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地球物理学报 2017年第10期杂志 文档列表

地球物理学报杂志空间与大气物理学

大功率高频电波加热电离层中参量衰减不稳定性研究（1）：数值模拟3693-3706

摘要：参量衰减不稳定性（Parametric Decay Instability，PDI）在大功率高频（High frequency，HF）电波与电离层等离子体相互作用的过程中扮演着十分重要的角色，本文采用广义Zakharov方法对常规的等离子体流体力学方程组进行相应处理后，并在近似实际的电离层背景和电波传播模型下，构建了高频电波加热电离层激发PDI的数值计算模型.模拟结果发现：在毫秒量级的时间尺度上，大功率高频电波在寻常波（Ordinary wave，O波）反射点高度附近激发出了朗缪尔波（Langmuir wave）和离子声波（Ion-Acoustic wave）两种等离子体静电波模，模拟中产生的朗缪尔波和离子声波相应波数为5~11 rad·m-1，结果与利用色散关系求出的理论值4~7 rad·m-1近似一致，密度扰动幅值从106 m-3量级指数级增长到了1010 m-3量级，直至能显著影响与＂低频＂密度背景相关的等离子体频率后，出现了等离子体＂空穴＂结构以及朗缪尔波被＂俘获＂现象，在扰动空间内的小尺度静电场幅值最高能达到100 V·m-1量级，最终造成一种强烈的局地化＂空穴＂湍流现象.本文的研究有助于深入理解PDI的物理机制，对研究大功率高频电波与电离层等离子体之间复杂的非线性相互作用也有着非常重要的意义.

极区Hall电流经度差异特征的统计学研究：CHAMP卫星观测3707-3717

摘要：本文利用2001至2010年间CHAMP（CHallenging Minisatellite Payload）卫星标量磁力仪（Overhauser Magnetometer）观测的磁场数据，反演得到电离层霍尔（Hall）电流，并且对极区电离层Hall电流的特征进行了统计学研究.研究主要关注平静期，即重联电场小于2 mV·m-1条件下，在磁纬60°至90°范围内的Hall电流在不同太阳活动、季节、磁经度、磁地方时等条件下的变化特征.研究发现：Hall电流具有明显的经度差异，在南北半球呈现显著一波经度结构，而且南北半球反相，即北半球电流密度呈现峰-谷-峰结构，而南半球呈现谷-峰-谷结构.Hall电流密度的经度结构与太阳活动紧密相关.太阳活动高年经度差异最大，太阳活动中年经度差异次之，太阳活动低年经度差异最小.研究发现，在磁地方时为10-14MLT的白天，影响Hall电流的因素主要是太阳辐射；而磁地方时为21-03MLT的夜晚，除了电导率的影响之外，可能存在其他的重要的物理过程影响着Hall电流的经度分布.本文还研究了与电流相关的焦耳热的经度分布情况，发现其在南北半球分别呈现单峰、单谷结构，经度差异亦十分明显.

国际GNSS服务组织全球电离层TEC格网精度评估与分析3718-3729

摘要：国际GNSS服务组织（International GNSS Services，IGS）的全球电离层TEC格网（Global Ionospheric Map，GIM）是利用GNSS进行电离层研究的主要数据源之一．IGS电离层工作组于2016年2月正式授予中国科学院为全球第五个电离层数据分析中心，由测量与地球物理研究所和光电研究院联合实施．本文系统地总结和展示了IGS电离层工作组对各分析中心GIM评估的结果；此次评估以基准站实测电离层TEC、测高卫星电离层TEC为参考，给出了各分析中心1998--2015年GIM的总体性能．结果显示：随着IGS基准站日益增多，各分析中心GIM内符合精度由4．5～7．0TECu提升至2．5～3．5TECu；不同分析中心GIM一致性从3．0～4．5TECu提升至2．0～3．5TECu；相对于测高卫星电离层数据，CODE、CAS、JPL和UPC分析中心的GIM精度相对较高（约4．0～4．5TECu），但是在不同测高卫星评估结果之间存在不同的系统性偏差．

