地磁指数预报_地磁kp指数

1.徐文耀的学术贡献

2.太阳磁暴对地球影响

3.地震预报方法的探索

4.五种预报地震的方法

5.地球磁爆有什么影响

据国家空间天气监测预警中心消息，北京时间2023年4月24日凌晨2时，地球发生了一场特大地磁暴，预计将持续两天左右。

这是第25个太阳活动周期以来，地球经历的最强地磁暴。据报道，地磁暴曾经使马斯克的38颗“星链”卫星脱轨。24日凌晨，地球发生了一次特大地磁暴，Kp指数（即全球磁场指数，其反映的是每三小时地球磁场活动的情况，数值越大对应的地磁活动越强）达到了少见的“8”。

据中国科学院空间环境研究预报中心介绍，在北京时间2023年4月22日凌晨两点，太阳和日球层观测台（SOHO卫星）监测到一次伴随M1.7级太阳耀斑的全晕日冕物质抛射（简称“CME”），CME正是产生这次地磁暴的直接原因。

地磁暴介绍

此次CME来自于太阳活动区AR3283的耀斑和暗条联合爆发。也就是说，此次地磁暴由太阳产生的“冲击波”引发。据介绍，此次地磁暴过程是由日冕物质抛射作用产生的，是典型的太阳爆发。当这些携带太阳能量的物质以数百千米每秒的高速飞离太阳表面时，就会形成类似爆炸冲击波的效果，快速传递到太阳系的各处。

在它的作用下，地球磁场发生了方向以及大小的明显变化，地磁暴就随之发生了。中国科学院空间环境研究预报中心在24日下午3时发布消息称，此次地磁暴仍将持续1天左右。在北京时间24日20时，当G星经过卫星地面站时，基于最新的轨道预报结果，国家空间天气监测中心再次准确捕捉到了它的位置，显示其运行情况正常。

徐文耀的学术贡献

洪水前兆的初步探讨（冯利华）

://hwcc 时间： 2002年5月16日 09:01 来源：《灾害学》2000-3

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摘 要:根据历史洪水和现有研究,比较系统地分析了各种洪水前兆,可以为洪水预报提供一定的理论依据,同时指出,为了提高预报精度,必须对洪水前兆进行综合分析,去伪存真,最终达到防洪减灾的目的。

主题词:洪水前兆;洪水预报;前兆异常

中图分类号:P338+.6 文献标识码:A 文章编号:1000-811X(2000)01-00210-06

洪水预报,尤其是长期和超长期的洪水预报是一个长期令人困惑的难题。

这里一个重要的原因是洪水发生前的征候或迹象即洪水前兆难以认识和掌握。

事实上,和地震发生前具有前兆一样,洪水发生前也会出现一些明显的前兆。

这些前兆包括洪水形成的影响因素,以及有关的现象。

由于它们的出现预示着一个地区将来可能发生洪水,因而都是洪水的前兆信息,对洪水预报具有重要的指示作用〔1〕。

为此,本文拟根据历史洪水和现有分析,对洪水前兆作一初步研究,以供商榷。

1 洪水前兆

1.1 太阳黑子活动

太阳黑子活动具有11a的周期变化,而某些流域的洪水与太阳黑子活动具有明显的对应关系。

为了分析这种关系,把长江汉口站113a的年最高洪水位按太阳黑子活动11a周期位相进行排列,得到该站年最高洪水位超过警戒水位(26.30m)的各位相的次数(表1)。

从表1中可以看到,该站超过警戒水位的年份主要集中在太阳黑子活动的峰年(M年)和谷年(m年)及其前后。

为了进一步分析这种关系,把汉口站按11a周期位相排列的平均年最高洪水位绘成图1(其中=(H-1+2H0+H+1)/4,可以更清楚地看到,与太阳黑子活动关系密切。

太阳黑子活动还有22a的磁周期变化,这种变化与11a周期的谷年是一一对应的。

1998年符合这种对应关系,因此这一年长江流域发生了特大的洪水〔2〕。

由此可知,太阳黑子活动的峰谷年变化是长江流域重要的洪水前兆。

1.2 太阳质子耀斑

太阳质子耀斑是一种能辐射高能质子的耀斑,它通过扰动地磁,使极涡南移和西太平洋副高西伸北移,最终导致某些流域的汛期洪水〔3〕。

统计表明,约有81.3%的质子耀斑(峰值质子流量≥100pfu)发生后的第一个月内,长江中下游地区雨量明显增加,容易出现洪水。

1991年春夏之交,日面上连续两次出现了太阳质子耀斑。

第一次出现在5月13～18日,共3个;第二次出现在5月29日～6月15日,共7个,其中6个质子耀斑的射电爆发峰值流量都大于14000sfu,为非爆发时的30倍以上。

在这两次质子耀斑后的27天和30天,太湖、淮河流域出现了两次特大暴雨过程,第一次在6月9～17日,第二次在6月28日～7月13日,以致该区发生了严重的洪涝灾害,直接经济损失高达450亿元。

