天气尺度瞬变扰动的物理分解原理
摘要：大气变量可以在时空域内物理分解成四个部分．前两个是纬圈一时间平均的对称部分和时间平均的非对称部分，分别由太阳辐射和海陆分布热力调节的季节变化引起，并形成规则的逐日气候．第三部分是由年际和季节内的热带海洋或极地热力强迫引起的纬圈平均瞬变对称扰动，可形成大气变量的行星尺度指数循环．第四部分是一些复杂的天气尺度瞬变非对称扰动．大气变量中的逐日天气尺度瞬变扰动，可以用于指示区域持续性的干旱、暴雨、低温和热浪等极端天气事件．天气尺度瞬变扰动天气图能在极端天气事件的预报中发挥应有的作用．西南区域持续性干旱事件的行星尺度和天气尺度扰动信号
摘要：以20092010年发生在中国西南地区的持续性干旱事件为例，通过干旱和大气变量的物理分解得到了一些干旱事件发生的新认识．气象干旱多为年循环的气候于季与干旱扰动的叠加所致．一次干旱扰动大约为3050天，而一次持续性干旱事件是由几次干旱扰动组成的．大气高度场和风场中存在三种时间尺度的扰动．一种是年际行星尺度的大气扰动，与ENSO冷暖事件有关，起源于赤道并传播到中高纬度地区需要24年．另一种是季节内行星尺度的大气扰动，与来自赤道地区的30-50天振荡有关．此外，大气中还存在天气尺度的扰动．利用行星尺度大气扰动向赤道外传播与天气尺度扰动的叠加，区域持续性干旱事件能够找到前期预报信号．中国热浪前期信号及其模式预报
摘要：在中国19792008年发生的87场区域干热浪事件中有83场区域干热浪事件可以在250hPa层高度扰动场上追踪到前期信号．高度扰动信号的移动方向可分为低纬向西和中纬向东传播的两类，前期信号平均出现的时间为7天．中国南方热浪的前期信号，一部分（19％）来自低纬西北太平洋，平均提前4．6天，而大部分（81％）的前期信号来自欧洲和中国西北地区，可提前215天，这些信号沿中纬度自西向东移动到达100°E-110°E和40°N附近地区．中心位置发生在北方的区域干热浪事件，前期扰动信号都来自欧亚中高纬度．统计得到，250hPa层的高度扰动达到120gpm与地面出现区域干热浪相对应的次数占41％．降低区域干热浪的定义标准，高度扰动作为前期信号的正确率会得到提高．在分析2003年中国夏季江南一华南大范围持续热浪事件的基础上，用欧洲中期天气预报中心的模式产品，对这次热浪500hPa高度场做物理分解，结果发现模式对高度扰动的预报具有提前1—7天的预示能力．中国热浪事件的大气扰动结构及其稳定性分析
摘要：利用对流层至平流层大气变量的物理分解，本文发现400hPa上的天气尺度温度扰动正值和250hPa上的天气尺度高度扰动正值能够指示地面上的高温和热浪事件．理论和观测分析发现，当扰动静止波中心出现在40°N-45°N时，准静止波波长较长，影响范围大，持续时间久，容易在中国形成区域持续性热浪事件．在江南华南、长江沿江及河套一华北的区域，干热浪事件静止波的稳定时间在6．5天以上．对流层大气天气尺度扰动波动在垂直方向具有倾斜特征，250hPa高度上，静止波稳定位置比地面热浪区域中心普遍偏北6～12个纬距．在低纬度（副热带高压带南侧），大气中向西北方向移动的天气尺度扰动，只有到达副高脊线以北的西风带后，才能形成静止波．南方持续低温冻雨事件预测的前期信号
摘要：1960-2008年冬季期间，中国南方发生了23次低温冰冻（冻雨）天气事件，其中满足站日数大于10的事件有11次．2008年初中国南方发生了一场影响巨大的区域持续性低温冻雨天气事件，2011年初再次发生了类似的区域持续性低温冻雨事件．提前5天预报这类极端事件是国内外大气科学面临的难题．利用去逐日气候变化后的逐日850hPa温度扰动，可以提前3～10天发现中国南方持续低温雨雪冰冻（冻雨）事件发生的信号．2008年初和2011初，影响中国南方的850hPa冷空气扰动具有源地和路径相似性，它们都来自北非一中东并绕过青藏高原北侧到达中国南方，在对流层大气中形成“冷-暖-冷”的温度垂直结构．通过对欧洲中期天气预报模式产品中850hPa温度扰动的相似性分析，成功地提前4～9天实际预报出了2011年初的中国南方低温冻雨天气过程．天气尺度扰动流场对区域暴雨的指示能力
