基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究：1.电离层E区连续性回波
摘要：基于三亚（109.6°E,18.4°N）VHF电离层相干散射雷达观测,分析了我国低纬电离层E区场向不规则结构连续性回波的发生特征.研究结果表明：白天,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至25m/s,多普勒宽度主要分布在20至70m/s;连续性回波的高度大约以1km/h的速度缓慢下降,与偶发E层（Es）底部所在高度（hbEs）有很好的相关性,表明在背景电场影响下,Es经梯度漂移不稳定性产生场向不规则结构,引起E区连续性回波.夜间,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至50m/s,多普勒宽度为20至110m/s,回波在时间-高度-强度图上常呈现多层结构,可能与潮汐引起的多个离子层相关;而E区连续性回波的短暂中断,以及120km以上高E区连续性回波的发生,则可能归因于赤道扩展F极化电场的影响.此外,对E区连续性回波多普勒速度与全天空流星雷达风场观测的比较发现,在100km以下,多普勒速度与子午风场有很好的相关性.地磁扰动期间等离子体层顶结构的模拟研究
摘要：本文选取2001年6月8—10日的一个亚暴事件,模拟了在这期间等离子体层的结构演化过程.选取Weimer（2001模式）电场和Tsyganenko（1996模式）磁场作为背景电磁场,基于E×B的漂移运动计算磁赤道面内的带电粒子分布,模拟磁扰期间的等离子体层变化.模拟了等离子体层顶的结构和形状,结果有羽状、肩状和通道状结构,与同一时间点的EUV/IMAGE探测结果一致.基于非相干散射雷达和GPS观测研究Millstone Hill地区等离子体层电子含量
摘要：本文尝试结合非相干散射雷达和GPS TEC观测数据提取等离子体层总电子含量（PTEC）.我们首先描述所用的技术方法,然后具体利用了Millstone Hill台站的观测数据研究该地区上空等离子体层总电子含量（PTEC）的变化情况.我们采用变化标高的Chapman函数对非相干散射雷达测得的电子浓度剖面数据进行拟合,然后通过对剖面积分得到100km到1000km高度范围的电离层总电子含量.GPS提供的TEC数据为高度达20200km的总电子含量,两者之差可近似看成等离子体层的电子含量.本文分别选取太阳活动高年（2000,2002年）和太阳活动低年（2005,2008年）Millstone Hill台站的静日数据进行研究.结果表明,等离子体层电子含量及其所占GPSTEC的比例具有明显的周日变化.PTEC含量在白天高于夜间,而所占GPS TEC的百分比,夜间明显高于白天.太阳活动高年所选月份等离子体层电子含量在4～14TECU（1TECU=1016el/m2）范围内变化,夜间所占比例可达60%左右.太阳活动低年所选月份等离子体层电子含量在3～7TECU范围内变化,所占比例夜间最高可达80%左右.我们所得到的结果与前人基于其它观测手段所得结果在变化趋势上一致,在量级上也大致相当.因此,这从一个侧面证明了我们所用方法的可靠性.非相干散射雷达能够探测包括F2层峰值以下及以上高度的电子浓度,利用这一设备所观测得到的资料来推算电离层电子含量将比前人基于电离层垂测仪观测资料进行的推算更具真实性,由此得到的等离子体层电子含量也将更为接近真实情况.结合实地观测和STEREO/HI图像观测分析2010年CME事件
