利用GRACE卫星精密微波测距确定星间平均电子密度
摘要：本文介绍如何利用GRACE两颗卫星之间K波段双频微波精密测距和轨道数据，得到星间平均电子密度．发展了一种将连续轨道电子密度极小对齐到零的方法，以消除整周模糊度；借助CHAMP卫星朗缪探针测量得到的轨道电子密度基值以及GPS掩星数据计算的等离子体垂直梯度标高，进一步修正了GRACE星间电子密度所固有的偏差；从而得到大约500km高度上长达近十年的全球电子密度数据．为了检验消除偏差后GRACE星间电子密度数据的可靠性，对比了GRACE卫星过Millstone Hill雷达上空时，非相干散射雷达观测到的大致同时和相近位置的电子密度数据，结果显示，二者之间的线性相关系数为0．97，平均偏差为-7．26％，GRACE星间电子密度总体稍微偏低，偏差的标准差为18．6％．为进一步验证本文方法所得数据的可用价值，利用消除偏差后的电子密度数据，对GRACE卫星与CHAMP卫星在近乎相同的地方时而高度不同的近圆极轨道上飞行的情况下，两颗卫星观测到的电子密度随经度和纬度的全球分布进行了对比分析．多方面的对比检验证明，本文方法得到的几乎连续10年的GRACE高度上全球电子密度数据基本可靠，为电离层气候学与天气学研究提供了宝贵资料．北极涛动低空大气环流特征及其与太阳活动的联系
摘要：通过北极涛动A0正负位相时期北半球1000hPa月平均位势高度、位势高度距平和气温月距平图对比分析可知，北极区域异常增暖时期对应着AO负位相时期，丽北极区域异常偏冷时期对应着AO正位相时期，说明北极区域气温异常变化是决定AO异常变化的重要因子．逐次滤波法分析可知，冬季1月北极涛动现象表现出十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期和准22a年代际周期，具体表现为：（1）冬季1月北极涛动现象具有十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期．准110a世纪周期对于北极涛动指数的方差贡献率达到44．4％，是冬季1月北极涛动现象最显著的世纪际变化特征．（2）谱分析结果表明，滤除准110a世纪周期变化以后的1月北极涛动指数具有显著的22a周期，其方差贡献率达到18．5％，乃仅次于准110a世纪周期之后北极涛动指数年代际变化重要特征．对比分析表明，太阳活动尤其是太阳磁场磁性指数变化与1月北极涛动22a周期变化呈密切的反相关关系，二者变化趋势基本相反，即多数情况当太阳磁性指数MI由最低值转为上升以后都可引起北极涛动AO由最高值转为下降；当太阳磁性指数MI由最高值转为下降以后都可引起北极涛动AO由最低值转为上升．综上所述，北极涛动的准110a世纪周期变化、22a年代际周期变化对于北极涛动方差贡献率达到62．9％，标志着太阳活动是北极涛动的重要驱动因子．边界层参数化方案对边界层热力和动力结构特征影响的比较
摘要：本文利用高分辨率中尺度WRF模式，通过改变边界层参数化方案进行多组试验，评估该模式对美国北部森林地区边界层结构的模拟能力，同时比较了五种不同边界层参数化方案模拟得出的边界层热力和动力结构．结果表明：除个别方案外，配合不同边界层方案的WRF模式都能成功模拟出白天对流边界层强湍流混合特征和夜间稳定边界层内强逆温、逆湿和低空急流等热力和动力结构．非局地YSU、ACM2方案在白天表现出强的湍流混合和卷夹，相比于局地MYJ、UW方案，模拟的对流边界层温度更高、湿度更低、混合层高度更高、感热通量更大，更接近实际观测，这表明在不稳定层结下考虑非局地大涡输送更为合理，但局地方案在风速和风向的预报上存在一定优势．TEMF方案得到的白天局地湍流混合强度为所有方案中最弱，混合层难以发展，无法体现对流边界层内气象要素垂直分布均匀的特点．对于夜间稳定边界层的模拟，不同参数化方案之间的差异较小，但是YSU方案在一定程度上高估了机械湍流，导致局地湍流混合偏强，从而影响了其对稳定边界层的模拟能力．基于GRACE Follow—On卫星重力梯度法精确反演地球重力场
