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地球物理学报 2016年第07期杂志 文档列表

地球物理学报杂志空间物理学·大学物理学·大地测量学

磁赤道地区2007—2013年COSMIC掩星反演和国际参考电离层模型输出结果分析2333-2343

摘要：利用2007—2013年电离层测高仪位于磁赤道观测站Jicamarca（11.95°S,76.8°W,地磁纬度为1°N）的垂测数据和COSMIC掩星反演电离层资料,分析了不同太阳活动条件下两种探测技术获取电离层特征参数峰值密度N_mF_2和峰值高度H_mF_2的相关性,同时也探讨了国际参考电离层模型IRI输出参数与测高仪垂测数据的相关性.此外,进一步分析了COSMIC掩星和IRI模型在不同地方时高估或低估垂测参数的分布特征.结果表明：（1）由COSMIC掩星反演和IRI模型输出参数N_mF_2与测高仪垂测值N_mF_2得到的相关系数都在0.8以上.太阳活动低年COSMIC探测得到的N_mF_2相关性高于太阳活动高年得到的结果,但IRI模型在太阳高年得到的N_mF_2相关性好于太阳活动低年的计算结果.（2）由COSMIC掩星反演和IRI模型输出的H_mF_2与测高仪垂测值H_mF_2在春秋季得到的相关性较高,夏季的相关性最弱.由COSMIC掩星探测H_mF_2得到的季节和时间相关系数大都集中在0.8和0.6以上,但由IRI模型得到的H_mF_2相关性降低,特别是太阳活动低年的夏季和傍晚其相关系数低于0.3.（3）太阳低年COSMIC掩星和IRI模型白天时段大都高估、夜间至凌晨前后低估电离层参数N_mF_2和H_mF_2;但太阳活动高年N_mF_2在地方时午夜后则呈现高估的特点.相关结果为未来IRI模型的进一步完善以及低纬地区电离层同化模式研究提供参考.

暴时内辐射带高能质子的损失和恢复机制探究2344-2355

摘要：我们利用NOAA17卫星对内辐射带高能质子的观测结果研究了大磁暴期间内辐射带质子通量的变化过程.我们发现内辐射带质子出现两种不同的暴时损失事件.在大磁暴发生时,内辐射带外边界质子通量会迅速减小,然后缓慢恢复;而在内辐射带中心区的质子通量（即南大西洋异常区（SAA）质子通量最大值）的暴时变化表现为质子通量的一个迅速的减小和迅速恢复.内辐射带外边界的损失事件主要发生在较低能量质子能档,而内辐射带中心处的损失事件发生在所有质子能档.两种损失事件中质子通量的不同变化意味着内辐射带质子可能有不同的损失和产生机制.通过分析,我们认为内辐射带外边界处质子通量损失事件主要由磁场曲率散射机制造成,而其恢复机制主要是宇宙线反照中子衰变（CRAND）.内辐射带中心区（即南大西洋异常区质子通量最大处）质子通量损失事件可能与Dst效应有关.

磁岛合并研究2356-2361

摘要：本文采用二维全粒子模拟来研究无碰撞等离子体中的磁岛合并过程.结果表明,磁岛合并分为两个阶段,在第一个阶段,两个磁岛因同向电流丝之间的吸引力而缓慢地相互靠近,在这个过程中,合并线附近的电子被面外电场加速,形成薄电流片,同时电流片两侧形成磁场堆积.第二个阶段为快速重联阶段,合并线附近的电磁场结构和以Harris电流片为初态的重联扩散区的电磁场结构很相似,其中最显著的特点为面外磁场的四极型结构.

