利用超导重力数据探测Slichter模三重分裂信号

本文基于2004苏门答腊地震后全球地球动力学计划观测网中9台超导重力仪13200h的连续重力观测数据,联合利用整体经验模态分解(EEMD)、最优序列估计(OSE)、积谱密度分析(PSA)和自回归估计(AR)方法,探测地球固态内核平动振荡模态(Slichter模)的三重分裂信号.利用EEMD提取常规预处理后的重力残差中包含目标频段的本征模态函数(IMFs)作为最终的重力残差之后,将每个台站的重力残差平均分成无重叠的3个子数据块,再应用OSE和PSA方法获取Slichter模三重分裂谱线的积谱密度,并采用AR方法估计各积谱中弱共振信号的中心频率及其误差.结果表明,结合OSE和PSA方法探测到三个清晰的谱峰,周期分别为5.8307±7.1×10-4h、5.2161±8.1×10-4 h和4.7536±5.2×10-4 h,分别对应Slichter模三重分裂谱线m=-1、m=0和m=+1,且三个谱峰的周期与Crossley(1992)、Rochester和Peng(1993)、Peng(1997)和Rogister(2003)基于PREM地球模型给出的Slichter模理论周期非常接近,也与Ding和Shen(2013)建议的"可能的观测结果"较为接近.参考现有的理论和观测结果,本文认为这三个信号可能是Slichter模三重分裂谱线.

HHT技术探测Slichter模三重谱线的研究

探测Slichter模态三重分裂可有效约束内核密度、内核半径及内外核边界密度跳跃。虽然Smylie(1992)声称探测到了Slichter模态三重分裂,但至今未被国际学术界公认。本文结合一个实验算例,阐述了Hilbert-Huang变换(HHT)分析方法的核心思想,并将该方法应用于探测Slichter模三重分裂谱线的研究。我们选取了全球分布的8个台站连续记录两年的小时间隔超导重力数据,进行了潮汐和气压改正后,将它们叠加获得重力残差;然后对重力残差作HHT分析,得到能量谱,进而选出了12种可能的谱峰组合,其中两组结果与Smylie的结果很接近,且本文得到的谱峰分裂相比于Smylie的结果具有更好的对称性。

内核平动三重谱线的实验探测

固态内核的平动振荡是地球基本简正模之一,又称为Slichter模,由于地球的自转和椭率,该简正模将会出现谱峰分裂现象,产生三重谱线.根据Slichter模的谱峰分裂特征,采用全球地球动力学计划观测网中全球分布的6台超导重力仪(SG)的同步、长期、连续观测资料的积谱探测Slichter三重谱线存在的可能性.分析结果表明,在Slichter三重谱线可能出现的亚潮汐频段(0.162～0.285cph),6台SG观测平均噪音水平为0.0158nm/s2,可观测到全球谐信号的振幅为0.0152nm/s2;说明如果Slichter模存在,就有可能被全球SG识别.在全球SG观测中发现了周期分别为5.310,4.995和4.344h的一组全球谐信号,恰好符合Slichter模的谱峰分裂特征,意味着这组信号有可能来自于内核的平动振荡,由此可以推断内外核边界的密度差介于PREM和1066A地球模型提供的相应数值之间.