非线性随机海浪的波高分布

利用水波动力学中的Stokes波理论建立了随机波统计模式, 并由此导出了非线性海浪的波高概率分布函数. 结果表明, 水波波陡既可作为控制波高分布函数变化的参量, 又能通过它的大小体现波高分布偏离瑞利分布的程度.含有波陡参量的波高统计分布克服了瑞利分布大波预报过高, 而众值预报过低的不足之处; 同时也使得小概率对应的波高值比瑞利分布预报的为低.资料验证表明, 新提出的波高分布在应用中更为合理.     

巢湖快速变化风浪场及其环境效应

浅水湖泊风浪过程对于湖泊生态系统具有重要的意义.基于巢湖风场、风浪和水环境参数同步高频观测结果,详细分析了快速变化风场下的风浪快速变化特征及其对湖泊水环境的影响特征.浅水湖泊风浪的有效波高和平均波周期均随风速的快速变化有较好的同步响应规律.在风速快速衰减阶段,相较有效波高,波周期有更好的稳定性.湖泊水体pH、水温、溶解氧会快速响应风浪的变化,随着风浪强度增强,对水体浊度、总磷浓度以及藻密度和生物量的扰动影响逐渐呈现.强烈的风浪扰动引起水体浊度变化的滞后时间可达3 d.快速变化的风浪场下,风浪的强烈扰动会改变水体固有的理化参数分布特征,扰动藻类常规的水体分布规律,风浪强度是造成差异的主要因子.     

利用海啸数值模拟结果进行海底地震有限断层模型验证

基于地震有限断层模型进行海啸的数值模拟通常被用来估计海啸的到时、 波高等, 另一方面, 海啸数值模拟的结果也可以作为限定条件用来考察同一地震的不同断层模型之间的相对合理性。 采用国际上各地震研究机构在震后各自得出的不同的有限断层模型作为海啸源, 使用基于二维浅水波方程的海啸传播模型对2011年日本东北地震海啸的传播过程进行模拟, 以海啸模拟所得到的沿岸浪高分布、 平均波高、 最大波高等与实际观测值相比较, 进而判断由各有限断层模型所计算得到的海啸中哪个结果与实际的海啸情况更为符合, 由此推断断层模型的相对合理性。     

广东省东部地区背景噪声面波群速度层析成像

选取广东省东部及福建和江西测震台网的26个固定台站2011年3～9月的地震背景噪声的垂直分量数据,用互相关方法获得瑞利面波的格林函数,再用频时分析方法提取瑞利面波的群速度频散曲线,最后用面波层析成像方法反演得到研究区周期为5～15s的瑞利面波群速度图像.反演结果揭示了广东省东部地区浅部地壳群速度结构存在明显横向不均匀性.短周期群速度异常与研究区内山脉、盆地的分布有较好的对应关系,沉积厚度较大的盆地地区表现为低速异常,而基底埋深较浅的山脉则显示了高速异常;地热分布对面波群速度产生重要影响,地热值较高的区域面波群速度一般表现为低速异常;粤东地区特别是粤东沿海地区地壳中部可能存在低速层.     

富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法——以太湖为例

本文建立了一种富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法.选取表征藻源性湖泛的代表性指标叶绿素a和溶解氧浓度作为预测变量,以天气预报中的风场为驱动力,求解浅水湖泊三维水动力水质耦合数值模型,计算未来3 d浅水湖泊叶绿素a和溶解氧浓度的时空分布,然后结合未来3 d的气象因子信息建立经验公式,计算湖泛易发水域发生湖泛的概率,并进一步确定湖泛发生位置和面积.以太湖为例,采用构建的方法于2013 2014年夏、秋季对太湖7段湖泛易发水域的湖泛发生概率及发生面积进行未来3 d的预测预报,预报正确率在80%以上.     

修正数值天气预报的非系统性误差的变分方法

变分方法被用于根据分析场来估计数值天气预报的非系统性误差,从而对预报作出订正．这一方法中假设预报误差与预报场的某种组合线性相关,奇异值分解（SVD）技术被用于由一系列预报和分析场样本产生的相关矩阵得到预报场和误差场之间的映射关系,同时也降低了问题的维数,并使目标函数中的背景误差协方差矩阵成为简单的对角矩阵．利用两种有不同误差的浅水方程模式和模式资料对连续20次的6h,24h和48h预报进行了误差订正试验．试验采用了3种预报场组合方案：第一种方案是末时刻的预报场;第二种方案是初始场和末时刻预报场的组合;第三种方案是末时刻的预报场以及预报的倾向场的组合．结果表明当预报误差明显超过分析误差时,订正能够明显改进预报,其中第三种方案对预报误差的订正效果最好,而其他两种方案不能保证订正都能改进预报．     

海啸传播模型与数值模拟研究进展

海啸在浅水大陆架的传播问题由于其非线性作用和浅水效应而变得十分复杂,然而目前成熟的海啸传播理论及数值模拟结果在这方面与实际并不一致.本文比较分析了可用来模拟大陆架海啸传播的浅水波模型和数值方法,并提出对我国东海陆架边缘可能发生的近海海啸需要开展数值试验研究.     