北大西洋涛动和南半球环状模不同位相配置对我国南方夏季降水的协同影响3730-3744

摘要：利用我国气象台站观测资料和再分析格点数据，诊断研究了前期春季（4—5月份）北大西洋涛动（North Atlantie Oseillation，NAO）和南半球环状模（Southern AnnularMode，SAM）在不同位相配置下对我国南方夏季降水异常变化的协同影响作用．分析结果表明，在剔除ENSO最强信号影响后，我国南方夏季降水异常分布显著地依赖于前期春季两个较为独立的年际变率主模态（NA0和SAM）位相的不同配置，即降水异常型主要表现为两个因子单独作用的叠加效果．当前春SAM正位相偏强而NAO负位相偏强时，二者的影响呈现协同正效应，我国南方夏季（6—7月份）降水表现为全区正异常，特别在长江中下游及其以南附近地区最为显著；反之，当前春SAM呈偏强的负位相而NAO偏强的正位相配置时，二者的影响呈现协同负效应，对应我国夏季长江中下游地区降水表现为显著负异常．对其可能的影响机理研究表明，在SAM与NAO位相相反情况下，二者均会通过海气相互作用过程影响到热带大西洋北部海温的异常变化，进而形成协同作用，增强北大西洋海温三极子模态异常信号，从而通过欧亚大陆的遥相关波列对东亚夏季风和我国南方降水产生显著影响．相比之下，当SAM与NAO同位相时，可能表现为抵消效应，不利于北大西洋海温三极子发展，从而削弱对我国南方夏季降水的影响，此方面还有待进一步研究．

东北冷涡对海河流域初夏降水异常的影响3745-3752

摘要：东北冷涡是东亚中高纬度地区的重要天气系统，其频繁活动可能导致显著的气候效应，不仅对东北局地，而且对海河流域地区初夏降水产生影响．本文利用海河流域34个地面气象台站逐日降水资料以及NCEP／NCAR再分析资料，对东北冷涡与海河流域初夏降水的关系进行研究，结果表明：初夏东北冷涡活动与海河流域降水存在显著的相关关系，对其空间分布亦有重要影响．当东北冷涡活动偏多（少）时，海河流域北部地区（尤其是海河下游）初夏降水可能偏多（少），对应时间系数为正（负）时海河流域初夏降水EOF第二模态北多（少）南少（多）的空间分布．在东北冷涡活动偏多年，东北冷涡引导北方“干冷”空气南下推进至海河流域北部，伴随该地区源自西风带水汽输送和水汽辐合的增强，形成了“上干下湿”的不稳定层结，在上升运动的触发下，导致海河流域北部初夏降水偏多；而东北冷涡活动偏少年情况正好相反．东北冷涡活动为海河流域尤其是海河下游地区初夏降水预测提供了具有参考意义的结果，其活动指数与海河下游初夏降水距平的符号一致率在近30年高达83％．

地球物理学报杂志地球动力学·地震学·地热学

利用远震地震波形畸变现象探测地幔低速体3753-3764

摘要：地幔低速异常体的精确探测对于研究热点／地幔柱的成因至关重要．但是，由于观测手段以及波前愈合现象的影响，远震走时层析成像在探测地球深部的低速异常体时具有极大的限制．因此，越来越多的学者利用地震波穿过低速体后产生的绕射波和直达波干涉造成的波形畸变信息来研究地幔低速体．本文通过三维地震数值模拟来拟合长白山、黄石公园地区宽频地震记录，分析绕射波和直达波相互干扰造成的波形畸变现象．模拟结果显示，绕射波／波形畸变对于探测地幔深处的低速体具有较高分辨率；目前常用的基于互相关测量的有限频层析成像方法对于深部低速体速度异常低估现象明显．如果将有限频层析成像结果在深部的速度异常值放大到原来的2倍，数值模拟可以很好的拟合观测到的地震波形畸变现象．通过对长白山地区、黄石公园地区记录的地震波形畸变现象的拟合，我们进一步确认了长白山、黄石地区下方分别在400600km、700～1000km处存在地幔低速体，并对低速体速度异常值进行了矫正．

基于P波三重震相的华南地区上地幔速度结构研究3765-3779

摘要：华南块体是研究太平洋板块俯冲和岩石圈减薄机制等问题的最佳场所之一．本文基于中国地震观测台网和大型流动台阵记录到的震中距10°～30°之间的两个中深源地震P波记录，利用三重震相波形拟合技术，获得了中扬子克拉通和华夏地块上地幔高精度P波速度结构．研究结果表明：（1）中扬子克拉通过渡带底部存在高速异常，系太平洋俯冲板块的滞留体．俯冲的板块并没有进入下地幔，660-km间断面下沉约11km，与后尖晶石相变的克拉伯龙斜率为负有关．而华夏地块过渡带底部并无明显高速异常，接近全球平均模型；（2）整个华南块体，410-km间断面上方普遍存在低速层，主要与上地幔部分熔融有关，与IASP91相比P波速度减小了1．38％～2．29％；（3）在研究区域内，中扬子克拉通和华夏地块都存在岩石圈减薄（〈80km），推测可能与太平洋板块俯冲和快速回撤导致的岩石圈拆沉有关．且华夏地块减薄程度较明显，下伏软流圈速度较低，说明其上地幔强度较弱、温度较高．另外，中扬子克拉通过渡带中存在一个较宽的速度梯度带，可能与520-km间断面有关，其具体成因有待进一步研究．

