西太平洋台风对上海地区钻孔应变的低频扰动特征分析

基于上海佘山台四分量钻孔应变仪在6次西太平洋台风期间的观测记录,利用小波分解、优势振动方向等处理方法提取出台风所激发的显著低频扰动信号,并详细分析扰动信号在时频域及空间域的表现特性.结果显示:在低频区间,台风激发的扰动信号优势周期为2～4 min,信号能量随台风进程而变化,并主要与台风量级、台风中心的位置(海上或陆域)...     

地壳应变场对气压短周期变化的响应

大气压力变化可分为由日、月引力和太阳热辐射产生的潮汐变化和非潮汐频段的短周期气压变化,其引起的地壳应变可达10-9量级.我们选用分钟采样的观测精度达10-9量级的钻孔应变仪,对山东省泰安台2O02～2005年气压及体应变分钟值资料进行深入分析,研究了地壳应变场对短周期气压变化的响应规律.频谱分析结果表明,短周期气压变化对体应变的影响主要集中在周期大于2000 s的低频段.利用小波分解方法,得出了短周期气压系数随不同频段和不同时间的变化规律:高频段(周期小于960 s)气压系数数值较小,随频率变化幅度较大;低频段(周期大于960 s)气压系数数值较大,但变化趋于平稳;在频段一定的情况下,短周期气压系数随时间变化较平稳.从钻孔应变仪观测原理和按余弦函数分布的载荷作用于地壳表面的应力解出发,得出了地壳不同深度对不同频率短周期气压场的响应,理论计算与实际观测基本相符.研究结果表明,短周期气压变化对低频信号(周期大于2000 s)的影响较大,提取低频地球自由振荡信号时要消除气压影响,对苏门答腊大地震激发的地球球型自由振荡的功率谱分析验证了这一结论.     

利用不同倾斜仪和应变仪检测地球自由振荡的对比与分析

中国地震局地壳形变观测台网布设有垂直摆倾斜仪、钻孔倾斜仪、洞体应变仪、分量式钻孔应变仪与体应变仪等地形变观测仪器。这些观测仪器均记录到了2011年日本M_W9.0大地震激发的自由振荡信号。本文分别利用单台数据和多台数据叠积,检测到_0S_3~_0S_(30)全部的球型自由振荡基频振型和_0T_3~_0T_(20)全部的环型自由振荡基频振型及部分谐频振型。此外,通过对这些检测结果的对比,分析了它们对不同自由振荡类型、不同频段的振型检测能力。分析发现垂直摆倾斜仪对球型自由振荡的检测结果最佳,且由于在低频段有较高的噪声干扰,钻孔倾斜仪无法检测到低阶的球型自由振荡。对于环型自由振荡的检测,分量式钻孔应变仪检测结果最佳。     

泰安地震台重力扰动现象研究

利用滤波分析法对山东泰安地震台重力固体潮观测的分析表明,重力观测中存在大量高频扰动信号.通过与气象观测实况资料的对比发现,这些异常扰动信号除了受台风等热带气旋影响外,还明显与“冷空气”过境等区域强对流天气有关. 对泰安台JCZ-1甚宽频带地震仪观测资料的频谱分析和滤波处理进一步表明,区域强对流天气及台风对重力仪的影响频段均在1—8 s范围内,其中2—6 s区间影响最为显著; 强对流天气过程触发的扰动信号范围可以在1—16 s,但8 s后扰动信号对重力仪观测基本不造成影响,即重力仪对高频扰动信号的响应存在8 s的截止周期.JCZ-1甚宽频带地震仪的波谱分析还反映出扰动信号的动态特征,即强对流天气产生的扰动信号在发展、传播过程中,首先出现的信号频率较高,随着时间推移信号逐渐向低频演化,揭示了干扰信号传播的多普勒效应以及扰动信号激发源的移动特性.      

四分量钻孔应变干扰特征时频域研究

时频分析是分析应变数据的主要方法,采用小波变换和S变换,对山西代县和繁峙地震台的四分量钻孔应变仪受雷电、大风干扰的观测数据进行时频分析.结果发现,通过秒采样数据时频谱来识别雷电信号的能力优于分钟值数据,分钟值数据时频特征用来反应大风干扰信号的能力优于秒值数据;S变换在高、低频部分的时间分辨率均优于小波变换.通过小波变换...     

