基于Swarm卫星磁测数据的全球多场源地磁场建模

全球多场源地磁场模型因其可同时描述场源多、使用方便等优点在很多行业中得到了应用.本文基于高精度磁测卫星Swarm A自发射以来的九年标量和矢量观测数据,利用球谐分析方法,同时实现主磁场及其变化、岩石圈磁场和磁层外源场模型系数的反演.其中内源场球谐截止阶数70阶,对应空间分辨率为571 km;主磁场变化求解至13阶,采用6阶B样条函数描述,可实现主磁场长期变化、长期加速度等的计算;外源场球谐截止阶数2阶.统计结果表明最终模型拟合rms为3.29 nT.为了对模型结果开展评估,先后利用综合场模型CM6和CHAOS-7对功率谱以及各场源全球分布开展了对比,结果表明该模型与CM6和CHAOS-7模型结果在趋势和量值上均十分接近,其中主磁场、岩石圈磁场和磁层外源场与CHAOS-7模型典型残差分别在5 nT、1 nT和2 nT以内.此外,基于Swarm A卫星模型,我们还分析了2014和2023年的全球主磁场变化特征,对全球岩石圈磁异常和外源场分布规律进行了展示和总结.通过本项工作可以实现多场源模型系数的同步解算,为相关行业应用提供技术支撑.

低轨卫星磁测及全球地磁场建模

低轨卫星磁测因其覆盖范围广、精度高、无疆域限制等优点,已逐步成为全球高精度地磁探测和全球地磁场模型更新的主要手段.本文首先对国内外低轨卫星磁测发展历史、主要特征、测量精度、发展趋势等做了总结和回顾.其次介绍了低轨卫星磁测的在轨定标流程和方法,详细描述了作为重点和难点的矢量磁场在轨正交校正和坐标转换算法,并展示了主要磁测卫星在轨定标结果.文章最后介绍了全球地磁场建模理论,并对主要的全球地磁场模型、空间分辨率等进行了总结,展示了主磁场、不同分辨率岩石圈磁场、磁层和电离层电流体系外源场的全球分布形态和主要特征.得益于低轨卫星磁测技术,全球地磁场建模得到了快速发展,并在科学研究、资源探测、通讯导航、自然灾害防治等领域得到了广泛应用,但目前仍然面临时空分辨率有限等问题,解决这一问题需要融合近地表观测数据,并不断优化场源描述能力和建模技术.

岩石圈长波长磁异常及其地质意义

在低轨卫星几百千米的高度上,大部分近地表观测到的岩石圈磁异常细节衰减殆尽,只留下衰减较慢的长波长磁异常.长波长磁异常可以揭示出岩石圈居里面以上显著的物性差异,对于研究地壳深部的物质组成、结构和演化具有重要意义.为了使读者能从全球尺度上对长波长磁异常的起源形成具体的认识,本文首先回顾了不同时期的卫星磁异常图及主要的岩石圈磁场模型,然后基于CHAOS-7模型计算结果,对500 km高度除极区外幅值大于4 nT的长波长磁异常进行了识别编号,共计29个磁异常.其中,陆地上磁异常20个,海洋中磁异常9个.通过对已有研究成果的综述及地质资料的对比分析,逐一介绍了磁异常的起源.陆地区域的长波长磁异常大多位于前寒武基底,相关的地质单元有太古代地核、元古代地体、富铁建造等,少数位于造山带背景.海洋区域的长波长磁异常全部都位于洋底高原,普遍与白垩纪时期冈瓦纳大陆裂解相关,具有加厚地壳特征.因此,针对长波长磁异常的持续深入研究对于地壳生长和演化具有重要意义.随着我国卫星磁测的蓬勃发展,相信会有越来越多的国内科研人员关注并研究这类大规模磁异常.

