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地球物理学报 2017年第01期杂志 文档列表

地球物理学报杂志空间物理学·大气物理学·重力与大地测量学

2015年3月磁暴期间中国中低纬地区电离层变化分析1-10

摘要：2015年3月17日爆发了本太阳活动周最大的地磁暴，Dst指数达到-233nT．本文利用电离层测高仪foF2和hmF2、北斗同步卫星（BDSGE0）TEC以及GPS电离层闪烁s4指数对此次磁暴期间中国中低纬地区（北京、武汉、邵阳和三亚）的电离层变化进行分析，并对此次磁暴所引发电离层暴的可能机制进行了探讨．磁暴期间，中低纬电离层暴整体表现为正相暴之后长时间强的负相暴．3月17日白天中纬正相暴为风场抬升电离层所致，而驼峰区及低纬地区正相暴由东向穿透电场所引起；3月18日白天长时间的强负相暴为西向扰动发电机电场和成分扰动所引起；3月17和18日夜间的负相暴可能是日落东向电场受到抑制以及赤道向风场对扩散的抑制导致驼峰向赤道压缩所致，同时被抑制的日落东向电场强度不足以触发产生赤道扩展F，导致低纬三亚和邵阳夜间电离层闪烁在磁暴期间受到完全抑制．这是我们首次基于北斗同步卫星TEC组网观测开展的电离层暴研究．

中国华北雾霾天气与超强El Nino事件的相关性研究11-21

摘要：2015年11-12月，全国接连发生七次大范围、持续性雾霾天气过程，其中，11月27日-12月1日的雾霾天气过程持续时间长达五天，成为2015年最强的一次重污染天气过程；12月1925日重度雾霾再次发展，影响面积一度达到35．2万km2．本文利用多种数据资料通过个例对比和历史统计详细分析了超强El Nino背景下雾霾天气频发的天气气候条件．其结果清楚表明：2015年11-12月欧亚中高纬度以纬向环流为主，东亚冬季风偏弱，使得影响我国的冷空气活动偏少，我国中东部大部地区对流层低层盛行异常偏南风，大气相对湿度明显偏大，并且大气层结稳定，对流层底层存在明显逆温．上述大气环流条件使得污染物的水平和垂直扩散条件差，因此在有一定污染排放的情况下，造成了重度雾霾天气过程的频发．由此，超强El Nino事件所导致的大尺度大气环流异常是我国中东部，尤其华北地区冬季雾霾天气频发的重要原因之一．

北京城市下垫面对雾影响的数值模拟研究22-36

摘要：为了探究北京城市下垫面对雾天气过程的影响，为北京地区雾数值预报水平的提高提供理论基础和科学依据，选取2011年10月29日北京地区雾天个例进行了数值模拟试验，通过对WRF／Noah／UCM模式系统中城市冠层参数的调整，显著改善了模式对此次雾天气过程的模拟效果．使用参数调整后的模式系统通过敏感性试验分析研究了北京城市下垫面对雾发生、发展和消散过程的影响．结果表明：参数调整后的WRF／Noah／UCM模式系统能够与实际观测较相符地模拟此次发生在北京地区的雾天气过程，北京城市下垫面主要通过对温度的改变对雾的形成、发展和消散产生显著影响，使雾不易在城市及其附近形成和发展，延后城市地区雾的形成，但城市的存在也使得城市地区及其附近雾不易消散，相较于没有城市时消散时间延后．

