter., v. 105, 239-248, 1998.

75. Molchanov O.A., Hayakawa M., Miyaki K. VLF/LF sounding of the lower ionosphere to study the role of atmospheric oscillations in the Iithosphere-ionosphere coupling // Adv.Polar Upper Atmos. Res. v. 15,146-158.2001.

76. Nekrasov A.K., Shalimov S.L., Shukla P.K. and Stenflo L. Nonlinear disturbances in the ionosphere due to acoustic gravity waves // J. Atmos. Terr. Phys., v.57,732-742,1995.

77. Nemec F., O. Santolik, M. Parrot, J. J. Berthelier. Seismo-electromagnetic effects observed in the upper ionosphere: a statistical study. International conference DEMETER, Toulouse, 14-16 June 2006.

78. Parrot M. Electromagnetic disturbances associated with earthquakes: An analysis of ground-based and satellite data // J. Sci. Exploration, v. 4, No. 2, p. 203-211, 1990.

79. Parrot M. Statistical study of ELF/VLF emissions recorded by a low altitude satellite during seismic events // J. Geophys. Res., v.99, 23339-23347, 1995.

80. Parrot M. The micro-satellite DEMETER: data registration and data processing, in Seismo-Electromagnetics (Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling), edited by Hayakawa M. and Molchanov O., Terrapub, 660-670, 2002.

81. Parrot M. and F. Lefeuvre. Correlation between GEOS VLF emissions and earthquakes // Ann. Geophys., v.3(6), 737-748, 1985.

82. Parrot M., and M.M. Mogilevsky. VLF emissions associated with earthquakes and observed in the ionosphere and magnetosphere // Phys. Earth Planet. Inter., v.57, 86-99, 1989.

83. Parrot M., Achache J., Berthelier J.J., Blanc E., Deschamps A., Lefeuvre F., Menvielle M., Planet J.L., Terits P. and Villain J.P. High-frequency seismo-electromagnetic effects // Physics of the Earth and Planetoiy Interiors, v.77, 65-83, 1993.

84. Parrot M., Berthelier J.J., Lebreton J.P., Sauvaud J.A., Santolik O., Blecki J. Exampels of unusual ionosperic observations made by the DEMETER satellite over seismic regions // Phys. and Chem. of the Earth, v.31, 4-9, 486-495,2006a.

85. Pokhotelov O.A., Parrot M., Fedorov E.N., Pilipenko V.A., Surkov V.V., Gladyshev V.A. Response of the ionosphere to natural and man-made acoustic sources. Ann. Geophysicae, v.l3,p. 1197-1210,1995.

86. Popov K.V., Liperovsky V.A., Meister C.-V. Biagi P.I., Liperovskaya E.V., Silina A.S. On ionospheric precursors of earthquakes in scales of 2-3 hours// Physics and Chemistry of the Earth, v. 29, p.529-535, 2004.

87. Poterma T.A., Rosenberg T.J. VLF propagation disturbances and electron precipitation at mid-latitudes// J. Geophys. Res., v. 78,p.l572-1580, 1973.

88. Pulinets Sergey and Boyarchuk Kirill. Ionosperic precursors of earthquakes, Springer, 316 p., 2005.

89. Pulinets, S.A., Legen'ka A.D., Alekseev V.A. Pre-earthquakes effects and their possible mechanisms, in Dusty and Dirty Plasmas, Noise and Chaos in Space and in the Laboratory, Ed. By H. Kikuchi, Plenum Publishing, New York, 545-557, 1994.

90. Rodger C.J., R.L. Dowden andN.R. Thomson. A search for ELF/VLF activity associated with earthquakes using ISIS satellite data//J. Geophys. Res., v. 101,13369-13378, 1996.

91. Rozhnoi A., M.S. Solovieva, O.A. Molchanov, M. Hayakawa. Middle latitude LF (40 kHz) phase variations associated with earthquakes for quiet and disturbed geomagnetic conditions.// Physics and Chemistry of the Earth, v.29, 589-598,2004.

