Было завершено создание теоретической модели сейсмо-ионосферных связей. В основном, это касалось аспектов модификации нижней ионосферы, что позволило объяснить ряд экспериментальных фактов, в частности, эффекты загоризонтного распространения УКВ радиосигналов, траектория которых проходит над зоной подготовки землетрясения, и атмосферного ВЧ радиоизлучения, регистрируемого также над зонами подготовки землетрясения. Эффект загоризонтного распространения УКВ радиосигналов связан с формированием дополнительных ионизированных слоев в нижней ионосфере на высотах 40-80 км, причем слои могут образовываться на двух уровнях. Образование более нижнего слоя (40-50 км) обусловлено вытягиванием металлических ионов из тропосферы в верхнюю атмосферу с помощью аномального электрического поля, формирующегося над зоной подготовки землетрясения (S.A.Pulinets, K.A.Boyarchuk, V.V.Hegai and A.V.Karelin, Conception and model of seismo-ionosphere-magnetosphere coupling, in Seismo-Electromagnetics: Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling, Eds. M.Hayakawa and O.A.Molchanov, TERRAPUB, Tokyo, 2002, pp. 353-361). Формирование более высокого слоя (70-80 км) обусловлено дополнительной ионизацией слоя D ионосферы за счет стимулированного высыпания энергичных частиц из магнитосферы земли. Высыпание происходит из силовых трубок, модифицированных аномальным электрическим полем над зоной подготовки землетрясения и формированием в них дактов ионизации, в которые канализируются ОНЧ излучение. Взаимодействие частиц радиационных поясов с ОНЧ волнами приводит к стимулированному высыпанию частиц и дополнительной ионизации слоя D (В.П.Ким, С.А.Пулинец, В.В.Хегай, Теоретическая модель возможных изменений в ночной среднеширотной области D ионосферы над зоной подготовки сильного землетрясения, Известия ВУЗов РАДИОФИЗИКА, XLV, ? 4, сс.289-296, 2002). Дополнительные слои ионизации служат в качестве отражателей и способствуют загоризонтному распространению УКВ радиосигналов радиовещательных и телевизионных станций. Эти эффекты были экспериментально зарегистрированы для ряда землетрясений в Японии.

Излучение в диапазоне 20-50 МГц, регистрируемое в областях подготовки землетрясения, было проинтерпретировано в рамках развиваемой нами модели как результат вращательно-вращательных колебаний крупных ионных кластеров, образуемых в тропосфере над регионами подготовки землетрясений (S.A.Pulinets, K.A.Boyarchuk, V.V.Hegai and A.V.Karelin, Conception and model of seismo-ionosphere-magnetosphere coupling, in Seismo-Electromagnetics: Lithosphere- Atmosphere-Ionosphere Coupling, Eds. M.Hayakawa and O.A.Molchanov, TERRAPUB, Tokyo, 2002, pp. 353-361).

Получили дальнейшее развитие работы по исследованию ионосферных предвестников землетрясений различными методами. В частности, были выявлены основные характеристики ионосферных предвестников в экваториальной ионосфере, выражающиеся в модификации всей экваториальной аномалии на долготах землетрясения, а не только области над эпицентром, как это происходит в средних широтах (С.А.Пулинец. А.Д.Легенька, Динамика приэкваториальной ионосферы перед сильными землетрясениями, Геомагнетизм и аэрономия, 2002, 42, No. 2, pp.227-232). По данным наземного зондирования были исследованы предвестниковые явления сильнейших землетрясений на Тайване (Y.J. Chuo, J.Y. Liu, S.A. Pulinets and Y.I. Chen, The ionospheric perturbations prior to the Chi-Chi and Chia-Yi earthquakes, Journal of Geodynamics, 2002, 33, Iss.4-5, pp.509-517) и на Аляске (V. V. Khegai, A. D. Legen'ka, S. A. Pulinets, and V. P. Kim, Variations in the Ionospheric F2 Region Prior to the Catastrophic Earthquake in Alaska on March 28, 1964, According to the Data of the Ground-Based Stations of the Ionospheric Vertical Sounding, Geomagnetism and Aeronomy, 2002, 42, No. 3, pp.344-349 (Russian version pp. 360-365)). Получили дальнейшее развитие методы исследования ионосферных предвестников с помощью технологии GPS (J.Y.Liu, Y.J.Chuo, S.A.Pulinets, H.F.Tsai, and Xiaopang Zeng, A study on the TEC perturbations prior to the Rei-Li, Chi-Chi and Chia-Yi earthquakes, in Seismo-Electromagnetics: Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling, Eds. M.Hayakawa and O.A.Molchanov, TERRAPUB, Tokyo, 2002, pp. 297-301).

