香港GPS基准站坐标序列特征分析

利用香港GPS连续运行参考站网络2001年1月至2007年8月的观测资料,全面深入地分析了12个基准站坐标序列特征.本文采用主成分空间滤波算法去除公共误差,来提高坐标序列的信噪比,并采用最大似然估计准则定量估计滤波后坐标序列的噪声特性,计算了地球表面质量负荷（包括大气、非潮汐海洋、积雪和土壤水）对香港GPS基准站坐标序列的影响.研究结果表明：香港GPS基准站坐标序列具有高度的空间相关性,其公共误差具有较强的季节性变化特征;地表质量负荷变化引起的香港地壳形变可以解释公共误差序列中约为3mm的垂向周年变化,经过质量负荷改正后的公共误差序列与高阶电离层误差高度相关;滤波后坐标序列的噪声特性可以用可变白噪声加闪烁噪声模型来描述,顾及闪烁噪声所计算的速度误差要比只考虑可变白噪声计算的速度误差大2~6倍;基准站间存在达1.5 mm/yr的相对水平运动,揭示香港地区存在活动断层;部分基准站坐标具有明显的振幅为1～2 mm本地季节性变化,所有测站的残差序列也表现出强烈的季节性变化.     

海底震后形变多基站联合估计模型

海底基准站坐标时序可用于海底震后形变监测,但受观测条件和观测成本所限,海底基准站定位精度相对较低,难以获取高时间分辨率海底基准站坐标时序.针对小样本、非连续海底观测时序分析问题,本文提出将站速度、震后形变参数作为多个邻近基准站的公共参数进行联合估计,并将N-E方向震后形变弛豫因子也作为公共参数;提出了求解站坐标、站速度等线性参数与震后形变非线性参数进行混合非线性估计的“一步法”.试验表明,相对单站估计模型,本文提出的多站联合估计模型可克服海底基准站坐标时序样本有限和精度受限等问题,且相对于站速率和震后形变参数分离估计的“两步法”,“一步法”更为严密,可获得更为有效的震后形变参数估计.     

中国区域IGS基准站坐标时间序列非线性变化的成因分析

GPS坐标时间序列呈现显著的季节性变化,通常认为大气压、非潮汐海洋负载及水文负载(统称为地表质量负载)是引起测站谐波变化的主要因素.本文计算了不同地表质量负载造成的测站位移,以此修正中国区域11个IGS基准站的坐标时间序列.建立了地球物理现象与测站季节性变化及噪声特性之间的初步数值联系,认为其会造成测站的噪声特性变化,主要表现为带通及随机漫步噪声特征,且仅能减小测站U分量的周年运动,但并不是造成测站U分量半周年运动及水平方向周年运动的主要原因.深入分析了造成中国区域IGS基准站非线性变化的其他可能因素,重点探讨了周日(S1)、半周日(S2)大气潮汐对基准站周年振幅的贡献,由此提出S1、S2大气潮汐是造成中国区域IGS基准站周年运动,尤其是中南部测站垂向周年运动的主要因素之一.     

基于BDS-3的定位性能与区域参考框架维持分析

随着北斗卫星导航系统组网成功,分析北斗系统的定位性能及在区域参考框架维持中的应用具有重要意义.本文以陕西和西部某区域北斗基准站为基础,从卫星数据质量、覆盖能力、网解模式和PPP解模式分析了北斗三号卫星定位性能及在区域高精度参考框架维持的可行性与可靠性.结果表明:BDS-3卫星的位置精度衰减因子(PDOP)优于BDS-2卫星;BDS-3和BDS-2卫星在网解和PPP解的BDS-3定位性能优于BDS-2,网解BDS-3较BDS-2在平面与高程方向精度分别提升2.4％、20.1％;BDS-3 PPP收敛速度优于BDS-2,提高了快速定位的精度;基于BDS-3构建的毫米级高精度区域参考框架的可靠性与GPS在同一水平,平面差异量优于3 mm,垂直差异量级优于7 mm;基于BDS的PPP解平面方向平均差异优于9 mm,垂直方向平均差异优于18 mm,可快速识别区域基准站的变化量进行区域参考框架维护;融合BDS-3维持区域参考框架,可提升区域参考框架维持的可靠性.     

