太空同震效应和地震远距离传播

                            杨学祥，杨冬红

 

台“中央大学”太空科学所教授刘正彦21日表示，地震会引起太空中同震效应的研究成果，利用研究原理，还可提早预警海啸的发生。刘正彦和“中央大学”地球科学系副教授颜宏元进行研究，利用全球定位系统(GPS)的讯号波动，证实地震会影响太空中同震效应，并可根据讯号反推地表震动最剧烈的地方，研究成果获顶尖期刊《地球物理研究》 (Journal of Geophysical Research)刊登。

 

刘正彦表示，地震发出的震波会影响太空电离层变化，当地表错动8米，能量传到太空被放大万倍以上，会造成80公里的跳动，根据太空跳动发生时间、空间位置，可找出太空震动源头；像是集集东北方30公里被量测到的震动源，也是地面错动最大的地方。

 

颜宏元指出，电离层和地震的确有相互关联，GPS丰富的观测资料，可作为研究预设的良好基础。根据GPS讯号的变化，可以推估地表发生震动的源头。

 

此原理还可运用在海啸预警，刘正彦表示，海水表面同样会影响电离层，利用海啸的能量与电离层的变化，可找出海啸发生时间和源头；他运用这个原理找出苏门答腊海啸的起源点。他说，这个方法能提早半小时到1小时预警海啸，让民众能及早因应。

 

根据地壳、海水、空气的密度比，固体潮、海洋潮、大气潮的幅度比为1：3：400。当地表错动8米，能量传到太空被放大万倍以上，会造成80公里的跳动，相当于地壳密度和太空气体密度比为10000：1，即固体、、海洋、大气、太空的密度比为10000：3333：25：1。大气、太空的密度比为25：1。

 

地震和潮汐都具有周期震荡特征，因而都具有不同圈层的同震效应。

 

地震会发生连锁反应，一场地震可能是千里之外的另一场地震的原因。美国地震学家分析了近20年发生在南加州的数以千计的地震中余震的数据后，得出地震波可激发地震这一结论。他们的研究可能改变了关于以前余震发生原因的预测。

美国地质学家发现，1990年以来，15次7级以上的大地震中，12个产生表面波（即地震波沿地表或地球内部界面迅速向远方传递），在其他大洲的断层系统上引发了较小型地震。美国地质勘探局的专家帕森斯解释说，科学家早就知道强震的表面波会迅速向远方传递，不过他们此前认为这些所谓的表面波移动引发地震只是特例，但让人惊讶的是，这种地震一直在发生。

这些沿着地表或地球内部界面游走的地震波被称为面波，经过遥远的距离后也未缩小的原因在于地球表面是球面：在震中同一半球传播时是扩散，在另一半球是集中。

地震波在传播过程中的能量密度变化，与单位时间扩散的大圆周长C成反比。设地震的总能量为Q，能量密度为δ，穿过的面积为S=Cl = 2πRlsinφ，l为单位弧长，R为地球半径，则有

δ= Q/S = Q/ (Cl) = Q/ (2πRlsinφ)                               (5.1)

其中，圆心角φ为震中和地心连线与大圆上任一点和地心连线的夹角。同样，在球壳中点源喷射造成的球面对流，也会有扩散、集中、返回的震荡过程（见图5.6和图5.7）。

由（5.1）式可知，在φ= 0和φ= π时，能量密度δ为无穷大，在φ= π/2时，即经过地表最大圆时，能量密度δ最小。这就是说，假定地震波能量在传播中无损耗，震中的地心对称点处的能量密度最大。该公式表明，能量密度δ在震中同一半球中，随震中与地心连线的长度增加而减少；在震中的另一半球，能量密度δ随震中与地心连线延长线的长度增加而增加。

举例来说，2004年12月发生在印尼苏门答腊外海的强震，就在遥远的阿拉斯加、加州与厄瓜多尔引发了地震。厄瓜多尔（西经80，南纬0）恰恰就是印尼苏门答腊（东经100，南纬0）的地心对称点。这是一个很有说服力的解释。点源激发在球面上的震荡和对流对余震和强降水都存在激发作用（见图5.7和图5.8）。从汶川8级地震的4级以上余震目录中可以看到这一作用（见：附录表10和附录表11）。

图5.7  点源激发震荡在球面上的能量密度变化(杨冬红，2009)

2003年23日22时左右，“重庆井喷”发生。井喷事故压井方案的实施时间从26日上午推迟到27日上午10时。整个井喷事件历时84小时，大约17.5至21百万立方米石油天然气喷入大气中，其环境效应不仅仅是硫化氢中毒。据气象部门提供的消息，2004年9月2至5日，川东北地区的达州、南充、巴中等市普降暴雨，多数地方降雨量超过100毫米，这次降雨是今年以来四川境内雨量最大、强度最强、持续时间最长的一次。其中，达州市渠县累计降雨量已超过360毫米，是百年一遇的特大暴雨。开县受灾最为严重——惨遭200年一遇特大暴雨洪灾，部分地区为500年一遇。 由此看来，2003年12月23日重庆开县井喷、2004年9月2-7日重庆开县又遭受暴雨洪水的袭击、2006年重庆大旱高温和2008年四川强震可能有因果关系（见图5.8）。

图5.8  点源喷发在球壳中的对流(杨冬红，2009)

 

