贝叶斯算法在拟合自由核章动参数中的应用

用高精度重力技术检测地球自由核章动(FCN)参数(包括周期和Q值等)的难点是资料观测信噪比低,传统的方法是使用最小二乘拟合,但是获得的FCN共振参数精度不理想.本文利用武汉国际潮汐基准站高精度超导重力仪和全球超导重力仪观测的时变重力资料,根据贝叶斯算法拟合地球自由核章动(FCN)参数.我们将贝叶斯拟合方法与传统最小二乘法实施了对比分析,研究了不同台站资料差异.讨论了潮波选择和不同海潮模型等因素对FCN参数的影响.结果表明用贝叶斯算法获得的FCN品质因子与空间大地测量VLBI结果吻合的更好,这说明贝叶斯算法可靠性高,为研究地球深内部构造参数(核幔边界粘滞系数等)提供了有效依据.     

解算液核自由章动常数的三频谱线法

地球液核自由章动(FCN)常数是比较重要的地球物理参数. Sosao等人, Wahr和 Bergen等人给出了FCN常数的理论估值. Gwinn等人首先利用甚长基线干涉测量获得FCN常数的观测值, 同年Neuberg等人开始采用重力潮汐观测资料解算FCN常数, 并引入了此后进行类似研究的学者所普遍采用的迭积法, 其他学者的研究都基本与Neuberg等人的结果相似, 但其结果与VLBI的观测结果不吻合, FCN常数的观测值一时无定论. 现提出了有直观地球物理意义的三频谱线法, 采用3个超导重力台站的资料进行解算, 获得的FCN常数与VLBI的观测基本吻合, 这对于确定FCN常数的观测值具有较重要意义.     

利用VLBI和超导重力资料研究自由核章动周期时变特征

本文根据自由核章动在章动观测和时变重力观测中引起的与其频率相近的受迫章动项或固体潮潮波的共振特性,选取6个不同机构解算的VLBI天极偏差序列和全球超导重力仪网络提供的7个台站高精度时变重力观测资料,根据加权最小二乘方法拟合地球自由核章动参数,研究其本征周期的时间变化特征.VLBI资料获得的本征周期变化幅度在1天之内,存在十年尺度的时间变化特征,迭积多台站同时段重力资料获得的自由核章动本征周期时变特征与VLBI获得的结果相比变化幅度较大,但趋势大致符合.在此基础上,通过自由核章动的理论模型探讨了影响其本征周期的几个主要因素,结果表明FCN周期变化与电磁耦合存在相关性,核幔边界磁感应强度径向分量变化导致的电磁耦合的变化可能是造成FCN周期时变性的原因.     

北京地区最新重力潮汐结果及其在检测液核共振效应中的应用

利用中国计量科学研究院北京昌平基地iGrav-012超导重力仪最新观测资料,对其作仔细地预处理,根据调和分析方法精密测定了重力潮汐参数,基于负荷理论与卷积积分技术获得了包含HAM11a,DTU10,EOT11a在内的14个全球海潮模型的重力海潮负荷效应,利用近周日频段内潮波振幅因子的共振效应求解了自由核章动(FCN)的本征参数.调和分析结果表明,重力潮汐的观测精度非常高,标准差达到1.184nm·s-2.基于加汉宁窗的快速傅里叶变换方法获得地震频段的地震噪声等级(SNM)为0.206,说明该台站是低背景噪声的.周日主波O1和K1经海潮模型作负荷效应改正的平均有效性分别为83%和85%;使用13个高精度海潮模型进行迭积计算获得的FCN本征周期为430.0(427.8,432.3)恒星日,品质因子Q值为-5137.     

新疆伽师及邻近地区现今地壳形变的GPS监测与研究

利用高精度数据软件对伽师及邻近地区的GPS监测网观测数据进行计算分析(基线精度达到了 10 - 8～ 10 - 9) ,获得了该地区的现今地壳形变速率图 .结果表明 ,伽师及邻近地区在印度板块的推挤作用下 ,地壳正快速缩短变形 ,主压应力为近南北方向 .各地块运动速率不同 ,平均应变率为 0 .0 4× 10 - 6 /a .     