基于非线性运动分析的CGCS2000下我国CORS站运动特征

CGCS2000(中国地心坐标系统2000)下CORS(全球导航卫星系统连续运行参考站)站的非线性运动主要受到地壳非构造形变信息、框架点公共误差信息和观测误差信息的组合影响,分析我国CORS站坐标时间序列中包含的非线性运动信息是维护CGCS2000坐标框架精确性、可靠性的基础.本文研究方法首先采用国际卫星对地观测数据及相关地球物理模型,计算了由质量负荷效应造成的地壳非构造形变, 并以此修正了这些非构造形变对国家CORS站坐标时间序列的影响.其次采用主成分空间滤波算法(PCA)提取质量负荷改正后的CGCS2000坐标框架公共误差(Common Mode Errors, CME)的时空特性.最后采用最大似然法定量估计了负荷改正和滤波后的国家CORS网坐标时间序列的噪声特性,采用加权最小二乘法评定了考虑不同噪声影响的CGCS2000框架下的国家CORS网年速度估值和实际精度.     

四川宜宾6.0级地震对北斗地基增强基准站稳定性的短期影响

通过收集2019年6月17日宜宾长宁6.0级地震震源附近北斗地基增强系统基准站前后一个月的观测数据,研究探讨短时间内地震对北斗地基增强基准站坐标稳定性的影响。通过数据对比发现宜宾地震对基准站坐标影响与基准站和震源断裂带的相对方位有较大关联。震源周围基准站间基线的变化说明基准站稳定性在较短时间跨度内受到较为明显的地震影响,对北斗地基增强框架网整体稳定性具有一定的扰动,进一步论证了建立北斗地基增强框架网基准站稳定性监控系统的必要性。     

地表负载及GPS测站分布对参考框架转换的影响分析

GPS数据处理通常采用Helmert七参数转换将瞬时站坐标转换到指定的框架下,但瞬时站坐标中尚未模型化的季节性地表负载会影响平移参数(地心运动)和尺度参数的估值,进而影响测站坐标;不均匀的测站分布会加剧这一影响.本文利用GRACE重力场系数仿真GPS地表负载的实验表明,基于网平移法采用实际的IGS站至少能够恢复90%的地心运动信号.地表负载及GPS实际测站的不均匀分布可以解释大约30%的GPS尺度的周年变化.相对于IGb08的所有框架站,目前采用91个全球均匀分布的核心站作为框架转换的基准是合理的.采用IGb08的所有框架站进行转换会导致U方向误差增加,特别是对框架站密集的欧洲区域(误差均值约为1mm).因此框架转换时,应尽量选取均匀分布的测站,同时不估计尺度参数.     

GNSS测站坐标非线性变化影响机制的研究

对影响地球参考框架稳定度与精确度的地球动力学因素进行深入研究,能更好地促进毫米级地球参考架的建立.而研究GNSS测站坐标的非线性变化及其相关机制,是实现毫米级地球参考框架的前提,也为提升GNSS坐标精度、研究地球物理因素等提供参考.首先研究了GNSS测站坐标非线性变化的影响机制与理论改正模型,给出了季节性温度效应、地表物质负荷效应、GNSS周年性系统误差和高阶电离层延迟这四种因素的研究进展,并提出了在机制和模型研究方面一些改进的方向.然后通过以高阶电离层延迟对GNSS测站坐标时间序列的影响为例,进行分组实验,研究了高阶电离层延迟对GNSS测站坐标非线性变化的影响,并进一步将影响进行了量化.研究结果有助于对测站坐标非线性变化的机制做出更精确合理的解释,同时也有助于削弱与限制高阶电离层延迟对建立高精度地球参考框架的影响;为我国北斗地球参考框架的建立与维持提供了可靠的理论基础,具有一定的参考价值.     

顾及板块运动、稳定性和系统偏差的高精度GPS监测基准研究与实现

利用GPS技术监测城市地面沉降,监测基准的合理选取对获得真实的形变结果至关重要.本文详细分析了城市沉降监测网基准的特点,针对传统基准模型的局限性提出了顾及板块运动、基准点稳定性以及其他系统误差影响的拟稳基准模型.该模型考虑了基准点自身的稳定性以及板块运动对高程形变的影响,同时采用系统参数统一各期基线框架以及区域拟稳基准,有效解决了因基准点不稳定性和基线框架不一致对形变结果造成的误差,确保正确形变信息的获取.最后通过六期西安市地面沉降监测网数据试验,验证了该方案的合理性和可靠性.     

