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地球物理学报 2017年第04期杂志 文档列表

地球物理学报杂志空间物理学·大气物理学业·重力与大地测量学

基于Van Allen Probes EMFISIS波动仪器观测的内磁层下频带哨声合声波全球分布的统计分析1249-1258

摘要：基于Van Allen Probes近三年的EMFISIS仪器波动观测数据，对内磁层下频带哨声模合声波幅度的全球分布特性对地磁活动水平的依赖性进行了详细的统计分析，着重研究下频带合声波平均场强幅度随磁壳值L、磁地方时、地磁纬度的分布特征及不同强度区间的合声波的发生概率．结果表明，下频带合声波的波动强度与地磁活动密切正相关，处于强磁扰期间的合声波具有更大的振幅，其发生率与地磁活动强度具有同样的正相关特性．下频带合声波主要发生于午夜至下午的磁地方时区间，其余的磁地方时时段下频带合声波较弱．赤道面附近的下频带合声波主要分布在夜侧至黎明这一时段内，随着磁纬度的增加逐步向日侧扩展．下频带合声波在午夜侧（2103MLT）主要出现在15°的磁纬范围内，在晨侧（03-09MLT）可以到达15。磁纬甚至更高纬度．下频带合声波主要发生于L=～4．5的附近区域．随着地磁活动的增加，下频带合声波所覆盖的L—shell空间区域增大，趋势为向高、低L值区域同时扩展．建立的下频带哨声合声波的全球分布模型将有助于进一步深入理解该重要磁层波动对辐射带电子的波粒作用散射效应和对辐射带动力学过程的定量贡献．

地球物理学报杂志应用地球物理学

基于Van Allen Probes EMFISIS波动仪器观测的内磁层上频带哨声合声波全球分布的统计分析1259-1267

摘要：基于VanAllen Probes近三年的EMFISIS仪器波动观测数据，针对内磁层上频带哨声模合声波幅度的全球分布特性对地磁活动水平的依赖性进行了详细的统计分析，着重研究上频带合声波平均场强幅度随磁壳值（L）、磁地方时（MLT）、地磁纬度（MLAT）的分布特征及不同强度区间的合声波的发生概率．结果表明，上频带合声波的平均场强幅度与地磁活动条件密切相关，在强磁扰期，平均幅度可达到40pT以上．在外辐射带中心区域（L=4～6），上频带合声波的幅度最强；在L〈～3的区域，上频带磁层合声波没有分布．在夜侧至晨侧（2209MLT），上频带合声波幅度最强；在下午侧至昏侧（15—19MLT），上频带合声波幅度最弱；日侧（1014MLT）上频带合声波在不同地磁活动条件下都存在，幅度偏小．上频带合声波主要分布在｜MLAT｜〈10°，其中2109MLT范围内、磁纬位于｜MLAT｜〈5°的平均场强幅度最强，磁扰期间可达约100pT．另外，统计而言，中等幅度（10～30pT）的上频带合声波在夜侧至晨侧（23-09MLT）靠近磁赤道区域的发生率最高，可达15％左右．强幅度（〉30pT）的上频带合声波普遍分布在夜侧（01--05MLT），发生率最小．本文建立的上频带哨声模合声波的全球分布模型结合已经建立的下频带合声波的全球分布模型，将有助于进一步深入理解该重要磁层等离子体波动对地球等离子体片、辐射带、环电流动力学过程的定量贡献．

地球物理学报杂志空间物理学·大气物理学业·重力与大地测量学

中低纬电离层F层峰高和厚度的变化特征分析1268-1275

摘要：电离层F层参数对电离层空间天气研究与电波传播应用具有重要意义，以往工作主要针对电离层f0F2、TEC等参数.本文利用我国中纬地区的兰州、中低纬过渡区的昆明、低纬地区的海口三个观测站的电离层垂直探测数据，分析了电离层峰高hmF2、F层虚高h＇F和定性表征的厚度hmF2-h＇F的周日、季节、太阳活动变化特征.研究表明：（1）兰州hmF2在太阳活动高年和低年的数值接近，海口在太阳活动高年白天的hmF2比低年白天高20~30 km.（2）在海口和昆明，hmF2最大值多出现在中午时段，兰州站的最大值出现在夜间.（3）海口的hmF2在01-3LT期间出现很强的＂午夜衰落＂现象，此后迅速增大.（4）利用hmF2-h＇F来表征电离层的厚度时，其季节和周日变化特征与常用的B0存在相似之处，但未出现清晨与午后凹陷等现象.这些结果对于提高我国电离层变化特性的认识和模式化研究水平具有重要的科学意义.