大震前显示的地震震源机制趋于一致的变化

在构造应力场的制约下强震孕育过程中特定阶段,震源区中小地震震源机制与构造应力场的方向大体一致,根据这一特点,定义各个震源机制解的P轴,B轴,T轴和构造应力场的3个应力主轴在3维空间的夹角之和为一致性参数a,研究强震前应力场变化特征。对2006年11月15日千岛岛弧MW8.3地震和2001年6月23日秘鲁MW8.4地震研究表明,大震发生前孕震区一致性参数a比较低,震源机制与构造应力场的差异较小,说明这些前震受到了震源区应力场的统一作用,而主震发生之后震源机制解的一致性参数比较高,说明后续发生的地震的震源机制散乱,表明背景应力场的控制作用开始减弱。

震动图快速生成系统研究

震动图(ShakeMap)是描绘地震发生之后地震动分布情况的一种工具,它显示的是地震产生的地面运动和可能的烈度破坏情况.本文的研究重点是如何实现用计算机自动绘制震动图,主要选择了峰值地面加速度等值图、仪器烈度分布图为研究对象.并对如何确定强震动质心、如何在台站稀疏地区估计地面运动加速度值、如何进行场地校正、如何将PGA/PGV转换为仪器烈度值做了深入的研究.

利用DEMETER卫星LANGMIUR探针观测数据研究强震前的电离层扰动

文中介绍了Langmiur探针的观测原理,并利用电子浓度(Ne)和电子温度(Te)数据研究了2006年5月3日MW7.9汤加地震和2006年12月16日MW7.1台湾地震。结果发现汤加地震前2～5d电子浓度连续4d降低,电子温度变化不明显。台湾地震前后电子浓度的变化不明显,但电子温度在地震当天及后续3d出现了低值。目前没有直接的证据表明这些变化是由地震活动引发的,但在数据处理过程中选择了当地22时至次日3时的观测数据,并且剔除了Dst≤-30nT,Kp≥3,AE≥200nT时的记录数据,在一定程度上排除了太阳、地磁等因素引起的电离层异常情况。

强震前ELF/VLF磁场的扰动特征统计研究

本文利用DEMETER卫星记录的变化磁场数据统计研究了2005—2009年北半球7级以上强震前后空间磁场的扰动特征.在震中±10°范围内利用震前2个月至震后1个月的5年同期观测的ELF/VLF[370～897Hz]频段磁场功率谱密度数据构建了背景场,定义了表征空间磁场在地震时段相对于背景场的扰动幅度指标.统计研究发现26个强震中42%的地震主要表现为震前磁场扰度幅度逐渐上升,超过3倍标准差,随后在扰度幅度下降过程中发震.35%强震在地震前10天内最大扰动幅度超过3倍标准差,在扰度幅度处于最高值期间发震,震后磁场扰动幅度逐渐回落.23%的强震在震前震后无明显规律.随机事件测试发现在空间天气平静且无强震条件下随机地点上空的磁场无明显的时空演化规律,且随机地点上空的空间磁场相对于背景场的平均扰度幅度很小,最大扰度幅度从未超过2倍标准差,并且没有明显的随时间变化特征.

关于网格资源调度的探讨

随着计算机网络技术的飞速发展,出现了第三代Internet技术网格计算(Grid Com-puting)。网格是一种异构、动态、分布式的计算环境。网格资源管理是网格的核心组件,文中介绍了网格资源管理的特点,分析了Globus工具集网格资源管理的核心组件。网格资源调度是网格资源管理的核心部分,也是网格资源管理中极其繁琐复杂的问题。基于分析网格计算环境中资源管理的结构特点,分析和总结了网格调度策略,提出了多级资源调度模式,给出了多级资源调度的模式。

利用CDMA 1X+VPN技术实现十三陵地震前兆观测系统信息集成

依托"中国地震数据观测网络"项目,中国地震局地震预测研究所建立了以十三陵地震中心台为前兆台网部,8个无人值守的前兆台站为一体的前兆观测系统。这套系统利用中国联通的CDMA 1X网络将台站接入到Internet网络,并利用VPN(Virtual Private Network)技术在Internet网络上开辟一条安全、稳定传输隧道,实现了前兆台站、观测设备与十三陵前兆台网部的信息集成。文中以十三陵地震前兆观测系统为例,主要介绍了如何利用CDMA 1X无线网络和VPN(Virtual Private Network)技术实现前兆观测系统信息集成。十三陵地震前兆观测系统的正常运行证明,利用CDMA 1X+VPN技术的前兆观测系统组网模式可以做到投资少、见效快、传输可靠等优势,值得推广应用。

