地球物理学报杂志 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊

地球物理学报 2018年第02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

磁尾中交换不稳定性所产生偶极化锋面的动力学特性研究403-410

摘要：本文利用考虑了Hall效应和有限Larmor半径（FLR）效应的磁流体数值模拟研究了在离子惯性长度／离子Larmor半径尺度内偶极化锋面的动力学特性．偶极化锋面由磁尾近地区域中由于热压尾向梯度和磁场曲率力不平衡所引起的交换不稳定性自洽产生．数值研究表明，偶极化锋面是切向间断，在相对该锋面结构静止的参考系中等离子体穿过偶极化锋面的法向速度为零．Hall效应主要影响与偶极化锋面的切平面相正交的电场，使得锋面切向电流增大，同时产生锋面结构不对称．研究表明离子在Larmor半径尺度产生的FLR效应可导致锋面结构的大尺度漂移运动．由FLR效应产生的离子磁化流速在偶极化锋面的日下点处指向昏向，锋面后区域的速度晨向分量增长，从而导致整个锋面结构向晨向漂移．

基于MESSEGER观测对水星磁尾电流片磁场分布的统计研究411-422

摘要：本文利用信使号飞船2011-2015年期间在轨磁场数据对水星磁尾电流片的磁场结构分布特征进行了统计分析．为探究磁场结构分布随水星径向距离的变化，电流片划分为近磁尾（～1．5RM〉X〉-2．0RM）和远磁尾（-2．0RM〉X〉-2．5RM）两个区域．所得结果表明：（1）无论是近磁尾还是远磁尾，电流片中的磁场都以＋Bz分量为主，磁场方向几乎与磁赤道面垂直．（2）相比近磁尾，远磁尾电流片中磁场强度、Bz分量较弱，By分量较强，而且-Bz信号出现概率相对较大，这表明电流片中磁活动相对容易在远磁尾中发生．（3）磁场强度以及Bz分量在晨昏方向上的分布存在晨昏不对称性——在方位角120°～190°范围内相对较弱．弱Bz数据点（Bz〈5nT）也在昏侧（Y〉0）发生较为频繁．（4）与Bz分布相反，磁场强By分量（｜By｜〉5nT）倾向于在晨侧（Y〈0）发生．统计分析还表明，磁场By分量与行星际磁场By分量并无明显的相关性．对EE地球磁尾电流片，我们对水星磁尾电流片Bz分量、强By分量的晨昏不对称起源机制作了探讨分析．

高纬日侧电离层离子上行的地磁活动依赖性研究423-436

摘要：本文对比分析了太阳活动高、低年期间高纬日侧顶部电离层离子上行随地磁活动水平的变化特征．按地磁活动水平，将DMSP卫星在太阳活动高年（2000-2002年，F13和F15）及太阳活动低年（2007-2009年，F13；2007-2010年，F15）期间的SSIES离子漂移速度观测数据分为三组：地磁平静期（Kp〈3），中等地磁扰动期（3≤Kp〈5）和强地磁活动期（Kp≥5），分别统计分析了高纬日侧顶部电离层离子上行特征的时空分布．对比分析发现：（1）太阳活动低年期间，高纬日侧电离层离子上行发生率以及上行速度峰值均是太阳活动高年的2倍多，而离子上行通量峰值只有高年的1／6-1／4；（2）在相同太阳活动条件下，地磁活动水平对日侧电离层离子上行发生率峰值的影响并不明显，但对离子上行发生率的空间分布有着显著的控制作用：电离层离子上行高发区随地磁活动向低纬度扩展，并在强地磁活动期间呈现饱和的趋势；（3）日侧顶部电离层等离子体似乎存在两个效率相当的上行区域，一个位于极尖／极隙区纬度附近，离子可沿开放磁力线上行进入磁尾；另一个位于晨侧亚极光区附近，离子沿闭合磁力线上行，有可能进入日侧等离子体层边界层．

地磁钩扰的全球响应特征研究与初步统计结果437-448

摘要：地磁钩扰是太阳耀斑效应的直观表现之一，其研究有助于深入理解太阳爆发对地球空间环境的影响过程，并能为空间天气建模和预报提供科学依据．本文利用山东大学威海地磁台和Intermagnet地磁链与子午工程的地磁观测数据，联合GOES卫星及数字测高仪等的数据，研究了一个由M5．6级太阳耀斑引发的地磁钩扰事件的全球响应特征．研究发现：地磁钩扰特征呈现出南北半球与午前／午后的差异，且地磁响应相对于太阳耀斑存在约3min的滞后现象，而夜侧无明显扰动；利用位于日侧的50余个地磁台站的数据统计分析后发现地磁钩扰幅度呈现正态分布，且在当地时正午附近达到峰值；利用地磁数据反演出钩扰发生时电离层的电流体系X5和宁静日电流Sq，并用该电流体系解释了此事件中地磁数据的变化特征．另外，本文初步统计了1996—2015年的地磁钩扰事件数以及相关的太阳耀斑事件数，分析后发现X级耀斑引发地磁钩扰的可能性最大，达42％，由M级耀斑引发的地磁钩扰事件数最多，A、B、C级等小耀斑引发地磁钩扰的可能性很小．

