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地球物理学报 2009年第12期杂志 文档列表

地球物理学报杂志空间物理学·大气物理学·大地测量学

等离子体片离子与太阳风及地磁条件的关联研究2931-2942

摘要：本文根据搭载于Cluster卫星的CIS/CODIF和RAPID仪器的观测数据，统计研究了等离子体片中的H＋、O＋离子在磁暴期间的时间变化特性，及其对太阳风条件的响应.观测结果表明：（1） 磁暴开始前，O＋离子（0-40 keV）数密度保持在较低水平.随着磁暴的发展，O＋数密度缓慢上升，其峰值出现在Dst极小值附近；H＋离子（0-40 keV）数密度在磁暴开始之前的较短时间迅速增加并达到峰值，在磁暴开始之后迅速降低，并在整个主相和恢复相期间保持在相对较低水平.更高能量的离子则在磁暴开始后迅速增多，并在低能O＋离子达到峰值之前达到峰值.因此我们推测磁暴初期从等离子体片注入环电流的主要是H＋离子，主相后期O＋离子可能扮演更为重要的角色.（2）在地磁活动时期，太阳风密度和动压强与等离子体片中的H＋、O＋数密度存在一定相关性.等离子体片中的H＋离子对北向IMF Bz较为敏感，而IMF Bz南向条件下更有利于太阳风参数对等离子体片中O＋数密度的影响.在地磁活动平静期，太阳风条件对等离子体片中的离子没有明显影响.

1998年8月6日亚暴期间极光电集流指数AE的特征分析2943-2950

摘要：极光电集流指数（AE）被广泛用来定量描述由电离层电流引起的极光带地磁活动.AE指数也是宏观描述亚暴事件强度和发展过程的一个主要指标，它的优点在于简单直观和快速.本文对1998年8月6日系列亚暴事件的极光活动、电流体系和AE指数的形态特征进行了分析.结果表明，伪亚暴期间虽然AE指数大于500 nT 且有快速增长和缓慢恢复的形态，但是极光没有明显的极向或者赤道向的扩展，极区电流体系主要呈现对流特征；伪亚暴和亚暴期间AE指数的形态变化没有本质区别，但电集流中心的位置有很大差异.我们进一步分析了台站分布对AE指数计算的影响，探讨了伪亚暴和亚暴期间磁场扰动最大值所处的磁地方时的差异.

COSMIC数据验证AMSU平流层低层观测的初步分析结果2951-2957

摘要：基于Global Positioning System （GPS）掩星数据在平流层具有较高准确性、稳定性的优势，本文尝试用新一代GPS掩星观测——the Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate （COSMIC）资料验证不同卫星平台上先进的微波探测仪（AMSU）的平流层观测结果.通过COSMIC大气温度廓线与AMSU辐射传输模式结合，得到模拟亮温，然后与AMSU平流层观测进行匹配比较.分析表明GPS掩星数据能够作为一个相对独立的参量检验NOAA15、16、18卫星平台内部的偏差.通过一年数据的比较验证，初步显示不同卫星平台的AMSU观测亮温在平流层低层都偏低，并且NOAA18平台的亮温偏低程度明显大于NOAA15、16.AMSU亮温偏差在极地冬季较为显著，尤其南极地区NOAA18的偏差幅度达到1.8 K.结合24小时内AMSU观测亮温偏差变化及其样本分布特征，可以看到明显的太阳辐射差异可能是导致AMSU观测亮温在极地偏差显著的主要原因.

春季Hadley环流异常对夏季西北太平洋热带气旋频数影响的数值模拟试验2958-2963

摘要：观测事实揭示出春季Hadley环流与夏季西北太平洋热带气旋频数之间存在显著的负相关关系.由春季Hadley环流异常引起的西北太平洋地区夏季纬向风垂直切变、大气辐合辐散等的异常变化是这一关系存在的内在原因.本文通过数值试验对这一关系的真实性进行了验证，即利用中国科学院大气物理研究所发展的9层大气环流模式（IAP9L-AGCM）模拟了春季Hadley环流异常偏强情景，并分析了该情景下影响西北太平洋热带气旋生成的环境场的响应.结果表明，在春季Hadley环流偏强情景下，夏季西北太平洋地区纬向风垂直切变幅度加大，低空大气异常辐散，高空大气异常辐合，东亚夏季风减弱，这种环流背景不利于热带气旋生成和发展，因此，西北太平洋热带气旋频数异常偏少.数值模拟结果与已有的诊断结果相吻合，进而证实了春季Hadley环流与夏季西北太平洋热带气旋频数负相关关系的存在.因此，春季Hadley环流信号可以用于西北太平洋热带气旋活动的气候预测.

