Geomagnetism and AeronomyGeomagnetism and Aeronomy0016-79403034-5022Russian Academy of Science10.31857/S0016794022600417Evaluating the Effectiveness of Using Integral Daily Es Characteristics to Identify Short-Term Ionospheric Precursors of Strong EarthquakesОценка эффективности использования интегральных суточных характеристик Еs для выделения краткосрочных ионосферных предвестников сильных землетрясенийKorsunovaL.P.КорсуноваЛ.П. lpkors@rambler.ruHegaiV.V.ХегайВ.В. hegai@izmiran.ruИнститут земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of SciencesИнститут земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of Sciences01022023632227237

Day-to-day variations of deviations of integral daily characteristics of the sporadic E layer in different seasons in 1987, 1996, 2003–2004, and 2014 from the reference values are investigated. The analysis is conducted based on hourly measurements from Japanese ground-based vertical ionospheric sounding stations in order to identify possible short-term ionospheric precursors of crustal (surface) earthquakes with magnitudes M ≥ 6.5 under real observational conditions. Using the coincidence of the maxima in the variations of the considered Es characteristics at the same day on pairs of stations located hundreds of kilometers from each other, 12 possible ionospheric earthquake precursors (true alarms) and 22 false alarms, which are not followed by earthquakes of the specified range in different seasons of 1987, 1996, and 2003–2004, were found. The efficiency of identifying possible short-term ionospheric precursors of strong earthquakes is determined by the chosen method based on Hanssen–Kuipers score (Rscore), which turned out to be 0.82 for the specified time periods. It is concluded that the proposed methodology for identifying short-term ionospheric precursors of strong earthquakes can be used in real conditions

Исследованы изменения отклонений от реперных значений интегральных суточных характеристик спорадического слоя Е ото дня ко дню в разные сезоны 1987 г., 1996 г., 2003–2004 гг. и 2014 г. Анализ проводился на основе ежечасных измерений японских наземных станций вертикального зондирования ионосферы с целью выявления возможных краткосрочных ионосферных предвестников коровых (поверхностных) землетрясений с магнитудами М ≥ 6.5 в условиях реальных наблюдений. По совпадению максимумов в изменениях рассматриваемых характеристик Еs в одни и те же сутки на парах станций, разнесенных на сотни километров друг от друга, было обнаружено 12 возможных ионосферных предвестников землетрясений (истинные “тревоги”) и 22 ложные “тревоги”, за которыми не последовали землетрясения указанного диапазона в разных сезонах 1987 г., 1996 г., 2003–2004 гг. Определена эффективность выделения возможных краткосрочных ионосферных предвестников сильных землетрясений по выбранной методике на основе оценки Хансена–Койпера (Rscore), которая оказалась равной 0.82 для указанных периодов времени. Сделан вывод, что предложенная методика выявления краткосрочных ионосферных предвестников сильных землетрясений может быть использована в реальных условиях.

