Least-squares self-coherency analysis of superconducting gravimeter records in search for the Slichter triplet

We develop a new approach for the spectral analysis of the superconducting gravimeter data to search for the spheroidal oscillation ₁S₁ of the Earth solid inner core. The new method, which we call least-squares (LS) self-coherency analysis, is based on the product of the least-squares spectra of segments of the time series under consideration. The statistical foundation of this method is presented in the new least-squares product spectrum theorem that establishes rigorously confidence levels for detecting significant peaks. We apply this approach along with a number of other innovative ideas to a 6-year long gravity series collected at the Canadian Superconducting Gravimeter Installation (CSGI) in Cantley, Canada, by splitting it into 72 statistically independent monthly records. Each monthly record is analysed spectrally and all monthly LS spectra are multiplied to construct the self-coherency spectrum of the 6-year gravity series. The self-coherency spectrum is then used to detect significant peaks in the band 3-7 h at various significant levels with the aim to identify a triplet of periods associated with the rotational/ellipsoidal splitting of ₁S₁ (Slichter triplet). From all the Slichter periods predicted by various researchers so far, Smylie's triplet appears to be the most supported one, albeit very weakly, both, before and after the atmospheric pressure effect is removed from the series. Using the viscous splitting law [Smylie, D.E., 1992. The inner core translational triplet and the density near Earth's center. Science 255, 1678-1682] as guide, we can also see one interesting and statistically significant triplet with periods A = {4.261 h, 4.516 h, 4.872 h}, which changes slightly to A′ = {4.269 h, 4.516 h, 4.889 h} after the atmospheric pressure correction is applied to the gravity series.     

HHT技术探测Slichter模三重谱线的研究

探测Slichter模态三重分裂可有效约束内核密度、内核半径及内外核边界密度跳跃。虽然Smylie(1992)声称探测到了Slichter模态三重分裂,但至今未被国际学术界公认。本文结合一个实验算例,阐述了Hilbert-Huang变换(HHT)分析方法的核心思想,并将该方法应用于探测Slichter模三重分裂谱线的研究。我们选取了全球分布的8个台站连续记录两年的小时间隔超导重力数据,进行了潮汐和气压改正后,将它们叠加获得重力残差;然后对重力残差作HHT分析,得到能量谱,进而选出了12种可能的谱峰组合,其中两组结果与Smylie的结果很接近,且本文得到的谱峰分裂相比于Smylie的结果具有更好的对称性。     

2013年芦山7.0级地震一年尺度预测的回顾性研究——基于三性法、静中动和垂震底继模式

对2013年中期地震预测的研究结果(一年尺度)进行了阐述与分析。该预测综合了三性法判据、静中动判据和垂震底继模式,给出了2013年左右在鲜水河断裂带上发生7级以上大震的可能性很大的结论。重点预测了两个具体发生的区域,预测的区域与2013年4月20日芦山7.0级地震的震源区相差70～80km左右。预测结果震级与时间吻合,但地点上发生了偏离。文中重点回顾研究了基于三性法,静中动、垂震底继方法的预测过程。     

利用超导重力数据探测Slichter模三重分裂信号

本文基于2004苏门答腊地震后全球地球动力学计划观测网中9台超导重力仪13200h的连续重力观测数据,联合利用整体经验模态分解(EEMD)、最优序列估计(OSE)、积谱密度分析(PSA)和自回归估计(AR)方法,探测地球固态内核平动振荡模态(Slichter模)的三重分裂信号.利用EEMD提取常规预处理后的重力残差中包含目标频段的本征模态函数(IMFs)作为最终的重力残差之后,将每个台站的重力残差平均分成无重叠的3个子数据块,再应用OSE和PSA方法获取Slichter模三重分裂谱线的积谱密度,并采用AR方法估计各积谱中弱共振信号的中心频率及其误差.结果表明,结合OSE和PSA方法探测到三个清晰的谱峰,周期分别为5.8307±7.1×10-4h、5.2161±8.1×10-4 h和4.7536±5.2×10-4 h,分别对应Slichter模三重分裂谱线m=-1、m=0和m=+1,且三个谱峰的周期与Crossley(1992)、Rochester和Peng(1993)、Peng(1997)和Rogister(2003)基于PREM地球模型给出的Slichter模理论周期非常接近,也与Ding和Shen(2013)建议的"可能的观测结果"较为接近.参考现有的理论和观测结果,本文认为这三个信号可能是Slichter模三重分裂谱线.     

