基于残差修正的ARMA模型探测门源MS6.4地震前电离层TEC异常

2021-04-09尹淑慧王轶卓

大地测量与地球动力学 2021年4期

李磊张宁尹淑慧王轶卓

1 大连海事大学理学院，大连市凌海路1号，116026

震前电离层扰动与电离层耦合机制是地震前兆研究的热点之一[1-3]。研究表明，在5级以上地震发生前，震中及其附近地区的电离层TEC会存在异常扰动的现象[2-6]。传统的探测震前TEC异常的方法主要包括中位数法、四分位距法和滑动时窗法等[6]，虽然这些方法已成功分析了许多震前TEC异常现象，但其计算TEC参考背景值的精度较低，同时又缺乏统一的限差判决门限，因此会影响电离层异常扰动事件的准确判断[5]。基于上述原因，许多新的震前TEC异常探测方法[6-8]被提出，其中基于时间序列分析理论的方法受到大量关注。但该方法主要用于7级以上的地震震例分析，对5、6级地震震例的研究很少。本文利用ARMA模型对TEC预测数据进行残差修正，获得TEC参考背景值，提出相对误差和绝对误差相互制约的限差判决门限，并以2016-01-21青海门源MS6.4地震为例，研究震前14 d和地震当天震中及周围区域的TEC异常。

1 残差修正的ARMA模型(ARMA-RC)

(1)

2 ARMA-RC模型与传统方法预测精度比较

基于IGS提供的2014-11-01～12-29网格点(0°N, 90°E)TEC数据，分别采用ARMA-RC模型、滑动时窗法(时窗长度为10 d)和四分位距法预测2014-12-25～29共120 h的TEC小时数据。引入相对误差(Ur)和绝对误差(Δ)对结果进行分析：

(2)

式中，TECpre、TECIGS分别为TEC预报值和IGS发布值。

由表1可知，在120 h预报时间内，无论是从|Δ|<2 TECu的数据量占全部数据的比例，还是|Δ|<1 TECu所表示的较高精度来看，ARMA-RC模型的预测精度都最高。图1横轴为从预报开始时刻起算的小时数，可以看出，3种方法中，ARMA-RC模型预测TEC值的绝对误差和相对误差波动范围都最小，说明其预测TEC的精度高于传统方法。