C-RESPONSE OF GEOMAGNETIC DEPTH SOUNDING ON A 1D THIN SHELL MODEL

This paper tries to formulate the C-response of geomagnetic depth sounding(GDS)on an Earth model with finite electrical conductivity. The computation is performed in a spherical coordinate system. The Earth is divided into a series of thin spherical shells. The source is approximated by a single spherical harmonic P₁⁰ due to the spatial structure of electrical currents in the magnetosphere. The whole solution space is separated into inner and external parts by the Earth surface. Omitting displacement current, the magnetic field in the external space obeys Laplacian equation, while in the inner part, due to the finite conductivity, the electromagnetic fields obey Helmholtz equation. To connect the magnetic fields in the inner and external space, the continuity condition of magnetic fields is used on the Earth surface. The external magnetic fields are expressed by the inner and external source coefficients, from which a new parameter called C-response is computed from the inner coefficient divided by the external coefficient, thus normalizing the actual source strength. The inner magnetic fields in each layer can be recursively derived by the continuity boundary condition of both normal and tangential components of the magnetic field from the initial boundary condition at core-mantle-boundary. The consistency of our C-responses with that from a typical 1-D global model validates the accuracy of the proposed algorithm. Numerical results also show that the C-response estimated from the geomagnetic transfer function method will deviate exceeding 5%from the actual response at longer periods than about 10⁶s, which means that ignoring the curvature of the Earth at extreme long periods will make inversion result unreliable. Therefore, an accurate C-response should be computed in order to lay a solid foundation for reliable inversion.     

全球地磁感应测深数据三维反演

全球地磁感应测深能获得地幔转换带及下地幔上部的导电结构.但目前稀疏的地磁台站分布及部分台站的观测数据稳定性较差,影响了三维反演对地下电性结构的分辨力和反演可靠性.为此,区别于传统的L2-范数反演方法,本文提出并实现了基于L1-范数的地磁测深响应三维反演技术.在反演中,利用L1-范数度量数据预测误差,降低"飞点"数据的影响,将相关系数较小的C-响应估计也纳入反演数据中.三维正演模拟采用球坐标系下的交错网格有限差分法,反演采用有限内存拟牛顿法.文中利用指数概率密度分布函数构造非高斯噪声的合成数据,并采用棋盘模型对反演方法的可靠性进行了验证.之后,我们将本文提出的三维反演方法用于全球129个地磁观测台站的C-响应数据反演,结果表明在地幔转换带深部,中国东北地区为高导电异常,南欧和北非则均为高阻;夏威夷在900km以下为高导;菲律宾海及以东地区在转换带表现为明显的高阻,这些结果与前人研究结果一致.由于采用了更多的台站数据,我们的反演结果还发现一些新的异常:南美洲南端,转换带表现为明显的高导;澳大利亚东南部,地幔转换带深部,也存在一个明显的高导异常,这些异常分布和地震层析成像的低速区一致.因此,L1-范数三维反演能够充分利用全球C-响应数据信息,提高地磁测深对地球深部电性结构的分辨能力,更好的研究全球地幔电性结构.     

热带气旋气候数学模型的预报应用

使用西太平洋海温格点资料,选取若干个因子,组成多个复合因子,建立权重方程,使得单因子的相关系数信度检验0．05提高到复合因子的信度检验0．01,权重方程的信度检验提高到0．001。用权重方程产生的突变的高阶非线性预报方程,其Y与X的相关系数比1阶线性方程提高5％左右。自1999年至今,热带气旋年、月频数气候预测的模型投入到实际预报应用,其预报准确律达到75%～90％。使用非线性预报模型作了逐日气压、逐日雨量的气候预测。将沿海气压场、雨量场的气候预测结果用于分析、制作热带气旋登陆中国以及广东地区的时段、地段的气候预报,准确率达80％～90％。     

大弹涂鱼自然种群遗传多样性的RAPD分析

2002年9月以采自浙江宁海三门湾海区的大弹涂鱼(Boleophthalmus pectinirostris L．)为材料,对大弹涂鱼自然种群的遗传多样性进行随机扩增多态DNA(RAPD)分析,20个引物共扩增出100个DNA片段,多态位点比例(P)为21％,任意两个个体间遗传相似度(F)最大为0．9938,最小为0．9239,平均为0．9645。任意两个个体间的遗传距离(D)最大为0．0761,最小为0．0062,绝大多数为0．02000～0．0500;大弹涂鱼自然种群的平均杂合度(He)为0．2018,D平均值为0．0355;Shannon多样性指数(Ho)和Shannon多样性值(H)分别为5．918和0．0592。研究结果表明大弹涂鱼的遗传多样性水平比较低,应加强大弹涂鱼种质资源的保护。     

茶卡-共和盆地土壤盐分与光谱特征研究

土壤盐分及其光谱特征是土壤盐渍化高光谱遥感定量监测的基础研究内容。茶卡-共和盆地位于柴达木盆地东部边缘,是土壤盐渍化比较典型的区域之一。在研究区盐渍土野外调查采样的基础上,依据土壤理化分析和实验室光谱测量数据,对土壤盐分及其光谱特征进行了分析,总结了茶卡-共和盆地盐渍土光谱特征随土壤盐分含量的变化规律。研究表明:该区域盐渍土为氯化物盐土,以NaCl和MgCl2为主,有少量的硫酸盐;不同含盐量的盐渍土具有明显的光谱特征差异。     