地磁活动对气候要素影响的研究进展1276-1283

摘要：地磁活动是太阳爆发现象引起地球近地空间磁场扰动的重要空间天气过程之一．地球磁场的变化具有多种时间尺度，其中从数十年到数世纪的长时间地磁场变化主要是由地核磁场引起的，而从数秒到数年的短时间地磁变化与太阳活动有关．近年来，越来越多的统计研究表明，地磁活动与太阳活动和地球气候变化之间存在着显著的相关性．地球磁场和地球大气系统的耦合现象驱动着人们探索地磁活动对地球天气和气候系统影响的研究．本文的目的就是综述国内外地磁变化对气候影响的研究进展，介绍我们最新的研究成果，探索地磁活动对气候要素的影响特征和可能机理过程，为深入研究地磁活动对地球天气和气候的影响提供基础和依据，以期对地磁活动和气候要素关系有进一步的认识．

COSMIC数据验证FY-3 MWTS通道4的观测结果1284-1292

摘要：利用无线电掩星探测在平流层具有较高精度和稳定性的优势，本文采用COSMIC资料验证我国风云3号（FY3）系列卫星上微波温度探测仪（MWTS）通道4表征的平流层低层测量结果．两年的FY-3A／3B上MWTS通道4观测亮温与掩星数据模拟的亮温相比较分析表明：两颗卫星平台上MWTS通道4观测亮温都偏高，尤其在热带地区和极区夏季；FY3A／3B上MWTS通道4亮温偏差的月均值变化趋势较为一致，两个年份的变化趋势也较为一致．MWTS通道4表征的平流层低层观测亮温在不同纬度带呈现不同偏差分布特征：热带地区明显系统偏高2～4K，中纬度地区偏高1K；而高纬度地区则出现随季节显著变化的偏差，尤其在南极地区季节差异达到5K，这种依赖于环境温度出现的较大亮温偏差不完全是频率偏移引起．热带地区观测与模拟亮温差异显著，并且热带地区样本对于全球总体亮温偏差影响程度达到20％，这表明COSMIC数据在热带地区的验证结果需谨慎使用．

CMIP5全球气候模式对中国上空空气静稳日数模拟能力评估1293-1304

摘要：空气静稳日数变化与污染物浓度变化密切相关，评估气候模式对空气静稳日数的模拟能力是进行未来预估的基础.本文利用15个CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project phase 5）全球模式的模拟结果与观测数据，分别计算了1961-2005年逐年中国上空空气静稳日数，并利用统计方法分析了中国上空空气静稳日数的标准差、相对均方根误差、区域平均的时间序列、趋势分布和EOF（Empirical Orthogonal Function）主要模态变化特征，评估了CMIP5模式对中国上空空气静稳日数的模拟能力.结果表明：多模式集合平均结果可以模拟出空气静稳日数由沿海向内陆逐渐增加的分布特征，单个模式对空气静稳日数空间分布的模拟能力相差较大.多模式集合平均可以较好地再现夏、冬季的空气静稳日数.15个模式中，CanESM2和IPSL-CM5B-LR对中国大部分区域的模拟效果较好，多模式集合平均的模拟能力优于单个模式.与观测相比，多模式集合平均的1961-2005年空气静稳日数年际变化波动较小，多数区域的多模式集合平均的空气静稳日数高于观测值.对于逐年的冬季空气静稳日数，大多数区域的多模式集合平均存在高估.在中国东部和新疆大部，多模式集合平均可以较好的模拟出空气静稳日数变化趋势的空间分布特征，但是数值偏小.多模式集合平均也能较好的模拟出空气静稳日数的EOF1和EOF2特征向量分布型，但对前三个EOF的时间系数序列模拟能力差.

