地震不仅危及社会的生产和发展,更会危害人类的生命安全。由于地震发生机制的复杂性以及大地震复发的长期性,地震预测是一个需要长期且持续研究的世界性难题,因此,地震前兆研究具有重要意义。越来越多的研究表明,震前电磁异常不仅存在于岩石圈,还会经耦合出现在大气层和电离层。随着国内外电磁卫星的发射,利用卫星进行震前电离层扰动研究已经成为地震前兆研究的一种重要手段。Swarm卫星是欧空局于2013年11月22日发射的星座任务,主要以高精度测量包括主磁场、岩石圈磁场以及外源场在内的地磁场。而地震发生在岩石圈,要分析岩石圈孕育的地震信号在电离层引起的异常变化,则需要去除主磁场和主要受到太阳和地磁活动影响的外源场变化。因此,本文利用减IGRF(International Geomagnetic Reference Field)模型去除约占地磁场95%的主磁场;选择地方时为夜晚的数据去除白天电离层的干扰;利用主成分分析,将Swarm-A和Swarm-C的磁场变换为两个主成分分量,利用与地磁指数相关性高的第一主成分去除地磁活动的影响。针对厄瓜多尔地震,通过对2016年所有夜晚轨道的磁场第二主成分的长期分析,偏度和峰度的均值和标准差均较小,平静无扰动的轨道磁场的偏、峰度接近于零。因此,我们基于偏度和峰度构造S-K系数以提取震前异常。结果发现,随着地震时间的临近,特别是从震前39天开始,S-K系数开始迅速增大,有11条轨道的S-K系数值超出阈值,直到震后一段时间,S-K系数才逐渐恢复至零附近。此外,异常轨道累计数目在地震前后呈现不同的增长速率,表现为震前加速增长和震后缓慢恢复,且拟合曲线的拐点与地震发生时间非常接近。随机地震的异常轨道累计数目随时间呈现近线性增长,同时,震前异常的幅度随震中距的增大而减小,这一结果表明提取的异常与厄瓜多尔地震具有一定的相关性。基于单震例的研究结果,本文利用Swarm卫星2014-2017年的磁场数据对全球5级以上的地震进行震前异常提取与统计分析。首先对这4年的2万多条轨道的磁场第二主成分进行异常提取,计算移动窗内第二主成分的均方根与整条轨道的比值并设置阈值以提取异常,同时记录异常出现的时间和位置;利用异常距地震发生的时间和异常的震中距将其与地震关联,从而研究震前异常的统计特征。结果发现:全球2228个地震中,有效地震个数为1165,地震探测率为52.29%,且随机地震的地震探测率低于实际地震,这一结果支撑了异常提取结果的可信度。经统计,地震探测率随震级增大而增大,浅源地震比深源地震更易产生电离层异常,异常数目随震中距增大而减小,在震前90天、34天和32天有效异常个数和有效地震个数均高于其他时间。