图1 汉口站年最高洪水位与太阳黑子活动的关系

1.3 日食

太阳辐射能在地球上呈现不均匀的纬向分布,使两极成为低温热源,赤道成为高温热源,从而导致大气环流的运行。

日食与洪水具有一定的关系,因为当日食发生时,地球上接受的太阳辐射减少,从而使大气环流发生异常变化,以致出现洪水〔4〕。

1900年以来,发生过两次罕见的日全食。

第一次在1955年6月20日,当时恶劣的天气使原先准备进行的科学考察工作全部停止;第二次在13年6月30日,世界上许多地区都出现了异常天气。

利用日食对我国各大江河1981～1987年的洪水进行检验性预报,其预报成功率可达84.7%。

1.4 近日点交食年

在近日点,地球受太阳的吸引力最大,公转速度最快,日月食在年头、年尾出现,此种年份称为近日点交食年〔5〕。

一方面在近日点交食年,日月引潮力引起近日点交食年潮汐,并引起厄尔尼诺现象,另一方面在近日点地球接受的太阳辐射比在远日点多7%,赤道暖流把吸收的热量通过黑潮送至我国沿海,且暖流蒸发也较多,增强了太平洋副高的活动能量,进而影响我国水文气象的异常变化,导致特大洪水发生。

自1860年以来,长江特大洪水发生在近日点交食年的年份有1860、1870、1935、1945、1954和1991年,其中1954年和1870年的洪水为1860年以来的最大值和次大值。

1.5 超新星

超新星是比亮新星更为猛烈的天体爆发现象。

当超新星辐射中光子能量较高部分的辐射穿越大气层时,导致电离增强区域的高度较低,将在中国引起洪水,其时间将滞后数十年〔6〕。

自公元1500年以来,有历史记载和推测的超新星共出现过7次,根据中国近500a旱涝史料的研究表明,在这7次超新星爆发之后,我国都出现了严重的洪涝期,其ZZK指数均小于2.55,滞后的时间为25～40a不等。

1.6 天文周期

把黄道面四颗一等恒星先后与太阳、地球运行成三点一直线的四个天文奇点的太阳投影瞬时位相,看成一种天文周期〔7〕。

天文奇点出现时,地球受到的天体引潮力达到最大值,同时大气环流也发生异常变化,从而导致洪水灾害。

研究证实,已知的天文周期与长江流域的旱涝有着较好的统计相关,相关率可达94%。

1.7 九星会聚

九星会聚指地球单独处于太阳的一侧,其它行星都在太阳的另一侧,且最外两颗行星的地心张角为最小的现象〔8〕。

九星于冬半年会聚时,地球单独位于太阳的一侧,太阳系质心处在与地球相反的方向,地球的公转半径必然加大。

此种年份的夏半年,地球也运行到太阳的另一侧,而几个巨行星(木星、土星、天王星和海王星)走得很慢,太阳系质心仍偏在太阳这一侧,使地球夏半年公转半径缩短。

因此,在九星会聚中,地球的冬半年延长,夏半年缩短,以致北半球接受的太阳总辐射量减少。

这就是九星会聚的力矩效应。

这种效应累积若干年,最终导致北半球气候变冷的趋势。

相反,如果九星会聚发生在夏半年,那么就会导致北半球气候变暖的趋势,产生各种气象灾害。

近1000a以来,长江流域1153、1368、1870和1981年的特大洪水都处在九星会聚的前后阶段;近500a以来,黄河流域发生过4次特大洪水,其年份是1482、1662、1761和1843年,其中除1761年以外,其它3次也都处在九星会聚的附近时期。

1.8 星际引力

在太阳、月球和各大行星对地球的引潮力中,月球的引潮力最大,太阳次之,木星再次〔9〕。

虽然它们的引潮力数值很小,但当它们的方位出现冲合时,引潮力将增大,从而引起气潮变化,激发异常天气过程的形成和发展。

统计表明,自1153年以来,长江中上游出现过8次特大洪水(1153、1560、1788、1796、1860、1870、1896、1954年),除1560年以外,其余7次特大洪水均发生在木星处于冲合或其邻近方位之时。

尤其是1954年夏至前后,正值水星内伏,火星正退,土星退毕,三个星都靠近地球,叠加在一条直线上,以致长江流域这一年出现了百年未遇的特大洪水。

1.9 大气环流异常

大气环流是制约一个地区水文变化的主要因素,大范围的洪涝总是与大范围的大气环流异常联系在一起的。

如1991年副热带高压强度偏强,并比常年提早近一个月北跳,副高脊线位置在5月中旬就到达19°～20°N,并一直到7月中旬仍维持在20°～26°N之间;与此同时,亚洲西部的乌拉尔山维持着阻塞高压,使西伯利亚冷空气频繁南下,以致冷暖空气在江淮流域持续交绥,出现了长达56d的梅雨期。

该区1954年的大气环流异常也与此类似,以致出现了一次长达4个月之久的由近20次暴雨过程组成的暴雨群降水。

1.10 热带气旋

热带气旋,尤其是热带风暴级以上的热带气旋是我国东南沿海地区最强的暴雨天气系统。

日雨量≥200mm的特大暴雨绝大多数是由热带气旋引起的,主要出现在7～9月。

热带气旋内水汽充足,气流上升强烈,阵性降水强度大,常造成特大的洪涝灾害,因而是东南沿海地区最明显的洪水前兆。

1994年17号强热带风暴袭击了浙江省,受灾人口达1333万人,直接经济损失高达144亿元;15年3号强热带风暴深入河南省中部,林庄站3d最大暴雨量高达1605mm,成为我国大陆上最大的暴雨记录。

