用钻孔应变数据探测2011年日本Tohoku大地震激发的低频地球环型自由振荡及其谱峰分裂

地震激发的地球自由振荡中,环型自由振荡(特别是低频环型自由振荡)的精确探测相比于球型自由振荡更加困难.环型自由振荡对SH波速度结构更加敏感,能更好地监测走滑断层运动,因此精确估算环型自由振荡的谱峰参数可为地球内部大尺度SH波速度结构和大地震的震源机制提供更强约束.本研究利用2011年日本Tohoku地震后四分量钻孔应变仪的观测资料,提取了该地震激发的1.3 mHz以下低频环型和球型自由振荡信号,与STS-1宽频带地震仪的结果相比较,发现四分量钻孔应变仪对1 mHz以下的环型自由振荡具有更强的探测能力.本研究还采用频率域自回归方法精确估计了0T2—0T6的简并频率,结果与PREM模型理论值相差非常小,平均相对误差仅为2.52×10^(-4).此外还用钻孔应变仪观测资料探测到了0T2谱峰分裂现象.研究结果表明,钻孔应变仪能有效探测到大地震激发的低频地球环型自由振荡信号,可为地幔大尺度各向异性结构研究提供高质量的基础数据.

中国大地测量研究进展(2019-2023)

2023年7月11日至2023年7月20日,第28届国际大地测量学和地球物理学联合会(The International Union of Geodesy and Geophysics,IUGG)大会在德国柏林举行。按照IUGG传统,国际大地测量协会中国委员会(CNC-IAG)组织国内十余家单位编写了“中国大地测量国家报告(2019—2023)”,分别总结了2019至2023年4年期间的中国大地测量各分支学科研究进展。本文主要归纳和总结了中国大地测量学科近几年的整体进展,侧重各领域代表性研究进展,主要内容包括基准框架、综合PNT与弹性PNT、重力场与垂直基准、GNSS精密产品、多源传感器组合导航和海洋大地测量6个研究方向。此外,结合国际大地测量及相关交叉学科的发展趋势,对我国大地测量学科未来发展提出了几点建议。

山区侧向流对滹沱河冲洪积扇地下水补给与硝酸盐动态的影响

山区侧向补给是华北山前平原冲洪积扇含水层重要补给来源,影响平原区地下水水量和水质动态。近年来受极端气候和人类活动影响,山区对冲洪积扇平原区地下水的侧向补给机制及其对地下水硝酸盐动态的影响仍不明确。本研究以滹沱河冲洪积扇为研究区,利用水文观测、水化学和同位素示踪等方法,估算山区侧向补给通量和硝酸盐输移通量,揭示山区侧向补给与平原区地下水的补给关系,分析山区侧向补给对地下水硝酸盐分布的影响。根据水文地质条件,将采样点划分为4个子区:滹沱河冲洪积扇北部扇顶(Ⅰ区)、扇中(Ⅱ区)、滹沱河附近扇缘区(Ⅲ区)以及滹沱河冲洪积扇南部区域(Ⅳ区)。地下水硝酸盐动态监测数据表明,滹沱河北部的山区断面地下水硝酸盐浓度高于南部断面,平原区北部Ⅰ区和Ⅱ区地下水硝酸盐浓度高于南部Ⅳ区;且沿地下水流动方向,地下水硝酸盐浓度均值呈现Ⅰ区(105.28 mg·L^(−1))>Ⅱ区(99.22 mg·L^(−1))>Ⅳ区(37.10 mg·L^(−1))>Ⅲ区(23.08 mg·L^(−1))的空间分布特征。利用地下水氢氧同位素示踪揭示了山区侧向流对冲洪积扇北部地下水补给影响范围为扇顶和扇中,而冲洪积扇南部因地下水超采改变地下水流场,其影响范围主要为扇顶。利用达西定律计算2022年3月至2023年2月山区侧向流对滹沱河冲洪积扇平原区的补给量为2.10×10^(8)m^(3),硝酸盐通量为239.56×10^(5)kg,且北部山区侧向补给的水氮通量大于南部,这也是影响平原区地下水硝酸盐空间分布的重要原因。山区侧向补给对冲洪积扇平原区地下水量和水质的影响不容忽视,因此,实现源头综合治理,降低山区地下水污染物浓度,对下游平原区面源污染管理,防止地下水硝酸盐污染具有重要意义。

地下实验室与深地环境下的地球物理观测

地下实验室具有良好的低本底环境条件,为许多前沿学科研究提供了重要的实验场所,已经成为一个国家关键性的科学研究平台.目前国际上很多国家利用山体中的隧道空腔或地下矿井建立起众多的地下实验室,其中大多数进行天体物理和粒子物理实验与研究,部分同时进行着地球科学、岩体力学、地下生物等学科的相关实验.本文在介绍国际上一些重要地下实验室的基础上,着重对其在地球物理方面的观测与实验研究成果进行介绍;针对深部地下实验室所具有的“超静”与“超净”环境,阐述深部地下环境多种物理场观测所能达到的测量指标;针对深部地下实验室可实现的超高精度观测,讨论深地地球物理观测对目前仪器科学、装备与观测技术提出的挑战,及其将应对解决的诸多地球物理领域关键基础性科学问题.

