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地球物理学报 2017年第03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

地球磁尾等离子体片磁洞的统计分析873-878

摘要：本文利用THEMIS卫星的磁场数据和等离子体观测数据，统计分析地球磁尾等离子体片区域线性磁洞的发生率、时空尺度、分布特征、和发生率与地磁AE指数的相关性．分析结果表明磁尾等离子体片区域的磁洞的时间尺度为几秒到几十秒，空间尺度小于当地的质子回旋半径．通过磁洞在空间的位置分布和卫星数据在空间的数据采样分布的对比，我们发现线性磁洞在等离子体片内经常发生，然而在磁尾等离子体片中的发生率要小于太阳风中磁洞的发生率．本文最后统计分析了磁洞发生和AE指数的相关性，结果表明磁洞可能与地磁活动有关系．

利用气辉测量结果研究高频电波加热电离层实验中电子能量分布879-886

摘要：研究了高频电波加热电离层实验期间电子能量分布函数，利用美国HAARP和欧洲EISCAT实验中630．0nm、557．7nm与844．6nm等气辉辐射测量结果，给出了在红光与绿光强度比值小于10和比值大于等于10两种情况下电子能量分布函数表达式，在3～100eV电子能量范围内，分段幂指数因子随电子能量的增加而下降，并利用获得电子能量分布函数对其他电离层加热期间气辉辐射进行计算，红光与绿光辐射强度之比与实验测量结果相符，从而验证了获得的电子能量分布函数．

利用GPS三频数据计算电离层垂直总电子含量变化率887-896

摘要：研究了通过采样间隔为1S的GPS三频载波相位观测数据计算1Hz电离层垂直总电子含量变化率（RVTEC）的方法，推导了直接采用双频载波相位观测量计算RVTEC的公式，对一般空间环境与电离层活动剧烈两种条件下L1L2、L1L5、L2L5三种载波相位组合计算的RVTEC进行了一致性分析，给出了通过三频载波相位观测数据计算电离层RVTEC的修正方法，比较了X射线太阳耀斑期间RVTEC与由传统方法计算的总电子含量变化率（ROT）响应，在双星串飞编队测高模式下对计算方法进行了应用．结果表明，L1L2、LIL5两种组合之间的一致性较好，由L1L2、L1L5组合计算的RVTEC的中误差约为0．004TECu／s，RVTEC较ROT更能体现TEC变化的细节，在双星串飞编队测高模式下海面高梯度的计算中，电离层延迟之差可以忽略．

静电悬浮加速度计在轨质心位置的最小二乘估计897-902

摘要：本文使用国内首次搭载飞行的静电悬浮加速度计在轨数据与卫星姿态数据，对加速度计与卫星质心的相对位置进行了估计测量．文中分析得到，在卫星姿态机动时，加速度计的输入加速度主要来自于离心加速度及角加速度引入的线加速度．结合卫星姿态机动时陀螺仪的测量数据，使用最小二乘法对加速度计质心位置的三个分量进行了联合估计．结果表明：质心位置的估计精度达到约6mm水平，主要受限于卫星平台条件和加速度计测量精度限制．利用本文方法对未来重力卫星任务进行了分析，若使用精度为1×10^-10m·s^-2加速度计以及2角秒分辨率的星敏感器，可将质心位置估计精度提高至4．6×10^-6m水平．

西北太平洋热带气旋活动对大尺度环境场影响的线性回归分析903-911

摘要：本文使用西北太平洋累积气旋能量（ACE）月尺度异常序列，对850hPa相对涡度、地表纬向风、柱水汽含量、OLR、降水和SST等大尺度环境场变量进行时滞回归分析，讨论了月尺度TC活动对大尺度环境场的影响及其与周尺度的区别和联系．结果表明：（1）月尺度ACE回归出的纬向风无论是强度还是范围都要明显大于周尺度ACE回归结果，TC的频繁发生，尤其是强度大且持续时间长的近赤道TC，对于激发或加强TC活动区域南侧的低纬地区西风异常有一定的积极作用，持续并且强度较大的西风异常可能导致西风的爆发，而西风爆发会在很大程度上影响ENSO事件的发生和演变．（2）在月尺度上，OLR、柱水汽含量、降水和SST等物理量均呈现出较为明显的EiNino型分布，而在周尺度上，仅SST呈现出明显的E1Nino型分布，这在一定程度上反映了月尺度TC活动和太平洋ENSO信号之间存在更密切的关联．（3）在TC发生后1—2月，TC的主要生成区域柱水汽含量减少、OLR增大，这会在一定程度上降低该区域生成TC的潜能．虽然TC所引起SST降低的空间尺度很小，但其通过大气和海洋的传导会扩大到更大尺度上，由于这种反馈具有一定的滞后性，所以月尺度TC对大尺度环境场影响的信号更为显著．