1.11 西太平洋暖池

西太平洋暖池指菲律宾东南到印尼的海温≥28℃的区域。

统计表明,西太平洋暖池海温的高低,尤其是暖池125m深区海温的高低与江淮流域的旱涝关系密切。

当西太平洋暖池的海温较低时,从菲律宾经南海到中印半岛一带对流活动弱,而在日期变更线附近对流活动强,副热带高压强而偏南,并且成条状结构,江淮流域因此降水偏多,容易出现洪涝灾害。

过去几十年江淮流域基本上保持这种关系。

1.12 前冬海温距平场

通过分析北太平洋前冬(头年12月～当年3月)海温距平场与长江流域水旱年份的关系,表明在前冬海温距平场上,水旱年份不同,异常前兆也不同,大涝大旱年份的异常前兆更为突出〔10〕。

若以N表示海温正距平,L表示海温负距平,那么根据北大平洋海温自西向东的变化情况,可以得到四种海温异常型,即NLNL型(偏涝)LNLN型(偏旱)、NL型(大涝)和LNL型(大旱)。

如1953～1954年冬季,黑潮海域强烈增温,从西北太平洋副热带洋面起,沿着暖流方向,一直延伸到日本海均为暖水区,而东北太平洋的广阔海域几乎全为冷水区(NL型),对应的1954年汛期,长江流域出现了百年未遇的特大洪水。

1.13 ENSO现象

ENSO现象是厄尔尼诺现象和南方涛动的总称,它们对全球性的大气环流和海洋状况异常都有重大的影响,最终导致陆地上的洪涝灾害。

统计表明,从1949～1998年,已出现过12个厄尔尼诺年,而江淮流域在10个厄尔尼诺同年或次年发生过洪水(包括1998年);在这50a中,浙江金华站年径流量W>50亿m3的年份共有13a,其中9个年份也出现在厄尔尼诺同年或次年,并且1954年和13年的年径流量为系列中的最大值和次大值。

1.14 地球自转速率

地球自转速率变化包括多种周期变化和不规则变化,它主要是通过形成厄尔尼诺现象来影响洪水的〔11〕。

在地球自转速率大幅度减慢时期,由于“刹车效应”,海水和大气获得了一个向东的惯性力,从而使自东向西流动的赤道洋流和赤道信风减弱而发生海水增暖的厄尔尼诺现象。

据研究,四川盆地西部的历史洪水大都发生在地球自转速率由慢变快和由快变慢的不规则运动的转折点附近〔12〕;江淮流域发生特大洪水的1991年,也正值地球自转速率接近减慢段的终点。

1.15 地极移动

地球自转轴的方向是不断变化的,它包括长期变化、周期变化和其它变化,其中6～7a的周期变化是非常明显的〔13〕。

在有利的条件下,地极移动可以使海平面高度上升8～10mm,因而它也能使大气环流发生变化。

长江中下游的上海、南京、九江、芜湖和武汉五站5～8月降水距平有7a左右的周期变化;浙江省金华站的年最高洪水位也有6～7a的周期变化。

研究认为,在地极移动高振幅年,大气环流出现异常,亚欧大部和太平洋中纬地区经向环流指数增高,于是西风指数降低,相应的副热带高压偏南偏弱,因而长江中下游的降水增多。

1.16 地磁异常

地球磁场在正常月份呈线性分布,其线性相关系数Rz=75～100。

当地球磁场出现异常时,Rz值将减小〔14〕。

从1990年11月开始,我国出现了以皖南为中心的包括安徽、江苏和浙江在内的大面积地磁异常区。

到了1991年1月,异常中心的Rz值下降到-10。

5个月后,在这些地区出现了特大的洪涝灾害。

因此地磁异常也是一种明显的洪水前兆。

1.17 地震

自然灾害系统之间具有互相触发、因果相循等关系,从而造成灾害现象〔15〕。

研究表明,如果在蒙新甘交接地区发生7级以上的大震,那么其后一年内黄河往往会出现特大洪水,这种地震与洪水的对应率可以达到88%以上。

研究认为,当蒙新甘交接地区发生大震时,大范围的构造运动使地下携热水汽溢入低层大气,这一方面使大气水汽增加,同时使这里气压变低,诱使西风带上的水汽向这里输送;另一方面,大震后所造成的低压环境可吸引北方的冷空气南下和西太平洋的副高西伸北上,由此在黄河流域形成特大洪水。