大地测量学科发展现状与趋势

近50年,由于大地测量观测手段的不断进步和应用领域的不断拓展,大地测量学科不断进化,并与其他学科不断交叉与融合。本文首先简述了大地测量学发展的背景和在历史上发挥的主要作用,梳理了大地测量传统学科的形成。进一步,分析了大地测量发展现状,侧重从观测手段的进步描述学科的发展;从应用领域的拓展描述交叉学科的形成;从国家需求和科学发展出发,描述了大地测量学科未来的发展趋势。最后,综合各方面因素,提出了大地测量现阶段学科分类建议,试图为大地测量工作者的科研选题、基金申请提供借鉴。

核幔耦合对地球自由核章动的激发影响

地球自由核章动(FCN)是地幔与液核相互作用的重要动力学现象,其激发机制涉及地表流体层、地幔和地核等圈层之间的耦合,此前研究多利用地表流体层角动量数据单独研究其对FCN的激发,对核幔耦合的影响考虑不足.本文基于角动量守恒理论分析了核幔耦合对FCN周期及振幅的影响,并结合多个大气及海洋角动量函数时间序列首次估算了核幔耦合在FCN激发过程中的贡献.结果表明核幔耦合对FCN周期产生的固定和时变影响对FCN激发的作用均不可忽视,尤其时变影响可达几十个微角秒,对于进一步解释FCN时变特征非常重要;核幔耦合对FCN振幅的直接影响是地表流体层的激发与实测FCN不相符的主要原因,黏滞、电磁和地形等耗散耦合的存在对地表流体的激发振幅有67%左右的减弱效果.

利用谱元法计算SNREI地球的表面负荷变形

谱元法作为一种基于变分原理的数值方法,已经成为地球动力学数值模拟的重要手段.本文旨在对Martinec(2000)正演模拟表面负荷问题的谱-有限元方法进行改进.简单地介绍了谱元法计算负荷边值问题的相关理论,并推导了中性分层液体中的平衡方程以及其对应的弱形式解.在地球半径方向上,采取高阶样条函数作为负荷解的基函数,并利用高斯-勒让德方法进行数值积分.均质地球模型数值试验表明,相较于Martinec的方法,本文方法可以有效地加快数值解的收敛速度.最后,利用PREM模型计算了SNREI地球的负荷勒夫数.数值计算结果表明本文方法的收敛性和稳定性都非常好.本文方法获得的负荷勒夫数与采用传统龙格-库塔积分方法获得的结果相对误差在0.01%的量级.

一种基于缴费积极性的电力客户信用评估模型

对客户进行电信用评估是电力公司实现营销精益化管理的重要任务,现有相关方法较多地依赖经验规则确定评估模型,研究提出了基于电力客户缴费积极性的信用值定量化评估新模型。首先提出以加权正则化付费周期值衡量客户缴费积极性,随后基于理论分析及客户真实缴费数据推断获得评估模型,不依赖主观经验地实现了电力客户缴费信用值的连续量化评估。理论及实验分析表明,新方法具备较好的理论依据及真实数据分析结果的支撑,能够合理有效地量化反映客户的电力消费信用。

南极中山站的重力和区域海洋潮汐特征

本文利用中山站弹簧重力仪记录的重力潮汐时间序列、验潮站数据、CATS2008区域和Eot11a全球海潮模型研究重力和海洋潮汐特征。结果表明,在周日频段,潮波O1的海潮振幅达到28 cm,4个主要潮波(Q1、O1、P1和K1)的全球模型与验潮站潮高差之和为4.2 cm,区域模型与验潮站潮高差之和为4.4 cm;在半日频段,潮波M2的海潮振幅达到20 cm,4个主要潮波(N2、M2、S2和K2)的潮高差之和分别为7.7 cm和5.1 cm,说明利用区域模型修正全球模型的重要性。经区域模型修正的全球海潮负荷改正后,重力主波K1、M2和S2的最终残差振幅分别下降了9.84%、56.14%和37.08%,说明区域海潮模型更能反映海洋潮汐的真实特征,用区域模型修正全球海潮模型的有效性得到验证。