断层附近地应力扰动带宽度及其影响因素

在建立正断层模型的基础上,利用三维有限元数值模拟方法研究了断层附近地层中的地应力变化规律。其结果表明,由于断层活动,在断层附近普遍发育应力扰动带;在应力扰动带范围内,地应力方向和大小发生明显的变化,断层中部附近应力值普遍较低,而断层端部的应力值通常异常增大。应力扰动带的分布范围主要受断层规模的控制,与断裂带的岩石力学性质、断层走向、断层面形态和边界应力条件等因素也密切相关。随断层长度和断距逐步增大,应力扰动带的宽度相应增加。断裂带的岩石越破碎,其岩石弹性模量越低,断层对地应力的影响宽度越大。断层走向与区域最大水平主应力方向越接近垂直、断距与断层长度的比值越大,区域内的差应力越大,则扰动带宽度与断层规模的比值也越大。选择渤海湾盆地BZ-X油田进行验证,在建立油田实际三维地质模型基础上,根据边界应力条件,利用三维有限元方法对沙河街组二段的地应力分布进行了数值模拟计算。根据断层周围的地应力变化,确定了应力扰动带的分布范围,断层附近应力扰动带宽度的分布规律与正断层模型分析结果相一致。      

非线性共轭梯度三维反演在山西河津铁矿音频大地电磁数据勘察中的应用

利用非线性共轭梯度反演方法,对采集到的近正交的两条音频大地电磁剖面数据构成的主阻抗数据集进行三维反演。结果显示,山西省河津市地下结构呈现较明显的三层构造特征,推测第一层高阻异常是侵入岩或变质片麻岩,第二层低阻异常是铁矿富存区,高阻的第三层异常反映研究区的花岗闪长岩基底。根据地球物理电性参数资料,铁矿体为低阻,电阻率<10Ω·m。因此,推测10Ω·m的电阻率等值面大致勾勒出大地电磁反演结果推测的铁矿的成矿有利区。在两条剖面正交位置下方,矿体规模较小;但在2号线60-100号点和3号线476-492号点的下方1 km深的位置附近发现了新矿体。结果表明,利用大地电磁法寻找类似热液型铁矿这类局部异常体,三维反演是获得可靠结果的必要技术手段;即使是剖面性观测数据,也可以进行三维反演,并取得良好效果。     

2013年岷县-漳县6.6级地震震前地磁异常分析

区域地磁在一定范围内,在排除空间环境、仪器本身故障等因素的前提下,各地磁台所观测到的地磁曲线是具一定相关性的,但强震孕震过程中会引起电导率等电磁性质发生改变,从而改变台站间地磁本应呈现出来的相关性,因此地磁异常可以为震前地震预报提供有用信息。以2013年7月22日岷县-漳县6.6级地震为研究对象,对其震前地磁前兆异常进行研究。分析表明：震前有明显的低点位移异常现象,且在此次异常后36天发生了6.6级地震;地磁Z值的每日一值空间相关分析也出现了明显异常,从空间上看,相关系数与地震震中有很好的对应关系,震中刚好处在相关系数最低的位置;且地磁台的密集程度对计算区域相关系数具有较大影响。     

顾及邻域变化的图斑群合并方法研究

图斑在空间上两两相邻、无缝隙、不重叠是土地利用数据的特点。本文从图斑群合并区域的整体考虑,顾及待合并图斑的邻域图斑变化,提出了一种有效避免新的空间冲突产生的图斑群合并方法,并进行了试验。结果表明,该方法在合并效果和效率上表现良好。     

江西省冻雨垂直温度层结分析及预报

利用1960-2013年江西省89个气象观测站常规观测资料,采用统计分析和插值处理方法,对江西106次冻雨过程垂直温度层结进行分析,并建立冻雨预报思路。结果表明：江西省冻雨发生通常伴随1000-850 hPa剧烈降温和700 hPa增温,925-700 hPa存在明显逆温。融化层是冻雨发生的必要条件,87.7 %样本融化层位于700 hPa,9.4 %样本融化层位于850 hPa;一般以1000 hPa温度<1.0 ℃、925 hPa和850 hPa温度<-2.0 ℃和700 hPa温度≥0.0 ℃作为江西冻雨预报的温度阈值标准,同时也应注意融化层位于850 hPa的情况。地面气温越低,越有利于冻雨形成,冻雨发生时最低气温为0.0 ℃以下,平均气温为1.0 ℃以下。冷暖空气持续在27°-28 °N交汇,且鄱阳湖以南至抚河流域平均气温＜1.0 ℃和最低气温＜0.0 ℃出现比其他地区多,造成该区域冻雨发生频次比其他地区明显偏多。另外,通过大气逆温层结、地面气温与冻雨的对应关系,建立基于模式资料和常规观测资料的自动诊断方法。