利用运动学轨道提高GRACE时变重力场解算37-49

摘要：基于变分方程法，本文利用GARCE高精度K波段星间测速数据KBRR，结合德国格拉茨大学的运动学轨道和GFZ的简动力学轨道作为两种伪观测值，分别解算了2005-2010年60阶全球时变重力场模型Hust-IGG01与Hust—IGG02．通过与GRACE官方机构的模型和其他国际主流权威模型进行对比，发现基于运动学轨道结合KBRR解算的模型Hust—IGG01优于基于简动力学轨道结合KBRR解算的模型Hust—IGG02：在重力场系数C20时间序列的统计数据上，Hust—IGG01比Hust—IGG02更接近SLR结果，在如C60、C70、C80以及C90等重力场低阶项上的数学统计均更接近CSRRL05；Hust—IGG01的重力场系数误差分布和GFZRL05在同一水平，而Hust—IGG02的误差估计过于乐观；Hust-IGG02在主要质量变化区域上存在5％～10％信号低估，而Hust—IGG01能完全达到国际主流机构利用GPS观测数据的解算水平，Hust-IGG01与官方机构CSR、JPL和GFZ最新模型在格陵兰岛的冰川消融年际趋势分别是-125．4、-125．4、-127．3、-124．3Gt·a-1，在亚马逊流域的平均等效水高周年振幅分别是17．56、17．40、17．46、17．22cm，在撒哈拉沙漠的平均等效水高均方差分别是0．87、0．77、1．10、0．87cm；另外在Hust—IGG01的实际应用上，本文分析了全球32个主要流域质量变化的年际趋势、周年振幅和半周年振幅三种信号模式，统计结果显示Hust—IGG01与CSRRL05结果基本吻合．

基于重力卫星数据监测地表质量变化的三维点质量模型法50-60

摘要：利用卫星重力测量手段监测全球质量变化取得了巨大成功，本文基于牛顿万有引力定律在三维空间直角坐标系中导出利用重力卫星观测数据监测全球质量变化的三维点质量模型法，该方法可直接利用重力卫星的轨道和星间观测数据或时变重力场模型计算全球质量变化，由于利用卫星观测数据计算地表质量变化的向下延拓过程以及观测数据噪声的影响，需要采用合适的空间约束方程或正则化技术对解算结果进行约束或平滑处理．利用合成全球质量变化模型模拟一个月的GRACE双星轨道和星间距离变率数据计算全球质量变化，对三维点质量模型法进行分析验证，采用零阶Tikhonov正则化技术处理病态问题．结果表明，三维点质量模型法可有效用于重力卫星观测数据监测全球质量变化，为利用重力卫星观测数据监测全球质量变化提供一种可选的途径．

基于近岸海岛GPS数据反演海洋分潮负荷影响61-69

摘要：本文探索了海潮负荷特征值的反演方法．基于中国近岸海岛GPS站（平潭与闸坡）观测数据，采用FFT方法提取了海潮负荷特征值，分析了反演特征值与全球海潮模型FES2004、NAO．99b和GOT4．7计算出的相关特征值之间的差异，评估了反演海潮分潮频率项的精度，并利用平潭站得到的海潮负荷特征值对附近的三沙站进行海潮改正以评价反演效果．结果表明：（1）频谱分析可精确提取4个半日分潮和4个全日分潮负荷的频率信息；与已知频率相比，P1分潮的反演频率误差为1．4％，其他7种分潮负荷反演频率误差均小于1％．（2）两个海岛分属不同的潮波入侵通道，反演分潮振幅和初相存在差异，但反演分潮频率几乎一致，间接证实它们属于同一潮波系统，也表明其潮差有别．（3）反演振幅与三种全球模型具有较好的一致性；其中S2、O1、P1、Q1四个分潮在水平方向互差为1～2mm，高程方向上的互差均小于3mm；K2、K1、M2、N2在水平方向振幅互差多数小于2inm，个别差异高达4mm，高程方向互差多为5～6mm，个别超过10mm．（4）反演得到海潮负荷改正模型相对于3种全球模型在三沙站的改正效果略佳，间接表明反演结果有效、可靠．（5）动态PPP结果中虽然存在多种误差，其时间序列仍可分离并提取海潮负荷的影响．