摘要：由于GRACE Follow-On双星系统等效于基线长为星间距离的一维水平重力梯度仪，因此本文基于GRACE Follow—On卫星重力梯度法开展了精确和快速反演下一代地球重力场的可行性论证研究．研究结果表明：第一，基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法（GFO-SGGM），利用卫星轨道参数（轨道高度250km、星间距离50km、轨道倾角89°、轨道离心率0．001）、关键载荷测量精度（星间距离10^-6m、星间速度10^-7m·s^-1、星间加速度10^-10 m·s^-2、轨道位置10^-3m、轨道速度10^-6m·s^-1、非保守力10^-11 m·s^-2）、观测时间30天和采样间隔10s反演了120阶地球重力场，在120阶处累计大地水准面精度为9．331×10^-4m．第二，在120阶内，利用将来GRACE Follow—On双星反演地球重力场精度较现有GRACE双星平均提高61倍，因此GRACE Follow-On卫星重力梯度法是进一步提高地球重力场反演精度的优选方法．第三，下一代GRACE Follow—On计划较当前GRACE计划的优点如下：轨道高度更低（200-300km）、载荷精度更高（10^-7～10^-9m·s^-1）和星间距离更短（50--100km）．一种新的基于R—D分析的重力匹配辅助导航算法
摘要：针对现有重力辅助导航匹配算法匹配精度、匹配率受惯导初始位置误差影响较大以及实时性较差等不足，提出一种实时重力辅助导航匹配算法．新算法利用惯导输出的相对位置信息，提取半径、方向角约束模型，然后通过对相似性进行度量，筛选出待匹配点，得到最优匹配参数，该算法可以在惯导初始误差较大的情况下进行实时、高效匹配．实验结果表明，新算法对惯导初始误差不敏感、鲁棒性好，而且精度高、实时性强．动态PPP定位中周跳自动探测与处理策略
摘要：周跳的自动探测与有效处理是动态PPP定位中关键和棘手的问题．本文提出利用L1、L2、L4、L5历元间差分，并联合doppler积分综合探测与定位周跳．对准确判定发生周跳的卫星，不进行周跳的固定和修复，而是将其作为新升起的卫星重新估计模糊度．这一处理策略避免了周跳修复不准对整个定位精度的影响，当保证不少于4颗卫星连续跟踪时，PPP动态定位的精度是稳定的，实验结果表明：在相对比较恶劣的动态环境下，动态PPP定位精度可以达到0．1～0．2m水平．青藏高原松潘-西秦岭-临夏盆地深地震反射剖面——采集、处理与初步解释
摘要：由于印度洋板块向亚欧板块俯冲使青藏高原不断隆起，其形成不仅导致了亚洲大陆内部强烈的晚新生代构造变形，还对其边缘地区的地貌格局产生重大影响．青藏高原东北缘是青藏高原向北东方向扩展的前缘部位，是印度与欧亚两大板块碰撞作用由近南北方向向北东、东方向转换的重要场所．本文利用2004年和2008年完成的深地震反射剖面资料，采用关键处理技术和参数开展唐克-合作剖面与合作-临夏剖面联线处理，获得总长约400km的深地震反射剖面，完整揭示了西秦岭造山带及其两侧盆地的地壳结构和构造变形样式．结果显示西秦岭造山带下地壳向若尔盖逆冲推覆的深部构造特征；西秦岭下地壳北倾的强反射及其北侧南倾的强反射特征揭示出扬子与华北两个大陆板块在西秦岭造山带下的汇聚行为．Moho的埋深和起伏形态表明青藏高原东北缘地壳经历了高原隆升后强烈的伸展减薄作用．汶川地震同震形变场的GPS和InSAR邻轨平滑校正与断层滑移精化反演