基于空间观测差异的地面气温资料质量控制算法研究912-923

摘要：本文提出一种基于空间观测差异的地面气温资料质量控制算法（SDF算法）．SDF算法在分析目标区域内不同观测站空间观测差异的基础上，通过引入观测差异曲面函数构造质量控制方程．同时，为权衡质量控制中的两类统计错误，提出均方根检错率概念（MSR），结合均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）和纳什效率系数（NSC）共同检测SDF算法的有效性．利用SDF算法对国家气象中心提供的14个地面观测站2005-2014年02：00、08：00、14：00、20：00定时气温观测资料进行质量控制分析，并与反距离加权法（IDW）和空间回归检测法（SRT）进行对比．试验结果表明：通过多组独立测试，SDF算法的质量控制效果均优于IDW算法和SRT算法，具有稳定性高、适应性强的特点，但三种方法均受观测台站密集度和地形地貌影响．

晴天及阴天条件下WRF模式中几种边界层参数化方案的对比分析研究924-934

摘要：利用WRF模式中5种常用边界层参数化方案（ACM2、YSU、BouLac、MYJ和MYNN2．5）及美国能源部大气辐射观测试验（ARM）寿县综合观测数据（2008年8—12月），对比分析了晴天及阴天条件下，不同参数化方案对典型农田下垫面气象要素及边界层结构的模拟效果，结果表明：（1）模式对于云层状况的模拟，非局地方案ACM2和YSU方案优于局地方案．（2）对于近地层气象要素，晴天和阴天条件下均是ACM2方案对于2m温度和比湿的模拟效果最好，MYJ方案对于风向风速的模拟效果最好．（3）对于位温及比湿垂直廓线的模拟，晴天和阴天条件下均是非局地方案（ACM2和YSU）对白天的模拟效果优于局地方案；ACM2方案对夜间弱稳定层结和逆湿结构的模拟最优；（4）对于风速垂直廓线的模拟，白天不稳定条件下，晴天条件MYJ方案最优，阴天MYNN2．5方案的模拟效果最好；夜间弱稳定条件下，晴天条件ACM2方案与观测值之间的偏差最小，阴天YSU方案模拟效果最好；（5）总体而言，在对典型农田下垫面进行模拟时，晴天和阴天条件下均是ACM2方案更具优势．

地球物理学报杂志地球动力学·地震学·地磁学

欧罗巴星陨石坑对冰层厚度的制约935-940

摘要：欧罗巴（木卫二）是目前最有可能存在地外生物的星体，是空间探测计划的重点对象．欧罗巴冰层厚度直接制约着生物存在的可能性．另一方面，冰层厚度控制着温度结构、流变特性，进而制约着冰体构造特征及演化过程．前人基于板的挠曲，陨石坑分析，热-力学分析等方法得到的冰层厚度变化范围很大（小于1km到大于30km）．基于前人的研究，我们通过研究欧罗巴陨石坑的松弛过程进而约束冰层的厚度．本文将冰视为非牛顿流体，修正了前人在引用冰体实验数据过程中存在的不足．依据前人的研究思路，基于有限单元法及更新网格技术，取新近形成的陨石坑形状为初始几何模型，针对不同厚度的冰层，对欧罗巴最大陨石坑的松弛过程进行了动力学模拟．模拟结果显示：1）冰层越厚，所需松弛时间越长；2）冰层越厚，陨石坑附近的黏度越高，这是松弛时间相对较长的直接原因．本文认为欧罗巴冰层的厚度大于20km．值得注意的是，作为端元模型，本文模型中冰层与基岩直接接触，后续研究将进一步考虑其他模型．

羌塘盆地中部地区地壳S波速度结构及构造意义941-952

摘要：羌塘盆地是我国最大的海相盆地．本文根据在羌塘盆地内布设的27个宽频带地震观测台站记录的远震波形数据，利用非线性复谱比反演算法得到各台站下方100km深度范围内S波速度结构．结果表明，羌塘地区Moho深度较为平缓，平均深度为61km；北羌塘地壳内低速层广泛分布；北羌塘具有两个较大的沉积盆地，龙尾错和白滩湖坳陷，沉积厚度分别有10km和15km．尽管北羌塘下地壳受到强烈的新生代火山岩作用改造，但是这种深部岩浆热作用会加速烃源岩中有机质的热演化历程，北羌塘两个盆地具有很好的油气前景．与北羌塘低速层分布相比，南羌塘下低速层更深，可能与班公怒江洋于中生代的俯冲消减及拉萨地体北向俯冲有关．

