強震前震中區域的臨震氣象和 近地表大氣靜電特征

陳 濤張效信李 磊，3）

1）中國北京100190 中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室

2）中國北京100081 國家氣象局衛星氣象中心

3）中國北京100049 中國科學院大學

通過對200 多例國內外強震前7 小時震中區域氣象條件的分析，發現強震發生前均為晴天天氣。據此選擇晴天氣象條件下發生的100 多例3—8 級國內外地震，分析大氣靜電場觀測信號特征，發現震中及附近區域在震前約3—24 小時的臨震時段內，具有近地表靜電場異常反向現象。文中用于研究的晴天氣象條件標準是：①水汽少，即相對濕度要低（排除降水、霧、沙塵和氣溶膠的影響，要求在關注時段干燥且能見度大于2 km，相對濕度小于95%）；②無低層云、對流云（3 000 m 高以下）；③附近無帶電云（20 km 內）；④近地面大氣風速1—7 m/s，即風力不超過3 級。眾所周知，在晴天大氣條件下，近地表大氣電場的矢量方向是指向地面的，且定義為正，若出現方向朝上的近地表大氣靜電電場，則表明此時電場反向，本區域靜電環境應被某種其他來源改變了。根據這種臨震“氣電反向”現象，研究人員提出以下問題：①為什么近地表“氣電反向”如此接近地震暴發時間？②“氣電反向”的物理機理是什麼？③能利用“氣電反向”信號提供臨震應急依據嗎？針對前2 個問題，研究人員提出一種臨震前導致晴天大氣靜電信號異常的物理機制予以合理解答，即：在大震臨震階段，震中區域附近地殼構造發生臨界變化，大量巖石發生微破碎，可能導致巖縫間的通道相互連通起來，并通過土壤縫隙，將包含微量元素的氣體釋放到空中；另一方面，臨震階段的各種地殼運動，導致巖石內物質熔融及礦物的溶解或相變，保留在某些礦物質或巖石中的一些放射性母體同位素衰變的子體同位素便會大量釋放出來。其中放射性同位素在向空氣彌散的過程中不斷產生衰變，特別是產生α 粒子的放射性電離輻射。從地下逃逸出來的放射性氣體，一邊遷移彌散，一邊不斷衰變，大量α 粒子被釋放出來，一個α 粒子的能量是5.2 MeV，一個大氣分子需要的電離能是32 eV，因此一個α 粒子就足以產生15 萬對正負離子，從而使得空氣中充滿大量離子對，大氣出現異常多的正負離子，在未復合的情況下，熱壓力、重力和晴天大氣向下的電場力將使這些正負離子產生分離，最終負離子在高空堆積，正離子在低空堆積，形成一個局部反向電場（靜電場矢量朝上）。因此，在潛在震中區域附近，若配備大氣靜電監測儀，則有可能觀測到這些正負離子分離后形成的極化電場。

以往研究表明，大震的孕震區域廣，震中區域總的熱輻射高，甚至出現高溫低壓現象，空氣相對濕度低，氣象狀態向晴天轉變。利用該現象，可便于排除氣象因素造成的大氣電場反向信號。

通過近期觀測和數據分析，筆者認為：若大地震即將暴發，震中及附近區域定為晴天大氣條件。根據公式R=100.43M即可計算孕震區范圍，其中R為震中區域空間尺度，M為地震級別。若M=7—9，則孕震區應大于1 000 km，大地震震中附近50—200 km 的空間靜電監測儀將會接收到反向異常信號，其持續時間一般為小時尺度，相對于發震時間大約提前幾小時至一天。盡量將該信號用于輔助臨震預測，爭取在大震暴發之前，做出有效預警判斷。在利用局部多點地基靜電觀測來分離太陽活動和氣象活動信號的基礎上，確定大型地質活動引起大氣電離異常的區域范圍、程度和對應下方巖石圈進入失穩狀態的短臨時間范圍，以便達到提前數小時或一天之內預報大地震的目的。