GNSS垂向形变场信息提取的尝试

一定条件下GNSS流动复测资料可为我们揭示地形变提供必要的依托,但由于垂向分量观测误差较大而没有被恰当地利用。利用华北地区1999-2007年的4期资料,从形变场的连续变化角度出发,提出了利用多核函数进行解析与滤波的方法,理论与结：器表明：①可获得垂直运动场的数学解析;②可实现对垂向运动场不同层次的滤波与信息分离;③当流动测站具有一定的空间密度、一定数量的复测结果和时间长度则可获得较可靠的形变信息。最后利用华北地区GNSS流动观测资料给出了实际算例与初步分析结果。     

基于GNSS观测资料研究云南地壳形变与地震的关系

以云南省内GNSS连续观测资料为基础,进行扣除区域内稳定基准点、滑动均值等数据处理绘制云南省内区域形变场运动速率时序图,分析在此期间发生的地震事件与地壳形变之间的关系.分析认为,当部分点位运动方向背离长趋势运动背景时,云南省内发生地震的危险性较大,为GNSS连续观测资料用于地震预测预报方面做出了探索.     

利用GPS技术研究山西跨断裂剖面垂直形变

利用2009~2012年山西3个跨断裂综合剖面的GPS和水准资料,分别获取了这3个剖面的垂向形变速率。结果表明:在时间间隔较短(数月至1年左右)、观测时间不同步的情况下,GPS观测与水准观测获得的垂直形变速率偏差较大;在观测时间间隔较长(3年及以上)时,二者之间有较好的一致性,同时也验证了在较长时间尺度上利用GPS技术获取跨断裂综合剖面垂直形变的可行性。     

利用小波变换方法分析形变观测资料的正常背景变化特征

为定量刻画数字化形变观测资料中背景信息和噪声的时 频分布特征, 本文应用二进小波变换方法, 通过对小波分解的主模特征和随机白噪声识别因子变化特征分析, 剖析了山东数字化形变观测资料的正常动态背景和噪声变化规律. 结果表明, 当尺度取2, 3和4时, 分解后的细节部分存在着1/4日波、 半日波、 日波和半月波等准循环周期信号, 其中尤以尺度为3时的信号波幅最大; 尺度取1和5时的细节部分主要包含着噪声; 通过分析和追踪指定尺度的数字化形变观测资料小波变换的非震异常特征变化, 可望捕捉到与强地震孕育过程有关的前兆异常信息.      

信息论最大熵谱方法的优良特性及其应用研究的新进展

引言 频谱特征是地震和一切地球物理信息的基本特征之一。谱分析方法在地震与地球物理学中早有应用。但通常使用的谱分析方法总是给资料加上某种限制:周期图方法假定采样长度就是样本的周期之一,且认为观测区间以外也是周期性的;自相关功率谱以样本的自相关函数乘以窗函数之后,再作富立叶变换,从而求得谱估计,其结果,(1)使信号以窗函数的谱W(ω)为权被光滑;(2)造成边瓣,给信号加入了虚假的高频;(3)有时还造成负边瓣,形成漏能;(4)因窗长T有限,致使波谱特别是主频谱发生畸变。由于这些弊病,使以往所作的某些谱估计的分辨率受到限制,谱值出现畸变。     

附加GPS时序约束的GRACE陆地水储量反演

利用GRACE重力卫星反演陆地地球物理变化信息时,通常需要对位系数进行截断和空间平均滤波等处理,这将导致监测信息较实际值"缩减"一定的比例,从而造成反演结果可信度降低.针对此,本文提出了一种附加GPS时序约束的GRACE反演陆地水文信息修正法.利用2003-2015年RL05_GRACE月重力场数据,选取前60阶采用扇形滤波与去相关滤波组合法,获得了加州区域由于陆地水储量及地表荷载变化引起的垂向形变时间序列,并利用同时间段多个GPS测站资料获得了同尺度U方向形变时间序列,采用时频分析技术对比分析了两类垂向形变时间序列的振幅与季节性特征,获取了GRACE位系数处理中存在的"缩减系数",基于此修正并精化了GRACE反演水文变化信息,该信息能有效反映出研究区域较真实的陆地水文变化信息.     

