基于地面的电磁观测是获取地震前兆信息的传统手段之一,也是目前资料获取的主要手段。随着地震天地一体化监测的发展,卫星GPS,尤其是法国DEMETER卫星的发射并获取了大量高性能连续的观测数据,一方面,地震科学家开展了大量地震电离层参数异常研究,另一方面,将地面观测资料和空间电离层观测资料相结合,开展地震相关岩石圈—大气层—电离层(LAI)电磁耦合研究成为目前地震电磁研究的两大方向和科学前沿。本文顺应目前地震电磁研究的方向和趋势,第一部分,利用DEMETER卫星运行约6.5年的等离子浓度数据和期间全球发生的MW4.8以上震例,研究了地震电离层响应异常的统计特征。结果显示,在同一检测条件下,地震探测率随震级、扰动出现时间和探测距离的增大而增大;浅源地震比深源地震更容易检测到,深海地震更容易被检测到与当地的电离层扰动相关;统计意义上,地震引起电离层离子浓度异常幅度随震级增大而增大;全球范围,地震探测率极不均衡,电离层存在变化活跃区,如南大西洋磁异常区,本区电离层扰动频繁,地震探测率高,可信度低,电离层扰动与地震关系不密切;北半球中低纬度是有利的地震探测区,且可信度大。地震相关电离层扰动异常出现频次随地震临近而增高,主要出现在震前一周。空间上,扰动有随地震临近向震中运移的趋势。第二部分,基于汶川地震前3天观测到显著从地面到高空电离层电磁异常,利用三个物理模型研究汶川地震前地—气电磁耦合。首先,引用Freund等实验室岩石压裂实验得出电子—空穴理论和Kuo等岩石压电模型,得出主破裂发生时,断层输出电流为A101.45?。其次,基于汶川地震前异常高潮期,距震中1440 km的高碑店台记录到ULF电场强度为1.3 m V/m,引用King等建立的地下水平电偶极子模型,模拟推算得到,若取观测频率f=1Hz,地下平均电导率m/S100.7?4???,主破裂长度l??km240时,推算的地电流大小为A101.38I??。最后,由于高碑店台距离汶川地震的震中为1440 km,超过了电离层高度,电磁波传播要考虑电离层的影响,因此,建立多层介质内水平电偶极子模型,将汶川地震主破裂断层等效为地下有限长度电偶源,若取与电偶极子模型相同参数时,模拟和计算高碑店台记录在考虑电离层影响的电流分别为AIe5??101.3。对比上面三个模型得到的电流大小,认为,利用岩石压电模型来计算驱动汶川地震前强空间电磁现象的“能量源”是合理的。