地震动旋转分量的研究

本文用相关分析的方法获得了三次地震波沿地表传播的视波速,讨论了地震动旋转分量的物理概念和有限差分法,并用有限差分法对行波法的精度进行了检验。研究结果表明:1.不同地震波通过同一场地时沿地表传播的视波速有很大不同;2.在本文所研究的频带内,行波法有相当的精度;3.行波法的精度与震中距有关。

地震动旋转分量的反应谱估计

地震动旋转分量对结构物的破坏作用越来越引起人们的注意。从工程应用考虑,首先要解决的问题是如何获得旋转反应谱。本文从弹性波动理论出发,提出了两种直接从平动反应谱获得旋转反应谱的方法。一种是“反应谱定义法”,另一种是“近似反应谱-功率谱转换法”。然后基于随机振动理论。对这两种方法的精度及其各自的适用范围进行了深入的讨论。

地震动旋转分量用于矩张量反演的数值试验

地震动旋转分量可以提供传统平动分量所欠缺的空间梯度信息,理论上可以提升对震源参数的约束.本文对旋转分量用于矩张量反演进行了较为全面的数值试验.首先分析了均匀无限空间中位错点源产生的旋转波场与平动波场在辐射花样上的互补性,由此推测旋转分量用于矩张量反演能提供额外的约束.随后基于层状介质模型合成的平动和旋转记录,开展了地震矩张量反演测试研究.我们通过对比反演得到的矩张量、矩张量差异角Δφ和地震矩,定量评估在矩张量反演中引入旋转分量的作用,发现在合适的条件下,在原平动记录基础上加入旋转记录来联合反演会显著提升反演结果的可靠性,可减小矩张量差异角Δφ30%以上,极端条件下70%以上;如保持总记录数量不变(即在部分台站添加旋转分量替换其他台站的平动分量),某些矩张量元素反演效果会变好,但某些元素可能会变差.整体而言,在多数台站分布的情况下加入旋转都能起到强于增加同等数目平动台站的作用.同时,我们还发现在低频情况下,旋转分量对于深度非常敏感,引入旋转分量对于约束矩心深度有非常显著的效果.此外,还尝试了不同的试验条件,发现在低频、震中距较小、信噪比较低、速度结构模型较为准确的情况下,加入旋转分量对结果的提升更明显.整体而言,尽管旋转分量的使用需要满足一定的条件,将旋转用于矩张量反演是可行的,它能为矩张量反演提供与平动分量互补的信息,在稀疏台站和密集平动的台站的情况下加入旋转观测将显著增强对地震的监测能力.

风应力的旋转和辐散分量在ENSO循环中作用的数值试验研究

将 1 960～ 1 991年的月平均 FSU风应力资料分解为旋转部分和辐散辐合部分 ,分别用以强迫模式海洋。所用的模式为一个 2层热带太平洋区域海洋模式。结果表明 ,就季节变化而言 ,不论是用旋转分量还是散合分量强迫海洋 ,都不能产生合理的冷舌 ,哪怕将旋转或散合分量放大一倍或缩小二分之一 ,也不能使冷舌的强度和分布得到合理的改善。若采用气候平均的含有季节变化的风应力 (未对旋转和辐散分量进行分离 ) ,则可产生与实际相符的海表温度分布。在此基础上 ,分别叠加旋转和辐散分量的年际异常部分 ,通过对海洋的强迫 ,可产生海表温度异常。在年际异常旋转分量的强迫下 ,可产生较强的 SSTA振荡且具有明显的 ENSO周期 ;而在辐散辐合年际异常风应力的强迫下 ,则产生较弱的 SSTA,且振荡频率较高 ,ENSO周期不很明显。这些结果说明 ,风应力的涡旋和辐散辐合分量在海温季节变化和年际变化的形成中具有不同的作用 ,即合理的冷舌分布需要风应力旋转分量和散合分量同时作用于海洋方可产生 ,而仅有异常风应力的旋转强迫就可产生合理的 EL Nino/ La Nina现象。同时 ,风应力的辐散辐合分量在海洋平均状态的形成过程中是重要的 ,但在 EN-SO过程中就对海洋的作用而言则不如旋转分量重要。