摘要：本文使用了基于单颗STEREO卫星日球层成像仪（Heliospheric Imager,HI）图像的固定Φ角拟合法（Fixed-Φ,FΦ）和调和均值拟合法（Harmonic-mean,HM）,结合STEREO和ACE卫星的太阳风实地观测数据,深入分析了2010年15个日冕物质抛射（CME）事件,对比讨论了这两种方法在提取CME参数如太阳赤道平面的主传播方向、传播速度的效果,其中FΦ拟合法假设CME是固定方向传播的小质点,HM拟合法假设CME为具有球形前沿的通量绳结构,结果发现：（1）使用HM拟合法分析得到的CME主传播方向与太阳-实地观测点的夹角平均值是9.5°,小于FΦ拟合法的19.7°;（2）HM拟合法分析的预计到达时间与实测ICME起始时间的平均误差和最大误差分别为0.282天和0.805天,明显小于FΦ拟合法.本文也使用结合STEREO两颗卫星HI图像的直接三角法（Direct-triangulation,DT）和球面切线法（Tangent-to-a-sphere,TS）,深入分析了5个朝向地球的CME事件,其中,DT和FΦ拟合法的假设相同,TS和HM拟合法的假设相同,结果发现：（1）这两种方法分析的CME主传播方向与日地连线的夹角最大值分别是13.2°和21.1°,明显小于单颗卫星观测的20.7°和27.5°;（2）其中4个CME事件使用方法得到的线性拟合加速度不超过0.4m.s-2,这说明CME在主传播方向上的速度变化在1AU内不超过100km.s-1;（3）使用TS方法得到的预计到达时间与实测ICME起始时间的绝对误差最小,平均值和最大值分别是2.3h和5.8h.可见,利用HI图像提取CME传播参数时,加入CME前沿结构假设和结合多角度观测都能够有效地减小拟合误差.针对SCIAMACHY探测器问题的CO柱浓度反演算法改进与地基验证
摘要：搭载于ENVISAT卫星上的SCIAMACHY是目前唯一采用近红外波段观测大气温室气体（CO2,CH4,CO）的高光谱传感器.与其它热红外卫星传感器如AIRS、MOPITT、IASI等相比,SCIAMACHY用于CO探测的近红外波段对与人类活动密切相关的底层大气具有更高的敏感性.但无论从光谱角度（该波段CO吸收强度较弱,且存在很强的CH4和H2O重叠吸收）,还是从SCIAMACHY仪器问题的角度（近红外波段探测器容易出现结冰现象）,都给CO反演带来很大的挑战.由于探测器结冰问题造成SCIMACHY CO反演误差高达100%,并且该误差随时间和空间而变化.多个研究机构发展了各种不同的算法用于该误差的校正,但校正结果的时间一致性较差.本文基于IMAP-DOAS的CO反演算法,发展了一种针对SCIAMACHY探测器结冰问题的新校正算法,校正后的CO柱浓度反演误差以及时间一致性都比较理想,并与不同地基FTIR观测结果进行了对比,对比结果表明该校正算法的CO反演结果与地基观测一致性较好,相对偏差由校正前的60%减小到了5%,能够准确地获得CO的时空变化信息.经过校正后的CO柱浓度结果不仅可以用于准确获得CO排放源与汇的时空分布信息,还可以为政府部门制定碳减排相关政策提供重要参考,有效控制全球温室效应.利用2009年日全食的精细重力观测探寻“引力异常”
摘要：日全食期间在是否存在＂引力异常＂现象是一个关系到引力本质的重大问题,也是一个十分具有现实意义的科学问题.近一个世纪来,许多科学工作者作了大量的观测和实验,研究日全食期间的＂引力异常＂现象.肯定的、否定的结果并存,更多的是难以确定的结果.在学习、总结和发展了前人工作的基础之上,本文利用7台LaCoste-Romberg重力仪和1台SG-053超导重力仪,对2009年7月22日日全食期间的重力变化进行了精细的观测.研究利用了目前最好的观测环境和观测仪器,无论观测规模还是观测质量在近百年来日全食的重力观测研究中都是首屈一指的.在经过详细的数据处理和图像分析后,可以确定,日全食期间不存在现有观测能力之上的引力异常,以往发现的异常现象受剧烈的气象变化影响可能性极大.另外,在处理重力观测数据时,本文合理的利用了最小二乘多项式拟合法去除理论潮汐值,使计算得以简化,结论更加可靠.新近月球重力场模型与地形模型的局部导纳和相关性分析