摘要：为克服InSAR观测汶川地震同震形变场的邻轨不连续问题，提出联合GPS观测值与邻轨平滑约束的同震位移校正方法，采用GPS观测形变去除PALSAR轨道误差引入的残留平地相位，基于形变平滑条件校正邻轨干涉相位的不连续性．ALOS／PALSAR干涉处理结果表明，校正后同震形变场的准确度与平滑性得以显著提高，InSAR高相干点残差达3．6cm，校正后精度提高约60％，低相干点精度提高约40％，校正后形变场的邻接平滑因子标准差减小约33％，验证了轨道误差校正与邻轨平滑约束方法的准确性与可靠性．进一步基于弹性半空间位错模型的断层滑移反演结果表明，断层滑移主要分布于映秀、北川和青川地区，集中于地壳深度0～16km范围，最大滑动量（位于北川县城）约为9．0m，GPS反演模型残差为5．5cm，InSAR反演模型残差达9．2cm，InSAR反演精度约有30％的显著提高，由模型反演计算得到的地震矩为8．0469×10^20N·m．近地表倾角和无地表破裂前期逆冲地震对汶川Ms8．0地震逆冲滑动量随深度分布形态的影响
摘要：逆冲滑动是汶川地震的初始和主要震源过程，其破裂滑动量随断层深度的分布形态与多数板内逆冲强震不一致．本文用摩压比值来表征断层沿线的局部破裂危险程度，通过数值实验讨论了底部破裂源、近地表倾角和无地表破裂的前期地震等对铲形逆冲断层的破裂危险分布和破裂滑动分布的影响．有限元数值模拟结果显示，在巴颜喀拉块体对龙门山断裂带的高强度挤压下，上陡下缓近地表陡倾角的铲形断层形态使得汶川发震断层近地表对逆冲破裂和滑动有一定的阻碍作用；破裂滑动量集中于发震断层中部的前期逆冲地震是造成汶川Ms8．0地震逆冲滑动分布异于板内逆冲强震滑动分布现象的一个可行解释．临汾盆地地壳精细结构和构造——地震反射剖面结果
摘要：采用深、浅地震反射相结合的探测方法，对临汾盆地的地壳结构和隐伏活动断裂进行了研究．结果表明，研究区地壳具有清晰的上、中、下地壳结构特征，其地壳厚度约为38～42km．临汾盆地为典型的半地堑沉积盆地，盆地沉积层最深处约为5～6km．莫霍面在临汾盆地下方出现约3km的上隆，其展布形态与盆地基底呈“镜像”对应关系，显示出临汾盆地为拉张作用下的纯剪切盆地模式．深地震反射剖面揭示的一系列铲状或面状正断层在剖面上表现为“负花状”构造特征，其中，罗云山山前断裂和浮山断裂为临汾盆地的东、西边界控制断裂，具有规模大、切割深度深和多期活动的特点，对临汾盆地的形成、地层沉积和褶皱以及地震活动都有重要的控制作用．研究结果为深入理解该区的深部动力学过程、分析研究深浅构造关系、评价断裂的活动性提供了依据．土层场地的放大作用随深度的变化规律研究——以金银岛岩土台阵为例
摘要：为了探究土层场地放大作用的机制，利用金银岛岩土台阵在四次地震中记录的26组弱震动的三分量加速度时程，采用考虑上行波场与下行波场相消干涉作用的传统谱比法，研究了土层场地的放大作用随深度的变化规律．结果表明：（1）地震波从基岩传播到土层中时，土层的多个振型被激励，放大作用随深度的变化是按照不同振型的特征而有规律地变化．自下而上直至地表，一阶振型的场地放大作用是逐渐增大的；；二阶振型的场地放大作用经历了逐渐减小和逐渐增大两个过程；三阶振型的场地放大作用经历了逐渐增大、逐渐减小和逐渐增大三个过程；四阶振型的场地放大作用经历了逐渐减小、逐渐增大、逐渐减小和逐渐增大四个过程；更高阶振型的场地放大作用可以据此类推．（2）四次地震中同一振型的NS和EW两个水平分量的自振频率相差很小；二阶到六阶5个振型与一阶振型的自振频率之比小于相应的理论模型之比．（3）四次地震中均存在一些高阶振型的放大系数大于其一阶振型相应分量的放大系数的现象．目前的场地反应分析中，往往将最大放大系数对应的频率作为场地的卓越频率，这么做的结果，很有可能将不同振型的自振频率作为场地的卓越频率，导致同一地震中不同水平分量的卓越频率相差较大，或者在不同地震中同一水平分量的卓越频率差别较大，难以描述场地的固有特性；而按照不同振型分析场地放大作用的特征，可以从本质上揭示场地的固有特性．断层阶区对震源破裂传播过程的控制作用研究