一种基于改进自忆性原理的西太平洋副热带高压脊线指数动力-统计模型及其预报实验2362-2376

摘要：针对西太平洋副热带高压中长期预报不准确的问题,基于动力系统反演思想和改进自忆性原理等途径建立了副高脊线指数的动力预报模型.本文创新性地引入了最大李雅普诺夫指数改进了传统的自忆性函数,使其对副热带高压之类的混沌非线性系统更加具有针对性,较好地克服了预报初值单一性问题;并根据实际观测资料重构的动力系统作为其动力核,克服了传统自忆性方程动力核设置较为简单的问题.用建立的副热带高压脊线指数动力预报模型实现了副高南北位置的中长期预报,通过了副高异常年份和正常年份的多次实验,可以发现模型在25天以内的预报效果很好,相关系数能达到0.80左右,相对误差控制在8%以下,证明了改进的模型具有较好的中长期预报效果.另外还将此模型推广到对副热带高压的面积指数和西脊点指数的预报,也取得了较好的预报效果,证明此方法适合于副热带高压的整体预报.鉴于西太副高发生发展机理的复杂性和预报的困难性,本文为副高等复杂天气系统的预报探索了新的方法思路.

双模态风垂直切变对台风结构和强度的作用分析2377-2392

摘要：本文应用WRF（v 3.4）模式输出资料,揭示了风垂直切变（Vertical Wind Shear：VWS）在垂直方向上的波状变化特征,这种波状变化在台风不同发展时期又有不同形态,其中在持续强盛期呈双模态分布.应用VWS引起的次级垂直环流影响台风对流分布和强度变化的基本原理,用模式资料分析发现：对流层中层具有的VWS是整层VWS的主要部分,台风强度变化滞后VWS的形态突变6h左右;双模态波状变化的VWS产生的次级环流和台风垂直环流的配置不同使台风强对流带结构变得不对称及眼墙区对流强度在垂直分布上变得不均匀,随着持续强盛期涡旋运动的增强,强对流带分布又趋于对称.又根据VWS形成的垂直方向上涡度力分布不均匀引起台风内中尺度滚轴状对流带不稳定发展原理,分析表明：对流层中、低层的涡度力有利于对流不稳定增强,垂直速度的最大值与风垂直廓线的拐点在同一高度上,这与理论模型的结论一致.因此,VWS的波状变化分布特征不仅影响台风强对流带中尺度结构的改变,也对台风持续强盛具有重要作用;同时也是台风内滚轴状对流带不稳定的可能启动机制.

顾及电离层变化的层析反演新算法2393-2401

摘要：区别于以往GPS电离层层析研究主要关注迭代模型的思路,本文从两方面入手提高GPS电离层层析迭代算法的反演精度：一方面,顾及传统电离层层析迭代模型仅与对电子密度误差起放大作用的GPS射线截距权重相关的不足,提出考虑层析像素格网中的电子密度对GPS TEC的贡献建立新的迭代模型,在不同电子密度像素格网内重新分配GPS TEC实测值与其反演值之间的差距;另一方面,顾及电离层层析迭代算法中松弛因子对反演结果的影响,提出考虑电子密度变化构造新的松弛因子,抑制传播噪声对电子密度反演精度的影响.实验结果显示,相对于传统代数重构算法（ART）,新方法反演的电离层电子密度剖面更接近于电离层测高仪观测的电子密度剖面,提高了电子密度反演精度.

南极半岛地区GPS坐标时间序列噪声分析及形变模式初探2402-2412

摘要：有色噪声广泛存在于各种连续GPS站坐标时间序列,对GPS时间序列分析有重要影响.利用GAMIT/GLOBK软件解算了南极半岛地区8个GPS测站2010—2014年的实测数据,对坐标时间序列使用主分量分析法（PCA）进行了空间滤波,利用CATS软件估计了不同噪声模型下和空间滤波前后的噪声量级、站坐标时间序列参数及其不确定度,最后对南极半岛地区水平和垂向的形变模式进行了分析和讨论.结果表明,南极半岛地区GPS时间序列不仅存在白噪声,还存在较大量级的闪烁噪声,部分测站E方向在滤波前可能存在随机游走噪声;空间滤波能够有效降低这三种噪声的量级,从而有效减小线性项和周期项估计的不确定度;南极半岛地区在水平方向主要表现为板块运动,还可能存在局部性构造运动;在垂直方向上由冰川均衡调整（Glacial Isostatic Adjustment,GIA）因素引起的抬升较小,主要表现为现今冰雪质量损失引起的弹性抬升运动.