92. Rozhnoi A.A., M.S. Solovieva, O.A. Molchanov, M. Hayakawa, S. Maekawa and P.F. Biagi. Anomalies of LF signal during seismic activity in November-December 2004 // Natural Hazard and Earth System Sciences, № 5,1-4,20056.

93. Rozhnoi A.A., M.S. Solovieva, O.A. Molchanov, M. Hayakawa, S. Maekawa and P.F. Biagi. Sensitivity of LF signal to global ionosphere and atmosphere perturbations in the network of stations // Physics and Chemistry of the Earth, v.31,409-415,20066

94. Sauer H.H., Spjeldvik W.N. and Steel F.K., Relationship between long-term phase advances in high-latitude VLF wave propagation and solar energetic particle fluxes // Radio Science, v.22, 405-424,1987.

95. Singh V., Singh M., Hayakawa M., Kumar M., Kushwah V., Singh O.P. Nighttime amplitude decrease in 19.8 kHz NWC signal observed at Agra possibly caused by moderate seismic activities along the propagation path // J. Atmos. Electr., v.24, 17-30,2004.

96. Soloviev O.V. and Hayakawa M. Three-dimensional subionospheric VLF field diffraction by a truncated high conducting cylinder and its application to Trimpi effect problem// Radio Sci., v.37 (5), 4, doi: 10.1029/2001RS002499, 2002.

97. Soloviev O. V., Hayakawa M., Ivanov V. I. and Molchanov O. A. Seismo-electromagnetic phenomena in the atmosphere in the terms of 3D subionospheric radio wave propagation problem // Physics and Chemistry of the Earth, v.29 (4-9), 639-647,2004.

98. Soloviev O. V., Hayakawa M. and Molchanov O. A. Seismo-electromagnetic phenomenon in the terms of 3D vector problem of subionospheric radio wave propagation across the solar terminator // Physics and Chemistry of the Earth, v.31, 428436, 2006.

99. Solovieva M.S., A.A. Rozhnoi, O.A. Molchanov, P.F. Biagi, M. Hayakawa and Sh. Maekawa. Meteorological sensitivity of LF signals in the network of stations. IWSE2005. Abstracts, p. 195-198. Chofu Tokyo Japan. March 15-17,2005.

100. Sorokin V.M., Chmyrev V.M., Yaschenko A.K. Electrodynamic model of the lower atmosphere and the ionosphere coupling // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, v.63, 1681-1691,2001.

101. Svets A.V., Hayakawa M., Maekawa S. Results of subionospheric radio LF monitoringprior to the Tokachi (m=8, Hokkaido, September 25, 2003) earthquake // Natural Hazard Earth System Sci., v.4, 647-653, 2004.

102. Tanaka T., T. Ichnose, T. Okusawa, T. Shibata, Y. Sato, C. Nagasawa, T. Ogawa, HF-Doppler observations of acoustic waves excited by the Urakawa-Oki earthquake on 21 March 1982 // J. Atmos. Solar-Terr. Phys., v.46 , 233-245, 1984.

103. Wait J.R. Mode conversion and reflection effects in the Earth ionosphere waveguide for VLF radio waves // J. Geophys. Res., v.73,3537-3548,1968.

104. Weaver P.F., P.C. Yuen, G.W. Prolss and A.S. Furumoto. Acoustic coupling into the ionosphere from seismic waves of the earthquake at Kurile Islands on August 11, 1969 // Nature, v.226,1239, 1970.

105. Wolcott J.H., DJ. Simons, D. D. Lee, R.A. Nelson. Observations of an ionospheric perturbations arising from the Coalinga earthquake of May 2, 1983 // J. Geophys. Res., v.89,6835- 6839,1984.

106. Yuen, P.F., P.F. Weaver, R.K. Suzuki, and A.S. Furumoto. Continuous traveling coupling between seismic waves and the ionosphere evident in May 1968 Japan earthquake data // J. Geophys. Res., v.74,2256-2264,1969.