因此,蒙新甘交接地区的大震活动就成为黄河流域的洪水前兆。

1.18 火山爆发

强烈的火山爆发可形成全球性的尘幔。

这些尘幔在高层大气中能停留数年之久。

它们能强烈地反射和散射太阳辐射,在大爆发后的几个月到1a之内,直达辐射可减少10%～20%,因此火山爆发产生一种使地球变冷的效应。

历史上赤道地区四次强烈的火山爆发曾引起四川温度偏低,大量凝结核使降水偏多,相当一部分地区出现洪涝灾害。

根据历史洪水资料分析,在火山爆发后的第二年,四川盆地发生较大洪水的概率为85%,在第三年发生较大洪水的概率为79%〔12〕。

2 结语

洪水是地球上最严重的自然灾害,它所造成的损失占各类灾害总损失之首,但洪水预报至今仍是一个令人困惑的难题。

本文根据大量资料,比较系统地分析了各种洪水前兆,可以为洪水预报提供一定的理论依据。

作者根据长期的研究工作,对长江流域的洪水前兆曾提出自己的看法,1995年9月浙江省教委批准了作者申请的课题:“1998年前后巨洪预警研究”。

其后经过大量的综合分析工作,发表了多篇论文〔2,16〕,并得到了证实。

因此,洪水前兆的研究对防洪减灾具有重要的理论意义和实际意义。

洪水前兆是客观存在的,只是目前的认识水平还很有限。

因此在利用洪水前兆进行洪水预报时,尤其要注意两点:1对洪水前兆必须进行综合分析,因为洪水是各种影响因素综合作用的结果,当然洪水前兆越多,信号越强,那么洪水量级越大;2对洪水前兆必须进行去伪存真,因为在观测到的大量异常现象中,既包含了洪水前兆信息,也可能包含了一些与洪水无关的其它信息。

随着资料的积累和认识的深入,洪水前兆无疑将成为提高洪水预报精度的突破口之一。

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太阳磁暴对地球影响

徐文耀在中、美、英、法、日、瑞等国学术刊物上发表论文200多篇。

1980年首次发现“行星际磁场反向扇形效应”，并提出解释这种现象的“共轭电场”机制，得到了产生扇形效应的磁层-电离层三维电流体系，大大提高了世界数据中心A(WDC-A，美国，波德尔)由地球磁场推断行星际磁场扇形结构的准确率。

1981年，首次计算出包括极区在内的全球L(地磁太阴日变化)电流体系，用三维发电机理论研究了L电流体系的产生机制，理论与观测很好吻合。

1983年最先提出“中国地磁场嵌套模型”，推导出既包括地球主磁场的内源场部分，又包括外源场部分的矩谐级数表达式，结合使用球谐分析和矩谐分析，建立了包括全球、中国、华北三个层次的地磁场嵌套模型。

1985年提出中低纬地磁子午台链思想，研究出一整套用中低纬地面观测手段诊断和监测地球电磁环境的方法，为研究日地能量耦合和磁暴预报提供了重要的基础。并且用磁流体冻结场理论，（这里删除“首次”）得到地核表面无通量线运动的全速度。

1992年提出了一个新的地磁指数——“Sq指数”，用于描述地磁太阳日变化的结构和强度特征，对中低纬大尺度电流体系的时空特点和物理机制进行了系统研究。

1996年提出普遍适用的“半开磁层模型”，用地面和卫星观测资料，求得太阳风-磁层能量耦合函数的一般表达式和参数。同时实现了磁层亚暴电流体系主要成分(驱动过程和卸载过程)的定量分离，推动了磁层-电离层耦合的定量研究。

1998年根据地磁场形成的物理过程，对组成主磁场的成分进行了定量分离，并研究了各种成分的空间结构及其长期变化。

2002年建立了地球磁场的“自然正交分量”模型，并将只有100年长度的国际地磁参考场序列向前外推到十六世纪，得到长达450年的国际地磁参考场序列，推动了地磁场长期变化的研究。

2003年用本征模方法对地磁场日变化进行了分解，得到了有物理意义的日变化成分，对空间天气预报有一定意义。

地震预报方法的探索

太阳磁爆对地球的影响如下：

1、气象：太阳磁暴会激发太阳的高能带电粒子流（也称为太阳风），这些高能粒子流会以极高的速度向地球方向冲击，可能会对地球的大气环境和气象带来影响，如极光等现象可能会增强或减弱，甚至消失，另外还会产生杂音掩盖通讯时的正常讯号，甚至使通讯中断。

2、磁场：太阳磁暴会影响太阳的磁场，从而影响地球的磁场。地球磁场是地球的保护力量，可以减少太阳风对地球的侵扰，但太阳磁暴会使磁场发生扰动，可能会对地球的空间环境和电磁环境产生影响。磁暴会增强大气中电离层的游离化，也会使极区的极光特别绚丽

3、电磁场：太阳磁暴会激发太阳的高能带电粒子流，这些高能粒子流会以极高的速度向地球方向冲击，可能会对地球的电磁场产生影响。例如，太阳风中的高能粒子流可能会干扰地球上的通信系统和电子设备的正常运行。

磁爆：

磁暴（全称：地磁暴，英文名：Geomagneticstorm）指的是地球磁场全球性的剧烈扰动现象。以地磁指数来表征磁暴的大小。磁暴的强度可以表征太阳风暴中高速等离子体云的影响大小。磁暴的强度等级一般用Kp指数和Dst指数这两类地磁指数来划分。

在研究中通常用Dst指数分级，而在预警应用中用Kp指数。磁暴是高速等离子体云到达地球空间后，引发的最具代表性的全球空间环境扰动。根据预报时间提前量，地磁暴预报又分为警报、短期预报和中期预报。

磁场扰动时，磁场方向和大小的改变会影响它们之间的力矩，致使卫星的姿态发生变化。卫星的姿态发生变化后，通信卫星将无法正常通信，甚至有时可能会中断通信；气象卫星、军事卫星也无法监测地球。。由于磁暴的发生是全球同步，会造成一些保护装置产生跳闸等误动作

