对自相似扩展（SSE）模型的改进和研究
摘要：自相似扩展拟合法（Self-Similar Expansion,SSE）假设日冕物质抛射（CME）具有恒定角宽度、沿径向向外传播的、自相似扩展的球形前沿,由日心出发的、与这个球形前沿相切的圆锥的圆锥角就是通常所说的CME角宽度,半角宽度取值范围是[0°,90°],固定Φ角拟合法（Fixed-Φ,FΦ）和调和均值拟合法（Harmonic-mean,HM）分别对应SSE模型的半角宽度为0°和90°的特殊情况.本文中修改后的自相似扩展拟合法（MSSE）假设CME具有自相似扩展的半球形前沿,能够提取的CME参数包括由日心出发的、圆锥截面过球心的圆锥的半圆锥角和CME的主传播方向、传播速度,其中半圆锥角取值范围是[0°,90°],FΦ和HM分别对应MSSE模型的半圆锥角为0°和45°的特殊情况,半圆锥角为90°时,CME前沿是以日心为圆心的半圆.MSSE拟合法扩大了SSE模型对CME前沿形态的描述范围,将半圆锥角作为判断CME是否能够到达、何时到达某颗卫星的重要参数.基于单颗STEREO卫星日球层成像仪（Heliospheric Imager,HI）图像,结合STEREO和ACE卫星的太阳风实地观测数据,本文深入分析了2010年23个CME事件,结果发现：在用于预报CME事件是否能到达某颗卫星、何时到达时,MSSE拟合法相比FΦ、HM和SSE拟合法,不但可以更准确地拟合CME主传播方向和传播速度,也可以缩小预计到达时间和到达速度的误差.顶部电离层和等离子体层电子密度分布——基于GRACE星载GPS信标测量的CT反演
摘要：本文利用两颗跟飞的GRACE卫星载GPS信标测量数据和基于差分相对TEC的层析算法,实现了全球范围的顶部电离层和等离子体层（450～5000 km）层析成像.反演结果表明,利用低轨道卫星载GPS信标测量数据可以有效地重建顶部电离层和等离子体层的全球二维分布图像.对不同地磁活动条件下的天基层析反演结果表明,等离子体层电子密度随纬度的分布是不均匀的;在低纬赤道带,从顶部电离层向上延伸直到等离子体层,以及等离子体层中局地的电离增强云团,经常出现近似垂直于磁力线的电子密度柱状增强结构.化学物质释放激发中低纬扩展F的数值模拟
摘要：利用离子和电子动量方程、连续性方程以及电流连续性方程建立了适合描述中低纬spread-F发展的物理模型,并对模型进行了数值求解,讨论了利用H2O释放来激发电离层Rayleigh-Taylor不稳定性的可能性.结果表明,电离层处于不稳定状态时,H2O在电离层底部释放后,造成电子的大量消耗,增强了峰值高度以下电子的密度梯度,有利于spread-F的发展,在spread-F发展的过程中,释放中心附近会形成电子密度的消耗区,两侧出现密度的增强区;而电离层比较稳定时,初始扰动会逐渐稳定下来,但化学物质释放仍能造成电子较长时间、较大范围的扰动.利用F10.7和MgⅡ构建太阳极紫外辐射长时间序列
摘要：利用SOHO/SEM在1996-2008年的太阳EUV观测数据,比较和评估F10.7和Mg Ⅱ作为EUV参数的代表性,不能支持Viereck等关于Mg Ⅱ是比F10.7更好的参数的结论.通过比较对两种参数的多种回归计算结果,确立双因子极大似然估计方法构建EUV计算模式,通过模型计算结果与SEM观测数据比较,表明该模型能够很好地重建EUV数据系列.利用该模式,构建了1978年11月以来的太阳极紫外辐射数据序列.基于GRACE卫星RL05数据的南极冰盖质量变化分析
摘要：CSR（Centre for Space Research）最近了RL05数据,其空间分辨率、精度和周期变化特性等都优于RL04数据.本文采用300 km的扇形滤波及P5M11去相关滤波削弱南北条带等重力场模型误差,并采用Paulson2007模型进行冰川均衡模型改正,利用CSR RL05与RL04数据计算分析了南极2002年到2012年的质量变化序列及其变化趋势的空间分布特性,并选取8个特征点进一步分析了其质量变化序列.同时,对CSR、JPL（Jet Propulsion Laboratory）、GFZ （GeoForschungsZentrum）三个机构的RL05数据采用相同的滤波方法进行计算,得到整个南极的质量变化分别为-195.7±20.5 Gt/a、-203.8±23.1 Gt/a、-133.2±29.9 Gt/a,对全球海平面变化的影响分别为0.54±0.06 mm/a、0.56±0.06 mm/a、0.37±0.09mm/a.基于下一代四星转轮式编队系统精确和快速反演FSCF地球重力场