潮汐震荡的特点是，在地球和月亮的中心连线上，面对月亮的地球球面上的点及其地心对称点的潮汐最大，与点源激发在球面上的震荡特征相同。这是潮汐易于激发地震活动的一个原因。本文在这里只是提出问题，并不是严格的论证。证据在于更多资料的积累（摘自博士论文）。

 

 

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台专家：太空同震效应研究可提早预警海啸发生

2010-09-21 13:52:00　来源: 中国新闻网(北京)

中新网9月21日电 据“中央社”报道，台湾“九·二一”大地震满11周年，台“中央大学”太空科学所教授刘正彦21日表示，地震会引起太空中同震效应的研究成果，利用研究原理，还可提早预警海啸的发生。

 

据报道，刘正彦自10几年前开始从事地震的电离层震动研究，2006年首度提出太空可感受地震的构想时，并不被学界认同。为证明自己的构想，刘正彦和“中央大学”地球科学系副教授颜宏元进行研究，利用全球定位系统(GPS)的讯号波动，证实地震会影响太空中同震效应，并可根据讯号反推地表震动最剧烈的地方，研究成果获顶尖期刊《地球物理研究》 (Journal of Geophysical Research)刊登。

 

刘正彦表示，地震发出的震波会影响太空电离层变化，当地表错动8米，能量传到太空被放大万倍以上，会造成80公里的跳动，根据太空跳动发生时间、空间位置，可找出太空震动源头；像是集集东北方30公里被量测到的震动源，也是地面错动最大的地方。

 

颜宏元指出，电离层和地震的确有相互关联，GPS丰富的观测资料，可作为研究预设的良好基础。根据GPS讯号的变化，可以推估地表发生震动的源头。

 

此原理还可运用在海啸预警，刘正彦表示，海水表面同样会影响电离层，利用海啸的能量与电离层的变化，可找出海啸发生时间和源头；他运用这个原理找出苏门答腊海啸的起源点。他说，这个方法能提早半小时到1小时预警海啸，让民众能及早因应。

 

此外，刘正彦也提到，这个研究虽对地震预警没有直接帮助，却证明太空电离层、大气层与地球间的关联，同时可做为海啸预警。至于预测地震部分，由于地震发生的微动太弱，大气层干扰研究，使得监测不易，这部分还在努力中。

(本文来源：中国新闻网 )

 

http://news.163.com/10/0921/15/6H465OUC00014JB6.html

 

研究发现，地球各圈层潮汐形变的规模不相同，大气圈的起伏约为80m，海洋圈的起伏大约为60cm，固体地球的起伏约为20cm，比例为400：3：1。由三轴椭球体和三轴椭球壳自转周期T及其增量dT与极半径c及其增量dc的关系式，有

dT/T = - dc/c                                 

据此计算，速度增量比也为400：3：1。当日月在赤道，日月大潮在赤道处形成最大潮汐高潮区，地球的大气圈、水圈和岩石圈的扁率变大，自转变慢，由于速度增量比不同，大气圈最慢，水圈其次，固体地球第三，所以，大气和海洋相对固体地球向西运动，使太平洋海面东低西高，有利于拉尼娜事件形成；反之，月亮在南北纬28.6度和太阳在南北回归线时情况正好相反，日月大潮在南北回归线附近使中低纬度交界地区形成最大潮汐高潮区，地球的大气圈、水圈和岩石圈的扁率变小，自转变快，由于速度增量比不同，大气圈最快，水圈其次，固体地球第三，所以，大气和海洋相对固体地球向东运动，使太平洋海面东高西低，有利于厄尔尼诺事件形成。每年的季节性厄尔尼诺现象发生在12月25日圣诞节前后，原因在于此时太阳直射南回归线，符合厄尔尼诺发生的季节性特征。潮汐作用产生的地球自转减慢有利于拉尼娜形成；在不受外力作用的地球各圈层角动量交换条件下，固体地球自转减慢有利于厄尔尼诺形成。若两种情况同时发生，则产生相互抵消的效果。尽管潮汐产生的地球自转减慢可以校正消除，但其对拉尼娜和厄尔尼诺的影响依然存在。这是用地球自转减慢来预测厄尔尼诺事件精度不高和至今无法用地球自转加快来预测拉尼娜事件的原因。

 

计算显示，当太阳的位置由南北回归线移向赤道面，日长增量为0.27ms；当地球由远日点运动到近日点时，太阳引潮力增加10%，日长增量为0.07ms。春分（3月20-22日）和秋分（9月22-24日）时，太阳在赤道面，太阳潮使地球各圈层扁率变大，每年1月25日-4月7日及7月30日-11月6日为地球自转减速阶段；夏至（6月21日或22日）和冬至（12月21-23日）时，太阳在南北回归线，太阳潮使地球各圈层扁率变小，每年4月9日-7月28日及11月18日-1月23日为地球自转加速阶段。实测值与计算值量级完全相符^{[46, 47]}。日长周年变化的幅度约0.4 ms，日长半年变化的幅度约0.3 ms。日长幅值变化的极小值通常位于1和7月即是证据^[48]。每年的季节性厄尔尼诺现象发生在12月25日圣诞节前后，与12月22日冬至以及1月3日或4日地球轨道近日点对应，与11月18日-1月23日的地球自转加速阶段对应，这验证了潮汐形变导致的地球自转加速有利于厄尔尼诺现象的形成。

 

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