子午工程與地震監測

王喜珍 滕云田 楊冬梅 馬玉立

1）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

2）中國科學院國家空間科學中心，北京 100190

據文獻報道，地震前會有電磁前兆異常，對電磁異常的監測與判定也已成為地震監測預報特別是短臨預報的有效手段之一。立體的、綜合的地震前兆監測系統，對系統研究和識別地震前兆異常信息將發揮重要作用。立體的、綜合的地震前兆監測系統應由地震前兆監測臺網、地震電磁衛星、子午工程監測系統以及其他區域監測系統組成。

經過“十五”建設，除地震監測臺網外，我國已建成地磁臺網（約33個地磁基準臺、80個基本臺、 1982個流動測點）、地殼形變臺網（約115個固定臺站、1 500個區域流動測點）、地電臺網（約103個地電場、79個地電阻率固定臺站）、地下流體臺網（約210個臺站），實現了地震前兆高密度、多手段綜合地基監測。

地震電磁衛星的建設（計劃載荷有電場儀、磁力儀、GPS掩星接收機、Langmuir探針等）將實現到空間幾百公里的電離層、磁場探測。

子午工程一期沿東經 120°子午線，北起漠河、經北京、武漢，南至海南并延伸到南極中山站，以及東起上海、經武漢、成都、西至拉薩的沿北緯30°緯度線附近的15個監測臺站，運用地磁（電）、無線電、光學和探空火箭等多種手段的空間監測網。地磁（電）監測系統配置了磁通門磁力儀、感應式磁力儀、大氣電場儀、地電場儀、磁通門經緯儀（DI儀）和overhauser磁力儀6種設備，實現地基附近地磁（電）場的觀測。無線電系統由非相干散射雷達、無線電雷達鏈（包括高頻相干散射雷達、中層—熱層—對流層雷達、甚高頻相干散射雷達、全天空流星測風雷達）、數字測高儀鏈、空間環境擾動的實時連續監測鏈（包括行星際閃爍監測設備、宇宙線監測設備、電離層TEC和電離層閃爍監測組網、高頻多普勒頻移監測系統）組成，主要監測中高層大氣、電離層、磁層以及行星際的物理參量。光學監測系統由激光雷達、光學干涉儀、全天空氣輝成像儀和極光光譜儀組成，主要用于監測中高層大氣和電離層區域大氣風場、大氣溫度、大氣密度、大氣成分以及大氣的輝光輻射。探空火箭綜合監測系統由氣象火箭和探空火箭組成，主要探測大氣的密度、壓力、溫度和風速風向、電離層的電子密度和溫度，微量成份和電場。子午工程二期將通過地面臺站數量和觀測手段的擴展，新建100°E，40°N的若干臺站，形成一個“#”型地基監測網絡，并向幾百公里的空間拓展，發射高度為450 km左右配置朗繆爾探針、GPS掩星接收機、多波段氣輝探測儀、磁場探測儀、電場探測儀等科學載荷的極軌衛星。子午工程可以連續監測地球表面20～30 km以上到幾百公里的中高層大氣、電離層和磁層，以及十幾個地球半徑以外的行星際空間環境中的地磁場、電場、中高層大氣的風場、密度、溫度和成分，電離層、磁層和行星際空間中的有關參數。

地震前兆異常信息的監測與判定是一個復雜的過程，往往監測到的異常信息包含了豐富的信息，從中有效提取與地震相關的信息，不僅需要有效的判斷方法、復合型人才隊伍，更需要高質量的、綜合的監測數據作支撐。地基監測系統和衛星有利于異常信息拾取，而子午工程監測系統可以為異常信息的判定提供空間環境背景信息，特別是來自行星際空間的背景信息。同時通過地基、中高層大氣物理參量的監測，可望為地震電磁信號的傳播、與電離層、磁層的耦合研究提供新思路。