GRAPES全球非静力大气模式的正规模分析2964-2972

摘要：为分析数值模式动力学框架中不同波动的特性及对数值天气预报模式计算稳定性的影响，文章对GRAPES（Global/Regional Assimilation and PrEdiction System）全球非静力大气模式进行了正规模分析.首先，建立了静止大气状态下模式的线性化系统，并在适当的边界条件下将线性化系统分解成具有垂直与水平结构方程的本征值、本征函数耦合问题.然后在等温大气条件下，利用耦合问题的数值结果分析得出：GRAPES非静力模式除了有几乎和对应的静力模式一致的向东、向西传播的重力惯性波及向西传播的Rossby波外，还有一个向东、向西传播的声惯性波；特别是，只有当纵横比较大时，非静力模式对重力惯性波才会有显著影响.

用一维变分法校正卫星资料反演地球大气湿度场的试验研究2973-2986

摘要：本文采用一维变分法，并将MM5模式的相对湿度6小时预报作为背景信息，对1998年6-7月两种卫星反演地球大气相对湿度资料进行偏差校正试验，以提高其精度.这两种反演资料分别是用统计反演法反演GMS-5静止气象卫星多通道遥感信息得到的GMS反演地球大气湿度，和用同步物理反演法反演NOAA-14极轨卫星的TOVS晴空测值所得的TOVS反演湿度.校正试验结果表明，一维变分法能有效减小两种卫星反演湿度相对于匹配的NCEP/DOE再分析相对湿度的平均偏差和均方根偏差：850-300 hPa GMS反演湿度的绝对平均偏差下降了0.59%-2.87%；各层GMS反演湿度的均方根偏差的减少量为3.26%-7.49%，其中925-400 hPa从11%-14%降为6%-9%，300-200 hPa从20%-24%降为13%-18%；500-300 hPa TOVS反演湿度的绝对平均偏差从7%-13%降至1%-5%；各层TOVS反演湿度的均方根偏差减少了12.61%-15.1%，其中1000-500 hPa从21%-24%降至8%-10%，400-300 hPa从25%-29%降至11%-14%.校正分别使925-400 hPa GMS反演湿度和1000-500 hPa TOVS反演湿度的均方根偏差降至10％以下，达到了WMO对卫星资料反演地球大气湿度垂直分布的可用精度要求.

GRACE估算陆地水储量季节和年际变化2987-2992

摘要：利用最新公布的GRACE GFZ RL04数据，分析了2003年1月～2007年12月全球27条流域和陆地水储量的季节性和年际变化.结果表明，相近流域季节性变化相位接近.2003年1月～2007年12月陆地水储量季节性变化为1572.4 km3，其中变化最大流域为亚马逊河，其次分别为鄂毕河、尼罗河和尼日尔河等流域.5年来 GRACE陆地水储量的年际变化为-75.4±40.3 km3/a，其中亚马逊河、勒拿河和马更些河等流域的年际变化呈现正增长，而刚果河、密西西比河、恒河、育空河和雅鲁藏布江等流域则相反.GRACE与GLDAS数据均表明2006年后陆地水储量年际变化存在明显增加.

基于球面边值问题的点质量调和分析方法2993-3000

摘要：对全球扰动点质量模型而言，可以假定虚拟扰动质点系位于地球内部同一Bjerhamar球面上，同时把边值界面视为球面.本文针对这一假设下所形成的线性方程组的系数阵，运用快速傅里叶变换的方法，得到了点质量模型解算中利用分块循环矩阵分解大型线性方程组的新方法.全球30′×30′扰动点质量模型259200阶方程组的解算分解为720个360阶方程组的解算，解决了点质量模型构建中大型线性方程组的稳定解算问题.推导了全球点质量模型与球谐位系数模型的转换关系，得到了一种基于球面边值问题的点质量调和分析方法.数值模拟试验表明，在适当选取点质量埋深度的情况下，本文的点质量调和分析方法较传统的调和分析方法精度更高.

地球物理学报杂志地震学·地球动力学·地磁学

利用接收函数研究青藏高原东南缘的地壳上地幔结构3001-3008

摘要：本文使用位于青藏高原东南缘的25个地震台站的远震数据，采用P波和S波接收函数的方法研究了台站下方的Moho深度、泊松比以及地幔过渡带的厚度.计算结果表明：① 青藏高原东南缘的地壳厚度由松潘—甘孜地体和羌塘地体的约60 km，向邻区的印支地体以及扬子板块分别减薄为约38 km和约42 km； ② 羌塘地体的泊松比主要集中范围为0.25～0.28，地壳物质组分主要为中基性岩石，推测与下地壳镁铁质成分的增加有关.松潘—甘孜块体、印支块体和扬子板块的泊松比为0.25～0.26，主要为中酸性岩石组分.缺乏高的泊松比（≥0.30）分布表明青藏高原东南缘的地壳不存在广泛的部分熔融，但是不排除局部部分熔融的存在；③ 青藏高原东南缘的羌塘地体内存在一个比较明显的、异常变化范围为10～26 km的地幔过渡带增厚区域，其对应着地幔过渡带内100℃～260℃的温度降低，可以推断与此异常区域的地幔过渡带内存在俯冲的板块有关.