摘要：本文利用三个高阶重力场模型LP150Q、GLGM-3和SGM150j以及嫦娥地形模型CLTM-s01,在频率域内使用固定窗口的方法,研究了不同重力场模型的重力/地形局部导纳谱与局部相关谱的全球分布,以及典型质量瘤盆地重力/地形局部导纳谱与局部相关谱分布的特征.结果表明：加入远月面重力场信息有助于增强重力场模型在中高频段的信号强度;三个重力场模型LP150Q、GLGM-3和SGM150j均适合于作近月面重力/地形局部导纳与局部相关性的分析和近月面地球物理参数的估计;重力场模型LP150Q和GLGM-3较适合作远月面大范围的研究,不适合于作远月面重力/地形局部导纳谱与局部相关谱的分析以及作远月面局部区域地球物理参数的估计,SGM150j较适合于作远月面局部区域地球物理参数的估计;近月面大型质量瘤盆地异常质量的尺度比远月面质量瘤盆地异常质量的大,而深度也比远月面的深.中秦岭北侧特异重力场及其探榷
摘要：对陕西榆林—重庆综合地球物理大断面中在陕西咸阳至中秦岭北侧测段特异重力场给以分析和探讨.研究结果认为：秦岭北侧断裂带（或秦岭造山带与华北地块的接触带）的位置恰在该重力异常突跃地段内.断裂构造的上部近于陡直、且略向北倾斜,倾角约为70°左右;断裂构造中部为近垂直形态;断裂构造下半部略向南倾斜,倾角70余度.秦岭北侧断裂以北的大幅度落差、大规模的巨型重力异常低谷区的形成,是由于上部地壳存在一个厚达6km、宽40余公里的新生代沉积地层区引起的.中秦岭北侧断裂构造带和沉积岩层区的形成,是与地质历史时期中秦岭地区的多次复杂构造运动的叠加、特别是华北板块的下插、并与秦岭多级次造山运动具有极其密切的相关关系.基于时间序列的InSAR相干性量级估计
摘要：本文提出了一种适用于InSAR数据处理的自适应相干性量级估计方法,该方法能够满足复信号随机平稳的假设前提,并兼顾运算效率与估计精度.此方法生成的相干图具有很好的分布特征,避免了影像空间分辨率的损失.提出的算法分为两个步骤：（1）根据地物后向散射特性,对时间序列SAR影像进行聚类分析,选择具有同分布的样本,保证SAR影像质地平稳条件;（2）对干涉图进行条纹频率估计,采用极大似然（ML）条纹频率估计方法去除系统相位引起的复信号非平稳性,并根据Cramer-Rao边界条件改善条纹频率的估计精度.以美国南加州洛杉矶地区的ENVISAT ASAR数据集为例,本文将新方法与现有方法进行了量化分析.结果表明,较传统方法而言,基于时间序列的相干性估计方法能够得到更可靠、精度更高、空间特征更鲜明的干涉相干图.InSAR技术在监测形变中的干涉条件分析
摘要：针对InSAR技术在形变监测领域中的应用,本文从分析D-InSAR的干涉机理对其约束条件出发,重点研究空间去相关和形变梯度这两个关键指标对形变信息提取的影响.研究针对不同系统参数的传感器来展开,并论证这两个因素对干涉测量的限制.本文的创新性工作主要集中在以下几个方面：（1）分析了各传感器参数下的临界坡度范围,进而确立了SAR传感器监测的无信息区域;（2）证明了在植被覆盖区,相干性分解必须考虑体散射分量,并依此对模型进行了修正;（3）明确了形变梯度与相位梯度的差异以及两者的函数关系,并将入射角引入形变梯度函数模型.（4）通过模拟数据和真实数据比较各传感器在不同条件下形变监测的优缺点,在统计分析的基础上进一步验证结论.本文的研究是对干涉测量条件的进一步补充,对于理解干涉成像机理、完善InSAR数值计算模型（形变梯度模型和相干性分解模型）以及帮助研究人员根据研究区域特征选择合适的InSAR数据具有一定的参考价值.全球水质量迁移对海平面空间模式周年变化的影响
摘要：大气、陆地水和海洋之间的水质量迁移对海平面的影响一般假定为均匀薄层分布.但实际上,水质量负荷重新分布一方面会使地壳产生形变,另一方面会引起重力位势场变化（引力位和离心力位）,这都会对海平面时空变化特征产生影响,两方面之和称为负荷自吸引效应（SAL）.海洋模式模拟的时变洋底压力结果一般符合Boussinesq假设即体积守恒,忽略了大气、陆地水和海洋之间水质量交换的影响.本文基于海平面变化方程,联合陆地水模型、大气地表气压模型、海洋洋底压力模型和GRACE反演的冰川质量变化,详细讨论了2003—2010年SAL对海平面周年变化的影响.主要结论有：（1）SAL对全球海平面周年变化有显著影响,振幅在1.3～19mm.其中近海岸和低纬度区域受影响较大.（2）在SAL引起的海平面周年振幅变化的因素中,陆地水储量变化因素最大,大气因素次之,非潮汐海洋影响最小.但非潮汐海洋对海平面周年相位空间变化的影响最为复杂.（3）通过与国际长期验潮站观测数据结果比较,在ECCO海洋模式估计的洋底压力结果中引入SAL,能多解释约5.3%观测信号方差.地球扁率在地质历史上的变化下限
