地震区划中混合地震模型研究——以祁连山为例

以祁连山为研究区,以上限震级７．５和８．０的潜源为特征地震段,利用滑动速率法分别计算上述每个潜源中７．０～７．４级,７．５～７．９级地震的复发间隔。特征地震选用ＮＢ模型条件概率和ＮＢ累积概率模型,中强震采用中国地震区划图（１９９０）的分档泊松模型,组成混合地震模型,用中国西部椭圆地震衰减公式,计算了未来５０ａ,超越概率为１０％的地震烈度。计算结果认为累积概率模型当地震离逝时间长而潜源面积小时影响大,面积大的潜源应进一步考虑潜源的稀释问题     

交城断裂带北段最大潜在地震发震概率评估1

基于太原市目标区交城断裂带的定量研究,特别是对活动断裂上的古地震资料进行的系统、详细的分析与总结,建立了反映该断裂地震地质特点和运动学属性的复发模式和概率模型.引入震级-地表破裂长度、震级-震源破裂长度、震级-断层破裂面积以及震级-地震矩的经验关系进行震级估计,最后进行综合评估以确定交城断裂带北段潜在地震的最大震级.复发模式的建立兼顾了泊松和准周期两种模式,利用专家意见法组合相应的Poisson模型和BPT模型,计算活动断裂最大潜在地震的复发概率.结果表明,交城断裂带北段潜在地震最大震级为Ms7.2级,而未来50a、100a、200a发生Ms7.2级地震的概率分别为2.1％、4.0％和7.9％.     

新疆地区典型潜在震源区大震年发生率的估计

利用活动断裂定量研究资料（滑动速率、古地震等）,结合新疆地区的地震构造环境特征分析,研究了典型潜在震源区大震复发模式,建立了具有区域特征的混合模型,以此评定了新疆地区典型潜在震源区大震的年发生率。混合模型由截断G-R关系模型和特征地震模型构成,计算时先分别计算两个模型的大震分震级档年发生率,然后根据潜在震源区地震地质资料的完备性情况、可靠程度以及大震孕育的区域性特征为两个模型的分震级档结果赋予一定权重,最后求两个模型的加权和。大震复发间隔的计算中利用汶川地震与集集地震的最大垂直位错和平均垂直位错统计关系约束了逆冲型断裂的平均位错量,潜源区的大震年发生率的计算考虑了级联破裂问题。结果表明,本研究所得高震级档大震年发生率比第三代、第四代地震区划图小,文中对这一现象产生的原因进行了初步分析。     

乌鲁木齐地区活动断裂强震复发概率模型研究

基于乌鲁木齐地区活动断裂的定量研究和区域地震活动性的分析,特别是对活动断裂(带)上的古地震和现代地震资料进行的系统、详细的分析与总结,以西山断裂为例,建立了反映该断裂地震地质特点和运动学属性的复发模式和概率模型。复发模式的建立兼顾了泊松和准周期2种模式。概率模型的建立包括2个层次上的内容:分析断裂上的古地震和历史强震目录(1863—2006年)以获得地表破裂型地震(MS≥6.7)的平均复发间隔;分析活动断裂所在潜在震源区的现代地震目录(1970—2006年,MS=2.0～5.0)以确定中等以上地震(MS≥5.0)的平均复发间隔;利用专家意见法组合相应的Poisson模型和BPT模型计算活动断裂各级地震的复发概率。计算结果表明,西山断裂地表破裂型地震的100a发震概率为4.0%,50a发震概率为3.6%。另外根据古地震资料、断裂规模和倾向滑动速率获得的西山断裂(带)的最大发震能力为7.5级。该研究综合应用了本地区的最新地震地质研究成果,在一定程度上较好地描述了断裂上地震活动的复杂性,可以较全面地评估乌鲁木齐地区活动断裂的地震危险性,该研究方法适合于地震地质资料较难完整获取的地区     

大渡河流域地震发生概率研究

将城市直下型地震危险性分析中确定地震发生概率的方法,运用到大渡河梯级大坝系统所在流域的地震发生概率研究中.以编制中国地震动参数区划图(2001所确定的潜在震源区方案数据为基础,用泊松分布建立地震发生模型,震级服从截断指数分布.以潜在震源区地震空间分布函数作为地震的一级空间概率分布,以潜在震源区内地震的均匀分布为二级空间概率分布,考虑中国西部烈度衰减关系,计算了有22个串联梯级大坝系统的大渡河流域6级左右(5.5～6.5级)、7级左右(6.5-7.5级)和7.5级以上破坏性地震的发生概率.为该流域梯级大坝的选址、抗震设防及水电规划等提供一定的参考依据.     

