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大地震前几天至两个月内在距震中一定范围内可观测到ULF频段磁异常的概率较高,这使得ULF频段磁异常成为比较可靠的地震前兆信号。经地下衰减后的ULF频段的电磁波通常淹没在背景噪声中,在实践中发现ULF频段垂直与水平磁场分量的比值(文献中称为极化比参数)可识别微弱的震前ULF辐射。本文采用时域有限差分法(FDTD)对全球闪电源和地下电流源激励的辐射场进行仿真,分析对应的地表极化比参数的变化,并对实践中采用的测角器方法进行讨论,具体研究内容如下:(1)实现三维球坐标系下FDTD及其双GPU并行技术。基于经纬度网格的FDTD法建立了地-电离层数值计算模型,为避免因网格间尺寸差距过大等原因造成的计算误差,引入了网格合并算法;为加速FDTD的计算效率,实现了双GPU并行技术;通过对SR和已发表ULF频段仿真结果的对比,证明了建立的地-电离层系统数值计算模型的正确性。(2)对ULF背景极化比参数进行仿真分析。对多起地震前的实测背景极化比参数进行分析,确定背景极化比参数的大致范围;基于NASA提供的闪电频次统计数据建立了全球闪电源分布模型,将全球闪电分为三个源区分别计算水平和垂直闪电源激励的辐射场,分析结果表明:水平和垂直闪电源激励的极化比参数在海陆交界处较高,但小于1,且大部分位置处取值远小于1。(3)对地下电流源激励的ULF辐射场和极化比参数进行了仿真分析。以1989年7.1级Loma Prieta地震和2011年9.0级东日本大地震为例,仿真计算了不同深度下水平电流源产生的辐射场,分析了极化比参数随震源深度、频率、时间及震中距的变化,分析结论表明,在震中120 km范围内极化比参数可能大于1。(4)基于ULF辐射场的定位讨论。基于仿真数据和远场接收的假设前提,利用坡印廷矢量来讨论实际中采用的测角器方法的原理。对极化比参数P?0.3且距离震中半径100 km范围内的位置点的仿真数据进行了分析,结果表明:占总数67%的观测点处的瞬时坡印廷矢量方向角与震中相对于观测站的大致方位基本吻合;针对测角器方法不确定性的缺点,采用瞬时坡印廷矢量和测角器方法对震中进行联合定位,与假设震中大致方位已知的情况下的测角器方法的结论基本一致。