太阳高能粒子（SEP）传播数值模拟中的太阳风背景场研究
摘要：太阳高能粒子（SEP）事件是一类重要的空间天气灾害性事件,如能准确预报SEP事件,人们便可以采取必要的防护措施,保障卫星、星载设备以及航天员的安全,尽可能地降低经济损失.因此,其数值预报研究在空间天气预报研究中占有很重要的地位.SEP事件中的高能粒子在不同的时间尺度内被耀斑过程或者CME驱动的激波加速,并且在被扰动后的行星际太阳风中传输,这些过程都紧紧依赖于太阳风背景场.因此获取更加接近物理真实的太阳风背景场是模拟SEP事件的重要部分,也是提高SEP物理模式的关键因素之一.我们目前的工作基于张明等发展的SEP在行星际空间传播的模型,尝试将Parker太阳风速度解及WIND飞船观测的磁场实时数据融入模型中,研究不同的太阳风速度以及真实磁场分布对SEP在行星际空间中传播的影响.通过求解聚焦传输方程,我们的模拟结果表明：（1）快太阳风条件下,绝热冷却效应项发挥了更大的作用,使粒子能量衰减的更快,而慢太阳风对粒子的通量变化没有显著影响;（2）加入观测的磁场数据时,粒子的全向通量剖面发生了比较明显的变化,具体表现在：通量峰值推迟到达、出现多峰结构、各向异性也发生一些改变.分析表明真实磁场的极性对粒子在行星际空间中传播有着重要的影响.F1层未充分发展时的电离层剖面反演
摘要：垂测电离图反演对研究电离层结构及运动、电离层波传播、空间气象应用等具有重要意义,一直以来受到十分广泛的重视.F1层未充分发展的回波描迹是垂测电离图中观测到的最多的一种情况,此时垂测描迹上表现为F1层到F2层的平滑过渡,而不是F1层充分发展时出现的尖点,然而现有电离层模型以及反演算法更多的是针对F1层充分发展情况,即模型剖面在F1层峰高处近似为抛物形状,此处电子浓度剖面梯度为无穷大,这不符合F1层未充分发展时的剖面形态,即F1层剖面未到达抛物顶点处就已经达到该层电子浓度的最大值然后到达F2层,剖面梯度为一个有限的数值.因此,本文针对垂直探测中经常出现的F1层未充分发展情况,引入F1层模型设定临频这一参数,建立了F1层未充分发展时的基于移位切比雪夫多项式的电离层模型,并从电离层剖面的光滑性考虑,在所建模型的基础上,提出了约束优化F1层参数、F2层参数的垂测电离图反演方法.然后,通过仿真分析,从理论上验证了所建电离层模型和反演算法的合理性,并通过反演电子浓度剖面合成的垂测、斜测描迹与实测数据的对比,对反演算法的有效性进行了进一步的试验验证.青藏高原上空UTLS区域一次地形重力波过程中的物质上传
摘要：利用美国航空航天局MERRA（Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications）再分析资料和MODIS（Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer）卫星资料以及欧洲气象中心ECMWF-Interim（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）再分析资料,分析了发生于青藏高原北侧上空的一次地形重力波事件,并使用中尺度预报模式WRF-ARW.V3.0（Weather Research and Forecasting model,V3.0）对其进行了数值模拟.在此基础上,诊断分析了此次地形重力波在UTLS（Upper Troposphere and Lower Stratosphere）区域造成的物质和能量垂直传输特征.分析结果表明这一中尺度地形重力波信号的水平波长约为600km,与地形扰动水平尺度接近,重力波在对流层中传播的垂直波长约为3km,在垂直方向上随着高度的增加呈现出由东向西倾斜的结构特征.此次地形重力波上传进入平流层并在150hPa附近破碎,波破碎后动量通量在短时间内发生了强烈的衰减,重力波携带的能量在破碎高度附近释放.重力波破碎的同时垂直方向湍流混合变得异常强烈,湍流交换系数可在短时间内增加到背景值的8倍以上,剧烈湍流混合过程导致了对流层上层的空气进入平流层,使下平流层空气出现了位势涡度和臭氧的低值区,在浮力频率的垂直剖面中也可以看到由于地形重力波过程造成的平流层下层浮力频率异常低值区.YSU边界层参数化方案中不同地形订正方法对地面风速及温度模拟的影响
