重力聚点的地球重力学性质与J_2项的关系

重力聚点的概念是基于匀质椭球、水准椭球以及参数椭球各自表面重力随纬度的变化曲线在同一个纬度出现相聚的现象于2000年提出,并且当时给出了地球整体密度变化与重力聚点的关系,但是对于三种椭球表面重力曲线为什么在同一纬度相聚的原因、实际地球是否存在重力聚点以及重力聚点的地球动力学性质的阐述等方面都存在不完备性,使得重力聚点这一概念从提出至今仅停留在几何意义或数学性质上.本文将地球动力形状因子J2项作为变量,研究了地球表面重力随J2的变化规律.研究表明:该规律与"重力聚点定理"所述内容一致,从而将重力聚点与J2联系起来.由于J2的增加或减小,会导致地球表面重力在全球范围内以重力聚点(地心纬度φ=±35.264°)为分界线从北极向南极呈现出"负-正-负"或"正-负-正"的变化规律,全球地震的总体分布以及某些大地震的发生可能与此现象有关.

地球低阶重力场系数J_2异常变化与地震活动的关系研究

1992—2011年地球低阶重力场系数J2先后发生了两次异常变化,时间段约为1997—2000年、2007—2010年;根据中国地震台网(CSN)公布的地震目录,收集1990—2012年间发生在中国大陆MS≥3.0的所有地震资料,初步分析了J2异常变化与地震活动的关系。文中分别对浅源(深度范围0≤h≤70km)MS≥5.0、MS≥6.0和中源(深度范围70≤h≤300km)MS≥3.0、MS≥3.5、MS≥4.0地震总数进行了统计分析,建立了地震活动频次随时间变化的时间序列。文中将地震频次时间序列与地球低阶重力场系数J2长期变化作对比分析,结果显示:(1)浅源地震活动存在3个明显的峰值,第一个峰值和第二个峰值出现的时间段分别和"98异常"、"07异常"时间段吻合,第三峰值时间段和地球自转速率转变时刻吻合;(2)中源地震活动与浅源地震活动存在差异,前者仅存在两个明显的峰值,第一峰值出现的时间段和"98异常"吻合,第二峰值相对于"07异常"出现后移现象,然而小波多分辨率分析显示地震频次时间序列的小波细节系数发生显著变化的时段和"07异常"非常吻合;(3)中国大陆发生的7级以上的地震,62.5%位于J2异常变化期间、纬度集中分布于J2节点线35.3°附近。这些结果表明:J2异常变化可能会对中国大陆地震活动产生较显著的影响;地球自转速率转变的时刻对浅源地震活动产生较显著影响,而对中源地震活动影响不明显。最后从地球重力学以及J2变化与地球自转的关系方面分析J2异常变化与地震活动的关系。研究显示:1992—2011年间J2发生的两次异常变化的时间间隔大致为10a,这和地球自转"10a起伏"变化相吻合,这些结果对中国大陆地震孕育过程规律的认识以及地震预测研究具有一定的价值。

从克拉通破坏到板块动力模型的研究

华北克拉通破坏动力机制研究导致了全球动力系统及"板块动力模型"研究.板块运动最有可能的动力是地幔物质流动,但由于地幔物质流动的成因至今尚未查明,所以板块构造学说研究仍处于"运动模型"阶段,而没有进入"动力模型"阶段.如果地幔密度异常是驱动地幔物质流动的成因,那么就有可能基于重力学方法以"板块动力模型"的形式建立地幔密度异常驱动模式;软流圈中可能存在着动力特性不同的区块,地幔密度正异常代表物质盈余、区块内的物质要向区块外移动,地幔密度负异常代表物质亏损、区块外的物质要向区块内移动.本项目采用重力和地震资料相结合研究地球的整体分层,根据重力大地水准面联合地震波速度结构反演求解地幔密度异常,再根据地球正常密度假说和板块运动重力学机制的观点并与现有"板块运动模型"相结合,分析地幔密度异常动力区块,初步建立"基于重力学机制的板块动力模型";为最终建立多学科机制的"全球板块动力模型",迈出重要一步.