摘要：第一,由于重力卫星编队轨道的稳定性设计是建立下一代高精度和高空间分辨率地球重力场模型的关键,因此为保证下一代四星转轮式编队系统的稳定性,轨道根数的最优设计如下：（1）轨道半长轴a、轨道偏心率e、轨道倾角i和升交点赤经Ω保持不变;（2）每对卫星的近地点幅角ω和平近点角M分别相差180°;（3）初始近地点辐角ω设置于赤道处,初始平近点角M设计于极点处;（4）卫星编队系统椭圆轨道的半长轴和半短轴之比为2∶1.第二,基于下一代四星转轮式编队系统,利用星间速度插值法,通过相关系数（激光干涉测量系统的星间速度0.85、GPS接收机的轨道位置和轨道速度0.95、星载加速度计的非保守力0.90）、观测时间30天和采样间隔10 s,反演了120阶FSCF-1/2/3/4 （Four-Satellite Cartwheel Formation）地球重力场,在120阶处累计大地水准面精度为1.162×10-4 m,较目前GRACE地球重力场精度至少提高一个数量级.第三,下一代四星转轮式编队系统具有低轨道高度、高精度测量、全张量观测、弱混频效应和强时变信号的优点.中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构
摘要：依据地震波速得到的上地幔温度和气象台站记录的地表温度为约束,结合地表热流和热导率观测数据,利用有限元方法计算了中国大陆及邻区岩石圈三维热结构.基于此温度结果和GPS观测得到的应变率数据,以滑动摩擦、脆性破裂和蠕变三种强度机制为约束,计算得到了中国大陆及邻区岩石圈三维流变结构.结果显示：弱强度和低等效黏滞性系数的下地壳在中国大陆及邻区普遍存在,并且下地壳的流变强度和等效黏滞性系数比上地壳和岩石圈地幔一般要低1～2个数量级;中国大陆范围内青藏高原存在着厚度最大、强度最低的下地壳;青藏高原的岩石圈强度和等效黏滞性系数比华北、华南和印度板块的都要低;岩石圈流变结构的横向分布特征与重力梯度带和地形过渡带比较一致.中国大陆东南缘地震接收函数与地壳和上地幔结构
摘要：从2008-2011年,分别在中国大陆东南缘沿海和内陆两条NE向剖面上进行了宽频地震观测,利用记录到的远震波形资料提取得到1446个远震P波接收函数,用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法研究了中国大陆东南缘地壳及上地幔过渡带的结构及其变化特征.结合固定台网25个台站的H-κ结果,获得中国大陆东南缘（福建地区）地壳厚度从内陆到沿海逐渐减薄的图像：地壳从闽西北山区的33 km减薄到厦门沿海一带的29 km以下,平均地壳厚度为31.3 km,具有陆地向洋壳过渡的特征;地壳泊松比从内陆到沿海显示出分带特征,闽中西部内陆地区小于0.26,沿海地带高于0.26,且在断裂带的交汇区域表现为相对异常高值.地壳上地幔顶部（0～200 km）的CCP偏移叠加成像结果显示闽江断裂等NW向断裂深切Moho界面,在断裂两侧Moho面急剧抬升或下沉,产状改变,这些特征向内陆地区逐渐变得不明显.闽江等NW向断裂对研究区地壳厚度、地震等有明显控制作用.上地幔尺度（300～700 km）的CCP偏移叠加成像,未见410 km和660 km速度间断面突变和起伏异常,其绝对深度略大于IASP91模型的,上地幔转换带厚度正常（250±5 km）,表明中国大陆东南缘上地幔转换带未受欧亚与菲律宾板块碰撞的明显影响,推断中国大陆东南缘及台湾海峡下方不存在俯冲板块,或俯冲前缘未扰动到410 km的深度.2011年5月中国东北Mw5.7深震的非同寻常震源机制：区域波形反演与成因探讨
