[发明专利]基于主成分分析的Swarm双星磁场数据地震前兆异常提取方法

说明书

本发明涉及一种基于主成分分析的Swarm双星磁场数据地震前兆异常提取方法，读取Swarm卫星A星和C星的磁场Y分量数据，并根据数据的标志位Flags_B剔除有误数据；根据地震选择研究的时间范围、研究区域；选取Swarm A星和C星的地方时为夜晚的轨道数据；利用IGRF模型去除地磁主磁场的影响；通过对Swarm A星和C星的磁场Y分量数据进行主成分分析，将原始的数据投影到一组新的空间正交基上，得到方差从大到小排列的各个主成分；通过各个主成分与地磁指数的对比，找到与地磁活动相关性高的成分并将其去除，只对剩余的主成分进行分析；通过偏度和峰度定义的偏峰度系数对剩余的主成分进行异常提取，提取地震前兆异常。本发明去除地磁活动干扰，精确提取地震前兆异常。

技术领域

本发明涉及电离层磁场地震前兆异常提取领域，具体涉及一种基于主成分分析的Swarm双星磁场数据地震前兆异常提取方法。

背景技术

越来越多的证据表明，电磁现象可用于对大地震进行短期预测。除了地面电磁现象的研究，基于LAIC(Lithospheric-Atmospheric-Ionospheric Coupling岩石圈-大气层-电离层)机制，地震电离层异常的研究依赖于卫星的发展也成为地震前兆异常的一个方向。DEMETER卫星是第一颗专门用于监测地震相关信号的卫星。大量学者通过震例分析，统计分析和多手段综合等分析方法对DEMETER卫星载荷测量的各种参数，如电子密度，离子密度/温度，电场，磁场，高能粒子和电离层总电子含量进行分析，结果表明，地震前后均存在异常现象。地震引起的电磁波频率范围相当宽(DC-VHF频段)，而ULF频段电磁干扰被认为是最有希望的地震前兆之一。Swarm是欧洲航天局的任务，旨在精确测量地球的磁场，测量采样率低(磁场1Hz/50Hz，电子密度2Hz)，但精度高，近年来，也有一些学者利用Swarm卫星测量的电离层参数进行震前异常提取。因此，基于Swarm卫星磁场数据的地震前兆异常提取是可行的。

主成分分析法能够将原始时间序列由强到弱投影到一组新的空间正交基上，达到降维和主特征分离目的，在本发明中，通过对Swarm卫星A星和C星磁场进行主成分分析，能够将地磁活动与其他影响因素分离到不同的成分中，通过去除与地磁指数相关性高的成分以去除地磁活动干扰，避免后续提取的异常由地磁活动引起；偏度和峰度是一种统计方法，分别表示数据分布的对称性和厚尾性，当数据中出现极端值时，偏度值和峰度值会相应的增大，因此利用偏度和峰度定义的偏峰度系数对去除地磁影响后的主成分进行分析，能够有效提取地震前兆异常。

CN101793972A公开了一种强地震短临预测卫星热红外和短波亮温异常技术，主要利用极轨卫星、静止卫星、气象卫星和小卫星座进行观测，并结合其他载有红外波段扫描仪的卫星，还包括卫星接收设备和图象处理设备，此时，卫星热红外云图的彩色密度分割档次，可对不同季节、不同纬度地区都适用；扫描仪所得灰度值可经大气模型校正获得实际温度值；可能在孕震区云层上方出现降温环现象；同时可能出现怪状云；发生在内陆高原区域的地震其应力热线交汇部位为未来震中，从而使其对地震短临预测的成功率提高到50％以上。

CN1047924公开了一种利用卫星热红外异常做中强以上地震三要素临震预报的方法。利用卫星、卫星接收的处理设备，利用卫星热红外异常和有关气象震兆作临震三要素预报。本发明资料准确可靠，覆盖面广，信息量大，速度快，能抓住地震前兆，并能掌握时空动态变化，因而能用于地震三要素的临震预报。