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地球物理学报 2009年第06期杂志 文档列表

地球物理学报杂志空间物理学·大学物理学·重力和大地测量学

磁暴期间亚极光区极化流（SAPS）的DMSP观测与RAM模拟的比较研究1419-1428

摘要：亚极光区极化流（Subauroral Polarization Streams，SAPS）为快速流动的西向等离子体流，位于昏侧一子夜前亚极光区，是磁层-电离层-热层耦合的重要过程之一．本文利用密西根大学的RAM（Ring current—Atmosphere Interaction Model）模型对一次典型磁暴期间发生的sAPs事件进行了模拟，并与DMSP卫星观测值进行了比较．结果表明：模拟结果能大致反映观测现象；模拟得到的SAPS峰值速度所在纬度随磁暴时间的变化与观测值有较大差别；SAPS速度观测值在约18：00UT和约20：00UT左右出现两个峰值，而模拟值只有一个峰值，出现在约18：00UT，主要原因是模型对亚暴过程的模拟存在不足．

利用人工神经网络预测电离层foF2参数1438-1443

摘要：利用人工神经网络技术实现了电离层foF2参数提前1小时预测．从foF2时间序列本身的变化特征出发，根据时间序列相关分析结果确定网络输入参数．选用当前时刻foF2值，预测时刻前一天的foF2值，预测时刻前7天foF2平均值，当前时刻前7天foF2平均值，foF2的一阶差分及表示当前时刻t的变量共六个参数作为神经网络输入，下一时刻值作为神经网络输出．对于太阳活动高年平均预测相对误差小于6％，均方根误差小于0．6MHz，太阳活动低年平均预测相对误差小于10％，均方根误差小于0．5MHz．

面向大气热力潮汐结构分析的Hough函数计算1444-1450

摘要：作为一种刻画行星尺度大气波动基本结构的函数，Hough函数为开展有关大气潮汐全球结构的分析提供了具有物理基础的手段，它们也被作为一种数值工具应用于大气模式中以提高数值积分的效率．本文介绍了我们以拉普拉斯潮汐方程为基础，在发展求取Hough函数方面取得的进展，包括对有关计算方案和详细步骤的说明．针对39种分别具有三种主要频率，即周日、半日和1／3日，与此同时纬向波数落在[-6，6]区间的潮汐成份，通过计算得到了与每一种成份对应的本征值、本征函数（Hough函数）集合．作为计算结果的示例，本文给出了针对迁移性周日潮和迁移性半日潮开展计算取得结果．这些结果说明这些函数具有正确的空间结构，与此同时还说明相关的本征值计算结果都达到了相当准确的水平．所有这些结果显示当前计算结果已经可以满足普通的应用．

考虑雷暴活动的全球近地稳态大气电场的精确数学解1451-1456

摘要：全球大气电模式是指大气和地表构成的闭合回路，其中考虑雷暴为主要充电电源，并将雷暴作为一个垂直电偶极子来考虑．本文从电流连续方程出发，采用球谐函数展开法，边界条件采用下边界为地表大气电势，上边界为电离层底部电势，非齐次电流源函数项采用垂直偶极子假设．通过所做的非线性函数变换，得出了考虑雷暴活动的全球电模式的近地稳态解析解，并证明其能展开为有限多项式级数之和．所得结论与过去的理论分析结果和实验观测是一致的．该文的工作是对以前相关工作仅能得到近似解的一种改进，同时本文所得公式可用于今后对大气电参量进行相关的数值计算及模拟之中．

基于GPS和MODIS的ENVISATASAR数据干涉测量中大气改正方法研究1457-1464

摘要：GPS数据用于改正InSAR中大气延迟误差的方法受GPS站点密度的限制，只利用有限的几个站点所观测到的大气数据来生成干涉图的大气改正图，往往达不到很好的效果．本文研究利用GPS与MODIS数据的联合使用来生成大气改正图，首先用GPS数据对MODIS水汽产品进行分块校准，并且对MODIS水汽数据进行了空间结构函数分析，得到研究区域内水汽场的空间分布规律．然后把这种区域水汽场的空间分布信息结合到Kriging内插法中生成更为合理的水汽图．通过上海地区ENVISATASAR数据的实验发现，这种加以改正的GPS和MODIS数据联合改正法不仅可以对长波大气信号有明显的消弱，还能消弱一些短波的大气信号，特别是一些幅度较强的短波信号；经过GPS＋MODIS算法改正后，短波信号占优和长波信号占优的两幅差分大气延迟图的整体RMS分别降低了32．74％和38．82％，去除幅度较大．与GPS＋ATM（大气传输模型）算法比较，我们发现，在上海地区有限的数据条件下（即研究区域内只有6个GPS点），GPS＋MODIS法在大气去除效果或者说大气信号重现能力方面优于GPS＋ATM算法．GPS＋MODIS算法在捕获短波大气信号方面要比GPS＋ATM更有优势，因此也可以改正短波大气误差．

