中国及邻区卫星岩石圈磁场与近10年地震活动性

利用NGDC—720全球卫星岩石圈磁场模型给出的球谐系数,计算得到中国及邻区的岩石圈磁场分布;并与该地区活动块体及近10年(2003—2012年)M_S5.0以上地震活动性进行对比,发现岩石圈磁场同活动块体分布及地震活动性存在较为密切的对应关系。该相关性有望在未来地震研究和监测中发挥作用。

航磁异常分析技术及其在地质构造中的应用

航磁异常在地质构造研究中具有覆盖广、成本低以及横向分辨率高等显著优势,被广泛应用于隐伏岩浆岩及断层探测,俯冲带、大陆裂谷、岩墙群及地幔柱等构造特征分析,磁性界面(包含结晶基底及居里等温面)反演,区域构造划分以及孕震构造背景研究等领域.近来随着航空磁测技术的发展,积累了越来越多大比例尺、高精度的航磁数据,并在此基础上产生了新的全球/区域地壳磁异常图/模型.在由航磁异常对场源位置、形态、走向及埋深等进行分析反演方面,人们使用了化极、延拓、求导(包含水平及垂向导数、斜导数、总水平导数、总梯度模及各类导数组合)、欧拉反褶积、磁性界面及磁化率反演等多种技术.本文对岩石磁性和磁异常解释的不确定性进行了整理和归纳,对各种航磁异常分析及反演技术进行了介绍,对航磁异常在不同场景下的地质构造应用进行了回顾,并对未来航磁探测、数据分析及应用等发展进行了讨论和展望.

汶川M_S8.0级地震前后ULF电磁辐射频谱特征研究

本文基于电磁波频谱理论研究方法,对2008年四川汶川MS8.0地震前后金河、剑阁及郑州二砂三个电磁波台站的观测资料进行FFT和小波变换分析,研究了电磁辐射数据快速傅里叶频谱变化特征和在不同尺度下小波变化的分解,发现在汶川地震前确实有异常信息存在.结果表明:(1)FFT动态谱图像说明,地震前电磁波频谱变化特征较明显,在时间、频段上均显示了阶段性进程特征,且随着震中距的增大,辐射能量越小,异常出现的时间越晚;(2)小波分解显示了地震前电磁波异常信号低频部分出现的时间较早;距震中较近的台站,异常信息在高频部分相对明显;距震中稍远的台站,异常信息在低频部分相对明显.

地震电离层VLF电磁场频谱特征研究

对2006年3月—2009年2月DEMETER卫星VLF电磁场频谱数据的分析发现,全球地震电离层电磁场频谱有以下特征:50～300 Hz为地震电离层效应的优势频段;距离地震空间位置越近,地震异常越显著;不同半球的地震,异常方向和方位不同;对地磁夏季北半球地震的研究表明,海洋地震主要为正异常,陆地地震为负异常;地磁夏季,不同半球地震的磁场频谱异常显著不同,北半球的正异常偏南,而负异常偏北,南半球的负异常偏东北,而正异常偏西南。

基于GPS和COSMIC数据分析汶川地震TEC和N_mF2扰动

使用相关方法和welch法计算功率谱密度研究汶川地震前后GPS TEC在时域和频域上的变化,并进一步分析N_mF2空间分布变化.得出主要结论,震前5月9日开始TEC平常具有良好的相关性被打破,24 h全日波、12 h半日波成分功率谱密度幅度值变化明显.5月12日至6月11日N_mF2变化幅度明显增大.研究结果显示,TEC和N_mF2时空分布变化存在电离层震前扰动和同震响应,并且TEC震后的异常变化相比震前更加显著.表明使用的方法可以有效检测到地震发生前后电离层异常扰动信号.

基于COSMIC掩星数据探测汶川M_S8.0地震震前电离层异常

获取COSMIC掩星2级数据,基于球谐函数使用最小二乘拟合法计算模型值,为2008年5月12日汶川MS8.0地震前电离层电子密度变化提供背景依据.同时应用主成分分析法研究最大电子密度,得到各主成分所占能量百分比随时间的变化.研究结果发现,震前在震中邻近区域出现电离层扰动增强现象,且随高度不同存在一定差异,主要集中在F2层300—450km.主成分分析结果显示,4月15日—29日19:00—24:00(地方时)第三主成分能量百分比显著增加.上述结果表明,震前电离层存在异常扰动现象.这一研究结果有助于加强地震电离层耦合机理方面的研究.