河南及邻区宽频带地震仪大震前地脉动信号分析

选取2008年4月27日—5月13日河南及邻区宽频带地震资料,对全球3次M≥7.0地震前地脉动时域、频域、幅值进行分析,发现地震前2.4—3.6天地脉动出现低频异常,幅值与震级、震中距有关;前两次地震前低频异常优势频率分布在0.20—0.30Hz,而汶川8.0级地震前两个频段显示异常,分析认为,0.18—0.25 Hz频段异常与台风扰动有关,0.11—0.18 Hz频段异常与汶川地震相关。分析近海台风对地脉动的影响,发现台风期间,0.15—0.25 Hz频段地脉动显示异常,幅值变化与台风过程基本同步。     

黄梅台宽频带倾斜仪记录的台风扰动特征分析

利用黄梅台VP宽频带垂直摆倾斜仪在台风“巴威”（BAVI）和“烟花”（IN-FA）经过期间记录的连续观测资料,通过小波分解和傅里叶变换,分析台风引起的地脉动信号的扰动特征和频谱特性。结果表明：台风扰动幅度随着台风进程呈现出上升—峰值—下降的规律,与台风风速、台风中心与台站距离有良好的相关性;台风引起的地脉动信号的优势频率范围为0.13—0.3 Hz,对应周期为3.3—7.7 s。     

SKZ-3分量钻孔应变仪的测试方法研究

基于四分量自检原理研制出的SKZ-3分量钻孔应变仪,不仅具有传统地应力观测优势,还具备地球深部高频应变监测。而对SKZ-3分量钻孔应变仪进行测试和校验,是保证观测数据真实有效的基础。     

基于小波变换的2013年芦山MS7.0地震前姑咱台钻孔应变异常时频分析

2013年4月20日芦山M_S7.0地震前,四川省姑咱台四分量YRY-4型钻孔应变仪记录到显著的高频应变畸变信号。为了避免该畸变信号的高频部分在时频演化过程中发生频率混叠现象,同时便于讨论同一研究频段内震前更早记录到的弱应变异常时段与显著应变异常时段的相关性,本文对2012年1月1日至2013年4月20日期间姑咱台的钻孔应变数据进行了时频分析,并使用时域分段的小波变换方法,在局部时频谱中提取了应变异常,分析了各应变异常的频率相关性。结果表明,研究频段内存在两个峰值频率,峰值频率附近频段内弱应变异常时段与显著应变异常时段的相关系数为0.85,统计出的无震时段与其显著应变异常时段之间的相关系数只有?0.007,且已排除远震以及外界环境带来的干扰,因此该峰值频率作为异常频率的可信度较高,由此推测四分量钻孔应变仪所记录到的两种不同程度的应变畸变信号的演化过程可能与芦山M_S7.0地震相关。      

风暴及台风天气引起的微震现象分析

本文主要利用时频分析法,基于2016年以来山东省泰安台重力仪及宽频带地震仪观测到的资料,对风暴天气和台风天气引起的微震现象进行研究. 结果表明:这两种天气过程产生的微震信号的频率基本分布在2—20 s之间,能量集中在5—7 s,15 s附近存在一个能量平稳加强的频段;风暴天气产生的微震信号具有由高频向低频演化的动态特征;两种天气条件下产生的微震信号均具有连续、高频及持续时间长的性质,反映了微震信号激发源的移动特征。 结合泰安台微震与风暴和台风天气的一一对应情况,认为微震是一种与近海风暴或远海台风活动有关的微震动过程,而不是与地震有关的前兆异常。      

台风激发的第二类地脉动特征及激发模式分析

0.003~1 Hz频段的地脉动主要来源于海浪运动与固体地球的耦合作用,台风引起的强烈海浪运动往往可使地脉动能量显著增强.由于涉及大气-海洋-固体地球三个圈层之间的复杂动量传递与耦合过程,迄今为止,关于台风激发地脉动的具体源区位置及激发机制尚存在争议.本文选取日本、中国东南沿海及台湾地区的地震台站波形连续记录,研究了2008年台风"森拉克"和"黑格比"激发地脉动的时频特征,开展相应数值模拟,并与观测数据进行了对比分析研究.结果表明台风激发第二类地脉动存在两种主要模式:(1)近岸源区激发,即台风引起波浪入射至海岸反射并与后续来波相互作用形成驻波作用于海底而激发;(2)台风中心附近源区激发,即台风中心移动过程中不同时期激发的同频率波浪相向传播、相互作用产生驻波作用于海底而激发,源区位置主要集中于台风中心左后方.此外,结合波浪再分析数据、台风风场特征,我们进一步对第二类地脉动激发过程中的影响因素进行了分析,发现:第一种模式激发的地脉动与近岸源区波浪场强度、观测点至源区距离及台风中心至海岸线距离等因素相关;而第二种模式激发的地脉动则主要受台风中心附近波浪场的频率成分与传播方向影响.     