数据库中间件技术探讨

描述了数据库中间件技术的来源、工作原理以及主要功能,着重探讨了当前主要的数据库中间件技术ODBC、OLEDB、JDBC、ADO、ADONET的体系结构、原理以及运作情况,并比较了它们之间的不同。

地震电离层探测技术及其应用研究进展

2017年即将发射的中国电磁监测试验卫星将填补地震电离层立体监测体系中不可或缺的空白区域,也将为天地一体化地震电磁对比校验及圈层耦合机理认识提供重要的科学支撑.针对近期地震电离层立体监测体系发展的需求,本文主要介绍了目前国内用于地震研究的地基及空基电离层探测技术,包括电离层垂测/斜测、甚低频(VLF)电波观测、舒曼谐振观测、GPS及空间卫星电磁等,并总结了各种探测技术在国内外地震应用研究中的进展;最后结合不同探测手段的优势,探讨了地震电磁立体探测系统的构建,并就未来的多手段综合应用发展提出了建议.

智利8.8级地震的震前电子浓度扰动

基于法国DEMETER卫星数据,在识别2级图像的基础上,通过对1级数据进行滑动中值处理、纬度变化分析以及空间差值研究,发现2010年2月27日智利8.8级地震的震前震中区上空附近有异常变化:20日距离震中1500 km处电子浓度升高,24日电子浓度降低;25、26日电场、磁场及部分等离子体参量呈现同步扰动;26日2条轨道的电子浓度值出现高于背景值的异常;27日震前4小时在磁赤道附近出现电场频谱下降,等离子体参量强烈扰动的现象.

地震前后电离层截止频率处电场频谱强度变化分析--以2006年汤加MW8.0地震为例

以汤加MW8.0地震为例,着重分析了DEMETER卫星记录中截止频率附近电磁场频谱在震前的异常演化特征.根据地震前后该区域3个月的数据对比,发现电场频谱增强与地震孕育的关系很不明显.而长时间、大范围的电场频谱减弱现象可能更值得关注,白天和夜间的电场频谱显示同一特征.2006年夏秋季节38次6级以上强震短期异常的统计平均结果显示,白天的电场频谱在震前24小时距离震中2 000 km左右可能有一定增强,达到背景值的3倍均方差.但其它时段多以下降为主,而夜间无论震前震后比较明显的超过3σ的异常均以下降为主.最后讨论了地震-电离层异常孕育耦合机理.

ZH-1卫星观测的VLF人工源信号特征分析与全波模拟

中国地震电磁监测试验卫星张衡一号(ZH-1)已于2018年2月2日成功发射,正在开展卫星数据在轨测试,并对卫星数据质量进行判定.本文对ZH-1卫星2018年5月至6月夜侧的VLF频段电场功率谱数据进行了分析.通过分析位于不同L值、具有不同发射频率的多个VLF人工源上空的卫星重访轨道观测数据,发现ZH-1卫星记录的人工源信号电场变化标准差与DEMETER卫星记录电场变化标准差几乎一致,说明ZH-1卫星观测数据具有较好的稳定性.通过重访轨道均值与全波模型计算结果对比,发现两者在数值上较为接近,在形态上较为一致,说明ZH-1卫星VLF频段电场功率谱数据具有一定的可靠性.此外,研究了VLF人工源上空及共轭区的电场分布特征和电波传播规律,并与DEMETER卫星的结果进行了对比,结果表明VLF人工源产生的电磁辐射穿透电离层后以导管或者非导管的哨声波模向共轭区传播,因为传播过程中的朗道阻尼,共轭区的电场能量比辐射源顶空更小.VLF人工源位于L<1.5时,电磁波传播更容易发生非导管传播,VLF人工源信号导管传播模式在共轭区的电场响应相对于共轭点会发生一定程度北向偏移.