2014年两次路径相似热带气旋降水特征及其成因的对比1305-1320

摘要：利用NASA的MERRA再分析数据、台站降水资料、热带气旋最佳路径数据集和雷达资料初步对比探讨了2014年两次路径相似台风（“威马逊”和“海鸥”）的降水特征及其成因．结果表明，两者台站过程降水和最大日降水强度差异明显；在华南产生的过程降水和日降水均表现出明显的非对称性，最强均在海南岛；在海南岛产生的过程降水、日降水和最大小时降水最强均在海南岛西部和北部．与“海鸥”相比，在强降水时段，“威马逊”产生更大台站日降水的原因之一是其自身更强的强度和偏慢的移动速度，而且还与高层更强的南亚高压主体、中层偏弱偏东的副热带高压和低层强的低空急流密切相关．在强降水阶段，两者所处的环境风垂直切变均指向西南偏西一西南偏南方向，而强的对流均主要在环境风垂直切变的左侧或前侧．两者强降水主要在海南岛西部和北部的关键原因是五指山山脉和台风路径的相对位置配置类似，强降水区恰好处于向岸风面或五指山的迎风面．

月球辐射状撞击坑经度方向分布特征与同步旋转轨道状态模拟分析1321-1331

摘要：月球目前的同步旋转轨道状态使得形成的撞击坑分布满足一定的不对称性.本文利用最新的LRO影像和地形数据，结合早期的Clementine影响数据，分析了月球辐射状撞击坑经度方向成坑率分布，结果表明所识别的辐射状撞击坑的年龄为0.9 Ga内，西-东半球方向存在明显不对称性，比值约为1.35~1.53；同时利用辐射状撞击坑模拟了0.9 Ga内的同步旋转轨道的平均状态，得到该时间内月球的向点-背点为70°W-110°E附近；最后利用撞击坑数据库资料对月球形成以来各地质世纪时间尺度内的撞击坑进行了成坑率分布分析，结论表明月球在大爆炸中后期间可能处于过近似的同步轨道旋转状态，但是与现在的轨道运行状态相反，月球在之后的地质时期内经历了翻转，其诱因可能是雨海和东方海盆地遭受的撞击.

利用径向基函数RBF解算GRACE全球时变重力场1332-1346

摘要：本文利用GRACE（Gravity Recovery And Climate Experiment）level 1b数据和径向基函数RBF（radial basis function）方法解算了全球时变地球重力场.RBF基函数相比传统球谐（spherical harmonic）基函数，其高度的空域局部特性使得正则化过程易于添加先验协方差信息，从而可能揭示更加准确的重力场信号.本文研究表明，RBF基函数算法在精化现有的GRACE全球时变重力场模型，如提升部分区域信号幅度等方面具有一定优势.本文通过将RBF的尺度因子作为待解参数，基于GRACE卫星的Level 1b数据和变分方程法，成功获取了2009-2010年90阶无约束全球时变重力场RBF模型Hust-IGG03，以及正则化全球时变重力场RBF模型Hust-IGG04.通过与GRACE官方数据处理中心GFZ的最新90阶球谐基时变模型RL05a进行对比，结果表明：（1）无约束RBF模型Hust-IGG03 和GFZ RL05a 在空域和频域表现基本一致；（2）正则化RBF模型Hust-IGG04无需进行后处理滤波已经显示较高信噪比，噪音水平接近于球谐基模型GFZ RL05a 经400 km高斯滤波后的效果；（3）Hust-IGG04相比400 km高斯滤波GFZ RL05a在周年振幅图和趋势图上显示出更多的细节信息，并且呈现出更强的信号幅度，如在格陵兰冰川融化趋势估计上Hust-IGG04比GFZ RL05a提高了24.2%.以上结果均显示RBF方法有助于进一步挖掘GRACE观测值所包含的时变重力场信息.