喜马拉雅西构造结及邻区岩石圈演化三维有限元数值模拟3009-3019

摘要：用数值模拟的方法探讨了自10 Ma以来喜马拉雅弧形造山带的西构造结及邻区岩石圈的形变和位移变化特征，并采用不同的流变参数和流变结构模拟了前2 Ma内的形变和应力场的演化过程，通过对不同黏性系数、本构关系和初始地壳厚度的改变在演化过程中所起的作用研究表明：（1）采用黏弹性模型时，西构造结区黏性参数的选取对西构造结及邻区隆升高度和隆升范围有重要影响，计算结果给出西构造结区地壳黏性系数应小于1023Pa·s；（2）相对刚性的塔里木盆地采用弹性结构时，对整个西构造结区域的应力和应变场均能引致明显变化；（3）力学性质稳定块体的存在并没有使应力场的传播出现明显的解耦现象.

拉萨地区及其周边的地震活动性研究3020-3026

摘要：印度和欧亚陆-陆板块碰撞造就的青藏高原地震活动十分频繁.但由于地理因素限制，青藏高原内部地震台站分布稀疏，因此全球地震台网很难监测青藏高原内部发生的小型地震活动.本文通过对北京大学布设的流动台阵自2007年1月至2008年3月地震记录的分析，精确定位了拉萨周边地区的79个区域小震，发现了两个可能是受到岩浆或地下水活动影响而形成的震群，以及拉萨附近一条近期比较活跃的断层，并给出了全球台网对于该地区地震定位误差的估计.

汶川8．0级地震地表变形局部化样式与建筑物破坏特征关系初步研究3027-3041

摘要：以汶川地震地表形变带的实地测量数据为基础，结合沿实测地震地表变形剖面建筑物破坏情况的调查与测量，分析了不同地震地表变形类型及其建筑物破坏特征，定量化地讨论了地表变形梯度与建筑物破坏程度间的关系.提出无论地震地表变形表现为何种类型的断层陡坎，强变形均局部化在宽10-30 m的地表破裂带内；建筑物受损情况最直接的影响是建筑物所处地点的地表变形梯度，地表变形梯度大于0.1的地段，建筑物均完全被摧毁；地表变形梯度在0.07-0.1间的地段，建筑物遭受严重损坏，产生倾斜及强烈变形等；地表变形梯度在0.03-0.07间的地段，建筑物可能受到中度损坏，产生倾斜及变形等，具有抗震设防能力的建筑物一般不会倒塌；地表变形梯度小于0.03的地段具有抗震设防能力的构建筑物一般只会受到轻度损伤或基本完好.

四种典型地层的瑞雷波＂之＂字型频散曲线数值模拟研究3042-3050

摘要：虽然MASW技术已经广泛地应用于地基检测中，但由于缺少大量理论指导，特别是数值模拟方面的研究，其应用受到限制.本文基于有限元软件LS-DYNA，通过数值模拟研究了四种典型地层（递增型地层、含软弱下伏层地层、含软弱夹层地层和硬夹层地层）由MASW方法提取的瑞雷波频散曲线的“之”字型特征.发现对于递增型地层，频散曲线不会出现“之”字型，对于其他三种地层，频散曲线则会出现不同类型的“之”字型，其中含软弱夹层地层“之”字型的位置和尺寸与软夹层的位置和层厚有较好的对应关系.本文的研究结果为实际工程中利用瑞雷波频散曲线的形状判定地层类型和软弱夹层位置提供了重要参考.

多孔岩石波传播的热弛豫模型修正3051-3060

摘要：经研究发现热弛豫模型的衰减比BISQ模型大得较多，与地球介质相比衰减量也过大；反演与实验结果相比在虚模量的低频（或低温）端和高频（或高温）端相差较大，仅在峰值附近符合较好.针对上述不足，将Arrhenius关系直接引进Biot模型，替换原模型引进的峰值点的频率对数和温度关系，并重新调整了模型参数.这样既改善了原模型衰减量过大，又克服了模型反演中虚模量峰值曲线两侧差异较大的缺点.进行了P波和S波的波传播分析，仍然在频率谱和温度谱上获得热弛豫峰和Biot峰.分析显示热弛豫峰导致波速随频率升高而上升的普遍规律，Biot峰导致波速随温度升高而上升的异常现象.在相同条件下对Biot模型，BISQ模型和热弛豫模型的P波波速和衰减进行了对比.热弛豫模型得到的速度频散更强，频散范围更宽，所得的衰减峰值频率比BISQ模型要低，衰减幅度比BISQ模型稍大.这些结果与实验结果相近，更符合实际.

