计算井水位对固体潮和气压滞后响应的新方法

提出了一种计算井水位对固体潮和气压滞后响应的新方法.利用杜得森潮汐展开和泰勒级数展开,导出了计算井水位固体潮系数和气压系数以及滞后时间公式,并给出了考虑滞后影响的井水位固体潮和气压改正公式.利用该法处理了鲁03井水位和气压观测资料,求出该井水位固体潮系数为1.8mm/10~_(-3),水位对固体潮响应的滞后时间为1.53小时,气压系数为6.4mm/hPa,滞后时间为1.5小时。与以前的一般回归分析方法相比,改正后的水位中误差明显减小,改正效果较好。     

井水位对固体潮-气压综合作用的响应关系研究

本文基于井水位微动态对固体潮和大气压响应的物理机制, 运用水-岩耦合理论, 建立了井水位对固体潮-气压综合作用的响应模型。 以邛崃川22井和南溪川12井为例, 通过井水位与固体潮和气压原始曲线的对比及拟合分析, 对井水位对固体潮-气压综合作用的响应模型进行了验证。 结果表明, 两口井对固体潮-气压综合响应非常好, 井水位的变化均由固体潮和气压变化引起。 两口观测井中, 以南溪川12井的水位综合响应能力较好, 邛崃川22井水位受到较多的杂讯干扰, 水位曲线日变化较复杂。 对邛崃川22井进一步分析表明, 利用井水位时段平均值可有效消除观测误差, 用小时值计算时可以忽略井水位对气压响应的滞后效应。     

小波分析在井水位的气压和潮汐改正中的应用

本文将小波分析方法应用于地下水位观测资料的气压和潮汐改正中。该方法利用小波将气压观测和理论重力固体潮资料分解为不同频段的时间序列,用最小二乘法求出气压和固体潮不同频段的响应系数,以消除气压和固体潮对水位的影响。用该方法计算的结果与一般线形回归分析方法得到的结果进行对比,发现该方法能更有效地分析和消除气压和固体潮对地下水位的影响。小波分解在井水位气压、潮汐改正中的应用以波动理论和振动理论为基础,它不仅考虑了观测资料的频率域特性,而且还能直接在时间域内计算出不同频率范围的气压系数和潮汐系数,具有明确的物理意义。     

从水位观测数据中排除非构造因素影响的状态空间分析方法

为了更有效地利用地下水位观测数据开展地震预测,需要排除其它因素对地下水位的干扰.降雨、气压和潮汐是影响地下水位的3个重要的非构造应力因素,对此建立状态空间模型以提取与地震有关的水文异常.这个模型把观测到的地下水位时间序列分解为气压响应、潮汐响应、降雨响应、噪声因子和水位残差5个因子,运用状态空间分析方法,从地下水位的实际观测数据中分解出气压、潮汐和降雨等主要的非构造因素对地下水位的影响,从而得到构造应力影响下的地下水位数据,以便于提取与地震活动有关的异常信息.     

武汉台重力潮汐长期观测结果

采用武汉台超导重力仪(SG C032)14年多的长期连续观测资料,研究了固体地球对二阶和三阶引潮力的响应特征,精密测定了重力潮汐参数,系统研究了最新的固体潮模型和海潮模型在中国大陆的有效性.采用最新的8个全球海潮模型计算了海潮负荷效应,从武汉台SG C032的观测中成功分离出63个2阶潮汐波群和15个3阶潮汐波群信号,3阶潮波涵盖了周日、半日和1/3日三个频段.重力潮汐观测的精度非常高,标准偏差达到1.116 nm·s^-2,系统反映了非流体静力平衡、非弹性地球对2阶和3阶引潮力的响应特征.结果表明,现有的武汉国际重力潮汐基准在半日频段非常精确,但在周日频段存在比较明显的偏差,需要进一步精化.对于中国大陆的大地测量观测,固体潮可以采用Dehant等考虑地球内部介质非弹性和非流体静力平衡建立的固体潮理论模型或Xu 等基于全球SG观测建立的重力潮汐全球实验模型作为参考和改正模型,海潮负荷效应应该采用Nao99作为改正模型.     