BDS／GLONASS非组合精密单点定位模型与算法1347-1358

摘要：在GPS非组合精密单点定位（PPP）模型的基础上，针对BDS和 GLONASS系统各自的特点，分别提出了适用于BDS和GLONASS系统的非组合PPP模型，并在此基础上构建了BDS/GLONASS 联合处理的函数模型.新模型中考虑了BDS系统GEO卫星伪距长周期多路径效应引起的系统性偏差（BDS GEO Multipath Bias，BGMB），将其作为参数进行估计；另外，新模型中还考虑了GLONASS系统伪距频间偏差（inter-frequency-biase，IFB），将其参数化为卫星频率号的线性函数，并通过参数重组得到了满秩的函数模型和可估参数的形式.选取了2015年年积日200~230共一个月的11个MGEX跟踪站数据来验证新模型与算法的正确性和有效性，结果表明：将BDS系统伪距 BGMB当作参数估计能够显著提高BDS单系统非组合PPP的收敛速度，并能减小伪距残差；通过线性函数来模型化GLONASS伪距IFB能够显著提高GLONASS单系统PPP的收敛速度，并能在一定程度上减小伪距残差；1个月BDS/GLONASS 非组合PPP定位误差RMS在北、东、高三个方向分别为6.9 mm、9.1 mm和19.3 mm，表明提出的BDS/GLONASS 非组合PPP模型与算法具有良好的定位性能.

地球物理学报杂志地球动力学·地震学·地电学·地磁学

天山构造带及邻区地壳各向异性1359-1375

摘要：天山构造带位于中国大陆西北部，是典型的岩石圈陆内缩短造山带．本文利用新疆区域数字地震台网2009年1月至2014年12月的近场小地震波形资料，采用剪切波分裂分析对天山构造带及邻区的地壳各向异性特征进行研究，获得了研究区域内39个台站的快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟．剪切波分裂参数的空间特征显示，研究区上地壳各向异性具有分区性，各向异性特征与局部构造、地壳介质变形和应力分布有关．天山构造带的快剪切波偏振呈现出两个优势方向的特点，第一优势方向大致平行于台站附近断裂和天山构造带的走向，与断裂构造和应力的综合影响有关，另一个优势方向反映了主压应力的直接作用．北天山山前断裂带东段的断裂弯折部位和南天山局部地区的剪切波分裂参数与东、西两侧不同，与准噶尔盆地、塔里木盆地的南北向挤压作用密切相关．快剪切波偏振优势方向的剧烈变化揭示，在准噶尔盆地和塔里木盆地双向挤压隆起的过程中，天山构造带产生了强烈的局部不均匀变形．塔里木盆地西侧快剪切波偏振具有两个优势方向，一个为NNE方向，与帕米尔高原受到印度-_欧亚板块碰撞产生的北向挤压作用有关，另一个为NW方向，指出了塔里木盆地区域主压应力方向．准噶尔盆地北部也存在NE和NW两个快波偏振优势方向，主要与断裂的影响有关．天山构造带区域内的慢剪切波时间延迟总体上低于塔里木盆地西侧和准噶尔盆地北部，同时慢剪切波时间延迟的结果也进一步证实了天山构造带的局部强烈变形．

西准噶尔地区地震背景噪声源分析1376-1388

摘要：西准噶尔是我国大陆远离海岸带最远的地区.利用频率域聚束（或称f-k分析）方法对布设在西准噶尔地区的两个不同尺度的三分量宽频地震台阵61天和31天的连续记录分别进行了低、高频背景噪声源分析.通过台阵响应函数的计算，确定了分析背景噪声源的最佳频带范围分别为0.04~0.1 Hz和0.5~3 Hz.对于低频背景噪声，分析了初次地脉动的震源，结果说明西准噶尔大尺度台阵（WJLA）在观测时间范围内可以接收到来自亚欧大陆周边几个海洋活动强烈的海岸带的背景噪声，尤其以来自北太平洋西海岸带和北大西洋东海岸带的信号最强.通过分析由两个强温带气旋引起的北大西洋的海浪剧烈运动产生的地脉动信号，证明了这两个强温带气旋与北大西洋东海岸带相互作用的区域有所不同，并发现了当这两个强温带气旋结束后，该海域依然会在较长的一段时间内保持活跃状态.对于高频背景噪声，在1~2.5 Hz频带范围内有一个持续而稳定的噪声源，来自于西准噶尔小尺度台阵（WJSA）中心北偏东60°方向，主要由克拉玛依市区及附近的人类活动产生；除此之外，在较低频段有时还会在270°~300°方位产生一个能量相对更强的噪声源，其信号传播速度更快，分析认为该类震源为测区西北部的多个矿山的采矿活动.本项实验研究证明：即使在远离海岸带的我国西北部地区，背景噪声仍具有足够强的信号，但噪声来源存在强烈的方向性，因此在该地区利用背景噪声对地球内部进行成像时，需要考虑噪声源方位特性对成像的影响.