云南GNSS时间序列共模分量提取分析

针对共模分量的精确获取问题,以2011—2018年云南31个GNSS连续站垂向时间序列为基础,选用区域叠加法和主成分分析法,提取得到共模分量的主要成分,对比分析了这两种方法的效果。结果表明:(1)由于云南垂向非线性运动空间一致性较好(测站间相关系数平均值为0.88),两种方法得到的共模分量较为一致;(2)两种方法提取得到的共模分量与全球水文负荷和大气负荷模型给出的位移时间序列接近(相关系数均为0.9),说明共模分量的主要成分为地表负荷变化引发的地壳垂向非构造运动;(3)共模分量不能用周期模型完全表示,还包含了年际间的运动差异等信息;(4)两种方法的空间滤波效果非常接近(WRMS减速比平均值都为0.70),测站的空间滤波效果与测站间相关系数呈显著的正相关。由于区域叠加法对测站数据完整率要求相对较低,因此建议当测站较少或者数据缺失较多时,采用区域叠加法;在测站较多且数据完整率较高时,建议采用主成分分析法。     

汶川MS8.0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M_S8.0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.     

利用PS-InSAR技术监测山西北部地表形变场

选用10景RADARSAT-2降轨宽幅雷达干涉数据,利用相干点目标PS-InSAR技术进行时间序列处理,获取了山西断裂带北部特定区域内2011—2014年地表形变场。结果表明:(1)断裂带中段的定襄县平原区域有较好的相干性,沿卫星视线向(LOS)的年形变速率最小值为-5±2 mm/a,最大值为-14±2 mm/a,显示断裂带附近以拉张正断层活动为主兼具逆时针差异运动特征;(2)地表形变特征的空间分布表明城市工业生产和生活抽取地下水是地表形变的主要诱因,最大沉降区域沿NNE向展布与研究区内断裂一致表明形变趋势受断裂带的影响明显;(3)利用已有的GPS复测资料对识别的PS点目标进行可靠性验证,结果表明两者的观测结果能够很好的吻合,证明该方法在监测面状区域形变场运动趋势的有效性。     

GRACE月时变模型缺失值的填补方法与精度分析

长时间序列的GRACE时变重力场对研究全球地表质量变化具有重要的意义.部分月份的GRACE卫星观测数据质量不佳导致了相应月份的时变重力场模型缺失,为了保持时变重力场模型的连续性,可采用一定的插值方法填补.本文以ITSG-Grace2016时变重力场模型序列为研究对象,详细分析了三次样条插值、三次埃尔米特插值和三次多项式插值等3种方法用于填补GRACE时变模型序列的精度,实验结果表明:(1)利用3种插值方法获取空缺1个月或连续空缺2个月的时变重力场模型时,插值时变模型与实测时变模型比较,阶误差均较小,且三次埃尔米特插值的精度稍好;(2)利用插值时变模型分析区域质量变化时,在空缺1个月数据的情况下,插值时变模型与实测时变模型符合度较高,但在连续空缺2个月数据的情况下,插值时变模型与实测时变模型的计算结果差异较大,说明利用阶误差评定模型精度具有一定局限性;(3)对区域质量变化的趋势项进行分析时,区域质量变化的复杂程度决定了模型内插的精度,当时间序列的长度在3年或3年以上时,插值时变模型的精度对区域质量变化分析的影响较小.在分析区域质量变化时,三次样条插值方法的插值结果与实测结果更为接近,建议采用该方法填补GRACE月时变重力场模型的缺失值.     

GPS水平位移时间序列地震短期信息特征分析

对GPS基准站连续观测水平位移时间序列数据的时-频特征进行了分析, 为了突出局部变化的信息, 在中国大陆东部选取一组参考点进行相似变换。 利用小波分析和傅里叶分析方法对资料进行处理, 分析结果表明, 2001年11月14日昆仑山口西8.1级大地震前中国大陆西部部分测点水平位移序列出现短期变化信号。     

华北地区水平形变场动态变化分析

为从整体上把握区域应变场的时-空变化态势并更加真实地描述区域运动场, 本文在区域整体无旋转基准的基础上, 从连续变化的角度出发, 利用多核函数进行滤波与解析, 对“中国地壳运动观测网络”在华北地区最近10年的GPS复测资料(1999年、 2001年、 2004年、 2007年和2009年)进行了处理, 结合各时段的形变结果分析形变场的动态变化。 结果表明: ① 位于张—渤断裂带的京津及周围地区是一个与邻近地区运动不相同的差异运动地区, 也是一个左旋运动相对亏损的部位, 而且持续时间较长; ② 山西断陷带北段为左旋压性活动, 南段为右旋压性活动, 与地质上右旋拉张活动不完全吻合; ③ 郯—庐断裂带的活动在空间上为左旋、 右旋交替活动, 并非完全是右旋活动, 就断层的拉张性而言, 该带为“北压南张”; ④ 太原—石家庄—济南—临沂以南的地区是当前形变的突出条带。     