摘要：本研究利用中国区域宽频地震台的波形数据,应用gCAP （generalized Cut And Paste）方法反演了2010年2月18日和2011年5月10日中国东北中俄边界附近发生的两个深震的矩张量解,与全球地震矩张量测定机构的结果对比分析,证实了2011年5月深震具有显著的补偿线性单力偶矢量（CLVD）成分,表明基于区域波形资料的gCAP反演可获得较可靠的深震震源机制结果.结合研究区1977-2010年的深震震源机制数据反演确定的日本俯冲带前缘的区域应力场方向,分析认为2011年5月深震的非同寻常震源机制,可能是由于日本东北近海Mw9.0地震造成南东东向拉张应力的变化而造成的,属于日本俯冲带动力作用过程中的响应活动.地震的“序列归属”问题与ETAS模型——以唐山序列为例
摘要：历史上发生过强震地区的余震活动可能持续较长时间,而余震序列在何时可被看作正常的“背景地震活动”,即“序列归属”问题在地球动力学和地震物理中有重要意义.时-空“传染型余震序列”（ETAS）模型可分离“背景”地震和“丛集”地震,并用概率形式表示作为相应事件的可能性,为考察此问题提供了可能.本文以1976年唐山Ms7.8地震序列为例,对唐山地区1970年以来的ML4.0以上地震进行了时-空ETAS模型拟合,并以2010年以来发生的3次Ms4.0以上地震为例讨论了它们的“序列归属”问题.研究结果显示,3次Ms4.0以上地震的背景地震概率分别为0.72、0.88和0.76,表明它们作为1976年唐山Ms7.8的余震的可能性较低,更可能为背景地震.柴达木—祁连山地块内部震间上地壳块体运动特征与变形模式研究
摘要：以青藏高原北缘及东北缘的柴达木祁连山地块内的活动断裂、由断裂所围限的微小块体为研究对象,系统收集整理区内活动断裂定量参数和GPS速度场等资料,使用球面应变率计算方法分析研究区内GPS速度场得到现今构造应变率场,讨论区内最大剪应变率、面膨胀率与旋转率等参数与区域构造变形之间的关系;同时,依据区内详实的活动断裂资料建立精细的微小活动块体模型,利用Backslip模型反演断裂所围限的各个块体边界断裂的滑动速率、块体内部统一应变率及块体欧拉运动学参数等,并与活动构造方法获得的滑动速率做对比;最后,讨论研究区内由GPS速度场所揭示的地壳运动变形模式.结果表明：（1）柴达木—祁连山地区地壳运动,在沿着山脉走向上具有带状区域分块运动特征,大范围内具有弥散变形特征;（2）青藏高原北部变形场应是通过不同断裂差异性相对运动、区域内部逆冲挤压和块体旋转共同作用的结果.从鄂拉山到古浪民勤一带具有强烈的逆冲活动,其两侧地壳块体分别具有逆向旋转的运动性质;（3）在研究区东部GPS速度场所呈现顺时针旋转的形态,应是处于不同地块边界处的中下地壳与地幔介质差异驱动机制对上地壳块体所产生的作用,并以近地表断层应变率积累形式表现的结果,是祁连山地块、阿拉善块体、鄂尔多斯地块等大型块体推挤旋转影响下的复杂运动学形态.利用InSAR资料反演缅甸Mw6.8地震断层滑动分布
摘要：2011年3月24日缅甸东北部发生Mw6.8级地震.本文利用覆盖该地区的升降轨ALOSPALSAR数据,获取了该次地震的同震形变场,并采用灰度配准技术获取了其地表破裂位移.针对影像中因轨道不精确造成的非线性长波长误差,本文采用二次多项式曲面法予以去除,获取了更为精确的同震形变场.最后,基于弹性半空间形变模型反演了该地震的断层滑动分布.结果表明,该地震断层滑动以左旋走滑为主,兼具少许的倾滑运动分量,断层滑动主要集中分布在断层面0～10 km深度范围,最大滑动量达5 m,位于地表以下5 km深处.反演获得的地震标量矩为2.49×1019N·m,震级约为Mw6.8级.高频GPS双差残差模型监测强震地表运动
摘要：根据震时地表震动持续时间短的特点,以及双差残差的相关性,提出了基于双差残差建模的高频GPS强震位移监测方法.首先对震前若干历元各双差残差进行建模,地震发生后,利用模型对各双差残差进行预报,最后利用预报残差实现短时间尺度内的位移解算.利用一条长约1100 km基线的静态数据和El Mayor-Cucapah 7.2级地震的94个测站数据进行试验分析,结果表明,5 min预测时间内,静态数据的动态位移在N、E、U三个方向的定位中误差分别为6 mm、6 mm和13 mm,地震数据的解算结果与实际情况有较好的一致性.分量式钻孔应变观测耦合系数的计算