五种预报地震的方法

（一）反映地震活动时间序列的统计预报

在统计预报中，把地震看成是一种随机。即地震在单位时间内出现的概率分布，要求具有独立性、序列性、平稳性，服从泊松分布：

固体地球物理学概论

其中：f（n）为单位时间内发生n次的概率；λ为单位时间内发生地震的平均次数。例如，温纳早在1937年取1925～1930年的全球地震进行过统计。为保证具有独立性，要去掉大震发生后一个月内的余震，计在2191d内发生2585次独立地震，平均每天发生数λ=2585/2191=1.18（次/日）。代入式（6-8），可得

固体地球物理学概论

将所得f（n）再乘以总天数2191，则得每日发生n次的天数。这就是表6-1中给出的计算天数，同时给出由观测数据分别统计出来的结果。这个表表明，地震是可以作为随机处理的。

表6-1 地震频度分布表（1925～1930年）

由于地震时间序列可以作为随机处理，所以能运用一些统计规律去推测未来。例如，应用极值理论做中国中长期地震预报，应用相关性做全球地震与中国大陆地震的相关性分析，以及大陆地震重现周期和量级分布律的研究等。

统计预报只能对较大地区和较长时间做出粗略估计。由于这种预测是在一定概率意义下给出的，不具有确定性，所以，概率虽高而实际并未发震的情况并不少见。

（二）反映地震大小比例失调的b值预报

古登堡、里克特最早发现地震震级M与地震次数n（M）的指数衰减关系：

lgn（M）=a—bM

由此不难写出b值的表达式：

固体地球物理学概论

b表示某一震级的次数与高一级的地震次数之比的量级值，即通常所说的大小地震比例关系。如果b值严重偏离正常值，即大小比例失调，当b值偏低时，则可能发生大震。

我国地震工作者对b值进行了大量研究和资料整理。图6-1是海城、龙陵、唐山、松潘四次地震前震中附近的b值变化。这是将每个月的b值点出来的逐月变化图。

图6-1 几次较大地震前的b值逐年变化曲线

反映大小地震比例关系的b值在时间和空间上的变化，属于一种能量分配的变化。保持一定的能量分配，是固体介质的固有要求和固有属性。对于b值的监测，正是追踪能量分配是否失去平衡的一种有效手段。

（三）反映地震频度衰减的h值预报

在一个不太长的时间和不太大的地区内，发生一组地震。取其中最大地震为起点，最大地震之后的地震频度随时间的变化，一般可以写成

n（）t=n1t—h （6-10）

茂木称式（6-10）为余震衰减公式，刘正荣在19年利用该式分析云南地区的地震资料，得出：h≤1，地震群是前震型；h≥1，地震群是余震型。并且结合b值大小进行预报。图6-2是根据一组地震的h、b值对未来地震进行预报的h—b示意图。如果是落在A区内，将发生比该组最大地震还要大的主震；落在B区内，将发生低于该组最大地震的强余震；而落在C区和D区，相对来说较为安全。当然，不同地区的余震衰减情况相差较大，不可等同视之。

图6-2 h-b空间图

（四）反映地震震源断层面总面积的∑值预报

用地震频度和地震能量虽可分别表示地震活动强弱，但由于小震数目远大于大震数目，故频度变化实际反映的是小震活动。而由于一次大震的能量远大于一次小震或数次小震能量，故能量变化实际反映的主要是大震活动，因此单用频度和能量不足以表征地震活动的全体，从而引入一个兼顾两者的量∑，它定义为

固体地球物理学概论

式中：N（K）为时间t至t+?t间隔内，能级为K的地震数目，K=lgE（当然，所谓能级为K是指从K— 到K+ 的一个范围）。根据L的大小，可分三种情况：

（1）L=1， ，退化为频度；

（2）L=10， ，退化为能量；

（3）L=4.5， ，表示不同能级的地震断层面面积之和。

为了说明第三种情况，可做以下分析：因为地震波能量E正比于地震释放能量E0，即E∞E0，而E0又正比于震源体积V，或者说，正比于震源断层面S的3/2次方，即E0∞S3/2，因此有以下关系：

固体地球物理学概论

即是说，式（6-11）中的LK以4.5K代替，则得

∑（t）=∑ N（K）S（K） （6-12）

它表明∑（t）为不同能级的断层面面积之和，这就是∑（t）的物理意义。

实际工作表明，在一定地震带∑（t）曲线的峰值与其后发生的强震往往有一定对应峰值越大，峰到强震的时间间隔越长，则地震的震级越大。关系。一般说来，∑（t）

（五）根据波速变化进行预报

当地震波通过未来震源区时，由于震源区的结构（断层分布等）和物理状态（弹性模量等）的变化，其传播速度应当发生相应变化。大致用以下几种办法进行研究：

1.近震的和达清夫作图法

令K=vP/vS，则有

固体地球物理学概论

式中： 、 为直达纵波和横波到时；O为发震时间。对于同一个地震，可以由若干个台记录的 和 数据，算出K和O。

2.双台远震视速度法

同样利用K=vP/vS，可得

（S—P）2—（S—P）1= （K—1）（P2—P1）　（6-14）

式中1，2为两个台序号。条件是两个台要在同一震中方向上，P、S为直达纵波和横波到时。

3.远震残差法

在测定地震基本参数时，总得到一个P波走时的残差平均值：

固体地球物理学概论

式中： ，Ri为第i个台的残差，Ri=P＇i—Pi（P＇i为观测值，Pi为计算值）， 为残差正常值。

4.定点爆破法

固定爆破点和接收点，定期进行爆破，以取得爆破点与接收点之间的可靠走时，距离与走时相除得行进速度。

前面两种是利用波速比值K，后面两种利用波速vP，曾用K值在一些地区进行过预报尝试或发震后对可能的前兆进行分析。图6-3是北京地区的K值典型曲线：它先是下降，到达最低点又回升，这个时间称为异常持续时间（T），从异常结束到发震称为发震延迟时间（?t）。一般认为，异常持续时间与震级有关。