陆态网络GNSS基准站阶跃偏移量的精确估计

通过对发生阶跃的GNSS基准站坐标序列谱指数的求解,表明了其具有有色噪声的特性,并对三分量分别建立了最优噪声模型,以此对GNSS基准站坐标的阶跃偏移量进行了精确估计,探明了地震和仪器更换对测站产生的精细影响。同时利用求解的阶跃偏移量对坐标序列进行修正,对获取连续性变化的测站坐标序列和获取精确的测站三维运动参数具有重要意义。     

基于龙门山断裂带中段平行逆断层格局 和动力学背景的特征地震数值模拟实验

本文构建一种应用有限元开展特征地震数值模拟的新方法, 并以龙门山断裂带中段的浅层构造和动力学机制为背景, 研究了平行逆冲断层分布格局对区域地震活动性的影响. 结果表明, 从断层活动相互影响的角度看, 包含3条平行逆断层的断裂带的整体地震活动性并不适用严格周期的特征地震模型, 当断层间距在20 km以下时, 随着断层间距的缩短, 对单条断层应用特征地震模型的适用性会逐渐降低. 龙门山断裂带中段的模拟计算结果显示, 后山断裂的地震活动相对独立, 区域活动性和中央断裂的断层活动很可能不适用严格周期的特征地震模型.      

天山构造带地震各向异性及动力学机制研究进展

天山构造带及邻区的深部动力学机制是地球动力学研究的热点,而地震各向异性是区域构造深部动力学机制的一个重要性质。研究表明,天山构造带上地壳各向异性结果呈现区域性分区,受到构造带与断裂走向和区域应力影响;上地幔各向异性的结果认为快波偏振方向和构造带走向基本平行,但在伊塞克湖附近、塔里木盆地和准噶尔盆地挤压区域各向异性快波方向变化复杂,垂直方向上的变化可能由区域性双层各向异性引起,但局部复杂性原因有待进一步探讨。诸多研究支持天山构造带的地壳与上地幔垂直连贯变形机制。此外,地幔柱、软流圈变形、小尺度地幔对流等概念均被用来解释天山构造带的动力学背景,表明该地区的深部动力学机制非常复杂,需要更深入的探讨。     

基于地区差异性修正因素的川滇地区地震人员伤亡动态评估方法研究

基于建筑物破坏的地震人员伤亡快速评估方法是一种静态评估方法,具有较大的局限性,因此迫切需要建立地震人员伤亡动态评估方法以提高评估结果的有效性。以川滇地区为例,基于历史震例人员伤亡资料和相关科研成果,利用统计分析、案例对比法以及大数据分析等方法,从影响人员易损性因素的地区差异性角度研究地震人员伤亡动态修正方法。为此提出了人口动态分布、建筑物抗震能力及其致死率、地震地质灾害致死率等3类地区差异性因子,并建立了川滇地区的人员伤亡动态评估修正因子表。通过对川滇地区2008—2019年发生的6次强震进行动态评估试算,结果表明,通过动态评估模型评估的人员伤亡数量能够与实际伤亡人数保持数量级一致,评估结果准确性优于传统评估方法。     

新疆伽师及周围构造应力场区域特征探讨

在利用伽师及周围58次中强地震震源机制解对这一地区的构造应力场进行分析的基础上,结合系统聚类和应力场反演计算结果,对不同时期、不同区域应力场的变化特征进行了分析。该区域地震以走滑错动为主,柯坪块体逆冲作用更为明显。区域最大主压应力方向近SN,但不同构造背景下的主压应力方向存在着较明显的差异。乌恰-喀什地区P轴基本近SN向,但存在着由NW—SN—NE的随时间变化的过程;柯坪块体内部长期以来受较为一致的NW-SE向压应力作用;伽师震区P轴方向为NE-SW。1996年区域应力场方向开始发生明显的变化,P轴方位向NE偏转,倾角增大。结果表现出不同构造环境下应力场分布格局的特征或变化     

华南强震动力分析

根据华南陆缘扩张的动力来源和现代构造运动特征及强震震源断层最新活动性质,通过对华南地震活动与地球自转速率变化、GPS观测基线变化、理论面应变的关系分析,认为地幔流向洋侧的蠕散是造成华南现今地壳变形和张剪性构造运动为主的原因,而区域地球的波动膨胀拉张是引发强震的动力。     

基于时变重力数据的川滇地区场源模型反演和解释

时变重力信号能反映地球内部介质迁移引起的不均衡变化,本文利用三维欧拉反褶积方法,通过建立合适的场源模型获得最佳反演参数,并采用水平梯度滤波法消除部分虚假发散解,优化反演结果.在此基础上,利用川滇地区2015-2019年流动重力重复观测资料,分析了不同时空尺度的区域重力场动态变化特征,开展对川滇地区重力变化场源特征的定性...     