中国l地壳运动观测网络首期观测数据处理

介绍了中国地壳运动观测网络的布设、基准站和基本站首期观测情况。利用GAMIT和GLOBK软件对首期观测数据进行了处理，计算结果归算到ITRF97框架上。单天整体解结果表明：基线重复性NS向分量为2.28+0.87×10-9×S，EW向分量为3.67+0.82×10-9×S，高程分量为6.84+1.29×10-9×S(S为GPS站间距离，以mm为单位)。对基准网和基本网的整体平差结果表明：点位精度水平分量为2～3 mm，高程分量为3～5 mm，基准网和基本网首期观测达到了设计要求。     

邢台5.3级地震前峰峰地震台体应变反映特征

由国家地震局地壳应力研究所研制并在峰峰矿务局地震台安装的一台体积应变仪,使用两年多来资料连续,稳定、清晰,观测精度已达到4×10~(-9)量级。1985年11月30日邢台5.3级地震前50天记录到一个3×10~(-7)量级的压性应变,震前4个多小时又记录到一个1.5×10~(-8)量级的压性应变阶。这可能反映了这次地震前应力的积累和释放过程,对研究地震的孕育和发生是一个很难得的重要资料。     

解算液核自由章动常数Akpem>-Btkem>方法及其结果

地球液核旋转产生近周日晃动（NDFW）．利用周日波的液核共振效应解算液核自由章动（FCN）常数是液核研究的一个方面．1987年以来一些国家的学者相继开展了由潮汐资料解算FCN常数的研究,他们基本上都采用了5个周日波参与解算的迭积法(stackingmethod)．本文提出了一种有直观几何意义的Akp-Btk方法,仅用信噪比最高的3个周日波就可完成FCN常数的解算,并选用3个超导重力台站Cantley（北美洲）、武汉（亚洲）和布鲁塞尔（欧洲）的资料进行计算．解算的液核自由章动常数（TFCN和Q）与VLBI的观测结果基本一致,这在十几年来尚属首次．      

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.     

利用实测资料确定LCR重力仪的线性格值和周期误差参数

利用3台LCR重力仪在首都圈重力网同步观测的大量实测数据,根据其中2台(G570,G596)的基本参数,解算另一台仪器(G147)的线性格值和周期误差参数。由于该方法联立的误差方程较多(达934个),提高了解算结果的精度。结果表明,LCR147仪器格值线性参数k=0.999 380,比一般的LCR仪器小0.001,且在周期T3=7.88和T5=70.94处存在明显的周期误差,幅值分别为A3=10.2×10-8m/s2和A5=6.3×10-8m/s2;将本文计算的重力仪线性格值与周期误差参数,运用于首都圈重力地震监测的资料处理分析中,不但有效地提高了观测精度,而且对提高重力变化的可信度,削除虚假重力变化信息有重要的意义。     

对橄榄石相变形核率的估算

地幔主要矿物橄榄石［(Mg089Fe011)2SiO4］的相变与深源地震的解释以及俯冲带和周围地幔的相互作用相关. 其中，形核率和长大率是刻画其相变动力学的两个重要参数. 因为实验技术的原因，目前人们还没有基于实验数据给出橄榄石的形核率. 本文首先通过对挤碰物理图像的分析，对边界形核情形的相变动力学理论中表征挤碰程度的无量纲参数进行了修正. 在此基础上，根据已有的实验资料，首次对橄榄石相变的形核率进行了估计. 通过对形核率数据的拟合，可以得到形核率参数K0和γ1/3. 得到两个形核率参数的变化范围分别为K0=55×1021～87×1027s-1·m-2·K-1，γ1/3=0～020 J·m-2，最佳拟合值为：K0=69×1024s-1·m-2·K-1，γ1/3=016 J·m-2.     

福建沿海、台湾海峡GPS观测分析及地球动力学特征研究

利用 3期GPS联测结果所获得的福建沿海地壳水平运动信息 ,采用ITRF94全球框架为基础的GPS测站地壳运动模型及其处理软件 ,对所获得的观测数据进行处理和精度分析。得到福建省高精度的GPS测站大地坐标、边长及其位移矢量 ,其精度达到 1 7×10 - 8。计算了福建地壳运动速率、主应变率 ,东西与南北向线应变率、面应变率、剪应变率、大地转动率和最大剪应变率等值线并给出了它们的分布图象。根据多年形变和现今GPS观测资料 ,分析福建地壳垂直运动与水平运动 ,显示区域应力场优势分布特征。最后 ,对福建沿海及台湾海峡地壳动力学特征作了初步的探讨     