玉树7.1级地震前后电磁辐射小波变换分析

基于电磁辐射数据的小波变换理论,对青海玉树7.1级地震前后四川都江堰、剑阁、江油及郑州二砂电磁波台站的观测数据进行了小波分析,研究发现玉树地震前有异常信息存在,表现为:地震前电磁辐射异常信号低频部分出现的时间较早;距震中较近的台站,异常信息出现的频率段较高;距震中稍远的台站,异常信息的频率段较低;震中距越大,异常出现的时间越晚。

地电场观测典型干扰数据的修正方法

研究由于线路故障、直流供电等干扰因素引起的地电场数据变化,尝试使用带阻滤波、经验模态分解等方法排除干扰。处理结果表明,上述方法可以减少干扰因素的影响,有利于提取地震前兆信号。

北京地区电离层COSMIC掩星与垂测仪探测临界频率数据对比

使用COSMIC掩星和垂测仪,探测2011—2012年北京地区电离层临界频率数据,比较不同探测手段获取的电离层特征参量随地方时和地磁季节相关性的变化。研究表明:2组数据具有较好的相关性;标准偏差随地方时变化,日出时6:00 LT开始增大,日落时16:00LT到次高值,19:00LT达最大值后开始下降;标准偏差随地磁季节变化,夏季最小,冬季最大。分析认为,电子密度在垂直和水平方向上的梯度变化,造成掩星反演误差增大,可能导致了数据相关性在不同地磁季节和地方时刻的相应变化。

基于COSMIC掩星数据分析全球NmF2周年和半年变化特征

使用COSMIC掩星提供的NmF2数据,利用傅里叶分析方法,研究全球F2层峰值电子密度的周年和半年分布特征,分析2010年LT12:00—14:00 NmF2周年和半年变化幅度及2008—2011年年平均值变化。结果显示,电离层NmF2周年和半年变化幅度在中高纬地区相对较大;在赤道和低纬地区相对较小,且NmF2以半年变化为主。太阳活动增强期间,NmF2年平均值增大。

外核黏性对地磁场发电机数值模型的影响

地磁场发电机过程由数学方程组和输入参数所控制.为研究发电机参数对系统的影响,本文使用MoSST模型模拟了在外核黏性ν变化下发电机模型的输出.通过使用跨越近3个量级的ν值,着重研究了各物理场及其典型尺度随黏性的变化.发现黏性变化显著影响流场;磁场随ν增加而近乎单调减小,但变化幅度不超过30%;温度扰动随ν增加而小幅(6%)单调增加.经过拟合,得到外核流速u和黏性ν的比例关系:u~ν0.49.流速随黏性增加的现象本质上是由于黏性增加打破了Taylor-Proudman约束,使得临界Rayleigh数减小,从而在相同的驱动力下带来了流速的增加.此外,作用力平衡分析发现,随着ν的变化,系统在几种平衡模式间切换.通过与之前比例关系的研究对比,本研究支持在一定范围内,磁场与黏性关系不大的结论;但反对流速与外核黏性无关的假设.

伽利略卫星观测磁异常及其解释

伽利略飞船在木星四颗最大的卫星附近探测到了显著的磁异常.尽管磁异常不同,但是都来自于卫星内部和周围环境的磁流体动力学过程,例如冰下海洋的电磁感应,卫星的轨道运动与外部等离子体的相互作用等等.本文总结了每颗卫星的观测磁异常以及现有解释.我们也提出了磁异常来源的新的可能解释机制:磁异常可能部分来自卫星冰下导电海水或者流体核的磁对流.对该机制的研究有助于进一步理解所观测到的磁异常,也可能提供对卫星内部物理的磁约束.

基于COSMIC数据电离层电子密度空间分布变化

天基GPS探测可以提供分布全球、高精度、高垂直分辨率的电离层观测资料,弥补地基GPS探测受地域限制、垂直分辨率低的问题.利用COSMIC掩星2008—2011年数据,网格化统计分析了太阳活动处于不同水平下的电子密度空间分布变化,以期为分析电离层电子密度的空间扰动变化提供参考背景.研究表明,电子密度存在明显赤道异常和威德尔海异常现象,并发现随太阳活动性增强,在250~350km高度范围电子密度赤道异常现象扩展到中纬地区,在300~500km高度范围威德尔海异常现象不仅发生在南半球夏季,春秋季电子密度夜间值比白天也显著增强;在250~500km高度范围,电子密度存在明显的威德尔海异常现象,并随着太阳活动性增强,异常区域地理范围扩宽.

伽利略卫星磁异常起源的数值模拟

伽利略号任务探测到了起源于伽利略卫星的磁异常.这些磁异常很可能来自于卫星内部,并且受到强大的木星背景磁场的影响.观测磁异常可能来自各种不同的产生机制,这里通过数值模拟主要研究卫星内部磁对流和发电机行为.为了模拟卫星周围的电磁环境,在模型中引入了一个固定取向、空间均匀,但是强度可变的外磁场B0.模拟结果显示,强度足够大的B0可以显著的改变核内的发电机过程.当B0增加到原发电机磁场强度的40%时,核内对流的改变非常显著:整体对流强度减弱了80%,但是在大部分区域的差动旋转却增强了,这导致了核内总磁场的增加.磁场的形态趋向于同背景场一致,而流场则显示出背景场对原有对称性的抑制作用.此外,磁场在时间变化上也趋向于更加稳定.