DK1地震仪的面波震级起算函数研究di

使用1987～1993年DK1地震仪的地震记录，以国际地震中心(ISC)MS震级为标准震级，根据误差理论用最小二乘法拟合导出DK1地震仪面波震级起算函数．又从起算函数物理意义出发，根据成层介质中面波传播理论，考虑到地震波的频散、介质的吸收、地球介质与DK1地震仪所组成的线性滤波器对面波振幅和周期的影响，并假定面波最大振幅对应于Airy相，导出了DK1地震仪测定面波震级的起算函数． 使用本文导出的起算函数，不附加任何校正值．通过315个地震，对36个速报台的单台DK1面波震级和DK1速报台网的面波震级测定误差检验，结果表明，DK1面波震级MS(DK1)与国际地震中心(ISC)相应地震面波震级MS(ISC)之间在统计上无系统误差，平均误差接近于零．      

青藏高原Q值结构反演

利用中美合作在青藏高原布设的11台PASSCAL宽频带数字地震记录的瑞利面波资料,测定了青藏高原东部地区周期为10～130 s范围内的平均瑞利波相速度和衰减系数R；反演了该地区地壳、上地幔的平均S波速度结构和Q结构．结果表明，该地区平均Q值偏低，并在地壳中存在地震波强吸收层．地壳中的低Q层(Q=93～141)位于16～42 km的的范围内,它与S波低速层(21～51 km)基本一致.从地壳下部63 km后，Q值由114随深度逐渐低至上地幔180 km处的34.由地壳内低速层与低Q层相对应可以推测，在该深度范围内可能存在岩石的熔融或部分熔融现象.在反演的S波速度结构中，地壳的平均厚度为71 km，51 km处的下地壳存在一明显的速度界面,96～180 km处的低速层(4.26 km/s)可能与软流层相对应.      

浅水湖泊内源磷负荷季节变化的生物驱动机制

由于磷是重要的生源要素,过量的磷促进浮游植物(包括有毒蓝藻)的生长而使水质恶化,水-泥界面的磷交换机制受到广泛关注.一般认为沉积物的磷释放模式在浅水湖泊和深水湖泊之间有很大的差异.在探讨沉积物中磷释放机制时,人们一直最关注的要素为铁和氧及其相关的环境因子(如扰动、分解),但是浅水湖泊中磷含量变化的大部分结果仍然无法解释.通过对欧洲温带浅水湖泊和亚热带气候的长江中下游浅水湖泊中有关沉积物磷释放模式的野外和实验研究结果的分析,认为在浅水湖泊内源磷负荷季节变动模式的驱动因子中,pH可能比溶氧更为重要,即浮游藻类的光合作用增强时导致水体pH值的上升,这又可改变沉积物表面的pH,从而促进沉积物中磷(特别是铁磷)的释放并基于藻类水华对沉积物中磷的泵吸作用,首次提出了浅水湖泊中内源磷负荷的季节波动与营养水平密切相关主要是由于藻类光合作用驱动的新的观点.此外,浅水湖泊中藻类水华对沉积物磷的选择性泵吸作用,一方面圆满地解释了为何在超富营养的武汉东湖通过非经典的生物操纵于20世纪80年代中期消除了东湖的蓝藻水华后水柱中总磷和活性磷含量均显著下降,另一方面也解释了为何在许多欧洲湖泊的群落季节演替过程中出现的春季浮游植物较少的清水期或通过经典的生物操纵降低浮游植物的现存量均可显著地降低湖水中的磷含量.相对于深水湖泊来说,浅水湖泊生态系统结构的改变引发的浮游植物的兴衰,能对水-泥界面磷的交换能产生更显著的影响.也就是说,生物的生命活动同样可以驱动沉积物中营养盐的释放,而且在浮游植物丰富的富营养化浅水湖泊中,这种静态释放作用更为明显.     