Evolution of rifted ocean ridges

A major question in seafloor tectonics has been, how does the 2-km-deep rift valley characteristic of slow-spreading ridges evolve into the relatively horizontal undulating relief of the rift mountains? Deep-tow studies of the Mid-Atlantic Ridge suggest that the primary mechanism for transformation of the rift valley topography is normal faulting along fault planes which dip away from the valley axis. The faulting occurs in a narrow zone just beyond the outer walls of the rift valley. This model allows for a steady-state evolution of the rift valley into the rift mountains in which the state of stress in the oceanic lithosphere continues to be in horizontal deviatoric tension throughout the entire process. Alternate mechanisms involving reverse faulting or regional tilt may be active but are found to be of less importance. Implications for various dynamic models of the rift valley are discussed.     

Transverse free vibrations of continuous bridges with abutment restraint

This paper analyzes the dynamic behaviour of continuous bridges with transverse abutment restraint. These are a particular class of multi‐span bridges whose transverse motion is restrained at the abutments. The transverse dynamic behaviour of these partially‐restrained bridges is described by a model consisting of a two‐dimensional simply‐supported beam with intermediate visco‐elastic restraints. A minimal set of characteristic problem parameters that completely describe the dynamic response is initially identified and an analytical solution is developed for particular configurations. The influence of these characteristic parameters on the properties of the dynamic systems are analyzed by considering the undamped and the damped free vibrations separately. Successively, in order to cover more general and complex configurations of realistic bridges, an extension of the definition of the characteristic parameters is proposed. The results obtained considering selected case studies are finally presented. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Complexity measure of regional seasonal precipitation series based on wavelet entropy

The chaos characteristics for system complexity, e.g. randomness and fractality, are generally ignored when researchers study the complex behaviour of precipitation time series, which makes it difficult to elicit adequate information for such series. The main objective of this study was to diagnose the complexity of seasonal precipitation by using wavelet entropy and mean wavelet entropy, and to find the complex system of spatial variation in seasonal precipitation for the sub-areas of Jiansanjiang Administration in China as a case study. The results illustrate that the complexity characteristic of the seasonal precipitation series is greatest in the North sub-area, lowest in the Middle sub-area, and intermediate in the South sub-area; topography and agricultural development are the key driving factors of the complex dynamic variation in the local seasonal precipitation time series. This study provides a basis for analysing the trend in development of complex precipitation time series and realizing the sustainable use of regional water resources.     

CHARACTERISTICS OF MULTI-SCALE GRAVITY FIELD VARIATION AND SEISMOGENIC MECHANISM ANALYSIS IN THE SOUTHEASTERN TIBETAN PLATEAU

As the most basic geophysical field, the earth gravity field has achieved wide attention, and its spatial anomaly characteristics and dynamic variation can provide important scientific basis for studying the internal structure and dynamics of the Earth. Based on the mobile gravity observation data of the southeastern Tibetan plateau from 2013 to 2016, the dynamic variation tendency and anomaly characteristics of the regional gravity field in different temporal resolutions are obtained before and after the Ludian and Jinggu earthquakes in the study area respectively. The method of wavelet multi-scale decomposition is used to analyze the relationships of gravity field variation with the earth movement, material density change, and strong earthquake preparation. The deep material variation, dynamic process and the mechanism of earthquake inoculation in the southeastern Tibetan plateau are further discussed. Results indicate that the gravity field variation in the source region before the Ludian and Jinggu earthquake respectively is characterized by obvious positive and negative anomalous transition zone and gradient zone that are consistent with the direction of fault tectonics, suggesting the strong crustal movement and mass migration during the earthquake incubation period. The result of wavelet multi-scale decomposition of the gravity field during the period from September 2013 to April 2014 shows that the gravity field variation at different depth and space scale in the crust and upper mantle of the southeastern Tibetan plateau is significantly correlated with seismic distribution and the location of active fault zone. This indicates that the earthquake inoculation in the study area is closely related to the fault movement and the distribution of material density in the crust and upper mantle, which may be affected by the complex deep dynamic process of the material migration in the crust and mantle. The characteristic that strong earthquakes always occur near positive and negative anomaly transition zones and gradient zones of gravity field change is preliminarily explained, based on the dynamic process of material migration in the crust and upper mantle of the southeastern Tibetan plateau. The research results of this paper have some reference value to the study on the earth movement and seismogenic mechanism.