云南漾濞M_(S)6.4地震信号的旋转和平动分量面波记录分析研究

旋转分量是地震波场的重要组成部分,可以为地球内部结构成像和震源参数测定等研究提供基础信息,然而缺少高精度的观测仪器,其应用受限.新发展的高精度光纤陀螺为测量旋转分量提供了一个较为可行的方案,其性能需要进一步验证.为此,武汉大地测量国家野外科学观测研究站利用两个光纤陀螺和一个宽频带地震仪组成了多分量观测系统,并开展了观测工作,记录到了云南漾濞地震的Love波信号.基于Love波信号的垂向旋转速度记录和切向加速度记录,开展了Love波视速度和到达方位角度测算分析.结果表明视速度存在明显频散特性,测算值与其他方法测算值相当,到达方位角接近大圆路径预测值,尾波部分到达角偏离较大.由此表明高精度的光纤陀螺可以用于区域震监测,结合地震仪可形成多分量观测系统,为地震学研究提供有效数据.

华北夏季降水地域特征的旋转主分量研究及其相关分析

用旋转主分量（ＲＰＣ）方法，研究华北降水的空间分布特征。给出了华北降水空间分布的ＲＰＣ的前１０个模态。它们概括广华北地区降水的基本特征及历史上的大旱和大涝年的地域分布。每一种降水模态的时间系数都表现出了长周期的年代际变化的规律。华北发生大旱与大涝的最可能的分布是模态３、４与模态１０。如１９６５、１９６８和１９８３年的大旱；１９６３和１９７３年的大涝年等。分析了各个模态与太平洋副热带高压强度、东亚环流指数、前冬赤道东太平洋海温、以及江淮流域降水的相关表明：它们之间的相关都有各自的最佳模态。如对赤道东太平洋海温与太平洋副热带高压强度而言，最佳模态的特征是：当海温呈Ｅｌ Ｎｉｎｏ型和西太副高偏强时，华北降水的最可能分布是东部沿海为强的干旱区，其余地区降水皆偏多。与江淮流域降水和ＥＡＰ流型的相关则主要以１９５４、１９８０及１９９１年为代表的第１和第９模态为主要形态。它们与华北降水有极好的反相关。

无旋转风分量在台风“桑美”急剧增强和急剧减弱过程中的分析和应用

利用日本气象厅区域谱模式(RSM)的20 km分辨率再分析资料,对2006年第8号台风"桑美"在近海急剧增强和登陆后急剧减弱时的高低层辐散、辐合特征进行了对比分析。结果表明,利用调和—余弦计算方法得到的无旋转风分量较散度场能更明显地反映台风"桑美"在近海急剧增强和登陆后急剧减弱时的风场变化特征。在台风急剧增强过程中,台风"桑美"的无旋转风分量在850 hPa层上有一个从辐散变为辐合的过程;而在台风急剧减弱过程中,高层的无旋转风分量变化不明显,中低层的辐合层厚度降低,低层无旋转风分量的辐合大大加强,辐合最强区从台风外围转移至台风中心,使得低层辐合大于高层辐散,并最终导致台风中心逐渐被填塞。对台风"桑美"无旋转风分量变化的分析表明,无旋转风分量的变化对台风急剧增强和急剧减弱有一定的指示作用。当资料分辨率较高时,用无旋转风分量的分布来分析台风低层辐合、高层辐散的动力结构较以前只用一个标量场(散度)的分析更为清晰,且分解后的风分量可以直接给出台风中无旋转风和无辐散风分布的结构特点。

对流参数主分量旋转法在西昌地区雷暴预报中的应用

为研究对流参数主分量旋转方案对西昌地区雷暴预报的影响,利用2006～～ 2008年雨季（6～～9月）T213模式输出产品,采用F-分值法和主分量旋转法,分别初选和精选因子,并结合二元Logistic回归分析,建立了西昌北郊某站的雷暴释用预报的模型,并对该站2010年雨季雷暴进行预报试验.试验结果表明：精选因子的KMO检验值在0.65～～0.85,且Bartlett球形度检验显著,说明该站的雷暴对流参数适用于因子分析;极大方差旋转能够较好地分离因子载荷,对雷暴信息的提取能力较强;试报的TS评分在0.3左右,24小时预报的Hedike评分可达0.337,模型的预报准确率较高,持续性较好.综上所述,采用主分量旋转法对雷暴的MOS预报有一定的改善效果.