三性法及静中动方法对甘肃岷县漳县M_S6.6地震的趋势性前兆显现的回顾研究

针对2013年7月22日甘肃岷县漳县Ms6.6地震,本文用三性法、静中动两种方法,对其前兆显现、震前预测过程进行了回顾和分析.回顾表明,在2012年时,对甘肃东南部历史上8级、7级以及6级三个震级档的地震进行三性法分析后,预测在2013-2014年时间段内,天水地区可能有6级地震发生.圈定的地点是在天水为中心150 km的范围内.另外,注意到1987年1月8日迭部5.8级地震与“静中动地震”指标所要求与定义的震级和年份相近,因而以此地震作为“准静中动”地震判断地区,与该区域三性法所做的时间预测相配合,预测在1987年1月8日迭部5.8级地震周围大约150 km的范围之内,将也会在2012年以及2013、2014年发生一个6至7级的地震.而实际发生的岷县漳县地震震中距离天水123.8 km,距离迭部112.1 km,即该地震发生在预测的范围内.由于地震预测的复杂性,当用三性法以及静中动指标对全国和甘肃省的地震情况分析后表明,在别的地区还有更为显著的发震指标显现,出于危险区不能划得太多的限制,因而把针对甘肃东南部的预测列为第二个发震可能性的方案之中,遂在2012年只得出研究性的预测结果,没有提出预测意见.甘肃岷县漳县的Ms6.6地震实际发生验证,甘肃省首发的强震不是在一个最有可能的静中动指标所指明的地点之中,却在一个“准静中动地震”的地点发生.但该地震对三性法的震后验证表明,其方法还是有前兆性指标显示的.该次地震的发生,表明“准静中动指标”也是值得重视的预测指标.研究表明,三性法相比较常用的中期尺度的预测方法,它能在存在强震背景的情况下,在趋势上指出一个特定的时间段,这是其独特的地方,与多种方法结合后,将会进一步提高强震预测的效能.     

Vortex triplets in dusty plasma with sheared flow and magnetic fields

Localized quasi-stationary rotational structures on the dust time scale in low-β dusty plasmas involving sheared flow and magnetic fields are investigated. For self-consistent equilibrium density, flow, and magnetic field profiles, solution in the form of a localized vortex triplet is obtained and its properties investigated. The magnitude of the electrostatic potential of the vortex structure increases with the velocity and magnetic shear.     

2014年2月12日新疆于田M_S7.3级地震的回顾性预测讨论

静中动判据、异年倍九律、三性法、高山峰指标是郭增建研究组提出的中期与短期的预测指标。用这几个指标回顾性地讨论了2014年2月12日新疆于田南MS7.3级地震的中期和短临预测。     

地球固体内核平动振荡的研究和检测

系统介绍了有关Slichter模的理论模拟及其超导重力观测检测的进展。地球固态内核的平动振荡是地球的基本简正模之一,又称Slichter模,以重力作为主要恢复力,其本征周期大约为几个小时。从理论模拟结果看,Slichter模的本征周期对于ICB密度差最为敏感,而ICB附近外核流体的粘滞性、内外核之间的过渡层以及Lorentz力等因素对周期的影响很小,Slichter模的研究和检测为了解地球中心附近的密度结构提供重要的信息。     

由三性法讨论2017年8月8日四川九寨沟7级地震的中期预测

九寨沟和其周围地区20世纪共发生3次强震,它们在时间轴上符合以42年为周期的三性分布。从1976年松潘地震起算跨越此周期可预测2018年再次发生强震。该地区实际地震前一周期比42年多一年,则从1976年松潘地震起算向新的周期减一年,可预测2017年再次发生强震。