摘要：为研究地球形状的长期变化,将地球假设为弹性椭球体,根据弹性动力学理论导出地球的扁率下限公式,扁率与地球的平均密度ρ、引力加速度g、自转角速度ω、平均半径R、弹性模量E、泊松比v相关.将新星云假说下地质历史时期半径、质量和角速度变化值代入公式计算出各地质历史时期地球扁率值,作为地球扁率变化值的下限值.地球的扁率自地球形成以来总体变化趋势是在减小.GPS资料反映的日本东北M_W9.0地震的孕震特征
摘要：在对海洋板块俯冲型地震孕震模式的分阶段变形特征进行分析的基础上,结合同震位错反演结果分析了MW9.0级地震的同震变形特征,分析过程中通过精度检验讨论了该反演结果的可靠性.通过对震前和同震GPS结果的对比分析,讨论了二者的差异性.GPS应变（率）结果表明,震前日本岛应变积累主要反映了太平洋板块和菲律宾板块的俯冲作用,同震结果表现为指向震源方向拉张应变的释放,对日本岛的主要影响区域介于35°N和43°N之间.震前和同震GPS剖面结果反映的变形特征具有互补性,但量值相差上百倍.震前的GPS速度、应变率剖面和时间序列结果表明靠近日本岛东海岸一侧可能存在变形趋于极限现象.通过对此次地震可能前兆的分析表明,中长期预测方面、震前GPS时间序列的趋势性偏离、前震活动、震源区b值降低等现象在一定程度上反映了此次地震的孕震特征.流动地震观测背景噪声的台基响应
摘要：大规模流动地震台阵技术发展为高分辨率深部结构成像提供了重要基础,背景噪声是影响流动地震观测质量的关键因素.为掌握流动地震观测噪声规律,发展流动地震观测降噪技术,编制流动地震观测技术规范,我们开展了针对不同台基流动地震观测背景噪声的观测实验与分析.其中,山西省临汾市五个地点架设了共22个对比观测台站,进行了超过一年半的连续观测.通过计算不同频段范围内背景噪声记录的加速度功率谱密度,研究了不同场地条件和环境噪声下流动地震观测台站的噪声特征及其台基响应,分析了不同台基处理方式对噪声的抑制效果.结果表明：（1）高频人为噪声和长周期自然噪声是影响流动地震观测质量的主要噪声,可以通过增加台基深度和改善台基处理方式等方法降低其影响;（2）增加台基深度能有效地降低长周期噪声和高频噪声,2m深坑能使高人为噪声台站各分量的高频频段和长周期频段分别降低5dB和10dB;（3）由于其不稳定性,沙子台基的水平分量在长周期频段一般要高于摆墩台基5dB,流动地震观测中推荐使用摆墩台基;（4）台站位置、台站内部温度和空气流动都是影响台站噪声的重要因素.在此基础上提出了不同场地条件和噪声环境下的台基处理建议和适合国情的移动地震台阵台站建设参考方案,有助于流动地震观测野外工作的标准化和规范化.昆仑山强震前的震颤波并非源自慢地震
摘要：2001年11月14日的昆仑山Ms8.1级地震前几天,中国地震台网多个台站都观测到了持续数天的低频震颤波信号.由于这些震颤波发生在强震前,所以备受关注.多年来研究人员对该震颤波的产生原因进行过多方探讨,但没有定论.该震颤波信号是否源自强震区的慢地震？是否是地震前兆？或为其它因素？为了回答这些问题,我们从多方面分析和研究了昆仑山强震前中国大陆宽频地震仪所观测的震颤波信号的特征、持续时间、震颤波强度变化与大规模大气运动的关系、信号强度随观测空间的衰减变化特征.结果表明：中国大陆宽频地震仪在昆仑山强震前观测到的震颤波由两个信号组成,其中11月10日开始出现,主要频率范围0.15～0.22Hz（周期约4～7s）、持续时间在10—13日的震颤波,主要由同时间段内发生在西太平洋的强台风玲玲（Ling Ling）引发;而11月11日开始出现,主要频率范围0.1～0.13Hz（周期7～10s）、持续时间在11—12日的震颤波,不是来自昆仑山强震区的慢地震,而是由来自欧洲北部及欧亚大陆的强温带气旋引发.二十年来蠕变和短基线观测反映的鲜水河断裂带活动特征