图6-3 K值曲线示意图

利用波速变化预报地震，曾给人们带来希望，然而，随着震例的增加，这种方法没有完全经得住考验，是观测精度有问题，还是物理模型有问题，抑或两者兼有，目前还没能给出确切结论。

（六）根据地面形变进行预报

日本是最早研究地形变与地震关系的国家。一般认为，地震形变从开始积累到最后释放共有三个阶段，分别标以α、β和γ。α：危险地区的地壳在长期缓慢形变的基础上出现异常；β：危险地区的地壳形变速度剧增且发生方向改变；γ：最后破裂，以弹性回跳方式大量释放能量，幅度最大，方向相反。图6-4是其地形异常变化示意图。

图6-4 地形异常变化示意图

地形变测量，一般使用包括三角测量和水准测量在内的大地测量。但大地测量只能发现α形变，不宜于监视β变形。β变形的时间短变化急，只有用连续记录才能奏效。因为β变形是弹性形变的累积从稳定过程变为不稳定过程的临震异常阶段，尤其引人注意。

国际上公认的地形变可以预报地震或可以显示地震前兆的例子，是日本1964年的新潟地震（M=7.5）和苏联塔什干1965年（M=6）地震。有人认为，海城地震之前，金县站的短水准地形变资料有一定程度的显示。

（七）根据地磁和地电变化进行预报

地磁预报曾吸引了许多地球物理学家和地震预报工作者，因为它既有可靠的科学基础（压磁效应），又有精确的测量仪器（理论上计算震源区岩石受压所产生的附加磁场可达5nT，而仪器可以测量到10—1～10—3nT）。一时间，研究者颇多，但都没有获得预期结果。最为著名的是美国布兰纳在圣安德列斯断层一段120km长的实验基地上，进行精度为10—3nT的地磁测量。在试验期间，试验区及附近发生许多地震（较大的M=4），却没有发现预想的地磁场变化。1980年，我国祁贵仲根据模型计算和部分震例，得出分量测量等效于空间加密测点的概念，提出并论证震磁观测中总强度测量的有效性，在这个思想指导下，在我国重点地震区布置了以观测总强度为主的流动测网。

因为岩石压电效应和压磁效应是同样明显的。为了测量地下岩石的电阻率变化，各国都布设了大量地电观测台，并取得一些数据。有人认为地光也是压电效应形成的。地光就是地震时在当地天空出现的异常光焰，有关地光的历史记载和现在的观察很多。如15年辽宁海城地震前，当地居民普遍看到各种颜色地光，而且范围很广。由于地光与震电关系的内在联系还不清楚，因而目前还难以引入预报实践。

（八）根据地下水位和地下水氡变化进行预报

如前所述，震源处含水是发震的一个重要物质条件，水中所含放射性氡又是鉴别震源区介质和一般地区介质的重要指标。

针对地震预报，我国对地下水位进行了系统观测和研究，是群测群防网监视临震异常的重要内容。地下水位的变化，一般认为是地壳形变引起的。但是季节、天气、灌溉等也会引起水位变化，要区别干扰和地震信息还是很困难的。有些地区专门选取一些对地震敏感的专用井，作为“地震窗口”，进行连续自动记录。

我国对地下水氡的测量和研究，是作为水文地球化学的一部分来进行的。除了放射性氡，还有多种离子（硝酸根离子、氯离子等）可以作为地震前兆参与预报。而且发现7级以上大震（如唐山地震），这些水化前兆反应，不是从震中向外推移，而是具有从向震中方向推移的特点。苏联对地下水氡（尤其是深井泉水氡）与地震的关系做了细致探讨。图6-5是在塔什干疗养院所取得的泉水氡含量记录图（单位：Bq/m3），水氡等化学成分的变化，是由于地壳形变造成含水层中气体的运移引起的。

图6-5 苏联塔什干疗养院地下水氡含量随时间变化曲线图

（九）综合预报

上述诸项属于单项预报，更有利的是对各单项进行综合。表6-2给出临震的前兆异常综合表。根据各种前兆反应的时间尺度和控制范围，根据资料的可靠程度，以及它们在震源物理过程中的发展地位，通常按图6-6进行综合中长期和临震预报。其中震情分析是根据测震系统所得地震活动性做出的，可给出整体变化趋势。在此主要标志启示下，对危险地区和危险时段的地球物理场进行深入对比。当尚未进入临震状态时，用更大范围的地形变资料和地质构造背景资料，剖析危险区并估计震级大小。当临近地震时，除继续监视专业测点的测震前兆和地球物理场变化之外，还应注意群测群防点的宏观现象（如动物反常、井水水位和水氡变化等），此时宏观现象更加明显和集中，依此确定震中危险区。还要在整个预报分析中考虑天文因素和气象等因素的影响。