云南丽江台OSG-066重力潮汐观测结果及应用

基于云南丽江台超导重力仪OSG-066超过5 a的连续重力潮汐观测资料,获取高精度潮汐参数并构建地方重力潮汐模型,为丽江地区精确重力潮汐改正提供参考。研究9个全球海潮模型在丽江台的重力影响改正有效性,用时域内回归分析法和频域内小波分析法分别研究大气重力导纳值的变化特征,并利用观测潮汐数据估算自由核章动本征参数。结果表明,9个海潮模型在丽江台的重力影响改正效果基本一致,NAO.99b模型的改正精度较高;大气重力导纳值在时域和频域内均显示出较为明显的季节性变化特征,且与降雨量变化存在负相关关系。自由核章动本征周期为431.5(411.2,454.0)恒星日,品质因子为-2796。

用重力测量技术观测城市地表下沉的实验研究

本文用重力测量技术对城市地表下沉进行了实验研究,从2016年3月到2017年5月在武汉市内地表下沉较大的部分城区进行了7期流动重力观测实验,并用D-InSAR观测的垂向位移进行了验证.数值结果表明重力观测每期整网平差后点值平均精度都小于10×10^-8 m·s^-2,说明采用重力观测能在城市内获得高精度的区域重力变化.第7期相对于第1期的结果与D-InSAR在大致相同时间段内地表垂直位移结果比较表明,重力增加的大部分区域与D-InSAR观测到的地表下沉区域相一致,说明这些区域的重力增加主要是由地表下沉引起的.从第2到7期相对于第1期的重力变化说明在近12个月的时间内测区最大重力变化约40×10^-8 m·s^-2,且局部区域的重力值是逐渐增加的,说明地表下沉是持续进行的.本实验结果说明重力观测技术能为城市地表下沉提供重力观测约束和机制解释.

基于谱-有限元法的SNERI地球模型固体潮形变计算

基于谱-有限元法计算一个球型、非自转、完全弹性、各向同性(SNERI)的地球固体潮形变,其中地球固体部分潮汐形变的弱解用哈密顿变分原理给出,液核部分的弱解采用静态中性分层的流体近似。计算过程中把SNERI地球进行等间距球层剖分,球面上对解函数和试探函数采用球谐展开,径向上采用线性插值。比较数值计算结果与同质地球模型的解析解结果得出,1km径向等距剖分即可获得10-8精度量级的低阶Love数。基于PREM地球模型的计算结果表明,谱-有限元法计算的固体潮2~3阶Love数与Runge-Kutta法的计算值差异在10-4量级;与武汉台超导重力仪8个主潮波的实测重力潮汐因子相比,本方法计算的理论重力潮汐因子相差平均约0.15%。研究结果说明,谱-有限元法具有较好的收敛性与较高的计算精度,比传统Runge-Kutta法更适用于高精度地计算复杂地球模型的固体潮形变。

同址观测重力仪与地震仪地震频段噪声水平比较

选用拉萨台超导重力仪、昆明和恩施台gPhone重力仪以及各台站同址观测的STS-1和STS-2.5地震仪观测数据,计算所有仪器在地震频段(0.1~100 mHz)的噪声水平,并分别进行比较。结果表明,1 mHz以上时,拉萨台超导重力仪噪声水平略高于同址观测的地震仪结果,而1 mHz以下则相反;0.5 mHz以上时,恩施和昆明台gPhone重力仪的噪声水平高于地震仪结果,0.1~0.5 mHz时则与地震仪结果接近。用带通滤波处理和未滤波处理2种方法计算地震噪声等级(seismic noise magnitude,SNM),结果表明,采用带通滤波方法计算得到的SNM值更小,且随月份的变化更加平缓。

基于地震和重力观测的深地超宽频带背景噪声初探

深部地下环境的“超静”特点对认识地球内部结构及演变规律具有重要意义.联合淮南深地实验室宽频带地震仪与弹簧重力仪观测资料,利用两种仪器的频率互补优势,初次探究了实验室地表与地下(-848 m)超宽频带(0.0001~50 Hz)的背景噪声水平.研究结果表明,除0.01~0.1 Hz频带内可能由于巷道内的空气流动导致地下噪声高于地表外,其余频带范围地下噪声均低于地表观测,且低频段(0.0001~0.01 Hz)差异较小而高频段(0.1~50 Hz)差异显著.此外,地下地震仪检测到更高信噪比的地球自由振荡简正振型,进一步验证了深部地下环境的“超静”特点.由于淮南深地实验室尚处于基础建设阶段,因此深部地下观测环境的“超静”特点有望随着观测条件的完善更加突显,实验结果可为深地实验室的后续建设和相关地学研究提供重要参考.