南极中山和长城站重力潮汐观测研究

利用3台LaCoste-Romberg型弹簧重力仪（G-589、ET-20和ET-21）在南极中山站和长城站的长期重力潮汐观测资料，在武汉国际重力潮汐基准上精密测定了中山站和长城站的重力潮汐参数，其中主波振幅因子的标准偏差优于0.5％．各潮波的观测振幅在中山站比在长城站的小得多，两站周日潮（O1）的观测振幅因子相差约7％，而半日潮（M2）的观测振幅因子相差超过40％，气压和温度等气象因素的变化对观测结果的影响很明显．海潮负荷对两台站潮汐观测的影响非常显著，采用Schwiderski全球海潮模型对观测结果作海潮负荷重力改正．结果表明，经海潮改正后，各潮波的观测残差有较大幅度的减小，但是，由于采用的海潮模型没有顾及台站近区的海潮负荷效应，所以，O1 波的振幅因子对相应理论潮汐模型值之间存在大约4％（中山站）和9％（长城站）的偏差．      

菏泽5＼9级地震前豫01井水位对气压和固体潮响应的变化

本文给出了一种处理井水位的新方法，它考虑了井水位对气压和固体潮响应的滞后影响。利用泰勒和杜得森展开法，导出了计算井水位气压系数，固体潮系数以及它们的滞后时间的公式，并给出了考虑滞后影响的井水位气压与固体潮改正公式。我们利用这一新方法处理了豫０１井１９８３年的观测资料，计算出每天的井水位固体潮，气压系数和它的滞后时间。该４种参数在１９８３年１１月７日菏泽Ｍｓ５．９级地震时大幅度变化。而且在地震前，后     

基于EEMD分解的气压改正方法研究

利用超导重力仪观测数据精确测定低于1 mHz的地球自由振荡简正模式的分裂频率,是在不与任何弹性系数发生联系的情况下改善一维密度模型的有效方法.但在该频段台站局部气压变化对重力观测数据的影响成为主要干扰来源,且具有频率依赖特性,因此精细地开展气压改正成为利用超导重力数据检测低频自由振荡信号的必要手段.本文基于EEMD方法,提出了一种具有频率依赖特性的气压改正方法.该方法将重力观测和气压变化分解成处于不同频段的本征模态函数,并在相应频段上分别进行重力-气压变化的回归分析,计算得到具有频率依赖特性的气压导纳值,精细地消除气压变化对重力观测的影响,并以此对微弱低频地球自由振荡信号开展高分辨率分析.基于本文提出的气压改正方法,利用大地震后的超导重力数据检测了频率小于1.5 mHz的低频地球自由振荡及其频谱分裂现象.研究结果表明：利用该方法进行气压改正后检测得到的各简正模具有更高的信噪比,估计的本征频率误差水平明显降低,获得的基频球型振荡₀S₂和₀S₃以及一阶球型振荡₁S₂的分裂谱峰的估计精度更高,同时还检测到了部分环型振荡在重力观测中的耦合现象.对低频地球振荡的高分辨率检测结果验证了基于EEMD分解提出的气压改正方法的有效性,同时再次证明了超导重力仪观测数据在低频地球自由振荡检测中的优势.     

九江地震台洞体应变观测环境影响分析

对九江地震台2008—2013年洞体温度年变化、气压上升、集中降雨、抽水和承压含水层卸载对洞体应变产生的异常进行统计,获得应变异常量级范围,建立洞体应变观测简单静力学模型。研究认为,九江地震台山洞线应变年变化由观测基线介质的温度效应引起,而气压、降雨、抽水和含水层卸载引起的应变变化则主要由山体附加应力决定。     

重力潮汐观测资料的改正和异常背景值的显示问题

本文系统地研究了重力潮汐观测的改正和作为地震预报研究的异常背景值的显示问题.文章讨论了仪器弹性系统流变模型改正和惯性改正以及海洋潮汐等的资料精确化问题和气压、地下水等对重力潮汐观测的影响,并给出了相应的结果.文章还讨论了台站重力测量中非潮汐信息的提取问题,从理论上论证并对比了几种滤波器的实质.      

计算岩石波速空间平均的极限近似模型

本文在传统的岩石波速空间平均模型（Voight模型,Ruess模型,Hill模型和几何平均模型）的基础上,提出了一种极限近似模型.在这种模型中,它是利用作者提出的一个基于Hill模型（即代数平均模型）和几何平均模型的递推关系式,并利用这个关系式计算求出模型的极限近似值,该值介于Hill模型和几何平均模型之间,是具有典型代表意义的一个值.     