摘要：利用鲜水河断裂带1990年1月—2009年12月的蠕变与短基线数据,采用小波变换与断层运动学分析方法,获取构造活动产生的断层形变速率.结合近场断层形变测量与GPS资料,分析了该断裂带的分段活动特征及时空演化.结果显示：（1）不同段落断层活动方式存在差异性.鲜水河断裂带分段活动现象显著,以道孚县为界,以北的炉霍、道孚断层走滑量相对较大且活动方式稳定,显示张性和左行走滑;以南的乾宁、折多塘断层活动微弱,走滑量小,且滑动状态复杂,其中,乾宁断层为压性和左行走滑,折多塘断层为微弱的右行走滑.这种分段活动特征可能与断层几何及巴颜喀拉块体内部次级块体的差异运动有关.（2）不同时期断层走滑方式存在交替性.鲜水河断裂带虽以左行走滑为主,但在汶川地震前一些断层段出现过逆向走滑现象.汶川地震前2年,炉霍、道孚断层左行走滑减弱,乾宁、折多塘断层在2007年出现过逆向走滑,至2009年底,逆向走滑区域保持扩展态势.（3）不同测点间距得到的断层错动速率和变形带空间分布特征不同.不同测量方法的分析结果表明,鲜水河断裂带不同段落和跨距宽度的走滑速率有所不同：测点间距18.7～65.1m的蠕滑速率为0.01～0.78mm/a;测点间距72～288m的短基线测量为0.02～2.46mm/a,点距十几至几十公里的GPS观测为6～11mm/a;地质滑动速率5～15mm/a.随测点间距的增加,平行断层的位移速率按对数函数增长,视剪应变率按幂函数衰减.我们推测,大间距测点的数据中既包含了跨断层的错动,也包含了断层两侧块体的分布变形;现今的断层形变测量与地质调查之间的差异,说明断层错动速率在时间上不是常数.青藏高原东北缘上地幔地震各向异性：来自SKS、PKS和SKKS震相分裂的证据
摘要：基于青藏高原东北缘甘肃区域台网41个宽频带地震台站的远震记录资料,通过PKS、SKS和SKKS震相的剪切波分裂分析,获取了台站下方介质的各向异性分裂参数,得到该地区上地幔各向异性分布图像,并结合GPS速度场和地壳剪切波各向异性分析青藏高原东北缘各向异性形成机制及壳幔各向异性特征.分析结果认为,在阿尔金断裂带西侧,各向异性快波偏振呈NWW—SEE方向,与断裂带走向有一定夹角,与塔里木盆地向柴达木盆地俯冲方向一致,说明该地区上地幔物质变形主要受古构造运动的影响,属于＂化石＂各向异性.在祁连山—河西走廊构造区,XKS快波偏振呈NW—SE方向,一致性较好,与区域断层走向方向相同;由区域小震的地壳剪切波分裂分析得到的地壳剪切波快波偏振在该区域呈NE-SW方向,与相对于稳定欧亚大陆GPS运动速率一致,地壳和地幔快波偏振方向的差异表明壳幔变形可能有不同的形变机制.在陇中盆地及其周缘,由于处于活跃青藏地块与稳定鄂尔多斯地块之间的过渡带,相对于其他区域具有更加复杂的构造背景,地壳快波偏振和地幔快波偏振总体上呈NWW—SEE方向,说明壳幔变形机制可能相同;但不同台站结果之间存在一定离散性,推测是由于受局部构造特征差异性造成.朝鲜核爆的Rayleigh波震级测量
摘要：利用1995年至2009年中国东北及邻近地区11个宽频带台站记录到的77个地震事件、3个化学爆炸和2次朝鲜核爆的区域地震资料,标定该区域台网的Rayleigh波震级.通过对8～25s周期的垂直分量Rayleigh波形进行分析,获取基于最大振幅的面波震级.计算82个区域事件不同周期的台基响应,经过台基校正后取最大振幅的面波震级为事件震级.2006年和2009年两次朝鲜核爆的面波震级分别为2.93±0.19和3.62±0.21.将地震和核爆事件的面波震级Ms与体波震级mb（Lg）进行比较,发现根据该区域台网的数据利用Ms-mb识别方法无法鉴别朝鲜地区的核爆与地震.朝鲜核爆的面波震级相对较大,使Ms-mb识别方法失效,其原因可能是源区介质的不均匀性、由核爆炸冲击引发的深部的拉伸破坏被抑制,或者是近爆源区存在张性的构造预应力.假定核爆可能的埋藏深度范围是0.01～1.0km,用Rayleigh波震级估计朝鲜核爆的当量,对2006年和2009年核爆当量的估值范围分别为0.42～3.17kt和2.06～15.53kt.