京西北盆岭构造区现代构造应力场的非均匀特征3061-3071

摘要：京西北盆岭构造区包括延矾、怀涿、蔚广、阳原、灵丘、怀安及张家口多个活动断陷盆地.通过对该区大量活动断层擦痕的测量，利用由断层滑动资料反演构造应力张量的计算方法，获得研究区24个测点的构造应力张量数据；同时利用格点尝试法对研究区两个不同应力分区的中小地震震源机制解进行了分析.依据断层滑动与震源机制解两类资料的分析计算结果，初步给出了研究区现代构造应力场的非均匀特征：延矾盆地区域（B区）断层滑动反演的构造应力张量与震源机制解类型均表现为走滑型，表明该区受控于NEE-SWW向挤压、NNW-SSE向拉张的区域构造应力作用.怀涿、蔚广等盆地所在的山西断陷带北部尾端区域（A区）断层滑动反演的构造应力张量与震源机制解类型以正断型为主，表明怀涿、蔚广等盆地所在的山西断陷带北部尾端区域（A区）受近NNW-SSE向拉张的局部构造作用相对于延矾盆地更为显著.现代构造应力场的非均匀分布反映了京西北盆岭构造的差异特征.

扬子褶皱带侏罗纪砂岩古地磁及其褶皱带弧形弯曲的成因3072-3082

摘要：为了更好地认识上扬子褶皱带和中扬子褶皱带走向差异的机制，我们对中、上扬子褶皱带过渡的关键地区重庆市万州和云阳两个地区的中、晚侏罗世砂岩进行了古地磁研究.逐步热退磁分离出两个组分，低温组分（LTC）在所有样品中均分离出来，为现代地磁场的重磁化；中侏罗世样品和万州地区的晚侏罗世样品分离出来的高温组分（HTC）也为现代地磁场的重磁化.云阳地区晚侏罗世样品分离出来的高温组分通过逐步展平褶皱检验显示：在褶皱展平至33.8%时，精度参数达到最大，相应的古地磁方向为D=19.1°，I=48.9°（α95= 6.3°），古地磁极为73.5°N，198.2°E（dp=5.5°, dm=8.3°），与白垩纪参考古地磁极对比，此高温组分揭示云阳地区在褶皱变形的后期经历了7.7°±6.1°的顺时针旋转.结合前人的数据，我们认为中扬子褶皱带普遍存在弯山构造（orocline），这可能与华北板块向华南板块的挤入作用有关；但是中、上扬子褶皱带过渡地区的弧形弯曲总体上不是由弯山构造形成的，很可能是在太平洋板块向北西方向俯冲的宏观板块构造背景下的应变分异作用形成的.

基于混合差分进化算法的地球物理线性反演3083-3090

摘要：地球物理反问题线性化处理之后, 各种反演算法归结为对病态线性方程组的求解. 为了快速准确地计算出地球物理参数, 本文提出了一种全新的基于LSQR算法的混合差分进化算法（Hybrid Differential Evolution Algorithm, HDE）. 该算法利用LSQR算法给出DE算法的初始种群, 提高DE算法的计算速度和稳定性. 在不同噪声水平下, 对四种正则化方法Tikhonov、TSVD、LSQR和HDE的反演结果进行详细比较. 理论模型和实际数据反演的结果都表明： 改进的HDE算法应用于地球物理反问题的求解是成功的： 反演结果与原设定模型具有较高的相关性, 在稳定性和准确性上较常规的反演算法都具有一定的优势; 而且不需要给定正则化参数, 具有更强的实用性.

地球物理学报杂志应用地球物理学

用于零偏移距VSP资料的自适应波形反演方法研究3091-3100

摘要：提出一种利用零偏移距VSP资料初至下行波（即直达波）反演介质品质因子Q及层速度V等参数的方法, 称为自适应时域波形反演法（ATWI）. 为了充分地利用有效信息, 该方法根据实际VSP资料的信噪比及直达波与上行波干涉的程度,自适应最大限度地选取未受干扰的初至波片段，并用该片段构造目标函数; 通过恰当地构造数据加权矩阵提高目标函数对Q值变化的敏感性；为克服非线性反演的病态问题，采用近来发展的乘性正则化方法，并通过约束条件限制待求参数的取值范围；文中推导出了雅可比矩阵各元素的解析表达式，从而减小了反问题的计算量.合成数据反演结果表明，与谱比值法和子波包络峰值瞬时频率法相比较，ATWI法受上行波影响相对较小、抗噪性能更强.实际资料算例进一步证明了ATWI方法的有效性.