廊坊地区中间层顶钠原子垂直动力学输送特征观测分析449-457

摘要：利用中科院国家空间科学中心廊坊观测站（40．0°N，116．3°E）钠荧光多普勒激光雷达观测数据对钠原子的重力波输送和湍流输送进行分析，利用流星雷达观测数据对钠原子的环流输送进行分析，结果显示重力波动力学输送、重力波化学输送、湍流混合输送及环流输送对钠原子输送贡献的量级相当．其中重力波动力学输送在85～100km整体为负向，在90～95km占主要地位的平均输送速度为-3．1cm·s-1；重力波化学输送在85-94km为正向，94～100km基本为负向，在85～90km占主要地位的平均输送速度为3．3cm·s-1；湍流混合输送在85～95km为负向，95～100km为正向，在85～90km占主要地位的平均输送速度为-4．9cm·s-1；85～100km环流输送整体为正向，平均输送速度为1cm·s-1．88～95km四种动力学输送产生的平均合速度为-1cm·s-1，负向的垂直输送特征对钠原子“源”“汇”平衡十分重要．本文结果可为不同大气圈层之间重力波产生的能量物质交换机制研究和圈层之间的耦合过程研究提供观测事实参考，为大气化学成分的垂直输送机制建模提供参数化依据．

中层顶区域钾层静态模型的初步建立458-465

摘要：以流星烧蚀为源，大气沉降为汇，并利用连续方程和涡旋扩散方程为动力学控制方程，求解总含钾成分随高度的分布，再根据各含钾成分之间闭合的化学反应，计算每个高度处各含钾成分的浓度配比，初步建立了一个钾层静态模型．本文详细的阐述了钾层静态模型的建立过程，输入参数和模拟结果．此模型能够模拟出钾原子浓度随高度的分布，并与北京激光雷达观测的钾原子浓度的夜间年平均曲线进行了对比．钾层峰值密度和质心高度的模拟值与观测值仅相差0．2％和0．7％，但柱密度和RMS宽度的模拟值却比观测值明显偏小．模拟结果与观测并不完全一致，其差别主要来自于钾层的下部．钾层静态模型的建立和不断完善为研究钾层的特性和演化规律提供了有力的支撑．

利用COSMIC掩星资料研究对流层／下平流层大气比湿对ONI指数的响应466-476

摘要：本文利用2006年6月至2014年6月COSMIC掩星观测的水汽廓线，分析了对流层／下平流层（TLS）比湿信号对ENSO的响应．在数据处理中，将COSMIC掩星水汽廓线计算得到的全球比湿数据内插为1000～30hPa区间水平分辨率为5°×5°的三维格网，在各等压面上求取各格网点去除年／月际信号后的比湿月异常值．然后在对比湿月异常时间序列低通滤波的基础上，进行经验正交分解（EOF）得到比湿主成分，并对该主成分信号进行二项式平滑；接下来将平滑后的主成分信号与反映ENSO活动的ONI指数进行相关处理，得到各等压面主成分信号相对于ONI指数的相关系数及对应的时间延迟．论文分析了包括Nino-3．4的5个代表性区域的TLS比湿异常主成分信号，结果表明：在各区域，采用本文先低通滤波再EOF分解的处理方法获得的TLS比湿异常主成分信号与ONI指数均有很强相关性，对流层相关系数绝对值达0．8以上，低平流层高于0．7，在300～200hPa的上对流层达到峰值；各等压面上比湿异常主成分信号相对于ONI指数的时间延迟不尽相同，在对流层中比湿异常主成分信号普遍滞后于ONI指数1～6个月；在各区域，比湿异常主成分与ONI指数相关系数绝对值达到最大的等压面都接近250hPa，最大相关系数绝对值均达到0．9以上．进一步对全球250hPa等压面比湿异常主成分与ONI指数相关性的分析表明：两者强相关的区域主要集中在热带；在这些强相关区域，比湿异常主成分相对于ONI主要表现为滞后，且相关系数越大，相应的时间延迟越短．