摘要：为了修正中尺度气象模式WRF（Weather Research and Forecasting model）对低层风速模拟的系统性误差,有学者在新版本WRF模式的YSU（Yonsei University）边界层参数化方案中加入了两个地形订正方法：Jiménez方法和UW（University of Washington method）方法.本文利用这两个地形订正方法,选取了两个时间段,对北京地区的地面气象要素以及气象要素垂直廓线进行了个例模拟研究,模拟结果和观测数据的比对表明在北京地区：是否采用地形订正,对地面温度的模拟几乎没有影响;采用地形订正后,模式对地面风速的模拟有明显的改进,两种方法对风速模拟的差别主要体现在山/丘陵地区;Jiménez方法在山/丘陵地区的模拟风速明显偏大,而采用UW方法进行订正后,模拟的风速减小,更接近观测值;两种方法在山谷地区对风速均有一定的过度订正.通过分析气象要素的垂直廓线发现,不同地形订正方法主要影响的是2000m以下的低层风速.总体而言,UW地形订正方法在北京地区更为适用,采用UW方法后,模拟得到的地面气象要素的各项统计参数基本达到了统计基准值.陇东黄土高原下垫面不均匀性指标的建立及其对大孔径闪烁仪（LAS）观测感热通量的影响
摘要：目前定量研究下垫面不均匀性对大孔径闪烁仪（LAS）、涡动相关仪（ECS）观测感热通量差异的影响还比较少.本文利用黄土高原庆阳观测站2012年6、7月典型晴天两主风向范围E-SE和SW-W的陆面过程数据,在建立了下垫面不均匀性定量化指标的基础上,分析了下垫面不均匀性与地表温度变率的关系及其对LAS、ECS观测感热通量差异的影响.结果表明：庆阳站下垫面不均匀性大小η和地表温度变率г具有很好的相关性,相关系数达到0.566以上,证明了新建立指标的合理性.下垫面不均匀性大小η和LAS、ECS观测的感热通量差异HLAS-HECS具有很好的一致性,相关系数达到0.634.下垫面不均匀性对LAS和ECS的感热通量差异影响显著,下垫面越不均匀LAS和ECS测量的感热通量差异越大.对两主风向分别进行分析,在E-SE风向范围η和HLAS-HECS的相关系数为0.430,HLAS和HEC拟合的线性趋势系数为1.279,在SW-W风向范围η和HLAS-HECS的相关系数为0.680,HLAS和HEC拟合的线性趋势系数为1.297.下垫面不均匀性的影响程度越大,LAS和ECS观测的感热通量差异越大.空间大地测量GPS揭示的汾渭盆地及其邻域现今地壳应变场变化特征
摘要：利用汾渭盆地及其邻域2001—2007年与2009—2011年高精度GPS监测资料,基于区域构造特点,采用块体运动应变模型结合数理统计假设检验法,建立了区域合理的地壳运动应变模型,基于此定量研究了区域现今地壳应变场及其变化特征,特别是2008年汶川强震对汾渭盆地区域变形特征的作用影响,同时从盆地整体上分析了盆地内多发的地裂缝灾害与区域整体构造变形特征之间的内在关系.研究结果表明：经统计检验判断,选择合理的区域地壳运动应变模型,对获取真实反映区域实际构造变形特性的应变参数具有重要的作用;2008年汶川强震对青藏东边缘地块及渭河盆地西侧局部地区应变场造成一定的影响,但是震后上述区域并没有出现显著的应变积累而是呈现出应变量值较震前减小的特征,分析其原因可能是因为此区域并不是强震造成的库仑应力显著增加区,在震后2009—2011年时间段内处于构造应力场的松弛调整期;汶川强震没有显著改变研究域现今整体的构造变形背景特征,区域地壳构造活动特征仍具有较好的继承性;基于研究域构造块体具有各向同性连续弹性变形的前提,初步推断整个汾渭盆地内多发的地裂缝灾害可能是区域NW—SE向拉张应力场作用下的地表破裂响应.空间大地测量GPS揭示的汾渭盆地及其邻域现今地壳应变场变化特征