汶川地震前十年间龙门山区域顾及断层闭锁的地壳应变场953-961

摘要：本文利用1997-2008年5月的汶川Mw7．9地震前川滇地区GPS水平速度场数据，采用负位错理论反演了汶川Mw7．9地震前龙门山断裂带的闭锁程度．在顾及断层闭锁影响下，获得了龙门山断裂带区域震前十年问地壳应变率场．结果表明在汶川地震前龙门山断裂带高度闭锁，在地表以下0～25km范围内其平均闭锁程度为0．972±0．222，滑动亏损速率约为3mm·a^-1．震前龙门山断裂滑脱层的高度闭锁为汶川地震深部同震破裂提供了能量基础；在顾及断层闭锁影响下，龙门山断裂带附近应变积累缓慢，断层附近区域最大主应变率约为3．4～9．6nanostrain·a^-1，最小主应变率约为-2．5～-7．1nanostrain·a^-1；断层西北侧有明显的应变积累．

基于CORS站网监测三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响962-971

摘要：三峡地区水资源丰富，加上三峡水库蓄放水的影响，水动力环境复杂，对该区域陆地水负荷变化影响的研究还比较薄弱．本文基于CORS站网，辅以少量重力台站数据，采用负荷形变和重力场球谐分析方法，研究了三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响．本文研究发现：①基于CORS站网能够监测陆地水负荷引起的地壳形变和地面重力时空变化．②陆地水负荷对垂直形变的影响达厘米级，对水平形变的影响较小，对地面重力的影响可达数百微伽．③2011年1月至2015年6月陆地水负荷对垂直形变影响的年变化趋于平衡，对地面重力变化影响主要集中在三峡水库和重庆市附近．④基于CORS站网确定的三峡地区陆地水地壳垂直形变，与GRACE卫星重力成果在分布规律和趋势上具有较高的一致性，但在部分区域存在差异．本文研究成果可用于水动力环境监测与水资源保护利用，为高程基准和重力基准的动态维护提供支持．

2010智利Maule特大地震的同震效应972-984

摘要：2010年智利Maule大地震是人类有观测记录以来第六大地震，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，计算了该地震同震效应，并根据库仑应力变化分析周围断层地震活动性和主震对余震的触发关系．结果表明：对于2010年Maule地震，地球曲率和层状结构对同震水平位移影响不可忽略，如果不采用球面分层模型，在低纬度远场可能会造成位移和应变量值均被低估，在高纬度远场可能会造成位移被夸大而应变被低估．如果不考虑介质横向不均匀和地形，同震应力降被显著低估，近场同震东西向应力变化误差最高95．4％，南北向应力变化误差最高90．8％．Illapel地区库仑应力变化约10kPa，相当于15年构造积累，Maule地震加速了2015年Illapel地震发生．以最优破裂方向投影得到库仑应力变化，经统计70．9％余震落在库仑应力变化量值大于10kPa区域．本次特大地震触发了Pichilemu附近Mw6．9和Mw7．0两次正断型余震．

2015年3月新不列颠Ms7．4地震震源及邻区构造应力场特征985-998

摘要：2015年3月30日至5月15日，巴布亚新几内亚一新不列颠地区发生了一系列地震．为研究该地区的构造应力环境及孕震背景，本文基于GlobalCMT目录，对新不列颠区域浅部进行构造应力场反演，拟得到高精度的应力图像．反演结果显示：（1）沿着南、北俾斯麦块体边界的区域构造应力场呈走滑体系，最大主压应力轴方位呈SWW-NEE向．（2）所罗门海的NW和NE走向的海沟处于压缩状态，所罗门海块体向新不列颠和所罗门群岛俯冲的板块弯曲部分是局部拉张．（3）受俯冲带的北向推挤，南俾斯麦板块顺时针旋转的挤压，太平洋板块向西部运动汇聚作用，新不列颠岛东北部与新爱尔兰岛南部交汇区域呈现明显非均匀应力状态．（4）此次地震序列的大多数走滑型和逆冲型地震，可能是所罗门海块体俯冲运动，和南俾斯麦块体与太平洋板块的近EW向挤压作用共同引发．

未知OBS水平方位的SKS分裂参数测量999-1006

摘要：宽频带海底地震仪（OBS）探测是研究海底深部结构最有效的地球物理方法，其中SKS分裂参数测量已被广泛应用于上地幔各向异性的研究．传统的SKS分裂参数测量需要知道确切的OBS水平分量方位，然而OBS的投放过程是自由式的，其两个水平分量在海底的方位是不确定的．本文通过SKS快慢波的运动学特性，发展了一种在未知OBS水平分量方位的情况下直接求取SKS分裂参数的方法，分别用合成地震图和实际观测到的远震资料对该方法进行了数值检验，表明其是一种有效的获得SKS分裂参数的方法，而且相比于传统的先确定OBS水平分量方位，再进行SKS分裂的方法，此方法能够同时获得SKS分裂参数和OBS水平分量方位，应用简便，且减少了累积误差，获得的SKS分裂参数可靠性更高．

