2. 中国北京 100081 国家气象局卫星气象中心;
3. 中国北京 100049 中国科学院大学
2. Key Laboratory of Space Weather, National Center for Space Weather, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
通过对200多例国内外强震前7小时震中区域气象条件的分析,发现强震发生前均为晴天天气。据此选择晴天气象条件下发生的100多例3—8级国内外地震,分析大气静电场观测信号特征,发现震中及附近区域在震前约3—24小时的临震时段内,具有近地表静电场异常反向现象。文中用于研究的晴天气象条件标准是:①水汽少,即相对湿度要低(排除降水、雾、沙尘和气溶胶的影响,要求在关注时段干燥且能见度大于2 km,相对湿度小于95%);②无低层云、对流云(3 000 m高以下);③附近无带电云(20 km内);④近地面大气风速1—7 m/s,即风力不超过3级。众所周知,在晴天大气条件下,近地表大气电场的矢量方向是指向地面的,且定义为正,若出现方向朝上的近地表大气静电电场,则表明此时电场反向,本区域静电环境应被某种其他来源改变了。根据这种临震“气电反向”现象,研究人员提出以下问题:①为什么近地表“气电反向”如此接近地震暴发时间?②“气电反向”的物理机理是什麽?③能利用“气电反向”信号提供临震应急依据吗?针对前2个问题,研究人员提出一种临震前导致晴天大气静电信号异常的物理机制予以合理解答,即:在大震临震阶段,震中区域附近地壳构造发生临界变化,大量岩石发生微破碎,可能导致岩缝间的通道相互连通起来,并通过土壤缝隙,将包含微量元素的气体释放到空中;另一方面,临震阶段的各种地壳运动,导致岩石内物质熔融及矿物的溶解或相变,保留在某些矿物质或岩石中的一些放射性母体同位素衰变的子体同位素便会大量释放出来。其中放射性同位素在向空气弥散的过程中不断产生衰变,特别是产生α粒子的放射性电离辐射。从地下逃逸出来的放射性气体,一边迁移弥散,一边不断衰变,大量α粒子被释放出来,一个α粒子的能量是5.2 MeV,一个大气分子需要的电离能是32 eV,因此一个α粒子就足以产生15万对正负离子,从而使得空气中充满大量离子对,大气出现异常多的正负离子,在未复合的情况下,热压力、重力和晴天大气向下的电场力将使这些正负离子产生分离,最终负离子在高空堆积,正离子在低空堆积,形成一个局部反向电场(静电场矢量朝上)。因此,在潜在震中区域附近,若配备大气静电监测仪,则有可能观测到这些正负离子分离后形成的极化电场。
以往研究表明,大震的孕震区域广,震中区域总的热辐射高,甚至出现高温低压现象,空气相对湿度低,气象状态向晴天转变。利用该现象,可便于排除气象因素造成的大气电场反向信号。
通过近期观测和数据分析,笔者认为:若大地震即将暴发,震中及附近区域定为晴天大气条件。根据公式R = 100.43M即可计算孕震区范围,其中R为震中区域空间尺度,M为地震级别。若M = 7—9,则孕震区应大于1 000 km,大地震震中附近50—200 km的空间静电监测仪将会接收到反向异常信号,其持续时间一般为小时尺度,相对于发震时间大约提前几小时至一天。尽量将该信号用于辅助临震预测,争取在大震暴发之前,做出有效预警判断。在利用局部多点地基静电观测来分离太阳活动和气象活动信号的基础上,确定大型地质活动引起大气电离异常的区域范围、程度和对应下方岩石圈进入失稳状态的短临时间范围,以便达到提前数小时或一天之内预报大地震的目的。