Авторы выражают благодарность NOAA’s National Geophysical Data Center (NGDC) USA, National Institute of Information and Communications Technology (NICT, Japan), World Data Center for Geomagnetism, Kyoto (Japan), ионосферные и магнитные данные которых были использованы в данной работе, а также United States Geological Survey’s (USGS) Earthquake Hazards Program за предоставление доступа к данным по землетрясениям.Авторы выражают благодарность NOAA’s National Geophysical Data Center (NGDC) USA, National Institute of Information and Communications Technology (NICT, Japan), World Data Center for Geomagnetism, Kyoto (Japan), ионосферные и магнитные данные которых были использованы в данной работе, а также United States Geological Survey’s (USGS) Earthquake Hazards Program за предоставление доступа к данным по землетрясениям.– Апродов В.А. Зоны землетрясений. М.: Мысль, 461 с. 2000.– Бычков В.В., Корсунова Л.П., Смирнов С.Э., Хегай В.В. Аномалии в ионосфере и электричестве приземного слоя атмосферы перед Камчатским землетрясением 30.01.2016 г. по данным обсерватории “ПАРАТУНКА” // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 57. № 4. С. 532–540. 2017.– Корсунова Л.П., Легенька А.Д. Обнаружение возможных краткосрочных ионосферных предвестников сильных землетрясений по изменениям ежесуточных характеристик Es // Геомагнетизм и аэрономия Т. 61. № 6. С. 803–811. 2021. https://doi.org/10.31857/S0016794021050060– Корсунова Л.П., Хегай В.В. Сейсмо-ионосферные эффекты сильных коровых землетрясений в Тихоокеанском регионе // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 45. № 5. С. 706–711. 2005.– Корсунова Л.П., Хегай В.В. Анализ сейсмоионосферных возмущений на цепочке японских станций вертикального зондирования ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 48. № 3. С. 407–415. 2008.– Корсунова Л.П., Хегай В.В. Возможные краткосрочные предвестники сильных коровых землетрясений в Японии по данным наземных станций вертикального зондирования ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 58. № 1. С. 94–101. 2018.– Корсунова Л.П., Чистякова Л.В., Хегай В.В. Изменения в ионосфере перед слабыми землетрясениями в регионе Иркутска // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 56. № 4. С. 525–534. 2016. https://doi.org/10.7868/S0016794016040088– Михайлов Ю.М. О свойствах предвестников землетрясений в электростатическом поле в приземной атмосфере // Физика Земли. № 4. С. 76–80. 2007.– Пулинец С.А., Узунов Д.П., Давиденко Д.В., Дудкин С.А., Цадиковский Е.И. Прогноз землетрясений возможен?! М.: Тровант, 144 с. 2014.– Чавдаров С.С., Часовитин Ю.К., Чернышева С.П., Шефтель В.М. Среднеширотный спорадический слой Е ионосферы. М.: Наука, 120 с. 1975.– Chen Y.-I., Liu J.-Y., Tsai Y.-B., Chen C.-S. Statistical tests for pre-earthquake ionospheric anomaly // Terr. Atmos. Ocean. Sci. J. V. 15. № 3. P. 385–396. 2004.– Dabas R.S., Das R.M., Sharma K., Pillai K.G.M. Ionospheric precursors observed over low latitudes during some of the recent major earthquakes //J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 69. P. 1813–1824. 2007.– Dobrovolsky I. P., Zubkov S. I., Miachkin V. I. Estimation of the size of earthquake preparation zones // Pure Appl. Geophys. V. 117. Iss. 5. P. 1025–1044. 1979.– Hobara Y., Parrot M. Ionospheric perturbation in association with seismic activity. A statistical study // XXVIIth General Assembly of the International Union of Radio Science. Commission E URSI GA 2002 – Oral and Poster Sessions. EGH P.10 (570). Maastricht, the Netherlands, 17–24 August 2002. www.ursi.org/Proceedings/ProcGA02/ papers/p0570.pdf– Hobara Y., Parrot M. Ionospheric perturbations linked to a very powerful seismic event // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 67. Iss. 7. P. 677–685. 2005. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2005.02.006– Korsunova L.P., Khegai V.V. Medium-term ionospheric precursors to strong earthquakes // Int. J. Geomagn. Aeron. V. 6. Iss. 3. GI3005. 2006. https://doi.org/10.1029/2005GI000122– Korsunova L.P., Hegai V.V. Effectiveness criteria for methods of identifying ionospheric earthquake precursors by parameters of a sporadic E-layer and regular F2-layer // J. Astronomy and Space Sciences. V. 32. № 2. P. 137–140. 2015. https://doi.org/10.5140/JASS.2015.32.2.137– Liu J.Y., Chen Y.I., Chuo Y.J., Chen C.S. A statistical investigation of pre-earthquake ionospheric anomaly // J. Geophys. Res. V. 111. A05304. 2006. https://doi.org/10.1029/2005JA011333– Loewe C.A., Prolss G.W. Classification and mean behavior of magnetic storms // J. Geophys. Res. V. 102. Iss. A7. P. 14 209–142 013. 1997. https://doi.org/10.1029/96JA04020– Ondoh T. Seismo-ionospheric phenomena // Adv. Space Res. V. 26. Iss. 8. P. 1267–1272. 2000.– Ondoh T. Anomalous sporadic-E layers observed before M7.2 Hyogo-ken Nanbu earthquake; Terrestrial gas emanation model // Adv. Polar Upper Atmos. Res. № 17. P. 96–108. 2003.– Perevalova N.P., Sankov V.A., Astafyeva E.I., Zhupityaeva A.S. Threshold magnitude for ionospheric TEC response to earthquakes // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 108. P. 77–90. 2014. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2013.12.014– Perrone L., Korsunova L.P., Mikhailov A.V. Ionospheric precursors for crustal earthquakes in Italy // Ann. Geophysicae. V. 28. № 4. P. 941–950. 2010.– Pulinets S.A., Boyarchuk K.A. Ionospheric precursors of earthquakes. Berlin: Springer, 315 p. 2004.– Saha A., Guha A., Kumar B., De B.K., Roy R., Choudhury A., Banik B., Dhar P., Chakraborty M. Precursory signature of several major earthquakes studied using 40 kHz low frequency signal // Adv. in Space Res. V. 54. Iss. 4. P. 617–627. 2014. https://doi.org/10.1016/j.asr.2014.04.024– Sarkar S., Gwal A.K., Parrot M. Ionospheric variations observed by the DEMETER satellite in the mid-latitude region during strong earthquakes // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 69. № 13. P. 1524–1540. 2007.– Sharma D.K., Israil M., Chand R., Rai J., Subrahmanya P., Garg S.C. Signature of seismic activities in the F2 region ionospheric electron temperature // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 68. P. 691–696. 2006.– Silina A.S., Liperovskaya E.V., Liperovsky V.A., Meister C.V. Ionospheric phenomena before strong earthquakes // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. V. 1. № 3. P. 113–118. 2001.– Xia C., Yang S., Xu G., Zhao B., Yu T. Ionospheric anomalies observed by GPS TEC prior to the Qinghai Tibet region earthquakes // Terr. Atmos. Ocean. Sci. V. 22. № 2. P. 177–185. 2011. https://doi.org/10.3319/TAO.2010.08.13.01(TibXS)