摘要：观测的大气流场可以物理分解为气候流场、行星尺度纬圈平均扰动流场和天气尺度扰动流场．低层大气的天气尺度扰动流场中的切变线、南方气旋、北方气旋、冷锋槽线、西南涡暖切变线、热带气旋、倒槽切变线、东风波切变线等对区域暴雨具有指示意义．扰动流场中的环流系统更适合天气分析的原理．中国的暴雨带多为扰动辐合线两侧气流对峙的结果．观测流场中，暴雨带出现在低空急流的左侧，是因为气候流场掩盖或削弱了天气尺度扰动流场的作用．对切变线暴雨，天气尺度扰动流场有99％的诊断能力，而原始流场只有66％的指示能力．华南近海台风突然增强的初秋季节锁相
摘要：使用美国台风联合中心（JTWC）的最佳路径资料对近50年（1961—2010年）海南岛至台湾岛之间的华南近海台风路径和强度做统计分析，得到台风增强的季节锁相时段．经过大气变量的物理分解，海陆分布热力强迫的季节风场揭示出：盛夏时节，东亚副热带季风槽位于沿江江南，华南近海盛行西南季风；中秋时节，东亚副热带季风槽南退到南海中部，对华南近海台风的增强没有影响；在夏末秋初的转换季节，东亚副热带季风槽正好位于华南近海，有些台风进入华南近海季风槽中就有可能增强，形成所谓的季节锁相．亚洲地区ECMWF／NCEP资料计算ZTD的精度分析
摘要：对流层延迟是卫星导航定位的主要误差源，气象观测的数值预报资料可用来计算对流层延迟改正量．本文通过分布于亚洲地区的49个GPS台站一年的实测ZTD资料，对利用欧洲中尺度天气预报中心（ECMWF）分析资料、美国国家环境预报中心（NCEP）再分析资料和NCEP预报资料，计算对流层天顶延迟（ZTD）改正的有效性和可能达到的精度进行了评估，分析了ECMWF和NCEP在亚洲地区的适用程度和其分辨率对计算ZTD精度的影响．研究结果表明：（1）相对于GPS实测ZTD，用ECMWF资料计算ZTD的bias和rmS分别为-l.0cm和2．7cm，优于NCEP再分析资料，可用于高精度ZTD研究和应用；NCEP预报数据计算ZTD的bias和rms分别为2．4cm和6．8cm，足以满足广大GNSS实时导航定位用户对流层延迟改正的需要．（2）bias和rms呈现明显的季节性变化，总体上夏季大，冬季小；在空间分布上随着纬度的变化不明显，但随高度的增加rms总体上有递减趋势．另外还发现，亚洲东部地区夏季日平均bias和rms和南部热带地区冬季的日平均bias和rills变化相对较大．（3）ECMWF2．5。和0．5。的资料进行了对比分析，发现0．5。分辨率资料的rms比2．5。减小1～5mm．这些结果，为在亚洲地区的空间大地测量、导航定位和INSAR等工作中，应用ECMWF／NCEP的资料进行对流层大气延迟改正的有效性和可能达到的精度提供了重要参考．GRACE和地面重力测量监测到的中国大陆长期重力变化
摘要：自2002年以来，GRACE卫星探测计划可提供高精度的时变地球重力场，用以探测地球系统的物质分布．自1998年中国大陆重力监测网建立以来，利用FG5绝对重力仪和LCR—G型相对重力仪每2年对该网进行重复测量获取重力场时变信息．基于此，本文利用GRACE和地面重力测量获得了中国大陆重力场的长期年变率，利用位错理论根据USGS的断层模型计算了2008年汶川M。8．0级地震的同震重力变化并进行了300km高斯滤波．GRAcE卫星重力和地面重力结果均表明华北地区地下水流失严重，在绝对重力基准站上，GRAcE卫星重力与绝对重力变化率较为一致，汶川区域的地面重力变化结果可视为大地震前兆信息．卫星重力梯度恢复地球重力场的频谱分析
摘要：根据仪器功率谱密度和重力位系数阶方差的定义，本文建立了卫星重力梯度测量噪声功率谱密度与重力场模型的误差阶方差的直接对应关系，并基于此讨论了重力梯度测量精度、卫星轨道高度以及运行时间对地球重力场恢复精度的影响．相比于传统的基于最小二乘法评估卫星载荷噪声对地球重力场恢复精度的影响而言，本文提出的方法简单、直接，有助于快速设计和确定卫星重力测量计划的有关参数．扰动重力梯度张量单分量和组合分量最小二乘配置法模型的建立