GRACE星体和SuperSTAR加速度计的质心调整精度对地球重力场精度的影响1465-1473

摘要：本文利用改进的能量守恒法开展了GRACE星体和星载加速度计检验质量的不同质心调整精度影响地球重力场精度的模拟研究论证．结果表明：第一，在120阶处，当质心调整精度设计为0m，恢复累计大地水准面精度为17．616cm；当质心调整精度分别设计为5×10^-5m、1×10^-4m和5×10^-4m时，恢复精度各自降低至18．106cm、19．033cm和27．329cm．第二，以德国GFZ公布的EIGEN—GRACE02s地球重力场模型的实测累计大地水准面精度为标准，当质心调整精度设计为（5～10）×10^-5m时，其和K波段星间测量系统、GPS接收机、SuperSTAR加速度计、恒星敏感器等GRACE核心载荷的精度指标相匹配，对地球重力场恢复精度的影响较小，因此建议我国将来研制的首颗重力卫星的星体和星载加速度计检验质量的质心调整精度设计为（5～10）×10^-5m较优．

中国大陆精密重力潮汐改正模型1474-1482

摘要：利用理论和实验重力固体潮模型，充分考虑全球海潮和中国近海潮汐的负荷效应，建立了中国大陆的精密重力潮汐改正模型．结果表明，采用不同的固体潮模型会对重力潮汐结果产生相对变化幅度小于0．06％的差异；在沿海地区海潮负荷的影响约为整个潮汐的4％，而中部地区约为1％，其中中国近海潮汐模型的影响约占整个海潮负荷的10％，内插或外推潮波的负荷约占海潮负荷的3％．通过比较实测的重力数据表明，本文给出的重力潮汐改正模型的精度远远优于0．5×10^-8m·s^-2，说明了本文构建的模型的实用性，可为中国大陆高精度重力测量提供有效参考和精密的改正模型．

地球物理学报杂志地球动力学·地震学·地磁学

渤海盆地的现今扩张运动1483-1489

摘要：关于渤海盆地的扩张，前人已有很多研究成果．但是，对渤海盆地现今扩张的主方向，扩张的速率和范围迄今还不清楚，本文试图探讨之．根据中国地壳运动观测网络GPS网1998～2004年的观测结果，建立了渤海盆地周围地区相对于欧亚板块的速度场．将该区划分为8个块体，建立了各块体的速度模型，得到该区的水平形变速度场和应变场．分析形变速度场和应变场的空间变化，发现渤海及周围地区呈现明显的NW—SE方向的双向扩张运动，扩张速率为2．5±1．8mm／a．Nw—SE与NE—SW方向扩张范围分别为310km与410km．渤海盆地扩张的范围与华北地壳最薄的区域基本一致，这表明上地壳的扩张变形与上地幔的隆升密切相关，岩石圈减薄和岩浆上涌使上地壳发生拉张变形，使渤海地区发育成一个拉张盆地．

青藏高原东北缘岩石圈变形及其机理1490-1499

摘要：为了解青藏高原东北缘岩石圈变形特征，进一步研究该地区地壳运动的壳-幔耦合机理，本文通过处理分析该地区1999-2007年多期GPS观测数据、1972-2000年水准测量数据和1992年及2007年相对重力测量资料，获得了该区域地壳水平运动速度场、较长时间段的垂直形变场和相对重力变化场．分析发现青藏高原东北缘东西部的变化特征存在明显差异：西部以北东向地壳缩短运动为主，而东部以顺时针旋转为主；东部以地壳隆升为主，速率在2．1mm／a左右，而西部隆升的速率小于1mm／a；相对重力变化则表现为在整体增大的背景下东部升高速率较大，平均为9．0×10^-8m·s^-2·a^-1，而西部较小，平均值为3．1×10^-8m·s^-2·a^-1．我们还发现，地壳不同变形形式的转换不是渐变的，而是发生在较窄的一个转换带内．这个转换带的整体走向为NEE，北部位于金昌与武威之间，中部在祁连山东部、门源以西，南部位于德令哈以东青海湖以西．最后结合前寒武纪构造格架、重力均衡异常资料和地震SKS分裂结果对形成这种运动态势的机理进行了探讨，我们认为岩石圈物质侧向流动、岩石圈结构及壳-幔耦合方式差异可能是导致东部与西部岩石圈变形差异主要动因．