低电离层调制激励VLF／ELF辐射参数优化理论分析477-483

摘要：针对低电离层幅度调制加热过程中甚低频／极低频（VLF／ELF）激发效率较低的问题，该文利用低电离层调制加热模型分析方波幅度调制加热过程中占空比和加热频率对VLF／ELF辐射效率的影响，在此基础上获得最大VLF／ELF辐射效率下的优化占空比和加热频率选择范围．研究表明，随着调制波占空比的增大，激发的VLF／ELF等效辐射源强度先增大后减小，占空比的优化范围为40％～70％；随着加热频率的增大，激发的VLF／ELF等效辐射源强度先增大后减小，加热频率的优化范围为（0．8～0．9）倍低电离层临界频率．

基于闪电双极性窄脉冲事件波形观测日出日落电离层D层变化484-493

摘要：利用闪电作为辐射源来探测电离层D层是近年来国外学者研究的热点．本文基于江淮流域六站同步闪电观测站网，实现了一种利用闪电双极性窄脉冲事件（Narrow Bipolar Events，NBE）来探测电离层D层等效高度的方法．基于此方法，对两次分别发生在日出和日落阶段的雷暴分析结果显示，上述两个阶段D层反射高度变化特征呈现显著的不对称性：日出期间D层反射高度随时间线性降低速率为5．9km／h；而日落期间D层反射高度随时间线性递增速率为8．6km／h．综合日间太阳耀斑期间D层反射高度剧烈波动的观测事实，与日出、日落期间D层特征变化，结果表明太阳辐射电离中性大气分子的电子生成机制在日间D层电子密度变化中占主导地位．本文结果展现了利用NBE事件监测电离层D层变化特征的可行性，这一方法与基于地闪回击波形的D层探测方法结合在一起，有望把现有具有闪电事件定位和电磁波波形记录能力的闪电观测站网扩展为实时对电离层D层时空变化监测的网络．

华北典型污染地区多轴差分吸收光谱技术的气溶胶反演研究494-503

摘要：基于华北典型污染地区的地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）近4年的观测数据，利用最优估计算法和LIDORT辐射传输模式反演了该区域气溶胶的消光系数垂直廓线和光学厚度（AOD）．MAX-DOAS观测反演的AOD与全球气溶胶观测网络同波段在华北地区的AOD间具有很好的一致性，相关系数都在0．9以上，证明MAX-DOAS具备对华北污染区域气溶胶光学厚度和消光系数垂直廓线的反演能力．AOD的反演误差表现为冬季最大，春夏最小，早晚大于正午，这是因为冬季以及早晚太阳天顶角较大导致信噪比偏小，所以AOD反演误差偏大．反演廓线表明该区域气溶胶主要集中在1km以下的边界层，浓度随高度呈指数递减，部分情况下峰值出现在300m处；气溶胶光学厚度夏季最大，冬季最小，正午较大，早晚较小．在东风条件下浓度最高，表明东边（即重工业城市唐山方向）的输送对香河和周边区域的气溶胶积聚有重要贡献．

基于EEMD分解的气压改正方法研究504-520

摘要：利用超导重力仪观测数据精确测定低于1mHz的地球自由振荡简正模式的分裂频率，是在不与任何弹性系数发生联系的情况下改善一维密度模型的有效方法．但在该频段台站局部气压变化对重力观测数据的影响成为主要干扰来源，且具有频率依赖特性，因此精细地开展气压改正成为利用超导重力数据检测低频自由振荡信号的必要手段．本文基于EEMD方法，提出了一种具有频率依赖特性的气压改正方法．该方法将重力观测和气压变化分解成处于不同频段的本征模态函数，并在相应频段上分别进行重力气压变化的回归分析，计算得到具有频率依赖特性的气压导纳值，精细地消除气压变化对重力观测的影响，并以此对微弱低频地球自由振荡信号开展高分辨率分析．基于本文提出的气压改正方法，利用大地震后的超导重力数据检测了频率小于1．5mHz的低频地球自由振荡及其频谱分裂现象．研究结果表明：利用该方法进行气压改正后检测得到的各简正模具有更高的信噪比，估计的本征频率误差水平明显降低，获得的基频球型振荡0S2和0S3以及一阶球型振荡1S2的分裂谱峰的估计精度更高，同时还检测到了部分环型振荡在重力观测中的耦合现象．对低频地球振荡的高分辨率检测结果验证了基于EEMD分解提出的气压改正方法的有效性，同时再次证明了超导重力仪观测数据在低频地球自由振荡检测中的优势．