摘要：建立了利用扰动重力梯度张量Tzz分量和Txx＋Tyy,Tzz—Txx—Tyy组合分量确定地球重力场的调和分析法模型，进一步推导了扰动重力梯度张量对角线三分量的自协方差和互协方差函数的级数展开式，推导了单分量、组合分量与重力位系数之间协方差函数的实用计算公式，给出了利用单分量和组合分量解算地球重力场模型的最小二乘配置法基本原理公式．结果表明，最小二乘配置法具有一定的抗差能力，随着观测数据误差的不断增大，其恢复的重力场模型有效阶次不断降低，精度也不断下降；Tzz-Txx-Tyy组合分量解算重力场模型的精度最高，其次为Tzz分量，Txx＋Tyy组合分量最差．智利地震前DEMETER卫星对空间高能粒子的观测
摘要：在地震的孕育或发生期间，地球内部岩石圈的活动可能会发出电磁辐射，引起空间电磁扰动，并通过波粒相互作用引起高能电子的投掷角散射，导致高能电子的沉降．本文基于法国DEMETER卫星的观测数据，研究了智利周围区域在智利地震期间空间高能电子的通量、能谱的分布及演化，发现在智利地震发生前第1l天和12天，在以震中为中心，经度跨度10°，在DEMETER卫星轨道高度上L跨度0．1的区域内，有超出背景4到6倍的高能带电粒子暴的出现，期间在其北半球磁镜像区域也观测到了显著的电子通量涨高．粒子暴对应的能谱与2010年前三个月的平均能谱存在较大差异．同时观测到在出现粒子暴的两条轨道上VLF（VeryLowFrequency，甚低频）电场频谱分别在300Hz以下以及13～20kHz的频段存在显著增强，此扰动在时间和地理位置上与高能粒子暴是一致的．基于回旋共振耦合作用的准线性扩散理论，本文对所观测事例的电子能量与电磁场扰动频率做了分析计算．观测数据和理论计算有较好的一致性，表明该粒子暴源自ICE（InstrumentChampElectrique，电磁探测器）观测到的空间电磁扰动，这是典型的空间波粒耦合事例．进一步分析排除了可能引起粒子暴和VLF电场扰动的环境因素，本文认为本次粒子暴和电场扰动的观测可能与智利地震的震前地壳活动存在一定关联．2011年新西兰Mw6．1地震震源过程及强地面运动特征初步分析
摘要：2011年2月21日新西兰南岛发生Mw6．1地震，震中位置43．58。S，172．70。E，震源深度约5．0km，发震断层为新西兰第三大城市克赖斯特彻奇（christchurch）南约9km一条近东西走向的未知隐伏断层，为逆冲断层机制．地震已经造成163人遇难，Christchurch城内多处建筑物严重损毁，距震中约1km的HeathcoteValleyPrimarySchool（HVSC）台站强地面运动峰值加速度（PGA）高达2．0g．针对新西兰Mw6．1地震近场强地面运动偏高这一现象，利用HVSC台站的强震观测记录，计算地震震源谱参数，应用Brune圆盘模型估算其近场强地面运动的理论值，并建立动态复合震源模型进行模拟计算．研究结果表明，新西兰MW6．1地震近断层强地面运动偏高的主要原因为复杂震源破裂过程中有效应力降（动态应力降，△σd过高造成的．未来工作中，需要加强对可能发生的、距离城市较近的中小型地震的重视，防止地震对城市的加强型破坏．鄂尔多斯地区上地幔岩石圈三维速度结构面波反演研究
摘要：双平面波拟合法是一种新的面波成像方法，反演中考虑地震波场中的非平面波成分，提高反演的分辨率．本文利用双平面波拟合法，反演获得鄂尔多斯地区上地幔岩石圈的速度结构．所用资料为国家数字地震台网69个宽频带地震仪和北京大学34个流动数字地震台观测到的地震波面波资料．首先从面波记录中提取了研究区域20～125s瑞利波相速度频散曲线，进而得到各个周期瑞利波相速度异常分布图．结果显示，短周期瑞利波相速度异常与地表的构造特征吻合较好，中长周期的瑞利波相速度可以反映出上地幔岩石圈的速度异常分布以及构造特征．由研究区20～125s的瑞利波相速度分布图可以反演得到地表到地下200km范围内的三维剪切波速度结构．结果显示，鄂尔多斯块体内部稳定均一，活化或改造的痕迹不明显；鄂尔多斯块体西南缘受到青藏高原的强烈作用，有大量地幔物质流动的痕迹存在；中央转换带下超过200km深度存在地幔物质上涌，可能与太平洋板块的俯冲和青藏高原板块的挤压有关．2011年1月19日安庆舰4．8地震的震源机制解和深度研究