表6-2 几种前兆异常综合表

应当强调指出，地震预报是一种概率性的、经验性的和综合性的灾变预测。与概率性相对的是确定性。由于地震的发生是多方面因素决定的概率件，不可能像天象（如日食、月食）那样可以给出唯一确定的预报，只能给出发生地震的可能性大小。与经验性相对的，是理论性的或称模式化的预报。我国海城地震预报成功，在很大程度上依赖邢台地震经验，而四川松潘地震的预报成功，又在一定意义下是借助海城地震经验。由于唐山地震的类型不同于邢台、海城，即无经验可借鉴，以致漏报。出现这种情况，人们又容易走上轻视经验而片面依赖理论的极端。这样，同样会造成严重社会影响。其反例是，美国布雷迪在1980年根据实验室中岩石破裂过程的红外连续摄影照片，按相似法则提供的实验微破裂与实际断层的比例关系，应用于南美的秘鲁等地区的地震预报。曾预言：1981年8月14日那里将发生一次8级地震。其结果，地震没有发生，却造成“公众恐慌和社会混乱”。因此，理论上过于简单和经验上过于片面，都会造成严重社会后果。在这种情况下，取的预报原则应该是综合性的。这里所说的综合，即包括各种手段的综合，也包括经验与理论的综合。

图6-6 综合预报流程图

国际上公认的具有科学意义的成功预报只有两次：中国海城15年7.3级地震和苏联帕米尔地区1981年7.0级地震。显然，目前国际上地震预报成功率是很低的，而这两次成功预报又带有一定偶然性。即是说，目前对地震本质的认识，还没有实质性进展，仍然处于积累资料和积累经验的发展阶段。

地球磁爆有什么影响

地震监测预报是防震减灾的一个重要环节，也是整个防震减灾工作的基础。破坏性地震给人类造成的灾难，使地震预报成为人们长期以来追求的目标，成为当代地球科学中最富有魅力的一项前沿性课题。近代科学技术的进步逐渐为实现这种目标提供了可能。特别是经过近40年来艰辛的探索，人们在认识地震发生过程，掌握和应用地震预报理论、技术、方法等方面已经取得了长足进步。在地震预报的实际应用中所获得的某些成功，对减轻地震灾害的经济损失和鼓舞人们实现预报地震的信心起了积极的作用。

地震科技工作者经过长期的辛勤劳动，特别是地震监测预报“清理攻关”、“实用化攻关”、“深入攻关”以及“七五”、“八五”科技攻关。使测震学分析预报方法、地壳形变分析预报方法、电磁学分析预报方法、地下流体地震预报方法、地震宏观异常预报方法、地震综合分析预报方法等取得了丰硕成果。

地震学地震预报方法就是利用前期发生的地震（包括大、中、小地震）的信息来预报其后的较大地震。地震是应力和构造活动的产物，地震活动的时、空、强分布图像及地震波特征正是地壳应力场、构造活动格局及地壳介质变化的反映。因此，通过对已发生地震的分析，寻找大地震前由震源区附近应力的集中、增强所产生的各类前兆，正是地震学预报方法所研究的对像。地震学预报方法所获得的大震前兆信息可称为“震兆”。与各类前兆预报方法相比，地震学预报方法在目前研究得最深入，预报方法最丰富，在实际应用尤其在中长期预报中使用得最为广泛。地震学预报方法分为：1、空间图像方法；2、时间进程方法；3、地震序列方法；、4、地震相关方法；、5、震源及介质参数方法；6、合成方法。

地壳形变是地壳介质在内生的构造应力和外生的天体引力以及地表荷载力的作用下发生变形的一种表现形式。而与地震有关的地壳形变则是在孕震过程中，随着构造应力的不断积累，直到岩石发生破裂前后的一种最直接的伴随现象，这种构造应力积累直到岩石快速破裂，一般需要十年甚至更长的时间，因此与其伴生的地壳形变呈现出长、中、短、临的时空变化图像。

近几年我国地壳形变观测技术有了长足进展，主要表现在两方面：一是在时空尺度上把地壳形变观测的各个手段联成一个整体的观测系统，从而有可能获得真实的地壳运动图像；二是几何观测和物理（重力）观测相结合，使地壳形变研究工作由几何学向运动学、动力学方面发展，使我们有可能定量化的研究地壳形变动力学过程，从而可以对地壳形变进行一定的预测，推动地震预报及地震灾害的预测研究工作。

实验和理论研究表明，在应变积累过程中由于地壳介质的不均匀性，会在破裂（地震）之前出现明显的在时间上分阶段性的不同周期的地壳形变，这就是目前用大面积形变测量，跨断层形变测量和固体潮汐形变测量方法进行地震预报的理论基础。

将电和磁两种现象密切联系起来的电磁学理论体系是麦克斯韦于1862年建立起来的电磁场理论。地球电磁学是在现代电磁学的基础上推进和发展的，他的基础是电磁理论在地球介质条件下的应用，形成了特定的地球电磁学学科。地震是发生在地球内部的一种自然现象，是地球内部介质相互作用的结果，地震的孕育和发生将伴随有介质电磁性质的改变或电磁场的变化，因此地球地磁学方法应用于地震研究的基本任务就是利用地球地磁学的理论和技术，探索与孕震过程有关的地球介质的电磁性质及电磁场本身的变化，为地震预报以及孕震过程提供理论依据和有效方法。