地球物理学报杂志地球动力学·地震学·地磁学

利用远震接收函数揭示的喜马拉雅东构造结台阵下方地壳结构及其动力学意义70-85

摘要：在喜马拉雅造山带的东缘，雅鲁藏布江缝合带在这里发生急剧转折，南迦巴瓦变质体快速隆起，然而关于东构造结的形成机制一直未有定论．利用围绕南迦巴瓦峰的48个宽频带地震台站记录的远震数据提取P波接收函数，采用改进的H-k叠加方法和共转换点叠加方法综合研究了东构造结的地壳厚度、波速比分布和地壳结构特征．结果表明：研究区平均地壳厚度为64．03km，大部分台站介于60．48～66．55km范围；平均波速比为1．728，主要集中范围为1．696～1．742．东构造结地壳厚度横向变化剧烈，构造结西端和北端厚而中间薄，东构造结核部Moho面呈现上隆的构造形态，东西向上隆幅度约为6～7km，南北向的上隆超过9～10km．东构造结核部地壳上隆减薄可能由高密度、高波速的岩石圈撕裂残片拆沉到上地幔软流圈后重力失衡所致．平均波速比超过1．8的高值异常展布于东构造结的两侧，推测为环东构造结的壳内部分熔融体．东构造结地壳上隆减薄和壳内部分熔融的存在很可能均与幔源热物质的上涌有关，而软流圈地幔的上涌则可能由印度板片的撕裂引起．

南北地震带北段的远震P波层析成像研究86-97

摘要：本文利用“中国地震科学台阵”探测项目在南北地震带北段布设的678个流动地震台站在2013年10月至2015年4月期间记录到的远震波形数据，经过波形互相关拾取到473个远震事件共130309条P波走时残差数据，通过远震层析成像研究获得了该区（30°N-44°N，96°E-110°E）下方0．5°×0．5°的P波速度扰动图像．结果显示，研究区下方P波速度结构显示强烈的不均一性和显著的分区、分块特征．岩石圈速度结构具有显著的东西差异：祁连、西秦岭和松潘甘孜地块组成的青藏东北缘地区显示明显的低速异常，而属于克拉通性质的鄂尔多斯地块和四川盆地则显示高速异常，表明东部克拉通块体对青藏高原物质的东向挤出起到了强烈的阻挡作用．阿拉善地块显示出弱高速和局部弱低速的异常并存的特征．阿拉善地块西部显示低速异常，而东部与鄂尔多斯相邻的地区显示高速异常，可能表明该地区的岩石圈的变形主要受到青藏高原东北缘的挤压作用．在鄂尔多斯和四川盆地之间的秦岭下方100-250km深度上表现为明显的低速异常，表明该处可能存在软流圈物质的运移通道．鄂尔多斯北部的河套裂陷盆地下方在100～500km深度内低速异常表现明显，说明该区有深部热物质上涌且至少来源于地幔过渡带．青藏东北缘上地幔显示低速异常且地幔过渡带中出现明显的高速异常，这种结构模式暗示了在青藏高原东北缘可能发生了岩石圈拆沉作用，而高速异常体可能是拆沉的岩石圈地幔．

中天山和塔里木盆地下方地幔转换带顶部P波速度结构探测98-111

摘要：本文基于中国数字地震台网记录到的2016年1月12日发生于兴都库什帕米尔地区的中源地震P波宽频带波形资料，利用P波三重震相方法研究了中天山和塔里木盆地北部410km间断面起伏形态及间断面附近P波速度结构．通过波形拟合，我们发现中天山和塔里木盆地北部410km间断面下沉约10km；410km间断面上方存在由塔里木盆地向中天山P波速度异常逐渐减小的约70km厚的低速层（-3％～-1％）．该低速层可能是地幔转换区物质上涌并部分脱水熔融及热效应共同作用的结果．另外我们发现中天山东北部约10～100km深度范围内存在局部低速异常（约-6％），其很可能是上涌的软流圈物质．