摘要：利用汾渭盆地及其邻域2001—2007年与2009—2011年高精度GPS监测资料,基于区域构造特点,采用块体运动应变模型结合数理统计假设检验法,建立了区域合理的地壳运动应变模型,基于此定量研究了区域现今地壳应变场及其变化特征,特别是2008年汶川强震对汾渭盆地区域变形特征的作用影响,同时从盆地整体上分析了盆地内多发的地裂缝灾害与区域整体构造变形特征之间的内在关系.研究结果表明:经统计检验判断,选择合理的区域地壳运动应变模型,对获取真实反映区域实际构造变形特性的应变参数具有重要的作用;2008年汶川强震对青藏东边缘地块及渭河盆地西侧局部地区应变场造成一定的影响,但是震后上述区域并没有出现显著的应变积累而是呈现出应变量值较震前减小的特征,分析其原因可能是因为此区域并不是强震造成的库仑应力显著增加区,在震后2009—2011年时间段内处于构造应力场的松弛调整期;汶川强震没有显著改变研究域现今整体的构造变形背景特征,区域地壳构造活动特征仍具有较好的继承性;基于研究域构造块体具有各向同性连续弹性变形的前提,初步推断整个汾渭盆地内多发的地裂缝灾害可能是区域NW—SE向拉张应力场作用下的地表破裂响应.利用超导重力数据探测Slichter模三重分裂信号
摘要：本文基于2004苏门答腊地震后全球地球动力学计划观测网中9台超导重力仪13200h的连续重力观测数据,联合利用整体经验模态分解（EEMD）、最优序列估计（OSE）、积谱密度分析（PSA）和自回归估计（AR）方法,探测地球固态内核平动振荡模态（Slichter模）的三重分裂信号.利用EEMD提取常规预处理后的重力残差中包含目标频段的本征模态函数（IMFs）作为最终的重力残差之后,将每个台站的重力残差平均分成无重叠的3个子数据块,再应用OSE和PSA方法获取Slichter模三重分裂谱线的积谱密度,并采用AR方法估计各积谱中弱共振信号的中心频率及其误差.结果表明,结合OSE和PSA方法探测到三个清晰的谱峰,周期分别为5.8307±7.1×10^-4h、5.2161±8.1×10^-4 h和4.7536±5.2×10^-4 h,分别对应Slichter模三重分裂谱线m=-1、m=0和m=＋1,且三个谱峰的周期与Crossley（1992）、Rochester和Peng（1993）、Peng（1997）和Rogister（2003）基于PREM地球模型给出的Slichter模理论周期非常接近,也与Ding和Shen（2013）建议的＂可能的观测结果＂较为接近.参考现有的理论和观测结果,本文认为这三个信号可能是Slichter模三重分裂谱线.基于泊松小波径向基函数融合多源数据的局部重力场建模
摘要：融合多源数据的高精度、高分辨率的局部重力场建模是物理大地测量学的前沿和热点问题.本文研究了基于径向基函数融合多源数据的局部重力场建模方法,利用Monte-Carlo方差分量估计实现了不同类型的观测数据的合理定权,引入了最小标准差法确定基函数的适宜网络,分析了地形因素对于基函数网络确定及局部重力场建模精度的影响.以泊松小波基函数为构造基函数,结合残差地形模型,融合实测的陆地重力异常、船载重力异常及航空重力扰动数据构建了局部区域陆海统一的似大地水准面模型.研究结果表明：引入残差地形模型平滑了地形质量引入的高频扰动信号,简化了基函数的网络设计;并提高了重力似大地水准面的精度,平原地区其精度提高了4mm,地形起伏较大的山区其精度提高了约5cm.总体而言,基于＂三步法＂构建的局部重力似大地水准面在荷兰、比利时及德国相关区域,其精度分别达到1.12cm、2.80cm以及2.92cm.基于虚拟特显点的高精度InSAR性能评估方法
摘要：由于特显点的高相干性,基于图像特显点的InSAR性能评估方法存在指标计算偏高的技术缺陷.为了客观评价InSAR性能,通过在实际特显点邻域引入虚拟特显点作为评估样本点,提出一种改进的InSAR性能评估方法.该方法利用特显点的高信杂比特性,并通过实际特显点和虚拟特显点的精确相对定位,可准确估计虚拟特显点在SAR图像中位置坐标,同时避免了特显点高相干性的不利影响.全流程的分布式卫星InSAR信号仿真实验验证了虚拟特显点InSAR性能评估方法的有效性,绝对、相对干涉相位估计精度及绝对、相对测高精度等主要InSAR性能指标的计算精度更高.中国海—西太平洋莫霍面深度分布特征及其地质意义