交叉能量矩阵在海底地震仪水平分量旋转中的应用

海底地震仪(OBS)地震数据为4个分量:1个垂直分量,2个水平分量和1个水听器.OBS采集数据为共接收点数据,即炮点沿测线移动而检波点不动,这就导致同一采集系统中道与道之间不具有一致的振幅和极化方向,从而道与道之间振幅能量不一致,这一问题的解决是通过水平分量旋转完成的.利用x,y分量构成的交叉能量矩阵求解其最大本征特征向量值,从而确定极化方向进行水平分量旋转.通过实际OBS数据应用得到了很好的应用效果,且计算速度快,缩短了处理周期.

用旋转主分量分析四川降水自然天气季节

本文用旋转主分量及多元最优分割法，探讨了四川4—9月的候降水分布季节变化特征。分析表明，在多年平均气候及逐年之中，降水分布的季节转变皆表现出突变性，这些突变受着季风环流系统（西太洋副高、印缅传槽、西风带气流强弱等）的季节急变影响。

勘探地震中的六分量观测

地震旋转分量在天然地震和工程地震等领域都有广泛的应用。在回顾地震旋转运动的基础上,首先介绍了六分量地震数值模拟研究,论证了不同震源类型与地震波型在六分量波场上存在能量与极性的差异。随后,回顾了利用模拟数据与实际观测数据验证差分法与行波法两种旋转分量间接换算方法的可行性与精度。通过数值模拟,分析了勘探地震中广泛应用的面波,在六分量记录上呈现的不同或相似的特征,以及旋转分量记录波场信息具有的不同于平动分量的频散特征。近年来,不断发展的地震旋转分量研究,对波型识别、波场分离、横波成像、微震的高精度预测、探索海底电磁和地震观测的关联等领域均具有重要意义与深入研究价值。

多分量面波研究进展

随着多分量检波器和地震仪的广泛应用,针对地球壳幔结构成像、岩土工程探测、石油勘探等领域的多分量面波研究逐渐受到关注。在系统研究面波理论及相关方法技术的基础上,对多分量面波的研究现状进行了总结。首先简要介绍了面波相速度频散计算方法,列举了面波多模式频散曲线提取遇到的问题及相应的解决方法;然后重点介绍了多分量面波频散特征、偏振特征及多分量面波资料的处理和反演方法;接着介绍了旋转分量在面波分离和面波频散分析等方面的应用,最后讨论了多分量面波在石油勘探中的应用前景。不同分量的面波中包含了不同的速度频散信息,因此多分量面波反演有助于获得更准确的近地表速度结构,六分量观测能够更完备地刻画多分量面波频散及偏振特征,有助于识别和分离面波。目前多分量面波技术的研究在国内尚处于起步阶段,基于多分量面波频散及偏振等特征研发相应的面波处理和压制技术将是今后主要的研究方向之一。

多波多分量地震波场数值模拟及分析

以多波多分量地表资料处理和解释为目的,利用波动方程数值模拟方法对多波多分量地震波场进行了分析和研究。通过单界面和双界面模型正演,对反射纵波(PP波)和转换横波(P-SV波)的识别及波场响应特征进行了研究:①P-SV波速度低,频率低,能量随偏移距的增加而增加,零偏移距处能量为零;②界面反射系数为正时P-SV波与PP波极性相反,界面反射系数为负时P-SV波与PP波极性一致;③Z分量和X分量地震记录都是PP波与P-SV波的混合信息;④X分量的PP波和P-SV波都是由两个极性相反的分支组成的。通过多界面模型正演,分析了转换波勘探的多解性,即地质上的同一个岩性界面有可能对应地震剖面上的两个甚至更多的同相轴。通过理论、模型和实际资料分析,探讨了多波多分量勘探中水平分量旋转处理存在的问题,即通过水平分量旋转处理获得的三分量记录仍然包含了全波场信息,指出通过极化分析,进行三分量同时旋转,可以实现纵波波场和横波波场的完全分离。最后讨论了PP波和P-SV波的分辨率,认为P-SV波的纵、横向分辨率均低于PP波。