基于远震接收函数的南极大陆冰盖厚度研究3780-3792

摘要：冰盖厚度是研究南极冰盖质量、建立冰盖动力学模型的基本参数，对于冰川均衡调整、冰盖物质平衡及全球气候变化研究具有重要意义．基于地震学的远震接收函数和H—Kappa格网搜索方法可以用于地震台站下方冰盖厚度的可靠探测，不仅能与冰雷达获得的冰盖厚度进行独立对比，还可以与冰雷达方法相互补充，进一步填补南极大陆冰盖厚度探测空白区．本文利用布设于南极大陆冰盖上方的流动地震台阵记录到的远震波形数据，基于接收函数方法对台阵下方的冰盖厚度进行了研究．结果显示：基于远震接收函数方法的冰盖厚度与Bedmap2冰厚格网模型相比，二者差别大多在200m以内；少数台站差值达到600m左右，这一差别可能与Bedmap2测线分布空区、冰雷达测深不确定性以及冰盖内部复杂波速结构等因素有关．本文研究结果表明：利用南极大陆冰盖上方的流动地震台阵，基于远震接收函数方法可以获得比较可靠的南极冰盖厚度，为独立验证冰雷达的探测结果并弥补冰雷达探测空白区提供了有效方法．同时，部分台站接收函数波形的复杂性可能暗示了南极大陆数千米厚的冰盖内部结构不是均一的，仍然存在比较复杂的内部结构变化．因此，有必要进一步利用包括接收函数波形拟合、地震面波反演等方法对南极大陆冰盖厚度及其内部精细结构进行更为深入的研究．

利用近震高频接收函数研究四川理县西山村滑坡体结构3793-3803

摘要：IM）是利用GNSS进行电离层研究的主要数据源之一.IGS电离层工作组于2016年2月正式授予中国科学院为全球第五个电离层数据分析中心，由测量与地球物理研究所和光电研究院联合实施.本文系统地总结和展示了IGS电离层工作组对各分析中心GIM评估的结果；此次评估以基准站实测电离层TEC、测高卫星电离层TEC为参考，给出了各分析中心1998-2015年GIM的总体性能.结果显示：随着IGS基准站日益增多，各分析中心GIM内符合精度由4.5~7.0TECu提升至2.5~3.5TECu；不同分析中心GIM一致性从3.0~4.5TECu提升至2.0~3.5TECu；相对于测高卫星电离层数据，CODE、CAS、JPL和UPC分析中心的GIM精度相对较高（约4.0~4.5TECu），但是在不同测高卫星评估结果之间存在不同的系统性偏差.

中国大陆6级以上强震前的地震应变场研究3804-3814

摘要：以地震应变场作为地震活动的变量，通过自然正交函数展开方法，计算了中国大陆6级以上强震前的地震应变场，提取出震前时间因子的异常变化．计算结果分析发现大地震前时间因子在平稳背景上会出现突跳上升或突跳下降变化，且震前地震应变场前4个典型场中至少有3个典型场会出现异常变化，具有多分量显示异常的特点，而异常出现的最早时间大约在震前3年，并且一些地震前出现短临的时间因子异常变化特征．通过震例研究表明用地震应变场分析地震活动异常，提取的时间因子异常结果比应用地震能量场更具有独特的优越性，并讨论了应变场与能量场的差异．

两次强震发生前后主动源观测走时数据的变化3815-3822

摘要：利用祁连山主动源连续激发台站记录资料，通过不同时间段的多次激发数据叠加处理，可以获取各个地震台的Pg和sg震相走时变化数据．对震相走时变化数据分析发现，在2015年11月23日祁连5．3级和2016年1月21日门源6．4级地震发生前后震源区附近台站存在明显的震相走时变化，推测导致这种异常变化的原因是震源区的速度发生了改变．这一观测结果说明主动源方法可能成为地震预测的一种新途径．