摘要：中国海—西太平洋位于欧亚板块、印澳板块和太平洋板块的交汇处,构造运动剧烈,地质情况复杂,是认识板块运动、洋陆相互作用、物质交换和能量传递不可多得的窗口,而莫霍面深度对于研究壳幔结构以及深部动力过程有着重要的意义.本文使用最新的覆盖全球的重力和地形数据,收集了深地震测深、多道地震测深等剖面183条,数字化得到2982个控制点,使用带控制点的三维界面反演方法来约束反演过程,得到中国海—西太平洋莫霍面深度,由莫霍面形态分析可知大洋板块的俯冲和印澳板块与欧亚板块的碰撞对西太平洋边缘海的形成演化有着重要作用.结合地热、岩石圈厚度、地震活动等地质地球物理资料,分析得知研究区内各个海域莫霍深度和地壳性质的变化是处于不同构造演化阶段的表现.并在马里亚纳沟弧盆拟合一条重力2.5维剖面,结果表明热物质上涌导致了马里亚纳海槽处地幔密度减小,马里亚纳海槽以及帕里西维拉海盆到西马里亚纳海岭的下地壳高密度异常是由残留的岩浆岩引起的.远震P波接收函数揭示的张家口（怀来）—中蒙边境（巴音温多尔）剖面地壳厚度与泊松比
摘要：本文使用时间域迭代反褶积算法,从张家口（怀来）—巴音温多尔一线布设的41个宽频地震台站、1年期间记录的连续三分量数据中提取到高质量的P波接收函数1844个.用H-κ扫描方法获得了测线下方Moho深度与波速比值（VP/VS）进而计算出泊松比,用共转换点（CCP）叠加方法获得了沿测线Moho面起伏图像.结果显示：（1）测线下方Moho深度平均40km,仅各块体边界处出现Moho深度小尺度急剧变化.整体上,Moho面产状相对于索伦缝合带大致对称,在缝合带南侧的温都尔庙带和白乃庙带下方呈南倾趋势,在缝合带北侧的宝力道带、贺根山杂岩带下方呈北倾趋势.（2）华北克拉通北缘泊松比总体较高,兴蒙造山带整体较低;各次级块体内部泊松比分布相对稳定,块体分界带附近往往存在泊松比值的升降扰动.（3）整条测线地壳厚度和泊松比之间存在弱的负相关关系,表明存在构造作用的影响.（4）整条测线泊松比呈现以索伦缝合带南缘为对称轴的非线性分布.本文所获得的地壳上地幔结构以及泊松比分布特征,支持古亚洲（索伦）洋（南北）双向俯冲,最终沿林西断裂闭合的动力学模式.基于InSAR的青海大柴旦地震三维同震形变场获取与震源特征分析
摘要：本文利用Envisat ASAR的升、降轨和宽幅数据,通过基于先验知识的最小二乘迭代逼近获取大柴旦2次地震的地表三维同震形变.结果表明,2008年MW6.3地震垂直向形变主要发生在断层南盘,以隆升形变为主,最大隆升量约10cm,北盘沉降量小于等于-1cm.东西向形变在南盘呈向东运动的特征,最大运动量约4cm,北盘向西运动,最大运动量约为-2cm.2009年MW5.8地震垂直向形变显示断层南盘抬升的特征,最大抬升量约27cm,北盘最大沉降量约-3cm.东西向形变表现为南盘向东运动,最大约10cm,北盘向西运动,约为-4cm.可以看出这两次地震均表现为逆冲为主,兼少量左旋走滑的震源特征.视线向结果无法判定同震形变的少量走滑特征,而地表三维分量可以有效地识别出少量左旋还是右旋走滑的震源特性.本文以视线向、垂直向、东西向形变量作为约束条件,利用Okada模型正演了2008年地震同震三维形变场.结果显示,采用逆冲兼少量左旋走滑的发震断层参数,视线向、垂直向、东西向正演结果与观测结果吻合.这也表明采用分解后的地表三维同震形变场可以有效地识别出发震断层的少量左旋走滑特征.长白山地区现今地应力测量结果与应力状态分析
摘要：本文通过在长白山地区不同地点进行原地测量获得了现今地应力实测值的大小和方向.为了研究长白山地区现今地应力状态,结合长白山火山监测工程的需要,我们在长白山地区进行了现场地应力测量,首次取得了该区的地应力实测数据.测量方法采用水压致裂法,测点分别布置在安图县永庆乡东清村和松江镇冰湖屯村,抚松县仙人桥镇大青川村等三个不同的构造部位,测量深度为40～95m.测量结果表明：本区现今最大水平主应力方向在天池北部以NW—NNW向为主,而在天池西部则为近EW向为主;最大水平主应力值一般为2.31～12.39 MPa,最小水平主应力值一般为1.39～7.02 MPa.与其他地区相比较,本区属中等偏高应力区.本文对研究区现今应力状态进行了初步分析,本区现今地应力状态主要受区域构造影响,同时受天池岩浆活动和地热田的影响,具有复杂性.正应力扰动对断层滑动失稳影响的实验研究