卫星精密定轨与重力场建模的同解法2413-2423

摘要：现代卫星跟踪卫星重力测量技术显著改善了地球重力场模型的中长波段信号,并拓展了重力场模型在相关科学研究中的应用.同解法作为卫星重力观测数据的主要处理手段之一,国内一直没有实质突破.本文从基本模型和关键技术的分析出发,剖析了同解法的特点,特别是在建立同解法与几何法（运动学）定轨、一般动力学方法关系的基础上,给出了一种同解法的实现路线.在已有的精细数据预处理和并行计算研究基础上,结合GRACE卫星的实测飞行数据,在国内首次获得了真实卫星任务数据条件下的同解法结果,并进行了动力法轨道的外部质量检核、卫星非保守力分析、重力场模型的GPS水准检验等.利用卫星激光测距数据检验,卫星精密轨道的径向精度优于2cm,同时建立了质量可靠的卫星重力场模型,充分展示了同解法的优点.数值结果及其分析表明,本文所提的同解法实施方案合理可行,已经掌握了实现同解法的关键技术,获得了从仿真研究到实际飞行数据处理的新进展.最后,本文对同解法今后的发展思路,以及如何进一步挖掘同解法的潜力,提出了见解和今后的工作方向.

京津高铁北京段地面沉降监测及结果分析2424-2432

摘要：京津高铁是我国第一条高速运行的城际铁路,其安全运行对轨道变形有着严格的要求.京津高铁北京段经过平原区的沉降区域.地面沉降,尤其是不均匀地面沉降已经引起了部分地段路基和桥梁变形,威胁着高铁的运营安全.因此,需要高精度监测铁路路基和桥梁沉降,分析其原因,进而才能提出缓解沉降灾害的合理措施,保证京津高铁安全运行.本文采用时序干涉测量技术、水准测量技术和分层标监测、地下水分层监测手段相结合,对京津高铁北京段地面沉降进行监测,并利用监测结果分析其差异性沉降成因.结果表明：沿线区域地面沉降发展一定程度上受到来广营凸起、南苑—通县断裂和大兴隆起构造控制;地下水超采是区域地面沉降的主要驱动因素,同时第四系沉积环境、地层岩性和补给条件等共同作用,使得地面沉降发展在空间上存在一定差异性,可以分为微小沉降区（DK0-DK9段）、严重沉降区（DK9-DK27段）和一般沉降区（DK27-DK50）;沿线区域地面沉降主要贡献层为中深部地层（50~147.5m）,该层黏性土厚度较大,且主要呈现弹塑性形变,占总沉降量的76%左右,是未来地面沉降调控的主要层位.

地球物理学报杂志地震学·地球动力学·地电学

郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构的分段特征及其地质意义2433-2443

摘要：本文采用天然地震近震走时反演地壳三维速度结构的方法获得了郯庐断裂带鲁苏皖段及附近地壳（30°N—37°N,113°E—122°E）三维速度结构.对地壳内分层速度结构的分析发现,郯庐断裂带鲁苏皖段存在速度的分段特征.郯庐断裂带鲁苏皖段浅层35.3°N以北,34.5°N—35.3°N间,33°N—34.5°N间呈现的速度分段和地表出露地层有关,与地质上安丘段、莒县—郯城段,新沂—泗洪段三个破裂单元相对应,且和各段的地震活动相呼应,表明郯庐带新沂到泗洪段可能是断裂的闭锁段.郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构自浅至深分为三段,大体位置是：南段（32.5°N—33°N以南）,中段（32.5°N—33°N至35°N—35.3°N）,北段（35°N—35.3°N以北）.上地壳分段与苏鲁超高压变质岩带的插入有关,中、下地壳速度分段则可能和火山岩滞留有关.地壳各层速度结构不同段的速度差异反映了构造块体的速度差异,表明各构造块体在地壳下部仍有差异,郯庐带西侧速度总体高于东侧,反映了不同构造块体的形成和组成差别,也说明了该断裂带可能延伸到莫霍面.而不同深度的分段性可能反映了不同地质演化过程.