基于集合经验模态分解法的重力极潮提取与研究521-530

摘要：重力极潮，即极移引起的重力变化，是地球由于惯性离心力变化导致地球形变的综合反映，其观测和研究有助于了解地球在长周期频段的响应，约束地球形变、地球内部构造和物理参数．区别于以往研究，本文采用了集合经验模态分解方法（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）从全球5个超导重力仪台站连续重力观测资料中提取重力极潮、消除仪器漂移及极潮频段以外的大部分噪声信号，该方法所用的基函数是基于自身信号获得的；在此基础上，利用最小二乘匹配法分离极潮中的周年项和Chandler项，估算Chandler周期的极潮潮汐因子．结果表明，基于EEMD得到的极潮潮汐因子与前人基于其他消除仪器漂移方法（数学模型或小波分析）得到的结果相符合，精度相当，但由于这种方法是自适应的，因此本文结果更能反映实际物理过程．

地球物理学报杂志地球动力学.地震学.海洋地球物理学

基于2001年Mw7．8可可西里地震震后形变模拟研究藏北地区岩石圈流变学结构531-544

摘要：青藏高原岩石圈的流变学结构和形变机制是地学界长期争论的重大科学问题．2001年发生在东昆仑断裂带的Mw7．8可可西里地震造成青藏高原北部地区岩石圈构造应力场的很大改变，引起下地壳与上地幔的快速弛豫形变，从而为研究这一问题提供了难得的机会．本研究采用该区域的GPS震后观测，反演这一地区岩石圈的流变学参数并探讨其形变机制．反演所采用的数据来自45个GPS观测点，其中包括一个中国地壳运动观测网络的基准站，数据最长时间跨度达6．4年．大地震震后形变场主要来源于地壳、上地幔的黏弹性松弛与断层面上的震后余滑，因此本研究同时反演介质的黏滞系数和断层的震后余滑．考虑到东昆仑断层南侧的巴颜喀拉-羌塘地区与北侧的柴达木盆地地区具有明显不同的地壳结构，断层南北两侧采用不同的Burgers体流变学结构，其下地壳-上地幔的短期和长期黏滞系数采用网格搜索法获得；断层震后余滑反演则同时施加近似正比于库仑应力的约束．最终结果显示：东昆仑断层北侧柴达木盆地地区下地壳-上地幔短期和长期黏滞系数分别为5×1018Pa·s和1．5×1020Pa·s；东昆仑断层南侧巴颜喀拉-羌塘地区下地壳-上地幔短期和长期黏滞系数分别为1．5×1018Pa·s和1．5×1019Pa·s．这一结果表明：巴颜喀拉-羌塘地区下地壳-上地幔黏滞系数显著低于柴达木盆地，意味着巴颜喀拉-羌塘地区下地壳可能存在部分熔融，其地壳形变模式更趋近于连续形变，而柴达木盆地形变模式更趋近于块体运动．研究区下地壳长期黏滞系数比下地壳流模型所主张的黏滞系数高2～3个数量级，表明下地壳流在本地区可能不存在．

六盘山断裂带的地震构造特征与强震危险背景545-559

摘要：集成活动构造与震源机制解、重新定位小震分布、历史与现今地震、GPS速度场等资料，综合分析了六盘山断裂带的构造动力学条件与变形方式、横剖面构造、历史强震破裂背景、GPS形变以及现代地震活动性，进而探讨了该断裂带的强震危险背景．结果表明：NNW向六盘山断裂带的运动与变形主要缘于青藏地块东北缘的向东水平挤出受到相对稳定的华北地块西缘（鄂尔多斯地块）阻挡而聚集的水平挤压作用；此外，海原和陇县—宝鸡两条NW向走滑断裂带的左旋运动在右阶区的局部会聚作用，也由六盘山断裂带的变形与运动来承受与转换．横剖面上，六盘山断裂带表现为向东推覆的大型逆冲构造带，主滑脱带位于～25km深处，之下很可能存在分隔青藏与华北地块的超壳-岩石圈型深断裂带．沿六盘山断裂带中-南段以及更靠南东的陇县-宝鸡断裂带存在总长为120～140km、至少最近～1400年未发生M≥6％强震破裂的地震空区．地震空区内的断裂，GPS形变显示已有显著应变积累，地震活动上出现为小震稀疏或空缺的部位，以及低6值区，反映那里的断面业已闭锁，并已有高应力积累．因此，六盘山断裂带中-南段和陇县—宝鸡断裂带应是未来可能发生强震／大地震的两个危险地段，潜在地震的最大矩震级估值分别为Mw=7．3±和7．2±．