时频域相位滤波在远震接收函数噪声压制中的应用1389-1397

摘要：宽频带地震观测数据中有效信号和干扰噪声经常发生混频效应，常规的频率域滤波方法很难将二者分离．地震波信号属于时变非平稳信号，时频分析方法能够同时得到地震波信号随着时间和频率变化的振幅和相位特征，S变换是其中较为高效的时频分析工具之一．本文以S变换为例，提出了基于相位叠加的时频域相位滤波方法．与传统叠加方法相比，相位叠加方法对强振幅不敏感，对波形一致性相当敏感，更加利于有效弱信号信息的检测．时频域相位滤波方法滤除与有效信号不相干的背景噪声，保留了相位一致的有效信号成分，显著提高了信噪比．运用理论合成的远震接收函数数据和实际的宽频带地震观测数据检验结果显示该方法较传统的带通滤波方法相比，即使在信噪较低且混频严重条件下，时频域相位滤波方法的滤波效果依然很明显，有助于识别能量较弱的有效信号．

三维复杂地壳结构非线性走时反演1398-1410

摘要：中国大陆中西部乃至全球造山带普遍具有复杂地壳结构．随着矿产资源勘探和深部探测研究的深入，探测造山带及盆山耦合区下方地壳精细结构正逐渐成为当前面临的巨大挑战．人工源深地震测深方法正越来越清晰地揭示出不同构造域地壳速度结构的基本特征，然而传统的层状结构模型参数化方法难以准确描述复杂地质模型，通常情况下多忽略速度结构的精细间断面且采用层边界平滑处理，难以满足地壳精细结构成像的发展要求．针对上述困难，本文采用最近发展的块状结构建模方案构建三维复杂地壳模型，基于逐段迭代射线追踪正演走时计算方法，推导了走时对三角形界面深度以及网格速度的偏导数，开展了非线性共轭梯度走时反演方法研究．发展了利用直达波和反射波等多震相走时数据对界面深度和网格速度的多参数联合反演方法，并引入不同种类震相数据的权系数和不同类型参数偏导数归一化的方法．数值算例表明，基于块状结构的非线性共轭梯度走时反演方法适用于复杂地壳结构模型，在利用人工源走时数据反演复杂地壳精细结构领域具有良好的应用前景．

2016年阿克陶MS6．7地震震源复杂性与烈度1411-1422

摘要：2016年11月25日在我国新疆克孜勒苏州阿克陶县发生MS6.7地震（阿克陶MS6.7地震）.我们收集国内外地震资料，对主震及4级以上余震进行了重新定位和震源机制反演，对434次余震进行了双差定位，对主震震源过程进行了反演确定和复杂性分析，并基于反演确定的有限动态源模型估计了此次地震的烈度分布.结果表明：这次地震发生在当地一个近乎东西向展布的小型盆地内，很可能由一条新断层或隐伏断层的活动所致.发震断层近乎直立，近东西向展布，总体上表现为右旋走滑.破裂首先向西扩展，紧接着向东，随后向东西两个方向同时扩展，然后西侧破裂首先停止，东侧破裂继续，最后破裂在东侧停止，整个过程持续~20 s，释放地震矩1.08×10^19N·m，相当于MW6.6.破裂过程最终形成两个位错高值区，分别位于初始破裂点的东西两侧，西侧高值区规模较小，东侧区规模较大.根据烈度估计，烈度椭圆长轴方向与主震破裂方向以及余震展布方向一致，最大烈度约为IX度，主要集中在震中以东很小的区域，VIII度区呈纺锤形，分布于震中东西两侧，V至VII度区呈椭圆形，总体上东侧烈度大于西侧.