台风“烟花”对江苏地区台基噪声自相关函数卓越周期的影响

2021年第6号台风“烟花”是2021年度对江苏地区影响最强烈的台风。地震台站台基噪声是影响观测质量的关键因素,为了探究台风“烟花”对江苏地区地震台站台基噪声的影响,利用江苏地震台网2021年7月1日至8月3日记录的连续波形数据,通过计算波形自相关函数卓越周期与台基噪声水平的速度均方根有效振幅(RMS),研究其与台风参数之间的关系。结果表明：①在台风 “烟花”初始发育阶段,卓越周期由平时的2—4 s逐步上升到4—7 s,随着台风影响范围逐渐向陆地转移,卓越周期缓慢降低,随着台风完全登陆并不断减弱,卓越周期又恢复到正常水平;②在台风“烟花”的整个进程中,绝大多数台站的RMS值变化幅度不超过正常值的15%,各台站RMS值变化幅度在正常波动范围内。     

地形重力波举力效应对台风路径偏转的影响

举力效应是指方向性切变气流经过地形激发的重力波能够使平均气流发生水平旋转.本文首先根据日本气象厅台风数据集统计了2006—2015年登陆台湾的台风个例,分析台风路径的偏转情况.然后利用二维傅里叶变换对欧洲中间尺度天气预报中心的再分析数据进行滤波,得到台风的环境大气层结和水平风场.最后根据台风环境风场以及台湾地形计算地形重力波举力,分析举力对台风路径偏转的可能贡献.结果表明,近十年共有20个台风登陆台湾,其中2006—2008年有10个.除去5个路径较为复杂的台风,本文对15个台风的地形重力波举力进行分析,发现有14个台风的路径偏转方向与举力方向一致.对于路径偏转最为明显的6个台风(偏转角度大于30°),地形重力波举力对台风路径偏转的贡献可达10%,部分解释了台风经过台湾地形时发生的路径偏转.     

台风“梅花”诱发平流层重力波的数值模拟与AIRS观测

为了分析台风这类强对流诱发平流层重力波的过程,本文利用中尺度数值模式WRF-ARW(V3.5)和卫星高光谱红外大气探测器AIRS数据对2011年第9号强热带气旋"梅花"的重力波特征进行了分析.首先,针对模式输出的垂直速度场资料的分析表明,台风在对流层各个方向上几乎都具有诱发重力波的能量,而在平流层内则呈现出只集中于台风中心以东的半圆弧状波动,且重力波到达平流层后其影响的水平范围可达1000km.此外,平流层波动与对流层雨带在形态、位置以及尺度上均具有一定的相似性.其次,对风场的分析结果表明,不同高度上波动形态的差异主要是由于重力波垂直上传的过程中受到了平流层向西传的背景风场以及风切变的调制作用,揭示了重力波逆着背景流垂直上传的特征.随后,基于FFT波谱分析的结果表明,"梅花"诱发的平流层重力波水平波长中心值达到了1000km,周期在15~25h,垂直波长主要在8~12km.最后,利用AIRS观测资料分析了平流层30~40km高度上的大气波动,得到了与数值模拟结果相一致的半圆弧状波动.对比结果也验证了WRF对台风诱发平流层重力波的波动形态、传播方向、不同时刻扰动强度的变化以及影响范围的模拟效果.此外,也揭示了多资料的结合对比有助于更加全面地了解台风诱发平流层重力波的波动特征.     

Conversion and comparability of data presentations on seismic background noise

Data on seismic background noise are collected, amongst others, for assessing the suitability of sites for temporary or permanent seismic recordings. Site quality requirements depend on the task of seismic observations and thus on their resolution, dynamic range, bandwidth and frequency range. Till now noise data are collected with a wide range of instruments, both analog and digital, of different bandwidth, resolution and transfer functions. Accordingly, noise appearence in seismic records, amplitude- and frequency-wise, differs and the various kinds of noise spectra derived therefrom vary too. They are not easily comparable amongst each other and with older presentations of noise spectra derived from analog records. Also, when having determined noise power density spectra from digital records it is not so obvious what this means in terms of noise ground motion amplitudes or noise appearance in records of different bandwidth and vice versa. The paper does not aim at serving as a guide to station site selection but rather to present and comment the relationships to be used for the conversion of power and amplitude spectra into different kinematic units and for calculating from the spectral representations of seismic noise the related frequency dependent RMS or average peak amplitudes of different bandwidth and vice versa. For the new global high (NHNM) and low-noise model (NLNM) given by Peterson (1993) in dB of acceleration power density the related velocity and displacement power spectral densities are presented both graphically and tabulated. Examples for the application of the conversion relationships and the effect of bandwidth on noise and signal amplitudes are given. For a selected data set from a site-selection noise survey in NW Iran the suitability of some potential sites is assessed by comparison with the NLNM.     

