地震、海嘯等自然災害頻繁發生，直接影響人類生存環境和經濟發展。然而人類至今仍然無法準確預報和理解地震，目前國際上常用地震儀和地表強震儀估計地震震級和破裂，但這些傳統儀器受解析度和精度等限制以及缺少近場實時觀測，因此無法準確估計地震前兆和孕育詳細過程及其釋放傳播特徵。地震和海嘯等引起大氣向周邊和上空傳播，從而引發大氣擾動，大氣觀測或可給地震監測提供一種新的手段。
「大氣延遲是天文觀測技術的主要誤差源，因此反過來通過天體測量數據可以精確估計大氣延遲。」中國科學院上海天文臺研究員金雙根說，「目前我們常用的天文觀測數據包括全球衛星導航系統（GNSS）和甚長基線幹涉測量（VLBI）觀測等，藉由它們可獲得中性大氣延遲和電離層電子總含量（TEC），可以用來監測和研究地震大氣擾動特徵。」
近期，金雙根帶領團隊在電離層地震學取得了重要的研究進展，在國際上首次提出了GNSS大氣地震學概念，為監測和預報地震提供了新的可能手段。「我們利用GNSS觀測資料獲得了全球大地震的電離層擾動及其傳播特徵，發現了電離層擾動主要是由地震破裂後引發大氣聲波和重力波向上傳播引起的。」金雙根解釋道。
他們的模擬結果給出了地震電離層擾動特性，即產生的聲波重力波靠近震中，而表面瑞利波和海嘯在大氣/電離層中分別產生聲波和重力波。這些由固體地球/海洋和大氣耦合產生的波向周邊和上空傳播，引起了電離層等離子擾動。目前該工作已發表於國際地球科學期刊Earth-Science Reviews（Jin et al., Earth-Sci. Rev., 2015）。
「實際上，此前我們以2008年汶川地震和2011年日本地震為例，利用密集的GNSS觀測獲得了前震、同震和餘震電離層擾動特徵和傳播模式與演化。」金雙根介紹道，「如2011年日本地震電離層擾動高達4個以上TECU，擾動周期約為10-20分鐘，餘震地震電離層擾動逐漸減弱，傳播到離震中400-600公裡西北方向，TEC擾動存在明顯的方向變化，主要是由海嘯引起的海平面變化導致的。」目前該成果發表於國際地球物理學期刊(Jin et al., J. Geophys. Res., 2014)。
但是，由於真正前震、同震和餘震電離層擾動信號很難分離，特別是震前大氣異常仍存爭議，以及大氣和地震耦合機制還有待進一步研究。「為此，我倡議國際同行利用大氣探測手段，進一步研究和認識地震破裂前後細節和產生機理，發展GNSS大氣地震學，共同解決地震監測和預測難題，為人類防災減災和經濟發展做出貢獻」金雙根表示。
地震、海嘯等自然災害頻繁發生，直接影響人類生存環境和經濟發展。然而人類至今仍然無法準確預報和理解地震，目前國際上常用地震儀和地表強震儀估計地震震級和破裂，但這些傳統儀器受解析度和精度等限制以及缺少近場實時觀測，因此無法準確估計地震前兆和孕育詳細過程及其釋放傳播特徵。地震和海嘯等引起大氣向周邊和上空傳播，從而引發大氣擾動，大氣觀測或可給地震監測提供一種新的手段。
「大氣延遲是天文觀測技術的主要誤差源，因此反過來通過天體測量數據可以精確估計大氣延遲。」中國科學院上海天文臺研究員金雙根說，「目前我們常用的天文觀測數據包括全球衛星導航系統（GNSS）和甚長基線幹涉測量（VLBI）觀測等，藉由它們可獲得中性大氣延遲和電離層電子總含量（TEC），可以用來監測和研究地震大氣擾動特徵。」
近期，金雙根帶領團隊在電離層地震學取得了重要的研究進展，在國際上首次提出了GNSS大氣地震學概念，為監測和預報地震提供了新的可能手段。「我們利用GNSS觀測資料獲得了全球大地震的電離層擾動及其傳播特徵，發現了電離層擾動主要是由地震破裂後引發大氣聲波和重力波向上傳播引起的。」金雙根解釋道。
他們的模擬結果給出了地震電離層擾動特性，即產生的聲波重力波靠近震中，而表面瑞利波和海嘯在大氣/電離層中分別產生聲波和重力波。這些由固體地球/海洋和大氣耦合產生的波向周邊和上空傳播，引起了電離層等離子擾動。目前該工作已發表於國際地球科學期刊Earth-Science Reviews（Jin et al., Earth-Sci. Rev., 2015）。
「實際上，此前我們以2008年汶川地震和2011年日本地震為例，利用密集的GNSS觀測獲得了前震、同震和餘震電離層擾動特徵和傳播模式與演化。」金雙根介紹道，「如2011年日本地震電離層擾動高達4個以上TECU，擾動周期約為10-20分鐘，餘震地震電離層擾動逐漸減弱，傳播到離震中400-600公裡西北方向，TEC擾動存在明顯的方向變化，主要是由海嘯引起的海平面變化導致的。」目前該成果發表於國際地球物理學期刊(Jin et al., J. Geophys. Res., 2014)。
但是，由於真正前震、同震和餘震電離層擾動信號很難分離，特別是震前大氣異常仍存爭議，以及大氣和地震耦合機制還有待進一步研究。「為此，我倡議國際同行利用大氣探測手段，進一步研究和認識地震破裂前後細節和產生機理，發展GNSS大氣地震學，共同解決地震監測和預測難題，為人類防災減災和經濟發展做出貢獻」金雙根表示。