基于MATLAB的简正模正常谱峰分裂计算

基于MINEOS软件、MATLAB的ode45工具箱和样条插值函数interp1,设计计算简正模正常谱峰分裂的接口。采用静力水准重力势能J2、J4系数计算地球椭率一阶、二阶项,考虑PREM和1066A两种起始模型,计算0S2模态的正常谱峰分裂参数和单谱频率,并与Dahlen的结果比较,证明了MATLAB接口的正确性。研究发现,椭率二阶项对简正模谱峰分裂参数影响较小,对单谱频率影响可忽略。最后以0S2为例,计算其耦合矩阵,评估耦合强度,为谱峰分裂函数反演地球内部密度结构奠定基础。

基于神经网络方法获得最优化月球内部结构模型

由于观测手段有限,目前对月球内部结构的认识还存在很大的不确定性,至今仍没有一个被广泛认可的内部结构模型,且现有对月球内部结构模型的研究几乎很少关注观测值对观测精度的影响.本研究采用混合密度神经网络方法得到了月球内部结构模型的后验概率密度分布,获得了平均月球内部结构模型(Mean模型)、最大后验概率对应的月球内部结构模型(MAP模型)以及满足1-σ准则的月球内部结构模型(1-σ模型),其中MAP模型即为本文给出的最优化月球内部结构模型.此外,研究结果表明月球低速区S波波速低于月幔S波波速,因此本文结果支持月幔底部存在一个低速区的观点.不同观测值观测精度对模型影响的研究结果表明,勒夫数k_(2)存在一个约为0.0220的下边界,且其观测精度对月球内部结构模型的影响显著大于平均密度和平均转动惯量.

非周期均匀化在弹性方程中的应用

对于谱元法中介质的非均匀分布尺度小于最小的理论波长以及复杂的间断面网格化难题,建立从微观到宏观的升尺度均匀化方程以及在不丢失波场计算精度对局部区域的微小尺度进行均匀化.利用传统的简正模计算方法求解本征频率和本征函数,给出了均匀化的结果,证明了均匀化计算方法的可行性和正确性;分析了基频简正模频率、理论地震图与均匀化参数,均匀化阶数之间的联系.并成功将之应用到SEM1D实验中,为下一步CSEM三维均匀化奠定基础.

SNREI地球形变理论模拟研究进展

获取固体地球在内外力驱动下的形变特征是认识地球内部结构和动力过程的关键,全球和区域形变的观测与研究是高精度时空基准建立和维持的重要内容之一。本文系统介绍了地球形变理论模拟研究的主要进展,重点介绍了大气、海洋、陆地水和热在地表的负荷效应,以及内部的地震位错产生的形变问题。内容涉及基本的地球(热)弹性变形的初边值理论,及其有效求解方法与计算过程中遇到的困难及解决方案。最后在弹性形变的基础上,结合现今观测精度不断提高和人类活动对环境影响的背景,展望了未来在地球形变理论上的发展需求与应用前景。

关于增强汽车驾驶员安全驾驶意识的探讨

近几年我国社会经济水平不断提高,人们的生活水平和生活质量也逐渐提升,汽车驾驶也成为现今主要的交通出行工具,现今道路机动车数量逐年增多,汽车驾驶员的数量也不断增加,其内容的增长在一定程度上提高了人们出行的便利,但交通事故发生的概率与数量也大大增多。交通事故的发生会影响交通正常运行,也会为发生事故的驾驶员和其家庭带来较大的影响和经济负担。汽车驾驶员的安全驾驶意识对控制交通事故发生概率有直接的影响,因而以下内容对如何增强汽车驾驶员安全驾驶意识开展探究。

地球变形近似解析解的构建及应用

地球变形的理论模拟对于高精度的大地测量学和地球物理学研究具有非常重要的意义.本文首先回顾了地球变形理论模拟所采用的基本理论和目前常用的方法,以常用的龙格-库塔数值积分法为例,详细介绍了该方法存在的困难和解决途径,以及引起该方法对球谐展开的高阶项低效甚至不适用的原因.然后通过引入对地球模型参数的合理假设,介绍了解析解的构建方法.最后将该新方法用于计算位错勒夫数.作为例子,模拟了浅源爆炸引起的地表形变.结果表明本文介绍的解析解方法是非常高效和稳定的,且由此获得的位错勒夫数渐近值确保了爆炸源格林函数的收敛.