陕西地区地壳速度模型研究

本文以陕西地震台网2009年1月—2014年4月地震观测报告数据为基础,并在前人对该区域地壳速度模型研究成果的基础上,依据地震、爆破及塌陷的震相速度拟合曲线与折合走时曲线等结果,确定初始模型及扰动范围。再采用Hyposat定位程序对地震资料进行“试错”,最终确定了可供台网日常使用的地壳速度模型及各层的波速比结果,最后对模型进行了对比检验。结果表明:2015模型比1985模型的定位走时残差小,震中位置偏差减小,确定的实测爆破地震位置参数更准确。2015模型较1985模型更符合陕西地区的地质构造特征。     

地震学模式的建构与重新建构

地震学模式经过历史建构后，并没有终结我们对种类繁多、特性各异的地震的认识。本文从“建构”与“重新建构”的辩证关系入手，以地震学模式的“静态特性”和动态特性”为讨论基础，结合地震学长久的经验和理论发展，从四个方面探讨了地震学模式的重新建构：从“个体模式”到“群体模式”、“统一模式──多元模式──新的统一模式”、从“经验模式”到“理论模式”、同一问题的多元模式解以及模式重建的两种主要方式。文章同时还归纳总结了“建构”与“重新建构”中存在的主要问题并提出富有建设性的设想。     

A distributed monthly hydrological model for integrating spatial variations of basin topography and rainfall

Hydrological models at a monthly time‐scale are important tools for hydrological analysis, such as in impact assessment of climate change and regional water resources planning. Traditionally, monthly models adopt a conceptual, lumped‐parameter approach and cannot account for spatial variations of basin characteristics and climatic inputs. A large requirement for data often severely limits the utility of physically based, distributed‐parameter models. Based on the variable‐source‐area concept, we considered basin topography and rainfall to be two major factors whose spatial variations play a dominant role in runoff generation and developed a monthly model that is able to account for their influences in the spatial and temporal dynamics of water balance. As a hybrid of the Xinanjiang model and TOPMODEL, the new model is constructed by innovatively making use of the highly acclaimed simulation techniques in the two existing models. A major contribution of this model development study is to adopt the technique of implicit representation of soil moisture characteristics in the Xinanjiang model and use the TOPMODEL concept to integrate terrain variations into runoff simulation. Specifically, the TOPMODEL topographic index ln(a/tanβ) is converted into an index of relative difficulty in runoff generation (IRDG) and then the cumulative frequency distribution of IRDG is used to substitute the parabolic curve, which represents the spatial variation of soil storage capacity in the Xinanjiang model. Digital elevation model data play a key role in the modelling procedures on a geographical information system platform, including basin segmentation, estimation of rainfall for each sub‐basin and computation of terrain characteristics. Other monthly data for model calibration and validation are rainfall, pan evaporation and runoff. The new model has only three parameters to be estimated, i.e. watershed‐average field capacity WM, pan coefficient η and runoff generation coefficient α. Sensitivity analysis demonstrates that runoff is least sensitive to WM and, therefore, it can be determined by a prior estimation based on the climate and soil properties of the study basin. The other two parameters can be determined using optimization methods. Model testing was carried out in a number of nested sub‐basins of two watersheds (Yuanjiang River and Dongjiang River) in the humid region in central and southern China. Simulation results show that the model is capable of describing spatial and temporal variations of water balance components, including soil moisture content, evapotranspiration and runoff, over the watershed. With a minimal requirement for input data and parameterization, this terrain‐based distributed model is a valuable contribution to the ever‐advancing technology of hydrological modelling. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

湖泊富营养化响应与流域优化调控决策的模型研究进展

湖泊富营养化是全球水环境领域面临的长期挑战,富营养化响应与流域优化决策模型是制定经济和高效调控方案的关键.然而已有的模型研究综述主要集中于模型开发、案例应用、敏感性分析、不确定性分析等单一方面,而缺少针对非线性响应、生态系统长期演变等最新湖泊治理挑战的研究总结.本文对数据驱动的统计模型、因果驱动的机理模型和决策导向的优化模型进行了综述.其中,统计模型包含经典统计、贝叶斯统计和机器学习模型,常用于建立响应关系、时间序列特征分析以及预报预警;机理模型包含流域的水文与污染物输移模拟以及湖泊的水文、水动力、水质、水生态等过程的模拟,用于不同时空尺度的变化过程模拟,其中复杂机理模型的敏感性分析、参数校验、模型不确定性等需要较高的计算成本;优化模型结合机理模型形成“模拟优化”体系,在不确定性条件下衍生出随机、区间优化等多种方法,通过并行计算、简化与替代模型可一定程度上解决计算时间成本的瓶颈.本文识别了湖泊治理面临的挑战,包括:①如何定量表征外源输入的非线性叠加和湖泊氮、磷、藻变化的非均匀性?②如何提高优化调控决策和水质目标的关联与精准性?③如何揭示湖泊生态系统的长期变化轨迹与驱动因素?最后,本文针对这些挑战提出研究展望,主要包括:①基于多源数据融合与机器学习算法以提升湖泊的短期水质预测精度;②以生物量为基础的机理模型与行为驱动的个体模型的升尺度或降尺度耦合以表达多种尺度的物质交互过程;③机器学习算法与机理模型的直接耦合或数据同化以降低模拟误差;④时空尺度各异的多介质模拟模型融合以实现精准和动态的优化调控.     

