由ERS-1波形重构确定我国近海平均海平面

近海岸区域平均海面高在大地测量学、物理海洋学以及地球物理学研究中具有非常重要的意义.受各种条件的制约和限制，目前卫星测高技术主要应用于深海区域，在近海区域尤其是海岸线附近区域的应用几乎为空白.本文根据ERS-1测高卫星回波波形特征，采用五参数线性模型，由最小二乘拟合方法，对近海区域尤其是靠近海岸线附近的ERS-1测高波形数据进行波形重构.比较波形重构前、后解算平均海面高，表明波形重构技术不仅明显改善了解算近海海面高的精度，而且增加了近海测高海平面的分辨率，并使卫星测高有效观测延伸至海岸线附近.随后，本文利用波形重构后海面高数据构造了近海多年平均海平面，并对我国近海海平面特征进行了初步分析.     

一种多前缘多阈值的波形重构算法

为了改善近海测高精度,本文对近海测高波形的特征进行了研究,并在现有算法的基础上提出基于波前缘识别算法的多前缘多阈值波形重构方法.然后将该方法用于中国近海的卫星测高波形数据的处理,得到精度与分辨率更好的海面高数据.作为验证,将此海面高数据换算为重力异常并与船测重力进行比较,结果显示该方法可以明显提高卫星测高精度.     

近岸海域EnviSat卫星测高波形重定的Threshold优化算法

波形重定是改善近岸海域卫星测高数据精度的一种有效方法.分析了EnviSat雷达测高波形重定算法,并对Threshold算法进行了优化,开发了波形重定程序;以地中海为实验区,利用几种波形重定方法,对近岸海域的EnviSat测高波形进行重定,认为优化的Threshold算法是几种波形重定算法中最稳健的重定算法,适合于地中海近岸海域EnviSat测高波形的重定,对其他近岸海域的应用也有一定的参考意义.     

沿海雷达卫星测高波形重定多子波参数方法和重力异常恢复

雷达卫星测高数据质量是测高在大地测量学、地球物理学和海洋学等领域应用研究的关键。在沿海海域,测高波形受到地形和地球物理环境等污染,测高数据精度低于开阔海域的测高数据。提出了一种新的测高波形重定方法,即多子波参数重定方法（MSPR）,用于改善沿海海域的测高数据质量。由测高数据,利用最小二乘配置法解算沿海重力异常,给出了对应的方差-协方差矩阵。利用MSPR对台湾岛周边海域的Geosat／GM波形数据进行重定,与台湾岛大地水准面进行比较,MSPR重定结果精度要优于常用的β-5参数方法重定结果和GDR数据。利用重定后的测高数据,由最小二乘法计算了台湾岛近海海域的重力异常。与船测重力数据进行比较,由重定数据得到的结果精度优于GDR结果。     

基于波形分类和子波形提取的雷达高度计近海波形重构算法

雷达高度计是测量海洋动力参数的重要传感器,为解决雷达高度计在近海测量数据不可用的问题,基于大量波形的分析及已有波形重构算法的比较,本文提出了一种基于波形分类和子波形提取的近海波形重构算法（OceanCS）.采用了验潮站的实测水位以及浮标的实测有效波高数据对算法的结果进行了验证.结果表明,本文提出的算法在近海的回波波形处理方面要优于其他五种算法（海洋算法、OCOG算法、Ice-2算法、Beta5算法和阈值算法）,并且不仅可反演海面高度、还可反演有效波高.通过对高度计的近海回波波形进行重构处理,可以提高近海测高数据的数量和质量.     