摘要：根据双衬套钻孔应变观测力学模型,推导出平面应力作用下各分量应变观测中两个耦合系数（A、B）的计算公式,为进一步确定地壳应变场最大、最小主应变的数值及方向提供了必需的前提条件,对当前国内外开展的利用钻孔应变进行地震、火山和板块边界的观测研究具有一定积极意义.研究结果表明,A、B与用双环模型和复变函数法解算出的c（面应变响应因子）、d（剪应变响应因子）之间分别存在2倍的关系（c=2A,d=2B）,并且二者绘制的曲线完全一致,c、d的物理含义分别是地壳岩石面应变与剪应变观测的井孔耦合系数.查干凹陷大地热流
摘要：查干凹陷是银根—额济纳旗盆地最具勘探潜力的凹陷,但是查干凹陷及整个银根—额济纳旗盆地的大地热流研究仍为空白,严重制约该盆地的油气资源的评价.本文通过测试19口井107块岩芯的岩石热导率和岩石热导率原位校正,利用协和平均公式计算得到查干凹陷各地层的岩石热导率大小；并利用9口井的温度数据,结合岩石热导率数据对查干凹陷的地温梯度和大地热流进行了计算.研究结果表明查干凹陷具有构造稳定区和构造活动区之间的中温型地温场特征,其平均地温梯度和大地热流分别为33.6℃/km,74.5 mW/m2.本文的研究成果为查干凹陷及银根—额济纳旗盆地油气资源评价提供地热参数.稀疏存储的显式有限元三角网格地震波数值模拟及其PML吸收边界条件
摘要：有限元法是复杂介质地震模拟的有力工具,它能比较客观地反映地震波的传播,比较细致地再现地震图像.但是,为了获得较精确的结果,有限元法模拟地震波的传播需要的网格点数多,具有计算量大和消耗内存多的缺点.针对上述缺点,本文对刚度矩阵采用压缩存储行（CSR）格式,以减少计算量并节省内存;采用集中质量矩阵得到对角的质量矩阵以提高有限元法（显式有限元）的计算效率;时间离散采用保能量的Newmark算法以提高有限元法的计算精度;采用变分形式（弱形式）的PML吸收边界条件对人工截断边界进行处理.通过与高精度的数值方法——谱元法的数值试验的对比表明,上述方法的引入可使有限元法在计算精度和计算效率方面均可取得比较显著的改进.为了获得相当的计算精度,相比于7阶谱元法,显式有限元法需要更精细的网格.然而,显式有限元法的计算速度比前者快近2倍,而内存需求仅为谱元法的1/4～1/6.基于MSFM的复杂近地表模型走时计算
摘要：地震走时层析成像方法是解决复杂近地表模型速度建模问题的重要技术.该方法是一种迭代反演方法,在反演过程中需要反复计算地震射线走时.故而,高效高精度且能适应复杂模型的走时计算方法是地震走时层析成像实用化的关键技术之一.本文引入医学成像领域研究的MSFM（Multi-stencils Fast Marching Methods）用于地震层析反演中的走时计算.该方法在标准FMM（Fast Marching Methods）基础上利用坐标旋转生成新的FMM计算模板,使计算网格点对角方向邻点参与计算,改善了标准FMM存在对角方向误差大的缺陷.本文分析对比了MSFM和标准FMM的计算精度和计算效率;针对地震层析成像技术解决的起伏地表模型建模问题,研究了起伏地表模型地震走时计算的MSFM实现方法;采用炮点邻近区域局部细分网格技术只需增加很少的计算量即可大幅提高计算精度.理论分析和模型试算表明MSFM算法明显改善了FMM的计算精度,同时保持了FMM算法的高效性.文章通过对崎岖地表模型的正演和层析反演试算,验证了基于MSFM的地震走时计算方法对复杂模型有很强的适应能力.研究表明该方法作为地震走时层析反演中高效高精度的正演算法,有很好的应用价值.弹性矢量波成像域联合层析反演
摘要：在地震弹性矢量波场框架下,推导了多波联合层析速度反演方程以及走时残差与角道集剩余曲率的转换关系式,提出了一种利用成像域角道集更新P波、S波速度的走时层析反演方法.其实现过程可以概括为：将弹性波多分量数据作为输入,基于高斯束实现矢量波场成像并提取角道集,利用层析反演方程求解慢度更新量,最终获得多波联合反演结果.模型试算和实际资料处理验证了该方法的反演效果,能够为弹性矢量波联合深度偏移提供高质量的叠前速度场.