弱形式时域完美匹配层3823-3831

摘要：应用高精度人工边界条件可有效提升近场波动数值模拟计算效率．完美匹配层是吸收层形式高精度人工边界条件，匹配层内场方程和界面条件通常分别采用复坐标延伸技术变换强形式无限域内波动方程和界面条件得到，亦曾将无限域界面条件当作匹配层界面条件．场方程和界面条件构建过程相互独立，可能出现匹配不合理而引发数值失稳、计算精度低下等问题．本文提出采用复坐标延伸技术变换弱形式无限域波动方程以构建完美匹配层的方法．弱形式波动方程耦合了波动方程及界面条件，进而规避了变换后所得场方程与界面条件之间的匹配不合理问题．新方法可直接建立弱形式匹配层，在此基础上亦可给出强形式匹配层．弱形式便于有限元离散，强形式便于有限差分离散．基于弱形式完美匹配层，结合勒让德谱元建立了弹性介质近场波动谱元模拟方案．利用算例验证了新方案的精度及数值稳定性．本文工作可直接推广至多相耦合介质近场波动数值模拟．

青海玉树地震（Ms=7．1）产生超剪切破裂过程的动力学机制研究3832-3843

摘要：由于2010年玉树地震（MS=7.1）产生了超剪切地震破裂，所以地震灾害特别严重.国内外地球科学家对该地震产生超剪切破裂过程的物理机制一直非常关注，但至今没有给出满意的解答.为此，文中根据玉树地震发震断层的实际几何构建有限单元数值模型，模型中的断层由2个断层段构成，它们之间有约10°的夹角，形成断层拐折.模拟结果表明，玉树地震的破裂由2个子事件组成；当破裂在震源所在的断层上成核后，先在第一个断层段上传播，其速度为亚剪切波速度；当破裂一旦越过断层拐折，在第二个断层段上传播时，破裂速度就立即转变为超剪切波速度.计算结果显示，当断层发生超剪切破裂时，断层上的位错幅度、破裂产生的地震波速度及加速度都会显著增大，从而造成地震灾害大大增加，这很可能是玉树地震的震害特别严重的重要原因.从模拟实验中还看到，若是模型中的断层没有发生拐折，在模型的其他参数都保持不变的情况下，破裂速度不会发生变化.但是，若初始应力场的方位与断层之间的夹角发生变化，这时断裂系统中尽管存在断层拐折，也不是一定能产生超剪切破裂.只有当初始应力方位与断层之间的夹角以及断层走向变化的偏角二者之间的关系恰到好处时，断层拐折才有可能促使断层破裂由亚剪切转化为超剪切破裂.所以，玉树地震之所以能产生超剪切地震破裂，恰恰是发震断层几何与初始应力场方位之间的关系达到某种＂最佳状态＂的结果.这也可能是天然地震中超剪切破裂事件稀少的原因之一.因此，研究超剪切地震破裂过程的动力学机制，对于深入研究地震震源过程、地震灾害评估等有着非常重要的科学意义.

于田Ms7．3地震震前重力扰动信号研究3844-3852

摘要：2008年3月21日和2014年2月12日，新疆和田地区于田县先后发生两次MS7.3地震.为分析两次地震前是否存在重力短临异常信号，应用Tsoft软件对原始数据进行理论固体潮改正和气压改正，并基于小波分解去除其低频趋势，有效提取了两次地震前国家连续重力观测网多台g-Phone重力仪的高频扰动信息.结果表明两次地震前都记录到高频扰动信号.2008年地震前牡丹江、沈阳台和漳州台三个台站记录到的高频扰动信号，主频分布在0.2~0.4 Hz.2014年地震前8个台站记录到两组不同频段的扰动信号.第一组信号集中在震前6天的东北台站，第二组扰动信号出现在震前3天的东南台站.两组扰动信号振幅呈现从北到南、从东到西逐步衰减的时空分布规律.同时期的气象资料显示局部强降雨与第二组扰动异常存在良好的相关性.对高频重力信号的时频分析结果表明震前第一组扰动信号存在异常频段0.13~0.18 Hz.应用扰动源扫描算法对2014年两组扰动信号进行空间定位，结果显示第一组信号扰动源位置与于田震中相距约1935 km，不在于田地震的孕震区内；第二组信号扰动源来自海上.2008年和2014年于田地震第二组震前扰动信号与强降雨以及海浪影响相关.2014年第一组信号与于田地震的关系仍待进一步研究.