摘要：利用双轴伺服控制加载装置,采用三块花岗闪长岩标本组成的含有两个滑动面的直剪结构,开展了摩擦滑动实验.实验中通过在垂直滑动面的载荷上叠加正弦波状和方波状的扰动,研究了正应力扰动对断层黏滑失稳的影响.研究表明,在恒定的正应力和位移速率下,标本表现为规则的黏滑,叠加正应力扰动后,随扰动振幅的增加黏滑发生时间与扰动的相关性增大,黏滑应力降和时间间隔的分布趋于离散.黏滑应力降和时间间隔的平均值随平均正应力的增加呈线性增长,扰动叠加后黏滑应力降的离散度随平均正应力的增加而增大;黏滑应力降和时间间隔主要受应力变化幅度的影响,而与应力变化的速率关系不大.剪应力和正应力扰动都会对断层黏滑失稳产生影响,而正应力扰动的影响更明显.这两种扰动对断层黏滑失稳影响的机制存在差异,剪应力扰动只是改变断层滑动的推动力,而正应力扰动则改变了断层面上凹凸体的接触状态.利用连续重力观测约束2014智利Iquique地震的震源机制解
摘要：2014年4月1日,智利北部Iquique地区近海发生MW8.1地震,地震发生之后,国际上一些著名的地震科研机构和学者采用不同的数据和方法计算得到此次地震的震源机制解,但这些结果存在较大差异.地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式,可以很好地约束地震震源机制.因此,本文根据2014年Iquique地震现有的6个不同震源机制解模拟计算了该地震激发的自由振荡信号,并与全国连续重力台网中16个弹簧重力仪的观测结果进行比对,基于1.5～5.3mHz的球型简正模分析和约束了Iquique地震的震源机制解.研究发现,基于美国地质调查局WPhase Moment Tensor Solution反演的震源机制解的自由振荡模拟值与实际观测符合最好,其相应的震级能较好反映Iquique地震释放的总能量,而利用海啸数据反演的标量地震矩偏小,联合远场和近场长周期观测数据反演可显著改善震源机制解.另外,还基于格尔木重力台站的模拟值与观测值定量分析了不同震源机制解参数对自由振荡振幅的影响.结果表明地震的标量地震矩M0对自由振荡振幅的影响最大,而断层走向、倾角、滑动方向角和震源深度对自由振荡的振幅影响相对较小.汶川地震前的地磁场日变化特征分析
摘要：近来很多学者报道强地震前地磁日变化异常现象.本文利用地面地磁观测台站分析了2008年5月12日汶川ML=8地震前约37天的地磁场的日变化特征,探讨了地震前地下电磁感应磁场的相对变化.分析结果表明：1）在地震之前,成都台（CDP）观测到地磁日变化的形态与其他台站相似,未见与地震相关变化;2）CDP的Z/H高于周边台站,在4月20日Z/H出现一个最大峰值（〉2.5）;3）以4月20日为分界点,成都CDP台站的Z/H与恩施ENS台的Z/H的比值RCDP/ENS先增加后降低,周期越短变化趋势越明显.这些结果间接反映了震前CDP台地球内部电导率的变化信息.基于邻域算法的瑞利面波垂直-水平振幅比及频散曲线联合反演及应用
摘要：瑞利面波垂直-水平振幅比（或ZH振幅比）是一个随频率变化的函数,对于台站下方浅层地壳结构非常敏感,且具有和频散资料不同的深度敏感核,是传统频散反演方法的一个很好的补充,从而可以将基阶瑞利面波的ZH振幅比和面波频散数据联合起来更好地反演获得观测台站下方的速度结构.本文提出了基于邻域算法的面波频散曲线与ZH振幅比联合反演方法,我们进行了基于理论模型的模拟测试,证明了联合反演是一种更为可靠的反演方法,且能更好地约束浅层地壳结构.相比于频散曲线单独反演,联合反演不仅可以精确反演获得地壳的Vs结构,对分层地壳的Vp/Vs也能很好地约束.然后我们将联合反演算法应用于实际测量数据,获得了中国西南昆明台（KMI）下方更为准确的地壳横波速度结构及Vp/Vs模型.