Данные вертикального зондирования ионосферы в Чунгли, Окинава и Ямагава анализируются с целью выявления возможных ионосферных предвестников землетрясений. Для этого отобрано 20 землетрясений с М > 5,5, которые происходили к востоку и югу от о-ва Тайвань в 1994-1999 гг. в геомагнитно спокойные и умеренно активные периоды. Определены средние отклонения критической частоты слоя F2 (foF2) от скользящих медиан для ночной и освещенной ионосферы. Скользящие медианы рассчитывались за каждый день по часовым данным foF2, полученным за предшествующие 5-10 дней. Обнаружено, что за 5-1 дней до начала землетрясений наблюдались аномальные возмущения foF2. Знак возмущения зависит от положения ионосферной обсерватории по отношению к эпицентру землетрясения. Тем не менее, преобладали отрицательные возмущения foF2, если расстояние между обсерваторией и эпицентром не превышало 800 км и обсерватория располагалась к северо-западу от эпицентра. Если обсерватория находилась к северо-востоку от эпицентра землетрясения, то критическая частота foF2, в основном, возрастала перед землетрясениями, в частности, ночью накануне землетрясения. Обсуждается возможное объяснение наблюдаемых ионосферных возмущений перед землетрясениями, но реальный механизм формирования ионосферных предвестников землетрясений все же остается неясным.

Разработана модель сейсмо - ионосферной связи на основе данных внешнего и наземного зондирования ионосферы, а также на основе спутниковых и наземных измерений других параметров атмосферы и околоземной плазмы. Обладая знаниями по физике и морфологии явления, на основании статистических параметров ионосферных предвестников землетрясений, а также их специфических физических характеристик можно получить прикладные средства для краткосрочного прогнозирования землетрясений. Для их проверки необходимы специальные эксперименты. Разработан проект малого спутника, который можно будет использовать для проверки развитого физического механизма сейсмо - ионосферной связи, а также для мониторинга в реальном времени краткосрочных ионосферных предвестников землетрясений. Приведены примеры ионосферных предвестников землетрясений по данным наземного и внешнего зондирования, а также методика статистической обработки ионосферных данных. Представлены основные характеристики малого спутника.

Выполнены расчеты изменений электронной концентрации в ночной среднеширотной Е-области ионосферы, которые могут происходить на заключительной стадии подготовки сильного землетрясения над его эпицентральной областью под воздействием электрического поля, генерируемого в очаге готовящегося землетрясения. Показано, что на начальной стадии электронная концентрация в ночной Е-области на высотах вблизи максимума педерсеновского дрейфа ионов испытывает заметное уменьшение, которое составляет около 20-30% относительно невозмущенного уровня. Однако, спустя примерно 1,5 часа электронная концентрация в Е-области возрастает.

Проведены исследования предвестниковых эффектов в вариациях критической частоты слоя F2 (foF2) ионосферы в течение нескольких дней до (~5 суток) сильных землетрясений (М > 5). Было рассмотрено несколько землетрясений в магнито-спокойные дни (Kp < 3) в области географических координат j = 30 - 50њN и l = 0 - 20њE (Италия). За основу взяты данные наземной станции вертикального зондирования Рим (j = 41.8њN, l = 12.5њE), которые в отдельных случаях были дополнены данными внешнего вертикального зондирования ИСЗ "Интеркосмос-19". В качестве ионосферного предвестника землетрясений использовался параметр отклонения значений foF2 от среднего (или медианного) значения в процентах (dfoF2). Показано, что предвестники отмечались как в виде уменьшения dfoF2, так и в виде увеличения dfoF2.

На нескольких ионосферных станциях в зонах сейсмической активности в Тихоокеанском регионе исследовались данные ежечасных радиозондирований в течение нескольких месяцев в разные годы. Поскольку лишь небольшая часть энергии землетрясений проникает на высоты ионосферы, то возмущения критических частот слоя F2, связанные с ними, трудно выделить на фоне ежедневных нерегулярных вариаций, в частности, на фоне магнито-ионосферных бурь, когда возмущения foF2 превосходят двойные среднеквадратичные отклонения. Использование сравнительных статистических и корреляционных характеристик, вычисленных по ионосферным данным двух станций ВЗ (например, Петропавловск-Магадан, Тайбэй-Окинава), одна из которых находится вблизи эпицентра, а другая отстоит на расстоянии 500-700 км, позволяют однозначно идентифицировать сейсмоионосферные возмущения. В частности, было отмечено, что за сутки или несколько суток до основного подземного толчка или его крупного форшока авто- и взаимная корреляция ионосферных параметров нарушается и коэффициент корреляции падает. Вычисления проводились по специально написанным FORTRAN- программам.