计算测高卫星的正常点及其平均海面高

利用测高卫星的冻结轨道特征计算了正常点轨迹,利用三次B样条函数和Stacking技术内插计算了T／P、ERS-1／2和Geosat测高数据在正常点的平均海面高,改善了测高数据的精度和分辨率．最后,利用正常点上的平均海面高反演了多种分辨率的海域重力异常,其中所反演的海域重力异常的标准差为mGal级．     

利用CryoSat-2波形数据建立南极Lambert冰川流域DEM

Lambert冰川-Amery冰架系统是南极冰盖最大的冰流系统之一,对南极冰盖物质平衡研究有着重要的作用.数字高程模型(DEM)是进行南极冰盖研究的基础.本文基于CryoSat-2 L1b波形数据,研究建立了Lambert冰川流域高分辨率DEM.测高卫星返回波形在冰盖区域存在变形,需进行波形重跟踪处理.利用交叉点分析方法对重心偏移法(OCOG)、阈值法和β参数法等常用的波形重跟踪方法对不同类型的CryoSat-2波形的适用性进行了研究.最后,利用克里金插值方法建立了500 m分辨率的Lambert冰川流域DEM——LAS DEM (Lambert Glacier-Amery Ice Shelf system DEM).利用ICESat卫星测高数据和GPS地面实测数据对LAS DEM进行精度验证,并与另外两种基于CryoSat-2数据的南极DEM进行了对比.结果表明:LAS DEM的整体精度约为0.295±2.7 m,优于另外两种CryoSat-2 DEM;在冰盖内陆地区,LAS DEM的高程误差在2 m之内;在Amery冰架上,LAS DEM的精度优于1 m.     

利用卫星测量技术和小波滤波方法探测表层地转流

根据海面地形的空域频谱特征, 提出用小波滤波器对海面地形进行滤波降噪的方法. 通过对全球及黑潮流系区域的海面地形进行小波滤波和高斯低通滤波降噪后所确定的地转流的比较, 显示前者较之后者更能表现地转流的局部特征. 依据CG01C卫星重力场模型和EGM96重力场模型, 分别联合由卫星测高确定的KMSS04平均海面高模型构造海面地形. 将据小波滤波降噪后所推算出的全球平均地转流、黑潮和热带太平洋区域地转流与海洋学结果的比较, 以及据此两不同重力场模型推算的大地水准面误差对计算地转流流速精度的对比都表明: 重力卫星确定的地球重力场模型较之以前存在的重力场模型在长波部分精度有较大提高. 联合现有卫星重力和卫星测高数据探测的全球平均地转流, 在大、中尺度上与海洋学结果相一致, 这表明从大地测量(空间)角度来研究洋流已达到较高的精度.     

基于卫星测高交叉点的海洋表面地转流速度

在流体静力平衡状态下,海洋Coriolis力和压力梯度平衡就形成地转流,世界上大多数海流都近似为地转流.本文利用卫星测高交叉点方法计算海洋表面地转流速度,分析了利用测高交叉点计算地转流速度的不确定性,上升和下降弧段的海面倾斜在分辨率50 km上可以达到10^-7量级,才可能获得优于10 cm/s的地转流速度.在低纬度或者纬度接近卫星轨道倾角的地区,由交叉点方法计算的地转流速度精度低于中纬度地区.以中国台湾东部黑潮为试验区,利用最新的中国台湾周边海域大地水准面模型参考场计算高精度的大地水准面高,利用TOPEX/Poseidon和Jason-1的GDR数据(2002~2005年)计算海面高,然后计算交叉点的动力高,确定交叉点的地转流速度,结果与中国台湾NCOR(National Center for Ocean Research)的流速基本一致.     

由TOPEX/Poseidon和Jason-1/2探测的1993—2012中国海海平面时空变化

海平面变化是社会经济发展和科学研究的重要内容.利用1993年1月至2012年12月共20年的TOPEX/Poseidon、Jason-1和Jason-2卫星测高数据,研究中国海海平面的时空变化.首先通过三颗卫星伴飞阶段数据得到三颗卫星之间的逐点海面高系统偏差,进行逐点海面高改正,建立了20年的中国海海面高异常时间序列.分析了中国海海面高异常空间分布,给出了1月到12月月均平均海平面异常的空间变化规律.分析了中国海海面高异常的时变规律,分别给出了年、季度和月的海面上升速率.利用小波分析研究了中国海海面高异常周期变化规律,分别给出了渤海、黄海、东海和南海的海面高变化周期.讨论了ENSO对海面高异常的影响.     