青藏高原东北缘马衔山断裂带构造属性的综合研究560-569

摘要：左旋走滑的马衔山断裂带位于青藏高原东北缘陇中盆地内部，呈北西-南东向伸展．宽约8～10km，长约115km．马衔山断裂带表面虽然局部已被黄土覆盖，但并不代表它的活动性不强．1125年的兰州Ms7．0地震就发生在马衔山断裂带北缘的西侧．前人对马衔山断裂带的研究基本上多依靠于地表地质和地球化学数据分析进行一般性讨论，而缺少对马衔山断裂带深部构造伸展的清晰认识．本文中，我们主要依靠一条横跨马衔山断裂带的深地震反射剖面数据资料进行地壳尺度的构造解释．在此基础之上，对研究区所获得的重力数据进行相应的处理分析．最后辅助于马衔山断裂带两侧野外地表形变的观察和前人研究所获得的地球化学数据分析，我们的研究认为马衔山断裂带为一不同块体间的边界断裂带．它可能形成于早古生代祁连造山带东缘北部马里亚纳式岛弧和南部日本式岛弧的相互拼贴作用．该边界断裂带在随后的青藏高原东北缘物质逃逸过程中被激活，并且目前仍处于构造活动活跃期．

利用P波接收函数研究青藏高原东南缘地幔转换带结构570-583

摘要：研究青藏高原东南缘的深部结构对于理解印度欧亚板块的碰撞机理和青藏高原的形成演化具有重要的科学意义．本研究对布设在研究区域内566个固定和流动地震台站的波形资料进行了处理，获得77853条高质量P波接收函数，应用接收函数共转换点（CCP）叠加技术获得了研究区域下方精细的地幔转换带间断面起伏形态及转换带厚度变化图像．结果表明：研究区域南北方向上具有两个明显的转换带增厚异常区，南侧异常区位于滇中次级块体与印支块体下方，可能是新特提斯洋板片与上部印度板块间断离并部分滞留在转换带底部的结果；北侧川西地区异常增厚可能与上方岩石圈拆沉并降至转换带有关；腾冲火山起源可能是板块俯冲过程中发生断离造成软流圈物质部分熔融，湿热物质上涌所致．

利用背景噪声成像研究合肥—金华剖面地壳速度结构及径向各向异性的东西差异584-592

摘要：背景噪声成像能够为地壳内部结构提供地震波速的观测证据，能够增进对地壳结构与物性的认识．本文利用背景噪声成像方法对合肥—金华流动地震台阵55个台站数据进行了分析反演，获得了华北克拉通与华南块体东部构造边界附近区域的地壳S波速度与径向各向异性结构．成像结果表明，以东经118°-118．5°附近为界，西北部表现为地壳低速异常和中下地壳正的径向各向异性，东南部表现为地壳高速异常，下部地壳存在负的径向各向异性．由此，本文推测地震波速结构差异反映了地壳内部物质与温度的差异，这种差异与两个地区自中生代晚期以来经历了截然不同的岩浆活动相关．

利用密集地震台网高频环境噪声研究广东新丰江库区浅层地下结构593-603

摘要：摘要广东河源新丰江水库位于华南典型断层上，自1959年水库蓄水以来，库区地震活动性明显增强，并发生了6．1级触发地震．然而我们对其地下结构的了解还远远不够，对库区地震的研究也因此存在很多不确定性．为了研究库区浅层地下结构，我们在2015年初在新丰江库区人字石断裂周边布设了42个短周期地震仪的密集地震台网．台间距大约为100-500m，时间跨度为1个月．我们对获得的每个台站的连续信号分段进行处理，并对任意台站对的信号进行互相关和叠加处理，恢复所有台站对间的经验格林函数（EGF）．然后利用多次滤波分析方法测量瑞利波群速度频散曲线，并反演该区域的群速度分布和三维剪切波速度结构．我们的结果表明，对于这样比较密集的台站间距，高频（0．2～1．2s）频散信号基本可以得到很好的恢复，且该频段信号对浅层地下结构（〈1km）较为敏感．剪切波速度分布表明该区域人字石断裂位置出现明显的低速分布，并且低速区在断裂南端向两侧延伸，有可能代表与人字石断裂交错的小断裂区域．同时，人字石断裂把该区域划分成了东西两部分，两侧整体上呈现高速异常，与地表山丘相吻合．我们的结果得到了新丰江人字石断裂附近的近地浅层的小尺度精细速度结构，为进一步理解该区域的构造以及地震发生提供了重要依据．