我国地震电、磁前兆的观测是分开的，其观测方法有以下四种分类划分法：

（1）按使用场源的种类划分，可分为被动场源（天然场源）和主动场源（人工场源）；

（2）按场源频率划分，可分直流、交流电磁场法，使用的频率有：

DC—超低频（ULF），频率在10Hz以下；极低频（FLF）、甚低频（VLF），频率从0.01到30KHz。

（3）按观测的物理量划分，可分为岩层（岩石）的物理性质和场强的观测。

（4）按测量方式划分，可分为固定台站（定点）测量，定点定期重复测量和不定时不定点测量（面积和剖面线测量）等等。

地下流体的异常动态变化与地震的孕育和发生过程之间有着密切的成因上的联系，这是利用地下流体方法预报地震的基本依据。地下流体是构成地壳介质的一种特殊的、最活跃的组成成分，能够灵活地反映地震孕育过程中岩石的应力应变；同时，地下流体的动态变化，对岩石的应力应变过程还要产生促进作用。

地下流体动态变化能够灵活地反映岩石的应力应变，已为大量资料所证实。地下水位对固体潮引起的地壳体应变反映的灵敏度可高达10-10。流体中含有的丰富多样的化学元素组分，尤其是其中的气体组分，也能灵敏地反映岩石的变形破坏，且显示出多种测项的异常变化，从而可提供丰富多样的地震前兆信息。

地下流体的动态观测，是流体方法预报地震的基础。观测内容包括：水位、流量、水温、水化、气体及断层气等。目前，我国已建成多层次、多项目、立体式的流体观测体系，积累了十分丰富的流体前兆资料，为流体前兆理论研究和实际地震预报提供了可靠的依据。

宏观异常现象一般是指人们在日常生活中仅凭感官就能观察或感觉到的与正常现象不同的自然现象。地震宏观异常现象则指在地震发生前后出现，且与地震的孕育、发生和发展有密切关系的宏观异常现象。常见的宏观异常现象有：

（1）地下流体异常

A、地下水异常：水位升降异常、物理性质异常、化学组分异常；B、地下气体异常：气体溢出异常、翻花冒泡异常、燃气火球异常；C：地下油、七异常：石油产量异常、深井喷油异常。

（2）生物异常

A、动物异常：a.动物分类：穴居动物、水生动物、禽类、畜类、昆虫、其他野生动物；b.异常形式分类：行为异常、习性异常、迁徙异常。

B、植物异常：重花重果、再生或死亡。

（3）地球物理场异常

A、地光异常：大气发光、器物发光、燃气火球发光、地裂缝闪光；

B、电磁现象异常：电磁干扰、静电干扰；

C、地声；

D、有感地震‘

（4）地质现象异常

地裂缝、滑坡、坍塌。

（5）气象异常

旱涝异常、增湿异常、风异常。

地震宏观异常的出现是重要的临震指标。宏观异常大多出现在震前3-5天、几小时乃至10多分钟。只有个别出现在震前10多天甚至一个月以上。因此，宏观异常的出现是重要的临震异常显示。所以，在完成对地震形势趋势估计的背景下，及时发现、收集、分析宏观异常现象，是实现地震短临预报的关键措施。

首先，地磁暴可能导致电力系统的故障，强烈的电流干扰可能导致变压器过载或电线短路，从而引发停电。其次，地磁暴会影响无线电通信的稳定性，在严重的情况下，可能会导致通信中断或数据丢失。此外，对于依赖卫星导航的现代社会，地磁暴也会对GPS定位精度产生影响。

地磁暴是地球磁场的一种剧烈扰动。在太阳风与地球磁场的交互作用下，地磁暴会产生大量的带电粒子，这些粒子在地球磁场中运动，形成电流，进一步扰乱磁场。地磁暴通常在太阳活动周期的高峰期发生，此时太阳风强度较强，对地球磁场的影响也更为显著。

为了降低电磁暴对人类社会和航天器的影响，可以取以下预防措施：加强电磁暴的监测和预警，及时发布预警信息。提高航天器电子设备的抗干扰能力，用防护材料和屏蔽技术。

加强无线电通信、广播、电视和导航等系统的备份和容灾能力建设。加强地球磁场的研究和监测，探索应对地磁暴的方法和技术。

地磁暴的预报

根据预报时间提前量，地磁暴预报又分为警报、短期预报和中期预报。警报是指对未来几个小时内可能发生的地磁暴等级进行预报，主要包括Kp指数和Dst指数；主要通过在L1点上的太阳风监测来进行的。

短期预报的提前量为1天~3天，主要预报未来3天内Ap指数的日值。预报更多是基于预报员的经验。对于CME引起的地磁暴，可以利用卫星对CME的立体观测结果进行预报；对于CIR引起的地磁暴，主要参考其之前曾引起的行星际太阳风和地磁场变化情况来进行。

中期预报的时间提前量一般为几天到几个月，主要预报未来一个月内Ap指数日值，依赖于对CME和CIR发生可能性的预报。

以上内容参考：百度百科-地磁暴