基于地震活动性资料估计鄂尔多斯块体周缘构造断层面倾角2444-2452

摘要：本文以鄂尔多斯地区为研究对象,探讨了基于地震参数的鄂尔多斯周缘构造几何产状的研究方法.首先,以全国活动构造图为基础,结合地震活动性,确定了鄂尔多斯地区的地表活动构造分布图.其次,对这些活动断裂截取剖面,通过地震震源分布,运用最大似然估计法确定断层面的倾角.最后,结合震源机制解以及地质资料验证了所估计的倾角的可靠性.期望本文建立的鄂尔多斯地区断层几何模型,能为基于GPS观测开展该地区断层滑动速率反演、强震发震构造及强震危险性预测模拟等提供基础.

2014年四川康定双震震源的勒夫波分析2453-2467

摘要：2014年11月22日在四川省康定县发生了MS6.3地震（M1）,3天后几乎在同一地点又发生了MS5.8地震（M2）,本文称其为＂康定双震＂.首先,利用逆时成像技术对康定双震以及用作经验格林函数事件的一次ML4.8地震（G1）进行了重定位,并利用广义极性振幅技术反演了三次地震的震源机制;然后,借助于G1的记录,利用经验格林函数技术分别提取了M1和M2的勒夫波视震源时间函数,并利用视震源时间函数的方位依赖性分析了M1和M2的优势破裂方向;最后,利用视震源时间函数反演方法反演了M1和M2的震源破裂过程.重定位结果表明,G1与M1和M2震源位置比较接近,分别相距~40km和~50km.震源机制反演结果表明,G1与M1和M2具有类似的机制,均为陡倾角左旋走滑.视震源时间函数的方向性分析表明,M1的破裂优势方向为276°,而M2的破裂优势方向为336°.破裂过程反演结果表明,M1持续时间~11s,主要破裂区沿断层面朝北西以及浅表拓展,最大位错~0.52m;M2持续时间~7s,破裂区沿着断层面也朝北西以及浅部拓展,最大位错~0.33m.

位于构造活跃区的小湾水库地震活动特征——基于地震精定位的分析2468-2485

摘要：针对我国在西南构造活跃区修建的水库蓄水与地震活动的关系,本文对蓄水已长达7年并在高水位运维多个周期的云南小湾水库,采用结合波形互相关技术的双差地震定位法对水库库区及周边地区2005年7月至2014年12月发生的M≥1.0级地震进行了精定位处理,结果显示出明显的地震成丛活动特征,库区内外的地震震源深度差别较大.对地震震源深度、地震活动与水库蓄水水位及b值分析结果表明：小湾水库蓄水后地震活动明显增多,有水库触发地震发生,触发地震主要分布在沿黑惠江（A）和澜沧江流域（B、C）的3组地震丛中,且3个区的触发地震类型均为快速响应型;在水库蓄水响应活动最明显的地震丛集区A,展现出明显的随水库蓄水水体渗透发生地震＂迁移＂活动的现象;但库区内也存在着与蓄水关系不大的可能属于正常构造地震的活动,而库区外的地震活动与水库蓄水没有什么相关性,很可能是属于正常的构造地震.综合断层展布、岩性分布及震源深度分析,认为水库蓄水引起的溶岩作用和渗透作用及断层活动可能是小湾水库触发地震的主控因素.

青藏高原东南缘及邻区地壳介质散射强度变化特征2486-2497

摘要：基于远震扰动场方法,利用47个数字地震观测台记录的10次远震记录对青藏高原东南缘及邻区地壳介质散射强度进行了研究.结果表明研究区内地壳介质横向非均匀性强烈,扬子块体地壳介质散射强度与青藏块体存在较为明显的差异;地壳介质散射强度梯度带与主要断裂带分布趋势一致,龙门山断裂带、安宁河断裂带与地壳介质散射强度梯度带具有较强的相关性,散射强度高值区偏向青藏块体一侧;强震震中沿散射强度梯度带分布,其震中偏向散射强度高值区一侧;散射强度呈现纵向非均匀性特征,下地壳介质散射强度高于上地壳.研究区强、弱散射强度的空间分布可能与区内强烈的地质构造运动、频繁的地震及火山活动所引起深部物质破碎、熔融及其沿断裂带的上涌与运移有关.