摘要：2011年1月19日在安徽省安庆市辖区与怀宁县交界处发生了ML4．8级地震，引起安庆市及周边地区强烈的震感．为了更好地认识这次地震的发震构造，我们利用安徽省及临近几个省份区域台网的近震波形资料，首先通过hyp02000绝对定位得到震中位置；然后采用CAP方法反演了该地震的震源机制解和震源深度，并在此基础上结合P、sP、pP和sPmP等深度震相对震源深度进行了精确确定；最后，将反演得到的结果作为已知输入，利用F-K方法计算理论地震图，并与观测记录进行对比，以验证结果的可靠性．反演结果显示，这次安庆地震是一个带少量走滑分量的逆冲型地震，地震矩震级为Mw-4．3，最佳双力偶解为节面I走向131°，倾角30°，滑动角29°；节面Ⅱ走向15°，倾角75°，滑动角116°，最佳震源深度为4～5km，属于浅源地震．从震中和震源机制解来看，安庆地震极有可能发生在宿松一枞阳断裂上．四川自贡一隆昌地区注水诱发地震研究
摘要：基于2007年1月-2010年8月四川自贡地方数字测震台网和流动台站记录的地震观测资料，并结合注水井（家33井）的加压注水数据，研究了自贡一隆昌地区三个丛集区域（A、B、c）地震活动与家33井注水压力及注水量的相关性，同时从注水区域及邻区局部应力状态呈现的差异研究其发震机理．结果表明：家33井加压注水对其所在的B区地震活动具有明显的调控作用，负压注水阶段，注水量对地震活动的影响不大，地震活动处于较弱状态；加压注水阶段，在压力持续升高的背景下，地震活动明显增强，其频次、强度与注水量呈现较好的相关性．研究区三次4级地震震源较浅、且均为逆冲型，震源机制节面与其震中附近断层走向一致．基于大量小震震源机制解，统计获得B区震源机制节面走向和P轴方位较A区相对离散；与川东南地区已有应力场结果相比，反演获得的B区主压应力方位较A区扰动偏大，可见在统一应力场的作用下，A、B区域小震震源机制解节面走向、P轴方位及反演得到的局部区域应力场呈现出的差异，与家33井加压注水有一定的关系．首都圈地区精细地壳结构——基于重力场的反演
摘要：本文以地质与地球物理资料作为约束条件，利用小波多尺度分析方法，对首都圈地区重力场进行了有效分离，应用Parker位场界面反演法及变密度模型对莫霍界面进行了反演分析，并构建了两条地壳密度结构剖面模型，对该区精细地壳结构进行了深入研究．研究结果表明首都圈地区受多期构造运动的改造，形成坳、隆相邻，盆、山相间，密度非均匀性，壳内结构与莫霍面埋深相差比较大的地壳分块构造格局．受华北克拉通岩石圈伸展、减薄以及岩浆的上涌底侵作用，首都圈地区莫霍面起伏比较大，莫霍面区域构造方向呈NE-NNE方向，在盆地向太行山、燕山过渡地带形成了莫霍面陡变带；盆地内部莫霍面形成东西向排列、高低起伏的框架，最大起伏约5km，但平均地壳厚度比较小，北京、唐山地区地壳厚度最小约29km，武清凹陷地壳厚度最大约34km．在重力均衡调整作用下，西部太行山区地壳厚度较大，但地壳密度小于华北裂谷盆地内部；中上地壳重力场特征与地表地形及地貌特征具有很大的相关性．受新生代裂谷作用影响，首都圈中上地壳结构非常复杂，形成了NNE方向为主体的构造单元，断层多下延至中地壳；下地壳发生明显的褶曲构造，表现出高低密度异常相间排列的典型特征；首都圈地区地壳密度具有明显的非均匀性．研究认为首都圈地区地震的发生与上地幔顶部及软流层物质的上涌有一定关系．地应力测量的非弹性应变恢复法及应用实例
摘要：岩芯非弹性应变恢复法是近年来发展起来的比较经济有效的深部地应力测量方法，汶川5．12地震后，我国大陆首次将该方法应用于汶川地震断裂带科学钻的地应力测量．本文简述了该方法的原理、计算方法和汶川地震科学钻一号孔的典型结果．给出了一号孔在所测深度之处的三个主应力的大小和方向．三个主应力中，最大主应力和中间主应力近于水平，最小主应力近于直立．最大主应力方向为北西．在746m深度，三个主应力的大小为25．2MPa，21．5MPa，18．5MPa．这种应力状态可使龙门山断层产生逆冲兼右行走滑运动，与汶川5．12地震的断层运动一致．该方法得到的结果与震源机制解及其他地应力测量方法得到的结果吻合．测量结果表明，非弹性应变恢复法具有较大的实用价值．特别是在较大深度的钻孔和地层较破碎的复杂地质条件下，应力解除法、水压致裂法等难以实施时，此方法仍有可能获得较可靠的地应力数据，适应性更强．