利用S波高频衰减参数对云南地区地壳Q值成像1500-1507

摘要：根据35个数字地震台站记录的云南地区1999～2007年6429个近震的波形资料，采用遗传算法对S波位移谱的高频衰减进行拟合，得到19009条衰减算子t＊数据．根据这些衰减算子t＊数据，反演得到云南地区地壳Q值分布．结果表明，云南地区的地壳Q值分布存在显著的横向不均匀性，即红河断裂北侧地壳Q值整体偏低，而红河断裂南侧地壳Q值整体较高．云南地区1900年以来6级以上强震基本上位于低Q值区域，这可能由于强烈构造活动导致地壳产生大量裂隙，且裂隙中充满流体，从而表现为低Q值；但呈北西向的龙陵-澜沧-耿马-孟连一带的强震却位于高Q值区，这可能与该地区正发育一条新的构造带有关．此外，云南地区的高大地热流点（〉80mw／群）基本上位于低Q值区域，热流值与衰减值成负对应关系．

远震层析成像中的地壳校正研究及应用1508-1514

摘要：远震层析成像是研究一个地区上地幔三维速度结构的有力手段．但由于远震射线在地壳内的交叉较差，因此无法准确约束地壳内的三维速度结构．为了消除地壳内横向不均匀性对深部速度成像产生的影响，必须进行地壳校正．本文详细描述了地壳校正的基本原理和步骤，主要包括三维地壳模型的选取、地壳内走时差的计算以及校正后的相对走时差的计算．以勘察加地区为例，通过计算各台站的平均相对走时差和远震层析成像结果分析了地壳校正的实际效果，同时验证了该方法的实用性．

应用微动H／V谱比法和台阵技术探测场地响应和浅层速度结构1515-1525

摘要：为了快速而且廉价地获取北京市详细的场地响应和浅层速度结构，应用于地震动模拟和地震灾害预防，我们开展了微动观测技术和处理方法研究．本文利用2007年夏季北京五棵松地区进行的几个微动观测实验数据，使用单台H／V谱比法分析场地的卓越频率及其对应的放大系数，并对比了不同地震仪和观测时间对H／V曲线的影响；应用高分辨率F-K频谱分析方法从微动台阵数据中得到Rayleigh波的频散曲线并使用邻域算法反演出浅层速度结构．H／V结果表明该地区卓越频率在2．1～2．2Hz之间，对应的放大系数下限约为3；利用微动H／V方法得到的场地卓越频率具有较高的稳定性．微动台阵反演结果给出了比较合理的波阻抗界面深度和层平均速度结构，认为地下80多米处的波阻抗界面是决定场地卓越频率和其场地放大系数的主要界面．本研究表明微动技术应用于评估城市地震场地响应和浅层速度结构是可行且易于实施的．

非均匀介质中地震波应力场的WNAD方法及其数值模拟1526-1535

摘要：通过对近似解析离散化（NAD）方法的分析，给出了一种求解声波和弹性波方程的带权重的近似解析离散化（WNAD）方法，并用WNAD方法、LawWendroff修正格式（LWC）和二阶中心差分方法计算了二维波动方程初值问题的应力场数值误差．结果表明WNAD方法具有更高的数值精度．用WNAD方法、LWC和四阶交错网格法对二维非均匀介质中弹性波传播的应力场进行了数值模拟．应力场快照和地表地震记录表明，即使是在粗网格条件下WNAD方法的模拟结果仍无可见的数值频散和源噪声．另一方面，由于WNAD方法同时计算了地震位移和梯度场，使得廊力的计算更为便捷和精确，而且WNAD方法中波位移梯度局部连接关系的使用使得应力在间断处能够自动近似地满足应力连续性．

二维各向异性介质中地震波场的高阶同位网格有限差分模拟1536-1546

摘要：本文将DRP／optMacCormack有限差分格式用于模拟二维各向异性介质中的地震波传播．DRP／optMacCormack是一种同位网格下的差分格式，避免了传统的交错网格在计算各向异性问题时由于变量插值而导致的误差．而且相对于低阶同位网格差分格式，它具有低色散、低耗散的优点．此格式将中心差分算子分成前向和后向两个空间单边差分，然后在4-6步Runge—Kutta时间积分中使用单边差分组合．在具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）模型下，通过对比DRP／optMacCormack有限差分和谱元方法的模拟结果，验证了前者具有很高的精度和稳定性．由于实际地质条件下TI介质的对称轴通常是倾斜的（TTI），本文在二维三分量框架下模拟TTI介质中的地震波场．结果显示横波分裂和切平面／反平面运动耦合的特征．数值实验表明DRP／optMacCormack是一种有效的研究各向异性介质中地震波传播规律的差分格式．