利用GPS数据探讨北天山东段现今地壳应变场演化特征——重新认识2016年呼图壁MS6.2地震

利用2009—2011、2011—2013、2013—2015年GPS形变资料,借助最小二乘配置方法、位移与应变的偏导关系,计算获得北天山东部应变场的动态演化结果,重新认识北天山东段构造区的现今活动特征,探讨应变场三个周期空间分布特征与2016年呼图壁6.2级地震的内部联系。结果表明:(1)区域地壳运动速率与应变场强度在时间上表现为“弱-强-弱”的变化特征,主应变率以NNW或NNE向的主压应变为主,第一、三周期N-S向主压应变较小,约(1~2)×10^-8/a,第二周期变化显著增强,约(1~6)×10^-8/a,第三周期滑动速率显示北天山东段呈“强[(2.2±0.4) mm/a]-弱(不明显)-强[(3.0±1.0) mm/a]”的右旋走滑特征;(2)地震可能更易发生在面应变率场等值线四象限中心区域或正、负过渡区的高密度梯度带内部,这可能是地震孕育过程中利用GPS资料观测到的形变前兆;(3)强震更易发生在剪应变率(最大剪应变率)的高值区或边缘区;(4)相对于面应变率与最大剪应变率等应变场物理量,主应变率更适用于在块体运动方向与性质上给出解释。     

乌鲁木齐地磁台开展环境磁场测量

定期进行环境磁测,对积累和丰富及取得高质量地磁资料有重要意义,为此,按地磁台环境磁测要求,以地磁院中心位置为中点,在东西120m,南北140m范围内,按9×9m的测网布点,为便于复测,将编有号码的弱磁性混凝土桩(10×10×100cm)均匀地埋设在199个测点上,测量面积为16800m~2。用CHD6—085核旋仪按测点编号顺序流动测量,用CHD6—092核旋仪在中心点作日变观测。各测点和中心点同时观测,求取两者磁场差值ΔF=F_n-F_0,     

内核地球自转动力学理论的研究进展(Ⅰ)-理论基础

地球固体内核(SIC)和地球其余部分之间的引力和压力的耦合作用引起了一个力矩,从而对地球的章动运动产生影响.由于SIC的转动惯量和整体地球转动惯量相比是非常小的,因此可以认为SIC的动力学效应只是导致一个新的章动本征模,其频率与自由核章动(FCN)相差不太远,且对地球章动产生了一个微弱的共振影响.本文在文献[1]理论的基础上,对内核地球自转动力学理论进行了更加深入和详细的研究,顾及到高阶引潮力位的影响,介绍了研究内核地球自转的基本假设和定义,引潮力位的复数球函数表示,复数矢量球函数的基本理论等.     

动力扰动下太湖梅梁湾水-沉积物界面的营养盐释放通量

通过波浪水槽试验,研究了不同水动力扰动条件下太湖梅梁湾水-沉积物界面的营养盐通量.结果发现,水动力扰动对该通量的影响很大,在中等扰动强度下(水底波切应力为0.019N·m-2,相当于梅梁湾中部夏季盛行风-东南风风速5～7 m·s-1),TN,DTN和NH4+-N的通量分别为1.92×10-3,-1.81×10-4和5.28×10-4mg·m-2·s-1(向上为正,向下为负),而TP,TDP和SRP的通量分别为5.69×10-4,1.68×10-4和-1.29×10-4mg·m-2·s-1.根据对气象资料的统计,夏季5～7 m·s-1东南风风速的最大持续时间为15h,以上述通量和风速持续时间进行计算,太湖底泥区域按水面积的47.45％,将分别有111tTN,32tNH4+-N,34tTP和10tTDP进入水体,可分别导致整个太湖水体中相应的平均浓度升高约0.025,0.007,0.007和0.002 mg·1-1.当扰动增大时(水底波切应力为0.217 N·m-2,相当于梅梁湾中部东南风速10～11 m·s-1),营养盐通量显著增加,其中TN,DTN和NH4+-N分别达1.16×10-2,6.76×10-3和1.14×10-2 mg·m-2·s-1,而TP通量亦大幅度上升,达到2.14×10-3 mg·m-2·s-1,上述通量的增加幅度均达到一个量级以上.但是,TDP的通量有所减小,其值为9.54×10-5 mg·m-2·s-1,而SRP虽然存在增加趋势,但其通量值却很小(5.42×10-5 mg·m-2·s-1).统计结果显示,太湖地区该风速的持续时间不超过5h.若以5h计,在上述强扰动情况下,营养盐释放量分别为232t TN,134.9t TDN,228t NH4+-N,42.7 t TP,2.0t TDP和1.1tSRP,水体中相应的平均浓度的升高量为0.050,0.029,0.049,0.009,0.0004和0.0002 mg·1-1.由此可见,在浅水湖泊中,动力扰动能造成水体中营养盐浓度的急骤升高,虽然在微扰动情况下,有些指标的释放通量出现负值(如DTN和SRP),水底沉积物表现为上述营养盐成分的汇集场所,但沉积物中大多数营养盐成分会随着底泥悬浮和水体-沉积物界面环境条件的改变而进入水体,给水体生态系统带来严重影响,这也是浅水湖泊所具有的显著特征之一.     