基于深度学习卷积神经网络的地震波形自动分类与识别

发展高效、高精度、普适性强的自动波形拾取算法在地震大数据时代背景下显得越来越重要.波形自动拾取算法的主要挑战来自如何适应不同区域的不同类型地震事件的分类与筛选.本文针对地震事件-噪音分类这一问题,使用13839个汶川地震余震事件建立数据集,应用深度学习卷积神经网络(CNN)方法进行训练,并用8900个新的汶川余震事件作为检测数据集,其训练和检测准确率均达到95%以上.在对连续波形的检测中,CNN方法在精度和召回率上优于STA/LTA和Fbpicker传统方法,并能找出大量人工挑选极易遗漏的微震事件.最后,我们应用训练好的最优模型对选自全国台网的441个台站8天的连续波形数据进行了识别、到时挑取及与参考地震目录关联,CNN检出7016段波形,用自动挑选算法拾取到1380对P,S到时,并与540个地震目录事件成功关联,对1级以上事件总体识别准确率为54%,二级以上为80%,证明了CNN模型具有泛化能力,初步展示了CNN在发展兼具效率、精度、普适性算法,实时地震监测等应用上具有巨大潜力.     

Numerical tests for effects of various parameters in niching genetic algorithm applied to regional waveform inversion

In this paper, we focus on the influences of various parameters in the niching genetic algorithm inversion procedure on the results, such as various objective functions, the number of the models in each subpopulation, and the critical separation radius. The frequency–waveform integration (F–K) method is applied to synthesize three-component waveform data with noise in various epicentral distances and azimuths. Our results show that if we use a zero-th-lag cross-correlation function, then we will obtain the model with a faster convergence and a higher precision than other objective functions. The number of models in each subpopulation has a great influence on the rate of convergence and computation time, suggesting that it should be obtained through tests in practical problems. The critical separation radius should be determined carefully because it directly affects the multi-extreme values in the inversion. We also compare the inverted results from full-band waveform data and surface-wave frequency-band (0.02–0.1 Hz) data, and find that the latter is relatively poorer but still has a higher precision, suggesting that surface-wave frequency-band data can also be used to invert for the crustal structure.     

Application of the Double-difference Relocation Method Combined with Waveform Cross-correlation on the Three Gorges Reservoir Seismicity

In this paper, we use the double difference location method based on waveform cross-correlation algorithm for precise positioning of the Three Gorges Reservoir (TGR) earthquakes and analysis of seismic activity. First, we use the bi-spectrum cross-correlation method to analyze the seismic waveform data of TGR encrypted networks from March, 2009 to December, 2010, and evaluate the quality of waveform cross-correlation analysis. Combined with the waveform cross-correlation of data obtained, we use the double difference method to relocate the earthquake position. The results show that location precision using bi-spectrum verified waveform cross-correlation data is higher than that by using other types of data, and the mean 2 sig-error in EW, NS and UD are 3.2m, 3.9m and 6.2m, respectively. For the relocation of the Three Gorges Reservoir earthquakes, the results show that the micro-earthquakes along the Shenlongxi river in the Badong reservoir area obviously show the characteristics of three linear zones with nearly east-west direction, which is in accordance with the small faults and carbonate strata line of the neo-tectonic period, revealing the reservoir water main along the underground rivers or caves permeated and induced seismic activity.The stronger earthquakes may have resulted from small earthquakes through the active layers.     