Continuous GPS Array and Present-day Crustal Deformation of Japan

—A GPS array with about 1,000 permanent stations is under operation in Japan. The GPS array revealed coseismic deformations associated with large earthquakes and ongoing secular deformation in the Japanese islands. Based on daily coordinate data of the GPS stations, strain rate distribution is estimated. Most regions with a large strain rate are related to plate boundaries and active volcanoes. In addition, the Niigata-Kobe Tectonic Zone (NKTZ) is recognized as a region of large strain rate along the Japan Sea coast and in the northern Chubu and Kinki districts. This newly found tectonic zone may be related to a hypothetical boundary between the Eurasian (or Amurian) and the Okhotsk (or North America) plates. Precise observation of crustal deformation provides important boundary conditions on numerical modeling of earthquakes and other crustal activities. Appropriate computation methods of continuous deformation field are directly applicable to data assimilation for such numerical simulations.     

球面水平应变场无偏计算的实现与滤波

GNSS观测资料为研究地壳应变场提供了必要的依托,但如何较为完整或恰当地反映各种地壳应变信息仍存在缺陷.从连续变化的角度出发,在ITRF参考框架下水平运动场的基础上,借助于多核函数获得水平运动场的解析式,据此,利用球面上无偏差应变计算式给出应变场结果,再利用多核函数法进行空间滤波,最后给出了利用本方法进行应变计算的实际算例.该方法有如下特点:①适用于各种空间尺度的地壳应变场描述,并且全面而又客观;②根据不同的需求和实际资料情况可提取不同频谱及其以内的应变信息;③可对应变参量进行严密的精度评定;④由于获得了解析式,故可在此基础上进行更深入的分析与计算.     

福建GPS台网观测位移时间序列特征的初步研究

使用福建GPS台网2004年3月至2006年10月的连续观测资料,对已作卡尔曼滤波后的时间序列观测值进行了初步分析。经数据处理估算各测站的运动速率,对连续观测结果综合分析获得位移,选取区域相对水平位移变化量较小的5个台站组成的一组稳定点作为基准;讨论了各测点连续时间序列与测站运动速率变化特征,除出现一次较明显的分量位移异常变化(可能与台湾强震活动有关)外,没有明显的水平位移异常现象。表明现今福建地壳运动趋势仍十分缓慢且整体较为平稳,是随同中国大陆地块较均匀地向东南方向运动。     

抗差自适应Kalman滤波在动态变形监测中的应用研究

抗差自适应Kalman滤波算法中,抗差等价权矩阵和自适应因子的计算,要求观测信息具有多余观测量且准确可靠,但在动态变形监测应用中,通常滤波观测值仅为三维坐标且存在较强噪声和粗差的影响。为此,先对该算法中的自适应因子和抗差等价权矩阵的计算进行研究和改进,然后计算了某高速公路边坡的GPS动态监测数据。结果表明,抗差自适应Kalman滤波能够有效地抵制动态变形监测中观测值异常的影响。     

福建GPS台位移时间序列分析

使用福建GPS台网2004年3月到2006年9月的连续观测资料,经数据处理获得时间序列分析结果。初步估算了各测站的运动速率和定位精度,水平向在1.5~3.2 mm,垂直向在6.6~8.2 mm。选取区域相对水平位移变化量较小的5个台站组成的一组稳定点作为基准,讨论了各测点的相对运动速率及时空变化特征。从水平位移结果分析表明,现今福建地壳运动的趋势仍十分缓慢且整体较为平稳,与华南地块同中国大陆其他地区比较呈相对稳定相吻合。     

福建地壳形变GPS基准站选址

利用福建地壳形变GPS基准台选台过程中,在5个站址上得到的24h连续观测数据,计算并分析了各站址背景噪声信噪比,认为福州(农林大学)、南平、泉州、龙岩适宜建站,并提出背景噪声信噪比计算结果可用于评价仪器性能和站址安静程度、反映台网的监控能力,为观测台网的建设提供参考依据。     

GPS连续站水平位置坐标时间序列插值的一种新方法

GPS连续站多年的运行实践表明,其观测值在时间序列上并非时时连续,数据整体不完整率甚至已经达到了较高的比例。研究发现:在地壳形变的分析中,这样的结果直接影响着某种形变信息的正确提取。因此,插值已成为一项提高资料利用率、获取更多有效信息的必要途径。由于通常插值方法不注重空间上的联系,故对GPS的时间序列常难以给出恰如其分的插值结果。本文根据GPS连续观测资料各种信息的特征,提出了一种新的综合插值方法——"欧拉—周期—滤波—自噪"插值法。本文以天津GPS连续观测网为例,给出了实际操作方法,计算结果表明该插值法可以最大程度地保证各种信息不失真,较其它方法更为有效。