两次强震前乌什地震台地倾斜异常及其预报

本文介绍了1990年12月独联体境内伊塞克湖Ms6.7地震和1991年2月新疆柯坪Ms6.5地震前,乌什地震台石英水平摆倾斜仪观测资料出现的异常变化。6.7级地震的累积异常量级为1.3×10~(-4),持续时间为两个月。6.5级地震的异常量级为8.5×10~(-70,持续时间27天。本文还就两次地震的预报及形变异常与地质构造之间的关系等进行了分析讨论。     

超导重力技术在探讨核幔边界黏性特征中的初步应用

旋转椭球型地球的固体地幔与液态地核间相互作用而产生的逆向本征模通常称之为地球自由核章动,自由核章动的品质因子（Q值）能有效反映核幔边界层能量耗散特征,与核幔边界的黏滞度密切相关.本文首次利用全球地球动力学计划网络23个台站27组高密度采样的高精度超导重力仪器观测数据,采用迭积技术,确定了自由核章动参数Q值,进而计算了核幔边界的黏滞系数.数值结果说明获得的核幔边界动力学黏滞系数达到10³ Pa·s量级,与加拿大科学家Smylie等利用VLBI观测资料获得的最新结果一致,这说明重力技术是有效应用于研究地球深内部结构的重要手段之一.     

体应变数字记录特征与中强震关系初探

通过对溧阳地震台体应变资料的分析研究 ,发现南黄海中强震和台湾大震前后 ,溧阳台体应变观测到一些前兆异常反映 ,异常幅度达 1 4 4× 10 - 7;并且找出了南黄海地震以及台湾大震前溧阳台体应变观测的异常特征。     

强潮海湾中的湍流与混合:观测与数值模拟

对垂直剪切应力(雷诺应力)、湍动能剪切生成率与湍动能耗散率以及垂直涡黏性系数等湍流参数的现场观测与数值模拟,是理解强潮海湾中垂直混合过程及其动力与生物地球化学效应的基础.利用坐底ADCP流速观测资料、湍流剖面观测资料以及二阶湍流封闭模型,本文对一典型强潮海湾(厦门湾)中的湍流混合过程进行了观测与数值模拟研究.观测结果表明:在M2分潮占优的厦门湾中,湍动能剪切生成率与湍动能耗散率等湍流参数呈现明显的M4分潮周期,并具有显著的涨-落潮不对称性,涨潮时强,落潮时弱.在涨潮期间,整个水体在垂向上近似混合均匀,湍动能剪切生成率和垂直涡黏性系数的垂向平均值分别达到5×10-6 m2 s-3和2×10-2 m2 s-1;在落潮期间,强湍流则主要局限于厚度为5~8 m的底边界层内,且湍流强度随离底距离的增大而逐渐减小.基于重力位能异常控制方程的分析表明,潮流拉伸是造成湍流强度涨-落潮不对称性的主要原因,潮混合的贡献较小.基于二阶湍流封闭模型的模拟结果与实测结果的对比分析表明,在弱层化强潮海湾中,二阶湍流封闭模型能够较好地模拟湍动能耗散率与垂直涡黏性系等湍流参数的垂向结构与潮内变化;模拟结果与实测值之间的差异主要源于一些理想化的模型假设和数学近似.