SKS波对地壳裂隙各向异性的响应——理论地震图研究2498-2509

摘要：穿透含裂隙、裂缝地壳8s视周期的SV波的理论地震图研究表明,当地壳平均裂隙密度高于0.01即横波各向异性高于1%时,非对称面内不同方位的SKS波均发生分裂;地震图中直接的记录显示是切向T分量上出现SKS波的振动,其振幅随地壳平均裂隙密度的增大而增强,甚至能与径向R分量上的振幅相当.局限于上地壳的强裂缝各向异性同样能引起SKS分裂.长周期SKS波分裂对地壳内裂隙、裂缝的分布缺乏分辨率.直立平行排列裂隙、裂缝使得SKS分裂T分量记录特征具有方位对称性,这来自于HTI介质中快、慢波偏振和到时差随方位变化的对称性;而倾斜裂隙、裂缝使得该方位对称性丧失.对实际观测SKS分裂的偏振解释需要考虑地壳裂隙各向异性,特别是断裂附近的强裂缝各向异性.

地震包络反演对局部极小值的抑制特性2510-2518

摘要：为了实现包络反演,需要通过一种非线性运算来提取信号包络.这种非线性的包络提取过程可以将信号包络中所包含的对介质扰动的大尺度响应从原始地震信号中分离出来,从而抑制反演中的局部极小值,能够在缺乏低频信息的情况下,为全波形反演提供一个良好的初始模型.本文研究包络反演对局部极小值的抑制作用,并通过目标函数形态的对比来展现这一特性.对Marmousi速度模型和Overthrust速度模型做了反演,证明了该方法的有效性.

一种地震P波和S波初至时间自动拾取的新方法2519-2527

摘要：地震P波、S波初至时间的拾取是地震波分析的一项基础性工作.本文提出了一种新的地震波初至时间自动拾取的方法：首先,把地震波的三分量时程曲线变换为一组空间向的能量变化率时程曲线;然后对能量变化率时程曲线进行STA/LTA（Short Time Average/Long Time Average,短时间的均值/长时间的均值）处理,拾取地震P波和S波的大致初至时间;最后提出采用一种二次方自回归模型对初至附近的能量变化率曲线进行二次方自回归处理,精确拾取出P波和S波的初至时间.本文采用了10组芦山地震的记录数据和150组汶川地震的记录数据对此方法的可靠性进行了检验.以人工拾取结果为参考,此方法具有很高的准确率和稳定性,同时,相比于常用的STA/LTA方法和AIC（Akaike Information Criterion,Akaike信息准则）方法,此方法在计算时间效率方面稍微逊色,但是对S波初至时间的拾取精度和可靠性更高.此方法丰富了地震P波、S波初至时间的自动拾取方法.

青藏高原南缘2015年尼泊尔M_W7.8地震发震构造2528-2538

摘要：2015年4月25日尼泊尔M_W7.8特大地震发生在喜马拉雅山南麓,震源机制解表明该地震为低角度逆冲型地震.通过收集地震区的活动构造研究资料、卫星影像解释和野外实地考察,认为尼泊尔M_W7.8地震区地表分布三条主要的逆冲断裂,由北向南分别为喜马拉雅主中央断裂（MCT）、喜马拉雅主边界断裂（MBT）和喜马拉雅主前缘断裂（MFT）.主边界断裂和主前缘断裂为晚更新世以来的活动断裂,但至今为止也没有发现喜马拉雅主中央断裂晚第四纪活动的依据.野外调查未发现尼泊尔M_W7.8地震在喜马拉雅山南麓的主要断裂上形成地震地表破裂带.喜马拉雅山南麓的构造特征为薄皮构造,表现为浅部陡倾断坡-深部缓倾断坪（7°左右）-深部断坡（11°左右）的构造样式.深部断坡-断坪又称为主喜马拉雅断裂（MHT）,其中的深部断坡是尼泊尔地震主震（M_W7.8）和最大余震（MW7.3）的发震构造.余震大致沿北西向的高喜马拉雅山前缘呈条带状分布,主要分布在低喜马拉雅山区内.剖面上,余震大致分布在主喜马拉雅断裂的上盘推覆体内,推测尼泊尔M_W7.8地震时深部断坡发生错动,其地震位移沿深部断坡-断坪向南传播引起上盘的褶皱带缩短变形,进而触发低喜马拉雅和次喜马拉雅褶皱带内产生次级破裂从而产生余震.