阜阳MS4．3地震震源深度的确定及地震成因分析1423-1432

摘要：2015年3月14日在安徽阜阳地区发生了MS4.3地震，随后发生3月23日MS3.6余震.主震造成2人死亡13人受伤.房屋倒塌155间，受损1万多间.主震震级不大，而造成的灾害巨大.本文使用CAP方法反演了两次地震的震源机制解和震源深度，结果显示两次地震的震源机制解和深度一致.主震的机制解节面Ⅰ走向110°，倾角75°，滑动角-10°；节面II走向202°，倾角80°，滑动角-164°；矩震级MW4.3，余震矩震级MW3.7，反演最佳深度均为3 km.最佳深度时波形拟合相关系数较高，表明反演结果是可靠的.使用sPn和sPL深度震相进一步分析了两次地震的震源深度.结果显示，选取的7个台站的sPn震相与Pn震相的平均到时差为1 s，对应的震源深度为3 km.震中距为36 km的利辛台的sPL震相与Pg震相到时差约为1.1 s，对应震源深度约3~4 km之间.两种深度震相分析的震源深度与CAP方法的结果一致，表明本文给出的阜阳地震震源深度为3 km左右基本是可靠的.本次地震造成较大灾害的原因很可能与地震震源较浅有关.阜阳地区地壳结构相对稳定，地质构造演化形成3 km厚的沉积层，本次地震可能是区域应力作用下发生在沉积层里的一次地震.

地震活动性模拟方法及太原地区地震活动性模拟1433-1445

摘要：本文改进了地震活动性模拟方法，使模型可以使用GPS反演得到的断层滑动速率的结果作为应力加载，进行区域的地震活动性模拟.选取太原地区作为研究区域，模拟并分析太原地区地震活动性.计算太原地区长达20000年的理论地震目录，通过对理论地震目录进行分析发现模拟结果的震级频度关系与实际观测资料具有相似性.太原地区的震级大于6级的模拟地震在时间上表现出很强的随机性，与年平均发生率为0.0129a^-1的Poisson过程对比，当采用卡方检验进行检验时，置信水平达到99.0%；然而，单一断层的强震的时间分布与相应年平均发生率的Poisson分布并不完全相近，部分断层拟合置信水平为90%左右，部分断层置信水平接近为0.这一结果表明，用Poisson过程估计太原地区长期地震发生率是比较合理的，估计单一断层上的地震危险性不是十分合理.地震危险性模拟结果显示，太原盆地地区7级以上地震的复现周期为4000年.

2014年鲁甸MS6．5地震前后地震活动性1446-1456

摘要：2014年 8月3日在云南省鲁甸县发生MS6.5地震，造成了巨大的人员伤亡和财产损失.关于鲁甸地震的起因，特别是鲁甸地震与溪洛渡水库之间的关系存在一些争议.分析中强地震前后地震活动性的变化可以为判断主震起源提供一定的依据.然而，由于鲁甸地震震中附近固定台站数目少、台站距离震中远及主震后尾波干扰等因素的影响，会造成地震目录的缺失，从而可能影响地震活动性的可靠分析.为了获得更加完备的地震目录，本文采用模板匹配方法对鲁甸地震前后小地震进行了搜索和识别.以台网目录中的541个事件作为模板，在主震之前33天到主震后5天的连续波形中识别出991个未在目录中列出的地震，使余震的完备震级从1.8降低到1.3.根据检测目录得到主震前33天内的b值为1.04±0.18，余震的b值在震后5天内由0.5左右逐渐上升至0.9附近并保持稳定；根据2009年到主震发生前的台网目录得到该区域的背景b值为0.93±0.04.即鲁甸地震前后区域地震活动b值均与背景b值接近，这与典型水库诱发的中强震具有的b值特征不相符.同时通过进一步分析台网目录，未发现溪洛渡水库蓄水前后研究区域内的地震活动性存在明显变化，这也与典型水库诱发地震区域的地震活动性特征不相符.综合以上结果，我们认为2014年鲁甸MS6.5地震不具有典型水库诱发地震的特征.