利用地震背景噪声成像技术反演三峡库区及邻近地区地壳剪切波速度结构

本文利用三峡库区重庆遥测台网及邻近地区台网2012年1月至12月期间的连续波形记录,通过噪声互相关,提取了这些台站间的经验格林函数.并通过获取的经验格林函数瑞利面波频散信息,反演出该区域5~40 s瑞利面波相速度分布.周期5 s及10 s的相速度分布结果显示：四川盆地具有较厚的沉积盖层,其中盆地中部沉积层相对偏浅.而周期20 s及35 s的相速度分布结果显示：中下地壳的扬子克拉通整体呈现较高的相速度分布,具有相对坚硬的中下地壳结构.这其中吉首—常德的武陵山区附近出现明显高速异常,可能与江南古陆古火山岛链（雪峰—九岭弧形古火山群）活动有关,火山活动导致大量的基性-超基性幔源物质侵入地壳,造成了武陵山重力异常,并一定程度上阻挡了云贵高原和湘鄂西部的物质向南逃逸;在地形上,此处恰好对应我国地形第二阶梯向第三阶梯的过渡带,并将华南地块分隔为东西两大部分.最后我们在瑞利面波相速度成像的基础上,反演出该区域三维剪切波速度分布,结果显示四川盆地周边的龙门山、米仓山、大巴山、七曜山和大娄山等地质构造与地壳剪切波速度结构具有明显对应关系.研究结果有助于深入研究该区的深部地质构造特征与地震发生机理.     

考虑降雨空间变化的随机产汇流模型

引入两个负指数型差值函数,估计降雨量的概率分布,以此描述流域降雨空间变异性问题.将降雨量空间统计分布与垂向混合产流模型耦合进行产流量计算,即对地表径流,采用超渗产流模式,根据降雨与土壤下渗能力的联合分布推求其空间分布;对地面以下径流,采用蓄满产流模式,以地表渗入量的均值作为输入,进行简化处理以提高其实用性;最终推导出总产流量概率分布函数计算公式.将流域概化成一个线性水库,并根据随机微分方程理论,推导任一计算时段洪水流量的概率分布,从而构建了一个完整的随机产汇流模型.以淮河支流黄泥庄流域为例进行应用研究,结果表明,该模型可提供洪水过程的概率预报,可用于防洪风险分析,若以概率分布的期望值作为确定性预报,亦具有较高精度.     

潜在震源区期望震级和期望距离及其计算方法

在合成地面运动时程曲线时, 需要确定地震动的持续时间。确定该参数需要知道对场点起主要作用的潜在震源区的震级和距离。在讨论地震烈度区划的远场和近场问题时, 也需知道对场点起主要影响的地震的震级和距离, 本文首先推导了由地震带地震震级分布函数和地震空间分布函数确定潜在震源区的地震震级分布函数的公式, 并建立了潜在震源区内在地震烈度超过给定地震烈度值情况下的震级与空间联合概率分布函数, 并据此导出了计算潜在震源区期望震级和期望距离的基本公式。文中以华北地区的几个场点为例, 给出了几个估计期望震级和期望距离的例子。结果表明, 期望震级和期望距离不但与场点和潜在震源区的几何关系有关, 而且与给定超越概率的烈度值Id有关。      

科左后旗MS 5.3地震前L g波衰减参数变化特征

<正>1研究背景一般认为,波在地壳介质中经多次全反射形成Lg波。Lg波是区域震相中强度最为突出且能量最大的震相,对地壳构造及地壳介质物理参数的变化更为敏感(刘建华等,2004)。一般,地下介质Q值反映了地震波的衰减程度,高Q值对应弱衰减,低Q值对应强衰减。邵媛媛等(2022)基于Lg波谱比联合反演方法(朱新运,2007)分析了2013年灯塔M_S 5.1地震前后Lg波衰减参数的变化,所得结果较为理想。本文拟利用相同方法,分析2013年4月22日科左后旗M_S 5.3地震震前区域介质Lg波Q值和η值的变化特征。     

由速度谱测定微震的地震矩

本文根据Ｋ．Ａｋｉ（１９８０）提出的ω平方、常应力参数谱衰减模式．研究了地面运动速度谱衰减的带宽效应，导出了用速度谱直接估算地震矩Ｍ０的新方法。利用中日合作在滇西地震预报实验场区的洱源、脉地、松桂三个地区新获得的三次微震群序列数字化记录资料，通过不同参数Ｑ值和△σ值的计算比较，选取Ｑ＝３００，△σ＝１．０ＭＰａ作为测定的参数值，计算了Ｐ波和Ｓ波速度谱的理论量板，并且与实际观测点的低频速度谱值相比较，用这样的方法测定了三次震群序列的地震矩Ｍ０和震源参数。结果给出，在震级为１．０～２．５级的范围内，地震矩Ｍ０＝１０（１０）～１０（１３）（Ｎ·ｍ），震源破裂半径ａ＝７０～２００（ｍ），Ｐ波和Ｓ波的拐角频率比ｆ（ｏｐ）／ｆ（ｏｓ）＝１．５８。用Ｐ波或Ｓ波三分量的速度谱值测定的地震矩比较一致，以及在相同震级范围内，用速度谱方法测定的结果与其它方法测定的结果也基本一致。本文提出的速度谱测地震矩的方法是一种简便实用的方法，当地震矩和观测低频谱值（如ｆ＝１．０ＨＺ）已知时，可通过查函数表值快速测定Ｍ０值。     