夏垫断裂荣家堡探槽揭示的断裂活动特征及未来地震危险性概率评价

时间相依的活动断裂地震危险性概率评价以地震地质学定量研究为基础,采用随离逝时间增长的发震概率和预测震级共同描述断裂段的地震危险性,对地震预防和灾害管理具有重要的现实意义。传统概率方法中泊松分布(Poisson)模型的时间不相关性与活动断裂上大地震的活动特征不符,不能直接用于计算上次大地震离逝时间较短的活动断层的地震危险性。曾于1679年发生过三河-平谷8级大地震的夏垫断裂即是典型实例,现有的泊松模型可能高估了该断裂的潜在地震风险,应考虑该地震之后的应力积累和时间因素来评估其地震危险性。文中基于野外探槽古地震和地貌测量等调查工作,揭示该断裂晚全新世以来发生过2次古地震事件:事件E1即1679年三河-平谷大地震,距今341a;另一次古地震事件E2的年龄限定为距今(4.89±0.68) ka,平均同震位移约为(1.4±0.1) m。与前人的研究数据进行对比可发现,最近一次大地震的离逝时间约341a,预测未来的最大震级为8.0级。同时,文中采用时间相依的布朗模型(BPT)、随机特征滑动模型(SCS)和通用模型(NB)表述断层破裂源上特征型地震活动的时间相依特征,综合计算了该断裂带未来30a的强震发震概率,并与泊松模型的计算结果进行了对比。研究结果表明,该断裂未来30a的强震发震概率较低,原来所采用的时间不相关的泊松模型所计算的发震概率值相对偏保守。所得结果有助于科学评价该断裂的地震潜势,同时有助于讨论时间相依的概率方法如何更好地适用于东部地区活动断裂的地震危险性评价。     

论发震构造特性在潜在震源区参数确定中的应用

发震构造特性是潜在震源区划分及其地震年发生率确定的重要依据。潜在震源区除了反映“未来具有发生破坏性地震的地区”的内涵外,还应反映高震级档地震具有相似复发特征的涵义。由于在地震活动性参数统计单元内,有一些具有不同本底地震的活动构造块体,为更好地反映地震活动的空间不均匀性,考虑潜在震源区的三级划分是有必要的。通过分析潜在震源区内高震级档地震的复发特征,计算预测时段内潜在震源区的高震级档地震的发震概率,采用预测时段内概率等效转换获得地震年平均发生率的方法,有助于在中国地震危险性分析框架内考虑潜在震源区的强震复发特性。另外,文中还对潜在震源区内特征地震次级震级档频度不足的特性和发震构造上强震非均匀性在地震危险性分析中的应用问题进行了探讨     

新地震区划图潜在震源区划分的主要技术特色

简要介绍了新地震区划图潜在震源区划分方案的形成过程,重点分析了潜在震源区三级划分、东西部地区潜在震源区划分技术途径的差异、不同级别活动块体边界带对高震级潜在震源区划分的控制作用、发震构造模型及其在潜在震源区划分中的应用等主要技术特色.共划分出29个地震带、77个地震构造区和1199个潜在震源区.与中国地震动参数区划图(2001)中综合方案相比,东西部地区潜在震源区的个数都有较大的增加,其中东部地区体现在震级上限6.0、6.5和7.0级的中强潜在震源区个数的明显增加,与划分工作中加强了该地区中强地震发震构造的判识研究相关;而西部地区体现在震级上限7.5和8.0级的高震级潜在震源区个数的大幅度增加,与划分工作中注重了活动块体边界带高震级潜在震源区划分,以及强调应用发震构造模型指导潜在震源区划分的技术特色相协调.     

中国东部中强地震潜在震源区地震复发概率分布

本文对中国大陆东部102个中强潜在震源区内1500a以来5—6级地震的复发间隔进行了统计分析,得到了中强地震复发间隔不仅受潜源内断层活动性影响,还与发震构造是否交汇及邻区构造活动等因素有一定关系。中强地震复发间隔大致满足指数分布,通过给出的概率模型可以计算出研究区内各潜在震源区未来一定时间内的发震概率,为地震危险性分析提供一些基础资料。     

中国城市直下型地震危险性分析研究

本文根据泊松模型,并采用第四代区划图综合潜源区数据方案,计算了我国(不包含港、澳、台湾地区)大部分城市未来50年发生6级左右和7级以上直下型地震的危险性。并初步探讨如何计算城市和城市群的直下型地震概率。结果表明:我国很多城市都可能发生直下型地震,而且危险性比较高。     

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.