张家口地震台和兴隆地震台地脉动信号初步分析

选取河北省张家口和兴隆2个台站的数字化地震仪连续1年,每日02～03时的地脉动记录,计算功率谱和自相关函数。结果发现兴隆台脉动谱中有4个比较突出的峰值,分别为0．3Hz、3Hz、8Hz、15Hz,张家口台只有3个峰值0．3Hz、3Hz、15Hz。兴隆台UD向的自相关函数呈现出一种比较典型的“红噪声”形态,EW向则呈现出负相关特征,认为可能是只作用于水平向的倾斜脉动的影响。小幅度的仪器干扰信号无论从脉冲标定还是地震波形中都很难发现的,而对脉动进行谱分析则很容易分辨。兴隆台和张家口台地脉动卓越周期时间曲线,基本集中在0．3秒,比较稳定。     

电离层对台风响应的全过程的特例研究

作为特例研究,本文对1988年和1990年两次强台风影响期间的电离层多普勒记录及相应的台风资料进行了细致的相关分析,目的是利用多普勒记录的连续性优点来了解电离层对登陆（或近海）强台风通过声重波响应的演化全过程.分析表明,在这两次台风影响期间,电离层形态中除有明显的波状扰动（中尺度声重波）出现外,还有一些值得注意的新现象：波动的时间演化表现出明显的幅度逐渐增加以及频率由高频向低频转变,在振幅很大的情况下日落后同时出现扩展F（Spread F）现象,显示了声重波在激发电离层不规则结构方面的种子作用.这一演化过程与电离层中TIDs的线性传播理论一致,文中开展了对这一现象的非线性数值模拟,模拟结果基本上也与上述观测现象相吻合.     

Numerical study of the barotropic responses to a rapidly moving typhoon in the East China Sea

Barotropic responses of the East China Sea to typhoon KOMPASU are investigated using a high-resolution, three-dimensional, primitive equation, and finite volume coastal ocean model. Even the fact that the typhoon KOMPASU only brushed across the brink of China mainland without landing, it still imposed great influence across China's east coastal area, where storm surges ranging from 35 to 70 cm were intrigued during this event and a large wake of water setdown due to the outward radial transport driven by the cyclonic wind stress was generated after the KOMPASU traveled across the Yellow Sea. Analysis of the numerical results reveals that the barotropic waves propagating along the coast after the typhoon's landing can be identified as Kelvin wave and the currents associated with the storm are geostrophic currents. A series of model runs are initiated to diagnose the effects of wind stress, atmospheric pressure, and storm track variation on the surge's spatial distribution in the East China Sea. The barotropic waves affected by the atmospheric disturbance due to the typhoon in deep Pacific Ocean travel far more rapidly, arriving at the coastal regions at least 60 h ahead of the typhoon. The wave amplitudes are merely 0.2–0.4 cm and damp gradually due to friction. The model experiments also confirm that the surge levels in nearshore regions are highly dominated by winds, whereas the water level variations in deeper areas are controlled by the atmospheric pressure forcing during typhoon events in the East China Sea.     

Characteristics of coastal trapped waves along the northern coast of the South China Sea during year?1990

The structures and evolution of the coastal-trapped waves (CTW) along the northern coast of the South China Sea (SCS) in the year?1990 are studied using observed hourly sea level records collected from four sites around the northern SCS and a three-dimensional numerical model with realistic bathymetry and wind forcing. Analysis of the yearlong records of the observed sea level data indicates that the sea level variations are highly correlated between the stations and the sea level variability propagates southwestward along the coast. The sea level signals traveling from northeast to southwest along the coast with a propagation speed of 5.5–17.9?m?s^?1 during both the typhoon season and the winter month show the characteristics of a CTW. The wave speed is faster between stations Shanwei and Zhapo than that between Xiamen and Shanwei. Sea level variations during both typhoon season and winter month are reasonably well represented by the numerical model. The model runs focused on the wave signals related to typhoons and winter storm show that the CTW propagating southwestward along the coast can be reinforced or decreased by the local wind forcing during its propagation and there are apparent differences in the propagation characteristics between the waves along the mainland and those traveling around Hainan Island. The abrupt change of the shelf width and coastline around Leizhou Peninsula and Hainan Island are responsible for strong scattering of CTWs from one mode into higher modes. The alongshore velocities across different transects associated with CTW are investigated to examine the vertical structures of the waves. The alongshore velocity structures at transects during different events are related to the combined effect of stratification and shelf profile, which can be estimated using the Burger number. The empirical orthogonal function analysis of alongshore velocity and nodal lines of the mode structure suggest mode two CTWs in transect S2 during typhoon season and mode 1 CTWs during winter. Sensitivity model experiments are also performed to demonstrate the effects of local wind and topography on the wave propagation.