摘要：地震破裂能否穿越断层阶区（stepover）引发更大震级的地震是震源动力学研究的重要内容．本文利用不连续变形体接触力学的动态有限单元方法，模拟断层阶区对地震破裂传播的控制作用．通过改变断层周边初始应力场、断层面上的摩擦本构关系以及断层阶区的间距大小来分析各个因素对破裂传播的影响，并定量分析产生这些影响的力学机制．模拟结果表明：断层面上的摩擦系数减小或断层周边区域内的初始剪应力增大，都将增加断层破裂跳跃阶区传播的可能性；此外，若断层阶区间距越小，断层破裂也越容易跳跃阶区传播．计算结果还显示：断层上的摩擦系数大、初始剪应力小、断层阶区间隔大，那么此阶区所在之处将可能是断层破裂的终止位置；相反，当断层面上的摩擦系数较小、初始剪应力较大、断层阶区间隔较小，破裂就容易穿越阶区而出现较大的地震．同时，从模拟结果可以看出，在发震断层破裂停止后，应力将继续向四周传播；当应力积累达到破裂极限时，触发断层阶区中的另一断层产生破裂，因此在破裂跳跃断层阶区的过程中存在一个时间延迟．最后，破裂能否跳跃断层阶区，可以利用库仑应力在空间的分布进行合理的解释．小行星撞击对地球的上地幔对流的影响
摘要：本文分别基于数值结果和地质学模型，在假定地球的上地幔存在稳定Rayleigh—Benard对流的基础上，模拟了直径为10km（陨石坑直径约180km，以Chicxulub为例）和直径为100km（陨石坑直径约1000km）的小行星撞击对地球的上地幔对流格局的影响．本文将直径10km小行星的撞击效果等效为热异常，将直径100km小行星的撞击效果等效为热异常和速度异常（主要指陨石坑底部的回弹）的叠加．计算结果表明，当小行星的直径在10km左右时，撞击对上地幔对流的影响十分微弱，热扰动时间仅2—3Ma；而当小行星的直径达到100km时，撞击就会对上地幔对流产生强烈影响．这时，对流从扰动到新的稳态有一定模式可循（依次为：调整、多个对流环、调整、稳定），扰动的持续时间受黏度和撞击点位置影响，同时稳定后地幔热柱会向着撞击点的方向产生一定的位移．利用自然伽马测井计算准噶尔盆地沉积层生热率及其热流贡献
摘要：沉积层放射性生热的热流贡献（沉积层热流）是沉积盆地大地热流的重要组成部分，能够有效促进中国西部“冷”盆深层-超深层烃源岩的增温和热演化．本文利用不同的自然伽马（GR）-生热率（A）经验关系式分别计算了准噶尔盆地不同构造单元16口钻孔共6120个沉积层生热率，通过与实测生热率的统计对比，确定了适用于研究区的GR—A经验关系，建立了准噶尔盆地地层生热率柱，据此计算了研究区沉积层热流贡献，并以盆参2井为例定量分析了沉积层热流的增温效应．结果表明，准噶尔盆地沉积层平均生热率为1．179±0．339μW·m^-3，总体上随着时代变老，沉积层生热率呈现出递减趋势．准噶尔盆地沉积层热流平均为7．9±4．9mW·m^-2，约占地壳热流的29．20和大地热流的19．6％，区域上与盆地沉积层厚度大体一致，表现为中央坳陷最高，北天山山前冲断带变化较大，陆梁隆起和西部隆起次之，东部隆起和乌伦古坳陷最低．沉积层热流能够有效增高深层-超深层烃源层受热温度，促进有机质热演化，如在考虑和忽略沉积层生热的两种情况下计算的盆参2井下侏罗统三工河组烃源岩底部（5300m）温度差异最大为7．3℃，这显然对于地温梯度小、主体油气藏埋深大的准噶尔盆地油气资源评价和勘探目标优选具有重要意义．沉积速率对渤中坳陷大地热流的影响