旋转地震学及其进展

在经典力学中，刚体运动需要用3个平移分量和3个旋转分量来描述。而传统地震学只观测平移运动，缺少对3个旋转分量的测量。旋转地震学是全面研究由地震、爆破和环境振动引起的地面旋转运动的一个新兴学科。

微地震监测中三分量检波器的定位

在进行微地震监测三分量资料采集时,检波器水平分量的方向一般是随机的,检波器垂直分量的方向一般为铅垂向下。在室内资料处理中,通常首先计算水平分量检波器的方位定向,再对水平分量实施方位旋转。在斜井中,如果检波器垂直分量方向沿着井轨迹方向,要获得地震记录的垂直分量、径向分量和切向分量,必须对3个分量进行坐标旋转。研究首先推导出了斜井三分量检波器坐标系与旋转后坐标系之间的关系,然后针对实际微地震监测资料,计算了检波器水平分量方位角,进行了三分量的旋转。

基于ITD的齿轮磁记忆信号特征提取方法的研究

针对低速重载齿轮潜故障状态下磁记忆信号特征信息难以获取的问题,提出了一种基于固有时间尺度分解法(ITD)的磁记忆信号特征提取方法。首先利用ITD方法将原始磁记忆信号分解为若干固有旋转分量PRC和一个单调趋势项,然后将前四阶PRC分量重新组合重构,剔除磁记忆信号自身的大周期成分和磁场噪声,最后再利用周期平均和局部统计法提取出该齿轮每个齿根的磁信号强度。实验结果表明,该方法非常适用于信号有效成分的精确拾取和判断,能有效实现信号的特征提取,对低速重载齿轮潜故障早期诊断领域具有重要的应用价值。

快慢波分离及其在裂隙检测中的应用

快慢波分离技术是多波处理中的一项关键性技术 ,利用分离后快慢波的偏振方位和时差可以对地下裂缝的发育状况进行研究。以往的快慢波分离方法在抗噪性、准确性等方面有诸多不足之处 ,本文从径向分量与横向分量的旋转分量出发 ,推出了自相关函数与互相关函数之间的关系 ,并据此建立了一个预测函数 ,通过扫描得到正确的偏振方位和分裂时差。多层各向异性模型试算表明该方法的正确性 ,实际资料处理也取得了明显效果。

基于ITD和改进形态滤波的滚动轴承故障诊断

为从受谐波和随机噪声干扰的振动信号中提取出故障冲击成分,融合四大基本形态学算子提出了改进形态滤波方法——平均组合差值形态滤波(ACDIF)方法,同时与固有时间尺度分解(ITD)相结合,并将ITD-ACDIF方法应用到滚动轴承的故障诊断中。首先,对轴承振动信号进行ITD分解得到一系列旋转分量(PRC);然后,以峭度为准则筛选出含故障信息丰富的有效PRC,对每个有效分量进行ACDIF滤波提取冲击成分进行信号重构;最后,利用频谱分析提取重构信号中的故障特征。数值仿真和轴承故障振动信号的试验结果表明,本文方法可有效滤除谐波干扰,提取强背景噪声下的冲击故障特征,实现设备的故障诊断。

基于IHT与切片双谱的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承的故障诊断问题,提出一种基于迭代希尔伯特变换(Iterative Hilbert Transform,IHT)与切片双谱相结合的滚动轴承故障诊断方法。基于IHT方法对原始的振动信号进行了分解,得到若干个含有故障特征信息的幅值包络分量,并对每个幅值包络分量的切片双谱进行计算,由二次相位耦合产生的非线性特征提取出滚动轴承故障的特征频率信息。仿真信号分析结果表明,该方法可有效抑制噪声对IHT方法的影响,诊断效果良好,证明了该方法的有效性。

ITD在语音情感识别中的研究

为了更好地表征语音情感状态,将固有时间尺度分解(ITD)用于语音情感特征提取。从语音信号中得到前若干阶合理旋转(PR)分量,并提取PR分量的瞬时参数特征和关联维数,以此作为新的情感特征参数,结合传统特征使用支持向量机(SVM)进行语音情感识别实验。实验结果显示,引入PR特征参数后,与传统特征的方案相比,情感识别率有了明显提高。