Обнаружены эффекты появления локальных аномалий и нарушения корреляционной связи, которые служат признаками подготовки землетрясений.

Исследованы параметры ионосферной плазмы над сейсмоактивными районами по результатам in situ измерений на спутнике Atmospheric Explorer - C. Непосредственно перед землетрясениями отмечена модификация профилей электронной концентрации и концентраций положительных ионов, а также неустойчивость температурного режима на высотах слоя F2.

Начато проведение удаленного эксперимента по регистрации ионосферных предвестников землетрясений по ряду станций мировой сети. В реальном времени обрабатываются данные, поступающие по сети Интернет с ионозонда обс. Афины.

Проведена статистическая обработка данных наземной станции вертикального зондирования ионосферы (НСВЗИ) София.

В плане подготовки новых экспериментов были продолжены работы по созданию спутниковой группировки "Вулкан" для глобального мониторинга и краткосрочного прогноза разрушительных землетрясений (V.N.Oraevsky, K.A.Boyarchuk, S.A.Pulinets, The problems of satellite monitoring of earthquake precursors and Russian satellite constellation "Vulkan", 2002 International Workshop on earthquake precursors, June 5-6, 2002, NCU, Taiwan, Extended abstracts, 2002, pp. 15-19).

Глобальная сейсмическая активность подвержена периодическими вариациям. Для ее изучения была построена спектральная плотность числа землетрясений с магнитудой М >= 7, имевших место за последние сто лет. Для сравнения была вычислена аналогичная спектральная функция для больших геомагнитных бурь с Kр >= 6. Вычисления проводились методом Блэкмана с последующим сглаживанием окном Тьюки. Оказалось, что спектральные функции как для бурь, так и для землетрясений имеют хорошо выраженную долговременную вековую составляющую, в то же время, 11-летний цикл, являющийся доминирующим для числа бурь, вовсе не имеет максимума в спектре землетрясений. Для них можно отметить некоторую периодичность длительностью в 4-6 лет. Вместе с тем, замечено, что в краткосрочном плане в таком аномальном районе, как Камчатка, серии сейсмических толчков нередко предваряются геомагнитными возмущениями.

Продолжено исследование взаимной и автокорреляционной зависимости ионосферных данных на станциях вертикального зондирования (ВЗ), расположенных в Тихоокеанской зоне сейсмической активности. Показано, что за несколько дней до крупных землетрясений на станциях, находящихся на расстоянии до 500 км от эпицентра, наблюдаются изменения в регулярном суточном ходе, причем чаще всего отмечены значительные положительные возмущения в предутренние часы и отрицательные - после полудня.

Описан способ представления и алгоритм обработки ионосферных данных по критическим частотам слоя F2 ионосферы в задаче обнаружения возможных ионосферных предвестников землетрясений. На значительном массиве данных проведен предварительный статистический анализ ряда землетрясений в регионе Вранча (Румыния) и выделены специфические особенности в поведении ионосферы, которые могут быть предвестниками землетрясений.

По данным статистического анализа данных наземного вертикального зондирования ионосферы в сейсмоактивных областях обнаружена зависимость суточного хода электронной концентрации от взаимного расположения ионосферной станции и эпицентра землетрясения за несколько суток до сейсмического толчка. При неизменном взаимном расположении ионозонда и эпицентров будущего землетрясения суточные хода для различных землетрясений подобны, что позволяет использовать подобие суточных ходов для их автоматической идентификации в целях краткосрочного прогноза землетрясений.

Показана идентичность размеров области подготовки землетрясения, получемых различными методами мониторинга и анализа: сейсмический мониторинг, регистрация физических краткосрочных предвестников землетрясений (уровень воды, вариации гравитационного поля, ЭМ излучения и пр.), геохимические предвестники (радон, парниковые газы и пр.), статистический анализ (self organized criticality = самоорганизованная критичность). Это обосновывает фундаментальность такого понятия в разработке методов краткосрочного прогноза землетрясений и разработке физического механизма сейсмо-ионосферных связей.

По данным анализа ионосферных вариаций в низкоширотной и экваториальной ионосфере (Тайвань, Индия, Мексика) получено подтверждение того, что перед сильными землетрясениями имеют место значительные отклонения в суточной динамике экваториальной аномалии, выражающиеся в ее подавлении, или напротив, в преждевременном развитии (в зависимости от времени суток). Данный результат подтверждает связь ионосферных предвестников землетрясений с крупномасштабными аномальными электрическими полями, генерируемыми в области подготовки землетрясения.