结合波形互相关的双差定位方法在三峡水库地震中的应用

本文采用基于波形互相关算法的双差定位方法对三峡水库地震进行精定位和地震活动性分析。首先使用双谱互相关方法分析了三峡库区加密台网于2009年3月至2010年12月观测到的地震波形数据,并对波形互相关分析的结果进行了评价。基于结合获得的波形互相关数据使用双差定位方法对地震事件进行精定位研究,结果表明使用双谱法验证的波形互相关数据的定位精度要高于其他数据的结果,其东西向震源位置平均误差为3.2m、南北向为3.9m、垂直向为6.2m。重定位震中结果显示巴东神龙溪两岸微震分布明显呈现出3条近东西向的线性条带状,与地表小规模断裂和碳酸盐岩地层走向一致,揭示了库水主要沿着溶洞或者地下暗河渗透进而诱发地震活动,较强地震可能是微小地震贯穿活动面的结果。     

3D acoustic waveform inversion in the Laplace domain using an iterative solver

In this paper we propose a 3D acoustic full waveform inversion algorithm in the Laplace domain. The partial differential equation for the 3D acoustic wave equation in the Laplace domain is reformulated as a linear system of algebraic equations using the finite element method and the resulting linear system is solved by a preconditioned conjugate gradient method. The numerical solutions obtained by our modelling algorithm are verified through a comparison with the corresponding analytical solutions and the appropriate dispersion analysis. In the Laplace‐domain waveform inversion, the logarithm of the Laplace transformed wavefields mainly contains long‐wavelength information about the underlying velocity model. As a result, the algorithm smoothes a small‐scale structure but roughly identifies large‐scale features within a certain depth determined by the range of offsets and Laplace damping constants employed. Our algorithm thus provides a useful complementary process to time‐ or frequency‐domain waveform inversion, which cannot recover a large‐scale structure when low‐frequency signals are weak or absent. The algorithm is demonstrated on a synthetic example: the SEG/EAGE 3D salt‐dome model. The numerical test is limited to a Laplace‐domain synthetic data set for the inversion. In order to verify the usefulness of the inverted velocity model, we perform the 3D reverse time migration. The migration results show that our inversion results can be used as an initial model for the subsequent high‐resolution waveform inversion. Further studies are needed to perform the inversion using time‐domain synthetic data with noise or real data, thereby investigating robustness to noise.     

无拉伸动校正技术在近海工程地震勘探中的应用

动校正是地震资料处理的关键内容之一,直接关系到地震资料处理结果的精度.在浅层和大偏移距情况下,常规动校正使波形发生拉伸畸变,波形拉长、频带向低频方向移动,进而影响叠加效果.通常地震资料处理中大都采用切除的方法克服动校正拉伸畸变的影响,这对目的层较深时是可取的.以工程地质调查为目的的海洋地震勘探旨在了解海底之下较浅地层深度范围内的地质信息,一般勘探区水深较浅,数据叠加道数较少,如果仍然采取切除处理,势必严重影响资料的分辨率和准确度.本文阐述了一种无拉伸动校正方法,能较好地解决动校正后的波形畸变问题,理论模型和实际资料的处理结果表明该方法在近海浅层工程地震勘探中是行之有效的,有助于提高速度分析的精度和地震资料的分辨率.     

用长周期面波波形拟合及P波初动方向估计中等地震的震源机制

提出利用周期范围４５-１００ｓ间的面波波形拟合与Ｐ波初动符号相结合,估计中小地震震源机制的方法．给出两个倾滑为主和三个走滑为主的震例．其中最小的是１９９６年１２月１６日北京顺义ＭＬ４．５级地震.比较了１９９６年２月５日云南丽江Ｍｓ６．０级余震的机制解与美国哈佛大学ＣＭＴ结果的相似程度,各震例记录图与理论图的相似程度,以及初动分布与主压力轴Ｐ和主动力轴Ｔ分布区的一致程度．从比较结果看,得到的震源机制解有参考价值,开发的软件有可用性．