摘要：盆地内快速剧烈的构造作用可导致热异常，在利用盆地热历史揭示深部动力学过程时，需消除热异常的影响．本文根据瞬时热传导原理，校正了渤海湾盆地渤中坳陷低热异常，准确地约束了盆地深部动力学状态．对渤中坳陷内3口典型井进行热流校正结果表明，渤中坳陷古近纪以来快速沉积导致其现今（～60．9mW·m^-2）未达到热平衡（低热异常）．校正后的热流值平均约为67．4mw·m^-2，比现今高5～10mW·m^-2．利用校正后的热流值计算得到的渤中坳陷的“热”岩石圈的平均厚度约为70km，比修正前的厚度（82～100km）减少了13～28km．从重力场识别与提取地壳变形带信息的方法研究
摘要：表面形貌识别是指用具体的参数表征表面各区段几何形态及属性并最终对不同类型的表面形貌进行识别，表面刻痕识别是其中的一种．以随机过程理论为基础的表面刻痕识别技术可以确切地识别表面形貌的各项特征，其各阶谱矩及统计不变量可以对表面的刻痕以及各向异性进行详细地刻画．区域重力场上的各向异性刻痕主要反映地壳线状变形带，它们常常是区域大地构造单元的边界．本文用重力场研究地壳变形带信息识别方法，将二阶谱矩、统计不变量等参数赋予一定的地质构造含义，并定义了脊形化系数、边界脊形化系数等，从而更详细地表征地壳变形带及大陆构造单元边界信息．理论模型与实际数据试验结果均表明，地壳变形带信息识别方法不但对重力场上地壳变形产生的线形刻痕进行了有效的刻画，而且提取出的刻痕信息，可为大陆构造单元划分提供客观依据．自然电场的区域性变化特征
摘要：以场源为分类原则，地电场E由自然电场Esp和大地电场E T构成．Esp起源于地下介质物理、化学作用，通常其变化及稳定性具有明显的局部场地特征；E T起源于空间电流系和潮汐力，在日变波形、频谱特征上表现出广域性．在形成微观机理方面，Esp和E T能够具有部分相同的机理过程．2008--2013年，在南北地震带附近13个代表性场地，多数Esp不具有清晰的年变波形，其稳定性也受区域、场地、方位、构造活动等因素影响．在这些地区，E sp较平稳的持续升降、快速跃变、突跳等现象常见，同一主断裂带附近或局部区域内，这些大幅变化的趋势转折点多具有时间同步或准同步性，同一时段数据稳定性可能类似，但形态变化存在场地因素而不具相关性．E sp较平稳期间，应用潮汐地电场频谱特征计算的裂隙水主体渗流方位a易处于相对稳定状态，而在其剧烈变化期间的a常会明显变化．以潮汐地电场频谱特征逐日计算a值，可能揭示场地裂隙、裂隙水渗流、主压应力的逐日变化信息，进而可解析Esr、E T宏观变化的微观机理过程．基于平均导数方法的声波方程频率域高阶正演
摘要：本文首先阐明了基于旋转坐标系的频率域正演算法只能适用于相同横纵向空间采样间隔的局限性，并发展了一种新的基于平均导数方法（average-derivative method，简称ADM）的25点有限差分格式来实现声波方程频率域高精度正演．这种基于平均导数方法的算法将声波频率域方程中空间导数项的差分近似表示为正交方向上5个网格点的加权平均形式，能适用于不同的横纵向空间采样间隔，因此能作为四阶声波频率域正演的一种统一格式，具有很好的适用性．通过优化方法求取空间导数项和加速度项的加权优化系数，从而使数值频散达到极小化，每个波长所需要的网格点数在1％的误差范围内仅为2．78个网格点数．本文通过引入完全匹配层（perfectly matched layer，简称PML）吸收边界条件，有效地消除了人工边界反射．数值模拟结果验证了本文25点ADM算法的有效性和准确性．