渤海海峡及周边区域地壳结构的层析成像特征112-122

摘要：渤海海峡是连接中国东部山东半岛和辽东半岛的重要途径，其跨海通道的地壳稳定性研究受到高度关注．本文利用地震层析成像方法重建三维P波速度模型，揭示了渤海海峡及周边区域地壳和上地幔的构造特征．结果表明，渤海海峡的速度结构存在明显的非均匀性，海峡北部地壳速度较高，结构较为完整，断层活动不明显，与现今较弱的地震活动相吻合，但是地壳底部存在低速薄层，它有可能成为地壳和上地幔之间的滑脱带，需要开展进一步的研究加以确认．相比之下，海峡南部地壳速度偏低，附近区域地震活动频繁，与张家口蓬莱断裂带通过于此有着密切的联系，该断裂持续不断的地震活动对海峡南部的地壳结构产生了较大的影响．在渤海南部，郯庐断裂带东、西两侧的地壳结构明显不同，西侧速度偏高，东侧至渤海海峡速度偏低，这一特征可能与此地区广泛发育的断层和地震活动有关．另外，受华北克拉通破坏及地幔上涌的影响，渤海地区地壳深部和上地幔速度偏低，郯庐断裂带及渤海海峡附近显示出深部热流的活动迹象，反映了岩石圈减薄和软流圈的局部抬升．

2015年尼泊尔Ms8．1大地震孕育的深层过程与发生的动力学响应123-141

摘要：2015年4月25日发生在尼泊尔博克拉Ms8．1大地震的深层动力过程与“地中海-喜马拉雅-南亚地震带”的中段喜马拉雅地震活动带密切相关．这次大地震是该地震强烈活动带上长期以来深部物质与能量强烈交换、运动，并导致构造活动和应力积累的产物．综合分析与研究提出：（1）博克拉呱8．1大地震的孕育、发生和发展具有长期活动和近年来相邻地带地震活动频繁的背景；这一地带白1505年-2015年，即500多年来相继发生多次Ms≥8．0的大地震．（2）这一地带具有特异的地球物理边界场响应和深层动力过程，显示深部物质的重新分异、调整与能量交换．（3）大地震发生与周边地带应力场分布特异，壳、幔结构与介质属性变异及破裂响应与断层面解的属性相关．（4）喜马拉雅地带的三条北倾断裂带以不同角度向深部延伸、震源位置及浅表层的变形特征尚应深化理解．（5）地8．1大地震的发生对相邻地带的波场影响强烈，故应强化高精度地球物理场的观测和探测，以“捕捉”未来可能大地震的孕育与发生．

利用非线性台阵叠加方法快速追踪2015年4月25日尼泊尔Mw7．9地震破裂能量中心运动轨迹142-150

摘要：本文应用一种非线性台阵叠加方法，通过对地震记录瞬时相位信号的延迟叠加来估计信号间的一致性程度，用于在震后快速追踪大地震破裂能量中心相对于震中运动轨迹．基于此方法，文中利用欧洲地震台网不同频率段的数据对2015年4月25日尼泊尔Mw7．9地震的破裂轨迹进行了追踪，并对成像结果的不确定程度进行了估计，且通过理论地震图计算，验证了该结果的可靠性．研究结果表明，该事件为东南向发展的单侧破裂，破裂尺度至少达到120km．整个破裂过程主要分为三个阶段，第一阶段破裂在震中附近释放小部分能量；第二阶段破裂向东南方向发展，表现出明显的沿断层倾向辐射频率变化的现象，相对更高频的能量辐射在更深处发生；第三阶段破裂继续向东南方向发展，不同频段得到的能量中心运动轨迹趋于一致，这可能提示了滑移范围的逐渐变窄．同时，推断在主喜马拉雅逆冲断裂的更深部（断层深度大于等于20km处）也存在破裂的可能．