圆弧状多层沉积谷地在平面SV波入射下的动力响应1547-1555

摘要：利用波函数的Fourier-Bessel级数展开法，推导出了含任意多个圆弧状沉积层的谷地在平面SV波入射下稳态动力响应的解析解，并分析了该级数形式的解析解随着截断项数的收敛问题．其结果表明，该级数解能够在一个非常宽的频带范围内收敛；通过在简化条件下与现有其他解析解的比较，验证了该解析解的正确性；并利用该解析解，以稳态地面运动的位移幅值和相位差为基本参数，在一个较宽的频带范围内讨论了谷地中沉积介质的成层性对地面运动的影响，其结果表明对于多层谷地而言，当入射波频率较高时，散射波之间的干涉显著并且出现了能量聚焦现象．

地磁日变与地震活动关系的主成分分析——以日本岩手县北部6．1级地震为例1556-1563

摘要：本文提出了将主成分分析方法和地磁日变分析方法相结合以从较强干扰背景中提取相对较弱地震地磁信息的一种新思路．具体以1998年日本岩手县北部6．1级地震为例，选用三个地磁观测台资料进行研究．利用调和分析方法得到了各台基于多次谐波拟合的地磁日变曲线，在此基础上对各台的地磁日变形态进行了研究，发现距震中最近地磁台的日变形态在地震前大约两周出现了明显的异常，而其他两个距离震中相对较远的观测台日变形态基本正常．最后，将主成分分析方法应用于上述拟合地磁日变结果，得到了各主成分及其所占能量比的时间变化，结果表明在地震前两周左右第二主成分所占能量比显著增加，而且距离震中最近的台站的上述变化明显高于另两个较远的台站．上述结果表明地震前两周左右检测到的地磁日变异常可能与震中附近地下电阻率的变化或孕震过程中产生的电磁信号存在一定关系，相关研究结果有助于加深对地震电磁现象的认识和理解．

地球物理学报杂志应用地球物理

自动构建大地电磁二维反演的测点中心网格1564-1572

摘要：在大地电磁二维反演中，如果网格不均匀或者测点在网格中的位置不恰当，则将出现测点偏离现象，影响反演的精度．此外，由于正演精度和稳定性的需要，反演中网格间距不能差别太大，需要具有一定的光滑性．本文提出了几种自动构建测点中心网格的方法来消除测点偏离现象，并以正则化约束条件来保证网格的光滑程度．本文还提出了一套网格质量检验指标．算例对比研究表明，对于不同的测点集，最佳网格构建的方法可能不相同，但其中“最平模型约束动态配点法”、“最光模型约束动态配点法”拥有最强的适应能力，它们在各种情况下所构建的网格一般同时具备较光滑的网格间距变化和较小的测点偏离程度．此外，采用高质量（光滑性好、测点偏离程度低）网格在一定程度上不仅可提高反演结果的可靠性，还能提高反演的计算效率．本文的方法为获得高质量的大地电磁二维反演网格提供了简单有效的途径．

用积分方程法研究源与勘探区之间的三维体对CSAMT观测曲线的影响1573-1582

摘要：在可控源音频大地电磁法野外作业中，源和勘探区间的距离可达几公里，为了了解源和勘探区间的异常体对勘探区内异常响应的影响，我们用三维压缩积分方程法做了数值模拟研究．首先对勘探区目标体进行了数值模拟，发现在高频时，观测到的异常中心位于目标体的正上方，随着频率降低，出现异常中心向远离源的方向略有移动的现象，所以对三维异常体最好用3D软件来解释．然后，对源和勘探区间存在三维异常体的情况进行了数值模拟与分析讨论．模拟结果表明只有当三维异常体达到较大的规模时，才会对目标体上方的观测曲线造成影响，否则其电阻率的变化及埋深的变化对观测曲线的影响较小，可以忽略．当异常体在源方向有延伸时，观测曲线受到的干扰最大，沿垂直源布设的方向延伸时引起的干扰中等，垂直地面向下延伸引起的干扰最小．