磁组构与构造变形1007-1026

摘要：磁组构通常指磁化率各向异性，即AMS（Anisotropy of Magnetic Susceptibility），是一种重要的岩石组构，是弱变形沉积岩地区灵敏的应变指示计．近年来，AMS在造山带及前陆地区的广泛应用为构造变形研究提供了极大的帮助，同时提升了该方法的理论认识．本文在研读最新相关文献与著作的基础上，结合笔者及研究团队在龙门山地区获得的磁组构研究成果，综述了磁组构在沉积岩地区构造变形研究中的应用进展，并基于现有的研究认识对关键问题进行讨论，提出以下几点认识：（1）磁性矿物分析是AMS研究的关键，应结合多种岩石磁学实验及光学与电子显微构造研究手段展开详细的磁性矿物学分析；（2）磁化率椭球与应变椭球的对应主轴在绝大多数情况下相互平行，但在不同期次、不同种类复杂的磁性矿物组成，或者多期次构造变形的影响下，AMS与应变的关系相对复杂，应比对高场和低温AMS及非磁滞剩磁各向异性（AARM）测试结果，获得不同矿物的优选定向特征，并对获得的组构进行分期；（3）AMS可以揭示造山带及其前陆地区的构造演化历史，并且是分析断层相关褶皱的有限应变特征和变形机制的重要方法，同时也是厘定断裂带变形性状和期次及运动学分析的有效手段；（4）磁组构形成于成岩作用早期或构造变形的最早阶段，能很好地记录褶皱和逆冲作用之前的平行层缩短变形，因此可以揭示同沉积阶段的古构造应力方向．后期足够强烈的构造变形能局部改造或彻底掩盖先存AMS记录，构造流体有关的同构造期结晶矿物或先存矿物的重结晶导致的再定向被认为是其根本原因；（5）斜交磁线理是一种特殊的磁组构类型，反映了区域构造叠加或多期构造变形作用或隐伏斜向逆冲等可能的构造过程，有必要结合多方面的地质证据对其成因作�

基于古地磁与^230Th定年的西沙西科1井乐东组生物礁沉积年代的初步研究1027-1038

摘要：生物礁是重要的自然资源，在全球气候变化与碳循环中扮演了重要角色．磁性地层学是建立年代框架的有效手段，但是，由于生物礁沉积物中天然剩磁强度弱，南海地区生物礁的磁性地层学研究尚未很好展开．为此，本文利用西沙群岛西科1井乐东组生物礁沉积样品进行了详细的岩石磁学和磁性地层学研究．结果显示，西沙群岛乐东组记录了布容正极性时、奥杜维尔正极性时和松山负极性时．通过对比已有的钻孔资料，本文认为应基于岩石地层特征这一标准将西沙地区的乐东组埋深予以统一．在此基础上，综合磁性地层与^230Th定年结果，本文将乐东组的底界限定在～2．0Ma．

层状半空间中周期分布凸起地形对平面SH波的散射1039-1052

摘要：提出了一种新的以层状半空间中周期分布斜线荷载动力格林函数为基本解的间接边界元方法，研究了周期分布凸起地形对平面SH波的散射问题．方法将散射波场分解为凸起内部散射波场和凸起外部散射波场．凸起内部散射波场通过在凸起闭合边界上施加虚拟斜线荷载产生的动力响应来模拟，而凸起外部散射波场则通过在凸起与半空间交界面上施加虚拟周期分布斜线荷载产生的动力响应来模拟．周期分布斜线荷载动力格林函数的引入，使得本文方法仅需针对一个凸起进行边界单元的离散和求解，便可完成问题的求解，避免了通过截断无限边界求解而引入的误差，方法具有较高精度的同时显著降低了求解自由度．文中通过与已有结果的比较，验证了方法的正确性，并以均匀半空间和基岩上单一土层中周期分布凸起为例进行了数值计算分析．研究表明，凸起间距对凸起地形间的动力相互作用有着显著的影响，同时层状半空间中周期分布凸起地形对SH波的散射与均匀半空间情况也有着显著的差别．

地球物理学报杂志应用地球物理学

基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移1053-1061

摘要：相对于传统的逆时偏移，最小二乘逆时偏移具有更高的成像质量，这种改善是通过迭代反演来获得的，另外其精度与效率依赖于求解波动方程算法的精度与效率．本文给出了基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移的方法，该方法能够充分结合最小二乘算法与非结构化网格精细刻画地下界面以及随速度自适应剖分的优点；并采用带补偿的拉普拉斯滤波算法，来消除梯度计算中的低频噪声，从而加速目标函数的收敛速度．通过简单倾斜模型以及复杂Marmousi模型测试，显示了该方法的有效性和潜力．