尼泊尔Mw7．8地震InSAR同震形变场及断层滑动分布151-162

摘要：采用DInSAR技术和欧空局2014年新发射的Sentinel-1A／IW数据，获取了2015年4月25日尼泊尔Mw7．8地震的InSAR同震形变场．所用InSAR数据扫描范围东西长约500km，南北宽约250km，覆盖了整个变形区域，揭示了形变场的全貌及其空间连续变化形态．此次地震造成的地表形变场总体呈现为中部宽两端窄的纺锤形，从震中向东偏南约20°方向延伸，主要形变区东西长约160km，南北宽约110km，由规模较大的南部隆升区和规模较小的北部沉降区组成，南部最大LOS向隆升量达1．1m，北部最大LOS向沉降量约在0．55m．在隆升和沉降区之间干涉纹图连续变化，没有出现由于形变梯度过大或地表破裂而导致的失相干现象，表明地震断层未破裂到地表．基于InsAR形变场和部分GPS观测数据，利用弹性半空间低倾角单一断层面模型进行了滑动分布单独反演和联合反演，三种反演结果均显示出一个明显的位于主震震中以东的滑动分布集中区，向衰减很快，主要滑动发生于地下7～23km的深度范围内．InSAR单独反演的破裂范围，特别是东西向破裂长度大于GPS单独反演的破裂长度，而InSAR单独反演的最大滑动量则低于GPS单独反演的滑动量．因此认为联合反演结果更为可靠．联合反演的破裂面长约150km，沿断层倾向宽约70km，最大滑移量达到4．39m，矩震级为Mw7．84，与之前用地震波数据和GPS数据反演的结果一致．

2015年智利Illapel Mw8．3地震同震效应及其对南美大陆地震危险性影响163-173

摘要：基于高性能并行有限元方法，建立含地表地形和Moho面起伏的大规模非均匀椭球地球模型，计算了2015年9月17日智利Illapel Mw8．3地震同震效应，同时讨论2010年智利Maule MW8．8地震和2014年智利Iquique Mw8．1地震对2015年智利Illapel地震的加载作用，进一步分析这3个地震共同作用对南美大陆及周围断层的地震危险性影响．结果表明：对此次智利Illapel地震CEA（中国地震局地球物理研究所）滑动模型计算的地表最大水平位移约为3m，USGS（美国地调局）模型的最大水平位移约6m．特大地震影响范围广，南美大陆接近一半区域同震水平位移量级达到0．5mm；受3次地震共同作用，智利2010年Maule地震南部俯冲带、2015年Illapel地震和2014年Iquique地震之间俯冲带，以及2014年Iquique地震以北俯冲带，受到10kPa东西向压应力加载；2010年Maule地震和2014年Iquique地震共同加速了2015年Illapel地震滑动；1960年Valdivia Mw9．5地震破裂区、2014年Iquique地震和1995年Antofagasta地震之间区域以及2010年Maule地震和2015年Illapel地震的未破裂区重合处库仑应力变化均超过10kPa，有可能加速强震的发生．

2016年3月2日苏门答腊Ms7．8地震同震位移和应力场数值模拟研究174-186

摘要：苏门答腊地区发育多条左旋走滑性质断层，地震活动活跃．2006年3月2日该区西南海域发生了Ms7．8大地震．大地震的发生常常会引发区域位移场和应力场及周围断层应力状态发生变化．本文建立全球PREM有限元地球模型，据已有的断层滑动模型计算了此次苏门答腊地震引发的同震位移和应力及库仑应力变化，并进一步讨论了此次地震对周围断层的影响以及区域构造应力场对库仑应力变化计算的影响．初步结果表明此次苏门答腊Ms7．8地震造成较大的南北向水平位移且集中在探测者破裂区（Investigator Fracture Zone），最大水平位移量约6．74m，断层倾角接近垂直，下盘向北运动而上盘向南，进一步表明眠7．8地震为典型的左旋走滑为主的地震，发生海啸的可能性较低；库仑应力变化达MPa量级的区域集中在震中，但近场大部分余震分布在库仑应力减小区域，有效摩擦系数变化和区域构造应力场的耦合作用可能是其原因；利用改进的库仑应力变化计算方法和最优破裂方向计算得出的结果显示库仑应力触发理论可较好地解释余震分布．