基于高频GPS数据探测地震波信号的研究

介绍了适合于处理高频GPS数据的精密单点定位(PPP)和单点测速(PVD)两种算法,并通过静态模拟实验对其估值精度进行评估。精密单点定位算法解算的动态NEU三维坐标分量RMS分别为4.2、4.7和7.3mm;单点测速算法得到的NEU三维速度分量RMS分别为2.2、1.8和4.3mm/s。针对2010年4月4日墨西哥Baja California MS7.2级地震,选取震中距为60km的观测台站。采用精密单点定位和单点测速算法,分别解算高频GPS观测站的位移和速度的时间序列,其结果与并址的强震仪加速度积分得到的位移和速度的时间序列相比具有较好的一致性。实验结果表明:高频GPS能够有效提取地震波信号,且在强震中不易受仪器倾斜等因素影响,不存在积分偏差,是监测地震等地壳运动的重要手段。两种算法在地震监测应用中各有特点,精密单点定位可获得观测台站的永久变形量,单点测速可实时探测到高精度的地震波信号。

GNSS卫星中DCB的使用方法

分析了GPS码间偏差的由来及使用方法。针对BDS自身的特点,推导了一种适用于BDS卫星码间偏差的归算方法,即伪距无电离层组合方法。通过此方法,可以将广播星历发布的B3频点天线电子相位中心归到B1+B2、B1+B3双频和B1+B2+B3三频天线电子相位中心,使双频和三频用户能够更好地利用钟差参数进行高精度定位研究。本文研究对于正确理解导航电文中的钟差参数具有重要的参考意义。

水汽层析代数重构算法

讨论了代数重构算法在水汽层析应用中的各种问题,包括约束条件的构造、层析初值的选择、松弛因子的计算、终止条件的确定等,给出了计算最优松弛因子的黄金分割搜索法和确定终止条件的NCP规则,对比分析了Kaczmarz、Randkaczmarz、Symkaczmarz、SART、Landweber、Cimmino、CAV、DROP等8种常见的代数重构算法,并以香港SatRef的观测数据进行了试验。试验结果表明,以上8种代数重构技术都能够满足水汽层析的要求;迭代终止条件比松弛因子更为重要;采用文中计算最优松弛因子的黄金分割搜索法和NCP迭代终止条件,CAV算法结果最优,其次为Cimmino算法。

基于TLS的滑坡形变分析方法研究

以四川理县一地质滑坡为例,分析扫描点空间位置的理论精度,探讨点云数据获取以及点云过滤、点云拼接、地理参考等数据预处理的关键技术,给出一套比较直观、全面的滑坡形变分析方法,包括基于点云比较的形变分析、基于TIN比较的形变分析、基于特征点的形变分析以及基于DEM的形变分析。为了充分利用非地面点云数据,提出一种提取滑坡区域电线杆、树干的几何特征来分析滑坡水平变化的新方法。通过分析得到的滑坡形变量与GNSS远程实时监测结果基本一致。

检测钱德勒摆动周期和Q值的一种新方法

基于经典极移理论,创新性地提出了一种估计地球钱德勒摆动(Chandler wobble)周期和品质因子的数学模型和快速算法,该方法对模型误差的假设较弱,估计结果的统计性质更优。采用1993年1月―2009年12月时间段内的极移观测序列和大气、海洋角动量数据,新方法对钱德勒摆动周期和品质因子的点估计分别为(430.8±0.50) d和62.6±9.63,与最新研究结果接近;与之对应的90%置信区间分别为(430.0, 431.6) d和(43.5, 75.7),这一极窄的置信区间提高了点估计结果的可靠性,有助于更加精确地认识地球钱德勒摆动的激发和维持机理。

空间坐标系变换的函数梯度描述方法

为了将空间坐标系变换由静态的、不随时间发生变换的情况推广到动态的、随时间发生变换以及任意角度发生变换的情况,基于单位四元数构造的旋转矩阵和罗德里格矩阵的完全等价性,揭示出空间坐标系(空间直角坐标系)变换与函数梯度的数学关系,推导出由函数梯度表示的空间坐标系变换的数学公式,在理论上说明了用函数梯度描述空间坐标系变换的方法。研究表明,在数学意义上,空间坐标系变换的本质是"场",可以用"场"的概念统一以任意角度发生旋转变换的空间坐标系变换特例,为进一步研究空间坐标系随时间发生连续变换的情况或以新的思路为运动载体定姿奠定了理论基础。

