Способ краткосрочного прогноза землетрясений по данным вертикального зондирования ионосферы с ионозонда
METHOD OF SHORT-TERM FORECASTING OF EARTHQUAKES UNDER DATA OF VERTICAL SOUNDING OF IONOSPHERE WITH IONOSONDE

Изобретение относится к сейсмологии, а именно к краткосрочному прогнозу землетрясений по данным вертикального зондирования ионосферы с ионозонда.
Из уровня техники известны способы краткосрочного прогноза землетрясений, например, способ зондирования ионосферы, тропосферы, геодвижений и комплекс для его реализации (см. RU2502080C2, 20.12.2013) (1), включающий определение параметров ионосферы и тропосферы по сигналам космических аппаратов. Для этого учитываются данные с ионозондов КА данные со станций наклонного зондирования ионосферы, моделей ионосферы и тропосферы, рассчитывают поля распределения интегральной концентрации заряженных частиц, профиля электронной концентрации в ионосфере над пунктом зондирования, вертикального профиля влажности и плотности воздуха в тропосфере над пунктом зондирования.
Недостатком данного способа (1) является его недостаточная точность, обусловленная тем, что прогнозирование землетрясений осуществляется на основании небольшого количества анализируемых предвестников.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения (см. RU2560094, 20.08.2015) (2), который заключается в применении решетки приемных станций спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS путем восстановления пространственного распределения полного электронного содержания ионосферы по данным радиопросвечивания атмосферы сигналами ГЛОНАСС/GPS. Для этого способ реализуется спутниковыми радионавигационными системами  ГЛОНАСС/GPS и протяженной решеткой двухчастотных приемников, обеспечивающих прием и обработку сигналов.
Данный способ позволяет получить более точную информацию о возможном землетрясении, по сравнению с аналогом (1), однако посредством способа (2) также невозможно получить точную и полную информацию о возможном землетрясении.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности краткосрочного прогноза землетрясений.
Заявленный технический результат достигается за счет создания способа краткосрочного прогноза землетрясений по данным вертикального зондирования ионосферы с ионозонда, включающего непрерывный мониторинг критической частоты и вычисление разницы между средним распределением критической частоты за предыдущие 5 суток и текущим распределением отклонения критической частоты от невозмущенного значения за двое суток до землетрясения, при этом положение максимального отклонения критической частоты принимают за проекцию эпицентра землетрясения на ионосферу, положение эпицентра землетрясения на земной поверхности определяют путем проецирования вдоль геомагнитной силовой линии от центра аномалии в ионосфере, координаты точки на поверхности земли принимают за координаты прогнозируемого эпицентра, при  получении нескольких распределений, берется среднее положение проекции эпицентра, в соответствии с определением размера зоны подготовки землетрясения, радиус которой равен:
0.43M
R = 10 (км),
далее измеряют  максимальный размер аномалии в ионосферы и производится оценка магнитуды ожидаемого землетрясения:
M=lg(R)/0.43.
Заявленный способ проиллюстрирован следующими фигурами:
Фиг. 1 - высотно-частотная характеристика ионосферы, называемая ионограммой;
Фиг. 2 - распределения отклонения критической частоты от невозмущенного значения за двое суток до землетрясения,
Фиг. 3 - распределения отклонения критической частоты от невозмущенного значения за сутки до землетрясения,
Фиг. 4 - распределения отклонения критической частоты от невозмущенного значения на следующие сутки после землетрясения.
На фиг. 2-4 звездочкой обозначен эпицентр землетрясения.
Способ краткосрочного прогноза землетрясений по данным вертикального зондирования ионосферы с помощью спутникового ионозонда осуществляется следующим образом.
Спутниковый ионозонд представляет собой импульсный радиолокатор, работающий в диапазоне собственных плазменных частот ионосферы (0.1 - 20 МГц). В зависимости от частоты излучаемого радиоимпульса, он отражается от различных высот ионосферы в точке, где частота импульса равна плазменной частоте:
Основными информационными параметрами ионозонда являются время задержки отраженного от ионосферы импульса относительно момента зондирования и частота зондирования.
e
Как видно из формулы (1), квадрат частоты отражения сигнала пропорционален концентрации электронов в ионосфере n.
(1)
Таким образом, в результате полного цикла зондирования получается высотно-частотная характеристика ионосферы, называемая ионограммой (Фиг.1).
o
На фигуре 1 по вертикальной оси показана кажущаяся дальность, равная половине времени задержки, умноженной на скорость света, а по горизонтальной оси - частоты в МГц. Сигнал отражается от ионосферы до тех пор, пока частота зондирования ниже максимальной частоты отражения, называемой критической и обозначаемой fF2, соответствующей максимальной концентрации электронов в ионосфере. Ионосфера наиболее чувствительна к внешним воздействиям в области критической частоты, поэтому при картировании ионосферы в первую очередь исследуют вариации критической частоты. Как было установлено исследованиями, перед землетрясениями (ЗМТ) над областью подготовки сейсмического события образуются крупномасштабные аномалии электронной концентрации, которые могут быть зарегистрированы с помощью спутникового ионозонда. Регистрация этих аномалий, их непрерывный мониторинг позволяют определить все три основных параметра, необходимые для краткосрочного прогноза: место, время и магнитуду грядущего ЗМТ.
Процесс прогноза осуществляется следующим образом:
Проводится непрерывный мониторинг критической частоты и рассчитывается разница между средним распределением критической частоты за предыдущие 5 суток и текущим распределением (фиг. 2-4).
Положения максимального отклонения критической частоты принимается за проекцию эпицентра землетрясения на ионосферу. Положение эпицентра землетрясения на земной поверхности определяется путем проецирования вдоль геомагнитной силовой линии от центра аномалии в ионосфере. Координаты точки на поверхности земли принимаются за координаты прогнозируемого эпицентра. Если получено несколько распределений, берется среднее положение проекции эпицентра.
В соответствии с определением размера зоны подготовки землетрясения [3], радиус которой равен:
0.43M
R = 10 (км)
Измеряется максимальный размер аномалии в ионосферы и производится оценка магнитуды ожидаемого ЗМТ.
M=lg(R)/0.43
Согласно статистическим исследованиям ионосферных предвестников землетрясений, они появляются, в среднем, за 5 суток до ЗМТ. На фиг. 5 представлено статистическое распределение ионосферных аномалий перед ЗМТ по данным спутника ДЕМЕТЕР (5742 ЗМТ), полученным за 7 лет непрерывного мониторинга. Видно, что максимум распределения соответствует -5 суткам относительно дня ЗМТ.
По пространственному распределения ионосферной аномалии критической частоты определяется положение эпицентра будущего землетрясения.
По размеру аномалии в ионосфере оценивается магнитуда будущего землетрясения.
День землетрясения определяется в пределах 1-5 суток после обнаружения аномалии в ионосфере.
Таким образом, применение данного способа дает возможность определять с точностью до 1-5 суток определять такие параметры, как магнитуда и эпицентр землетрясения.