台风激发的第二类地脉动特征及激发模式分析187-197

摘要：0．003～1Hz频段的地脉动主要来源于海浪运动与固体地球的耦合作用，台风引起的强烈海浪运动往往可使地脉动能量显著增强．由于涉及大气一海洋一固体地球三个圈层之间的复杂动量传递与耦合过程，迄今为止，关于台风激发地脉动的具体源区位置及激发机制尚存在争议．本文选取日本、中国东南沿海及台湾地区的地震台站波形连续记录，研究了2008年台风“森拉克”和“黑格比”激发地脉动的时频特征，开展相应数值模拟，并与观测数据进行了对比分析研究．结果表明台风激发第二类地脉动存在两种主要模式：（1）近岸源区激发，即台风引起波浪入射至海岸反射并与后续来波相互作用形成驻波作用于海底而激发；（2）台风中心附近源区激发，即台风中心移动过程中不同时期激发的同频率波浪相向传播、相互作用产生驻波作用于海底而激发，源区位置主要集中于台风中心左后方．此外，结合波浪再分析数据、台风风场特征，我们进一步对第二类地脉动激发过程中的影响因素进行了分析，发现：第一种模式激发的地脉动与近岸源区波浪场强度、观测点至源区距离及台风中心至海岸线距离等因素相关；而第二种模式激发的地脉动则主要受台风中心附近波浪场的频率成分与传播方向影响．

场地效应研究的传递台站线性反演法——以芦山地震为例198-211

摘要：采用线性反演法研究了地震动的场地效应，并针对线性反演法的局限性，提出了“传递台站”的方法来扩展其应用．通过传递台站，地震事件不再局限于必须被参考台记录到，台站也不再局限于须与参考台站同时获取到地震记录，改进后可大大增加数据样本，使得结果更趋稳定．同时，对于原来难以参与分析的台站，也可得到其场地反应．研究中，还采用了基于遗传算法的非参考台方法，进一步分析了场地反应和验证所提方法的合理性．将所提方法应用于2013年芦山7．0级地震周边区域，分析了这一地区的强震台站的场地反应和地震波衰减因子Qs值．研究结果显示，当采用一个和二个传递台站进行分析时，所能利用的地震事件和所能求解场地反应的台站数目逐步增加，随着数据样本的增加，分析结果趋于稳定．研究区域的Qs值拟合结果为Qs（f）=334．16f0.73．遗传算法结果表明，线性反演法中所选取的参考台站有其自身的场地反应．当利用遗传算法获得的参考场的场地反应去校正线性反演法的结果时，对于多数场地，两者的结果符合得很好，说明了遗传算法的结果可以合理地认为是场地较为真实的反应．

断层阶区对产生超剪切地震破裂的促进作用212-224

摘要：地震时若断层发生超剪切破裂，地震灾害会显著加剧．因此研究超剪切破裂的形成机理有着非常重要的科学意义．本文利用动力有限单元方法，模拟断层破裂从初始断层跳跃传播到另一条平行的次级断层（断层阶区）时破裂速度的变化情况，并分析断层阶区几何特征等物理参数对产生超剪切地震破裂的促进作用．计算结果表明，断层阶区的诸多物理因素（如：重叠长度、相隔距离以及摩擦系数等）都会对破裂的传播速度产生影响．在一定条件下，破裂传播速度会由在初始断层上的亚剪切波速度，转换为在次级断层上的超剪切波速度．在破裂速度转换过程中，断层间隔起着重要作用，当断层阶区中两断层垂直间隔距离小到一定程度时，破裂跳跃阶区后，破裂速度不会发生变化．所以对于分段断层（可视为一种特殊的断层阶区），由于其断层垂直间隔为0，也就不会出现破裂速度变化的现象，模拟结果对此也进行了证实．然而，若断层间隔太大，当其距离超过一定的限度后，破裂通常无法跨越断层阶区继续传播，而是终止在初始断层上．模拟结果还表明，初始断层与次级断层之间的重叠距离也十分重要，只有当断层阶区中两平行断层之间的重叠部分达到一定长度后，断层的破裂速度才有可能发生转换．此外，计算结果显示，破裂过程中断层面上的应力变化可能是破裂传播速度发生转换的直接原因．最后，模拟还发现，当破裂跨越断层阶区发生速度转换时，破裂需要停顿一定的时间，以便积聚足够的能量来实现破裂速度的增快．