Model structure exploration for index flood regionalization

Although the nonlinear power form model structure is widely accepted by practitioners in the flood regionalization modelling, there is a lack of studies on whether there is a room for further improvement, and if the answer is yes, what should be done to explore alternative model structures. A framework is proposed in this study towards investigating this issue by the following steps: (i) a universal data‐driven model is utilized to see if there is a room for improvement compared with the conventional model, and (ii) if improvement is achieved, this means that there should exist more effective model structures than the current form. However, because the universal data‐driven models are usually opaque, more explicit model structures should be explored, which are convenient for practical usage. In this study, the proposed framework is applied in a case study using the catchment characteristics from the Flood Estimation Handbook in conjunction with the gamma test, support vector machine (SVM) and genetic programming (GP). First, the gamma test is used for the purpose of input variables selection where no model structure needs to be defined as a priori, and therefore, the result can be applied to any model structures for model building. Second, an SVM, which is a powerful data‐driven nonlinear model capable of modelling a variety of nonlinear systems, is applied to the index flood model for the first time. Once the best model is determined using those two data‐driven tools, GP is employed to find an alternative model structure. As the SVM is not formulated for producing explicit model functional form, the GP offers an advantage at this point where it can infer an explicit mathematical model functional form. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

磁层磁场模式的研究进展

磁场模式是表述空间磁场的一种有效工具,对于研究磁层大尺度电流系的发展变化和辐射带粒子具有重要意义.本文介绍了三种主要的磁层磁场模式,即经验模式、抛物面模式和事件导向模式,结合模式的原理和特点,对模式的改进情况和性能检验进行了详细论述,并对三种模式进行了对比分析.三种模式都能对暴时磁场进行动态模拟.最近的Tsyganenko模式考虑了太阳风的历史作用,每个磁场源都有自己的松弛时间尺度及驱动函数;抛物面模式A01中增加了场向电流及窄尾流效应;事件导向模式G03增加了非对称环电流和局地窄尾流片效应.     

地震活动数学建模的物理含义及等价动力学过程

在对时序数学模型进行较为系统地研究的基础上，本文探索将离散数学模型转换为连续动力微分方程，实现由实测数据反演动力微分方程。本文介绍了模型转换的原理、具体计算方法，探讨了方程的物理含义及所反映的动力学过程，并给出了计算实例。     

Towards using pedotransfer functions for estimating infiltration parameters

ABSTRACT

Water infiltration into soils is an important component of hydrological processes. Direct measurement of infiltration is time consuming, expensive and often involves large spatial and temporal variability. The objective of this study was to develop and verify parametric pedotransfer functions (PTFs) to predict infiltration parameters. Consequently, 119 double-ring infiltration data were collected. The parameters of Philip, Kostiakov, Kostiakov-Lewis and Horton models were obtained, using the sum of squares error optimization method. Some parametric PTFs were then derived to predict the parameters of the infiltration models, using stepwise regression analysis. The results indicated a reasonable estimation of infiltration parameters by the derived PTFs. These results were more accurate when the land use of the studied area was considered. Overall results of this study suggest infiltration-based PTFs could be established as a reasonable indirect method for estimating infiltration parameters.

Editor M.C. Acreman; Associate editor N. Verhoest     

一种新的全球对流层天顶延迟模型GZTD

对流层延迟是GNSS导航定位主要误差源之一,主要受气象参数(如总气压、温度和水汽压等)的影响,具有变化随机性强的特点.本文利用 GGOS Atmosphere提供的2002-2009年全球天顶对流层延迟格网时间序列研究了全球对流层天顶延迟的时空变化特征.并以此为基础对全球天顶对流层延迟(Zenith Troposphere Delay, ZTD)进行建模,提出了一种基于球谐函数的全球非气象参数对流层天顶延迟改正模型--GZTD模型.实验对比结果表明考虑ZTD经纬向变化的GZTD模型内符合精度全球统计结果(bias:0.2 cm,RMS:3.7 cm)优于只考虑ZTD纬向变化的UNB3m (bias:3.4 cm,RMS:6.0 cm)、UNB4 (bias:4.7 cm,RMS:7.4 cm)、UNB3 (bias:4.0 cm,RMS:7.0 cm)和EGNOS (bias:4.5 cm,RMS:6.9 cm)等模型.使用全球385个IGS站进行外符合检验,统计结果表明GZTD模型(bias:-0.02 cm,RMS:4.24 cm)同样优于其它模型.GZTD模型具有改正效果良好、使用简单、所需参数少等优点.