用烈度资料反演Q_s、扩散因子和震源S波加速度

本文采用发生在中国的35个地震的烈度资料,用阻尼最小二乘法解超定方程组的方法,反演了中国7个区的1秒周期S波品质因子Q_S的平均值、扩散因子和震源S波加速度.并探讨了震源S波加速度与震级的关系.作为一个例子,反演了台湾地区Q_s值的二维平面分布,发现Q_s值分布与布格重力异常、地震活动性存在某种对应关系. 对反演结果进行了初步分析和讨论,并估计了Q_s的误差.     

用烈度资料反演Qssub>、扩散因子和震源S波加速度.

本文采用发生在中国的35个地震的烈度资料,用阻尼最小二乘法解超定方程组的方法,反演了中国7个区的1秒周期S波品质因子Q_S的平均值、扩散因子和震源S波加速度.并探讨了震源S波加速度与震级的关系.作为一个例子,反演了台湾地区Qs值的二维平面分布,发现Qs值分布与布格重力异常、地震活动性存在某种对应关系. 对反演结果进行了初步分析和讨论,并估计了Qs的误差.      

华北地区基于噪声的瑞利面波群速度层析成像

本文利用华北地震科学台阵2007年1~4月份、190个宽频带和10个甚宽带垂直分量的地震噪声数据,通过互相关方法提取了瑞利面波的经验格林函数,用多重滤波方法测量了瑞利面波的群速度频散曲线.我们将研究区域划分为0.5°×0.5°的网格,利用噪声层析成像方法得到了研究区域7 s、12 s、16 s、23 s的瑞利面波群速度分布图像,所得结果较好地揭示了地壳内部、尤其是浅部地壳的横向速度变化.研究表明,短周期的群速度分布同地表地质结构、地形密切相关;华北地区的地壳结构具有明显的横向不均匀性,华北盆地及山间的沉积盆地显示出低速异常,而基岩广泛出露的太行山和燕山隆起区,呈现高速异常;多数强震(M≥6.0级)都发生在高群速度与低群速度的过渡地带.     

基于精确Zoeppritz方程三变量柯西分布先验约束的广义线性AVO反演

常规AVO三参数反演是通过Zoeppritz方程的近似公式来建立AVO正演模拟的过程,然而在P波入射角过临界角和弹性参数在纵向上变化剧烈的情况下,Zoeppritz方程近似公式精度有限.针对这种情况,可以使用精确的Zoeppritz方程来构建反演目标函数,由于精确Zoeppritz方程中P波反射系数和弹性参数之间是一种复杂的非线性关系,通常解决途径是利用非线性的优化算法来进行数值计算,但是非线性优化算法的缺点是计算量过大;另外一种途径是利用广义线性反演的方法,通过泰勒一阶展开式将P波反射振幅展开后,用线性关系近似表达非线性关系,经过几次迭代后,在理论上可以达到很高的精度,但是广义线性反演算法的核心部分--Jacobian矩阵由于矩阵条件数过大,往往会造成反演算法的不稳定,其应用范围得到了限制.贝叶斯反演方法是通过引入模型参数的先验分布结合噪声的似然函数,生成模型参数的后验分布,通过求取模型参数的最大后验概率分布来得到模型参数的反演解,由于引入模型参数的先验分布信息,可以有效的降低反演的不适定问题.本文将两种反演算法的思想相结合,利用广义线性反演算法的思想,构建AVO正演模拟的过程来提高大角度地震数据反演的精度,同时结合贝叶斯理论,通过引入模型参数的先验分布信息构建反演目标函数的正则化项,可以有效降低由于Jacob矩阵条件数过大带来的反演不适定问题,该算法假设模型参数服从三变量柯西分布.     

流体饱和多孔隙介质二维弹性波方程正演模拟的小波有限元法

本文将小波有限元法引入到流体饱和多孔隙介质二维波动方程的正演模拟中,以二维Daubechies小波的尺度函数代替多项式函数作为插值函数,构造二维张量积小波单元.引入一类特征函数解决了Daubechies小波没有显式解析表达式所带来的基函数积分值计算问题,并推导出计算分数节点上Daubechies小波函数值的递推公式,从而构造出由小波系数空间到波场位移空间的快速小波变换.数值模拟结果表明该方法是有效的.