长乐-南澳断裂带两侧地壳结构差异的地震-重力联合反演3853-3862

摘要：长乐-南澳断裂带出露于福建沿海地区，由于海陆过渡带的特殊性，地球物理探测受到许多限制，难以获得由陆到海的清晰而准确的深部构造形态.2014年福建省地震局采集了横跨长乐-南澳断裂带的广角反射/折射剖面（HX-6），由于观测系统的缺陷和原始资料信噪比等问题，单纯使用地震数据反演长乐-南澳断裂带的深部地壳结构有很强的不确定性，无法解答断裂带两侧地壳结构存在何种差异，影响了对断裂带构造属性和区域构造演化的正确认识.基于岩石波速和密度有良好的对应关系，地震-重力联合反演可以有效降低多解性.本文采用地震走时拟合和重力异常拟合同步进行的方法，利用最新采集的高质量P波地震走时数据与高精度实测重力数据，反演得到了连城-厦门-金门外海剖面的二维地壳波速-密度结构模型.联合反演结果显示：长乐-南澳断裂带两侧地壳厚度差约3 km，壳内分层结构和上地幔顶部波速-密度无显著变化，推断长乐-南澳断裂带是华南地块正常陆壳和台湾海峡减薄陆壳的分界.本研究结果为进一步研究该区深部构造环境和长乐-南澳断裂带的地球动力学意义提供了新的地球物理学证据.

南汀河西支断裂深浅构造特征——来自深地震反射剖面的证据3863-3871

摘要：云南省西南部，发育一组由不同断裂组成的北东向断裂构造带，沿这些断裂数十年来相继发生过多次强震.本文以其中的南汀河西支断裂为研究对象，采用深地震反射剖面方法，获得了断裂及两侧地壳精细结构和构造图像.探测结果表明：研究区纵向上，分为上、下两层地壳结构，总厚度约为31.25~35.6 km；横向上，以南汀河西支断裂为界，两侧反射特征差异较大，分别以弧状或倾斜反射波组为主.测线经过地区，莫霍面反射特征较为清晰，为2~3个反射同相轴组成的反射条带.南汀河西支断裂为一个由5条分支断层组成的断裂带，呈花状结构，反映了一种走滑挤压的应力状态.断裂带下方，存在一条切穿下地壳及莫霍面并延伸至上地幔的深大断裂.这种深、浅断裂共存的构造格局是控制南汀河地区地震孕育和发生的重要因素之一.

甘孜-玉树断裂当江段晚第四纪滑动速率3872-3888

摘要：甘孜-玉树断裂带是青藏高原中东部的一条大型左旋走滑断裂带，同时也是羌塘地体和巴颜喀拉地体的重要地质边界.当江断裂位于甘孜-玉树断裂带的西北段，沿线发育当江荣、当江和哲达等一系列串珠状第四纪断层谷地.通过遥感影像解译和数字高程地形模型（DEM）数据分析，结合野外构造地貌调查，以及断错地貌面的光释光年代测定，发现断裂沿线冲沟、河流阶地和洪积扇等断错地貌发育，反映了该断裂晚第四纪左旋走滑活动性强烈.该断裂最新活动时代为全新世晚期，距今约3.04 ka.当江断裂晚更新世以来的左旋滑动速率为7±3 mm·a-1.研究结果为该区的地震危险性分析和高原东北部的运动学特征探讨提供了基础资料.

尼日尔三角洲天然气水合物体系地震特征研究3889-3898

摘要：天然气水合物体系一般由地震上的似海底反射层BSR和下伏强振幅带（解释为游离气FGZs）所指示，但并非所有BSR及下伏强振幅带都与水合物和游离气有关.本文通过提取多种属性剖面，优选出视极性属性来辅助判断与水合物有关的BSR和下伏FGZs.一般来说，BSR和FGZs的顶部反射层表现为负视极性、高振幅的强反射特征.研究发现，尼日尔三角洲南部的水合物主要分布在与重力作用有关的生长断层及伴生的滚动背斜地区，广泛发育的断层、气烟囱、不整合面，以及砂岩层都可作为流体运移通道.除为水合物体系提供气源，这些流体运移通道还在水合物分解或FGZs超压时发挥作用，使游离气沿通道在FGZs和含水合物地层间循环，部分游离气可运移至海底进入海水甚至大气中.总之，视极性是判断水合物相关地震指示标志的有效属性，流体运移通道对尼日尔三角洲的水合物成藏具有重要作用.