震级频度与古登堡-里克特关系式偏离的前兆意义

地震震级频度的古登堡-里克特关系式(简称G-R关系式)一直是许多地震学问题研究的重要前提之一,然而实际分布常常与这一关系式有一定的偏离。文中利用已有的对含有凹凸体、挤压雁列破裂及Ⅲ型剪切破裂等三种类型的岩石实验结果,对接收到的声发射事件序列分别进行了分段地震震级频度的G-R关系式拟合,重点考察了每一时间窗内表征实际地震震级频度与这一关系式偏离程度的线性拟合系数r值的变化。研究结果表明,含有凹凸体、挤压雁列破裂的岩石声发射序列在加压-破裂过程中,分段扫描分别计算得出的r值在标本失稳前出现数字下降的现象,表明临近岩石失稳,实际地震震级频度与G-R关系式偏离程度有加大的趋势;而含Ⅲ型剪切破裂的岩石在标本失稳前,声发射序列r值数字下降的现象不明显。部分实际震例也表明,在一些中强地震前也存在着这种偏离。研究结果可能对利用区域地震活动资料探求部分类型的中强地震前可能存在的前兆信息具有一定的参考意义。

DEMETER卫星探测到的强震前O^+浓度变化

利用DEMETER卫星观测数据,采用level-2图像目视解译的方法和重访轨道对比方法,对2006年5月3日发生在汤加群岛的7.9级地震进行分析.从震前6天、震前2天、震前1天和震后2天的level-2图像可看到,电场和等离子体参量在震中上空偏北的位置出现扰动信号,震前的扰动信号幅度随地震时间临近有所增强,扰动持续时间也相应增加;震后2天扰动信号依然存在,其幅度并未减弱.通过对比震前1天的轨道在2006年至2008年内的重访轨道,发现O^+浓度存在三类较规律的变化特征,即在夏季时,北半球的值高于南半球;冬季时则相反;二分季节时,南北半球含量相当.本文给出了地震和磁暴对O+浓度的不同影响,地震影响最靠近震中位置轨道上的O+浓度,而磁暴影响全球轨道上O^+浓度分布.同时获取了DEMETER卫星上朗缪尔探针在上述重访轨道同步探测的电子浓度数据,发现电子浓度与O^+浓度存在同步增加.等离子体浓度增加的现象可能与地震产生异常电场进而影响电离层结构有关.

汶川地震综合参数处理与地震台网救灾作用研究

汶川特大地震发生后,全球地震台网都对汶川8.0级地震作了快速反应,仅仅地震速报已经无法满足特大地震的挽救生命及救灾的需要,本文研究了世界主要地震台网在汶川特大地震后的反应和产出,提出了我国地震台网必须反思只重视"地震速报"的作法,建议我国地震台网必须结合大地震救灾实际,研究地震台网综合快速地震动和震源参数产出,以适应政府和人民抗震救灾的需要。

强震前后空间电磁场时空演化特征

本文利用DEMETER卫星观测到的电磁场数据,统计分析了2005—2009年全球MS≥7.0强震前后空间电磁场的时空演化特征.在震中上空±10°范围内,使用震前90天至震后30天的5年同期观测到的电磁场极低频/甚低频(370—897 Hz)功率谱密度数据构建了稳定的背景场观测模型,提取了震中上空的空间电磁场相对于背景场的扰度幅度,并统计分析了强震前后空间电磁场的时空演化特征.统计结果显示:45次MS≥7.0强震中,35次强震在地震发生前后磁场最大扰动幅度超过2.2倍标准差,39次强震的电场最大扰动幅度超过2倍标准差;最大的电磁扰动主要出现在震中±4°—±10°范围内.另外,震中上空的电磁场扰动幅度时序变化表现为3种不同类型的扰动特征,且震前出现电磁异常的强震震中位置的分布特征与纬度存在一定关系;而随机选择的非震区上空空间电磁场的扰动幅度则比较小,未呈现出明显的特征.

DEMETER卫星记录到的电离层加热现象

在法国DEMETER卫星运行期间,地基电离层加热装置SURA和HAARP开展了一系列加热试验,记录到各类电离层异常信息,发现电离层加热过程中卫星观测的电离层扰动信号包括HF发射泵波及边带泵波、VLF人工源增强及频谱拓展、ULF/ELF/VLF调制波、ELF电磁扰动、ULF谐振波、等离子体特征参量扰动及高能粒子沉降等.由于传播及耦合机制的差异,发射泵波可以穿透电离层直达卫星高度,其观测概率最高达到68%以上,其他扰动受发射调制模式及当地电磁环境等影响,观测概率相对较低,均在40%左右,有些甚至是某次试验中出现的个别事例.结合中国地震电磁监测试验卫星飞行轨道设计及载荷配置等,对未来开展加热试验进行了分析论证,并参考DEMETER,卫星试验结果给出了一些建议.