地球动力学扁率与南极涛动年际变化的小波相干分析

地球动力学扁率J2的变化反映了全球大尺度的地球各圈层动力学变化及相互作用.对于J2的年际变化与全球大气、海洋运动、陆地水变化的相关性问题,前人的研究表明J2的年际变化信号主要来自地球高纬度（±75°以上）地区的物质质量重新分布和迁移,其可能与ENSO（EI Nio-Southern Oscillation）现象有关.利用交叉小波与小波相干方法对1979-2011年的J2和刻画南极涛动（Antarctic Oscillation,称AAO）的南极涛动指数（AAOI）以及表征ENSO现象的SOI（Southern Oscillation Index）时序在2-8 a尺度的年际变化信号进行分析,结果表明：在1986-2010年间J2的4-6 a尺度的年际变化与AAO显著相关（相关系数〉0.8）,通过95%置信度检验,且J2信号与AAO信号之间存在一定的位相时差,即J2信号位相滞后AAO信号约0-5个月;而在相同的时间段和尺度上J2与SOI之间没有表现出更好的或类似于J2与AAO信号之间的关系特征.此现象可能与南极涛动和南方涛动两者分别反映的大尺度的大气运动及其空间分布特征的不同有关.

朗县涉及藏南地区被占领土吗?——关于藏南地区“6县说”与“5县说”的探讨

根据一份重要的历史文献,研究了藏南地区被占领土所涉及的县数问题,并采用现代遥感影像地图进行了对照,结果表明:那种认为藏南地区被占领土涉及"错那、隆子、墨脱、察隅、朗县和米林6个县"的观点是错误的;实际上,藏南地区被占领土只涉及错那、隆子、墨脱、察隅和米林5个县,朗县不在其中.

空间水汽场重建算法对比研究

GPS水汽探测可精确获取某点处的水汽数据,但实际应用中所需多是空间水汽场数据,因此有必要研究如何利用点位水汽数据来重建空间水汽场。文章探讨了反距离权重法、样条函数法、克里格法等常见空间插值算法在空间水汽场重建中的应用,并用交叉验证法对结果进行比较分析,试验结果表明克里格法最优。本文还利用DEM辅助重建空间水汽场,探讨了协同克里格法、泛克里格法等算法,并用Onn模型和高度归算法对克里格模型进行改进。交叉验证结果表明利用DEM辅助重建空间水汽场效果明显,基于Onn模型改进的泛克里格算法最优,其次是基于高度归算法的克里格模型。

一种验证引力速度可能的实验方法--与汤克云研究员和黄超光研究员商榷

我国学者不久前进行了利用重力固体潮观测资料验证广义相对论关于引力速度等于光速的研究.汤克云研究员的论文认为,重力固体潮观测资料验证了引力速度等于光速;而黄超光研究员的论文则认为,汤克云论文的重力固体潮观测分析与引力速度无关.本文认为,由于时间测量精度比重力测量精度要高得多,所以进行这项研究,走时间测量的技术路线应该比走重力测量的技术路线更为现实,从而提出了基于地球引力的"GPS卫星实验方案".

BDS/GPS载波相位定位病态性对比分析

针对BDS/GPS载波相位定位的病态性问题,该文提出了采用条件数法对比分析BDS/GPS在我国不同地区、不同时段载波相位定位病态性及其在8个地面站的定位精度因子PDOP值变化情况,其中PDOP值能够反映单点定位的病态性。研究结果表明:BDS在我国大部分地区可用性良好,且其平均PDOP值随纬度的增大而线性增加;然而,BDS导航定位的病态性程度比GPS更为严重,BDS载波相位定位病态性程度不仅随观测时长变化,还与所处的位置变化有关,而GPS几乎不受观测地点的影响。研究成果可在BDS/GPS模糊度的快速、准确固定方面提供参考。