地震大地测量学五十年——对学科成长的思考

基于21世纪地球科学发展战略,从科学方法论和科学文化的视角,反思学科发展中可能存在的几个问题：观测理论与技术的“引擎”作用;观测数据挖掘与理解;多尺度动力系统模拟;推进预测进步;学科框架与科学认知途径等。     

高频GPS动态监测地表形变的试验与研究

设计了位移形变模拟试验场并进行位移形变模拟试验,利用Bernese 5.0软件的单历元单点定位功能,处理并分析了位移模拟形变试验获取的1 Hz GPS数据.并以2008年5月12日汶川地震为例,获取了震中附近3个GPS站(成都、简阳和郫县)震前的短临位移过程及震后短时间的动态时变序列,结果显示各站的形变结果在时间上具有很好的一致性.利用动态时序的地震波到时和震中距离估计地震波地壳平均速度为3.17 km/s.     

汶川地震前电离层VTEC的异常响应

2008年5月12日我国四川省汶川县发生了8.0级大地震,基于中国地壳运动观测网(CMONOC)的GPS观测数据,解算得到了震中上空附近的电离层VTEC;以VTEC的滑动均值为背景参考值,以2倍均方差作为误差限值,对临震一个月的VTEC 资料进行了处理分析．结果显示,在震前多次出现VTEC的异常扰动,其中4月29日、5月6——7日为异常减少,5月9日为异常增加,而且电离层VTEC的异常驼峰有向磁赤道漂移的趋势．由于距离发震时刻较近,排除其它因素后可能源于此次地震引起的电离层效应．      

电离层GPS掩星反演技术研究

GPS无线电掩星技术是崭新的、高效的地球大气层和电离层探测技术,但仍在发展和完善之中.本文详细推导了Abel积分和绝对TEC电离层反演方法,研究了如何解决Abel积分产生的上下限异常问题;用COSMIC发布的GPS原始数据进行了反演计算,将结果与地面电离层测高仪数据进行了比较,最后讨论了周跳对反演结果的影响问题.结果表明：（1）在较高轨道高度（约800 km）,Abel积分与绝对TEC方法的反演结果基本一致,都与电离层测高仪反演结果符合良好;在较低轨道高度（约500 km）,绝对TEC反演精度优于Abel积分反演精度;（2）绝对TEC反演的最大电子密度N_m较Abel积分法获得的结果更接近于电离层测高获得的峰值电子密度N_mF₂,绝对TEC反演法更加严密和有效;（3）周跳对绝对TEC反演结果的影响较Abel积分反演结果的影响更为敏感,但无论哪种方法,周跳对反演精度都造成严重损失.综合而言,绝对TEC反演法是更优的方法.     

GPS时间序列及其对昆仑山口西 8.1级地震的响应

采用GIPSY软件解算的站点坐标时间序列,对我国25个GPS基准站的观测数据进行了分析. 结果表明, 该时间序列存在明显的趋势变化,经向坐标与纬向坐标的趋势变化反映了各站点在全球板块中的运动; 垂直方向的趋势变化揭示的可能是大尺度的构造信息, 也可能是站点周围局部运动的反映. 分析还表明,该时间序列存在明显的近乎1年的年变周期,但具体原因还有待于进一步研究. 最后, 就该时间序列对昆仑山口西8.1级地震的响应进行了分析. 结果表明:GPS时间序列对该地震的孕育过程反映明显,并根据时间进程及异常特点将昆仑山口西8.1级地震的孕育过程分为3个阶段: 块体受力状态的变化、应力积累和能量的快速积累与缓慢释放. 在8.1级地震孕育的初始阶段和临震、同震及震后恢复阶段, 垂直方向的异常占据主导地位,初始阶段垂直方向的异常运动导致断层间闭锁; 而在地震孕育的中期,各块体间水平方向的差异运动则占主导地位,它是引起能量在断层闭锁段积累的重要原因.       

用卡尔曼滤波法分析汶川Ms8.0地震TEC异常

对汶川Ms8.0地震前的TEC数据用卡尔曼滤波法进行异常检测,分析了TEC异常的可信性以及地震激发TEC异常的可能机制,确认地震前第3天（5月9日）和第2天（5月10日）的显著TEC异常与地震临近有关,可以作为地震电离层前兆信息之一。     

基于电离层层析成像技术探测汶川地震前电离层异常

以2008年5月12日汶川Ms8.0地震为例,利用电离层层析成像技术重建了震前5月8—10日震中附近上空电离层的电子密度分布(UT9:00),发现5月9日出现电离层异常,且该异常在时空上与同一时段的电离层VTEC异常分布结果一致(排除空间天气活动对电离层造成的可能干扰后),认为该异常即是地震的电离层前兆信息。研究表明：电离层层析成像技术在地震预测研究领域有广阔的应用前景。     

伽师地区强震群前后地壳运动变形的数值模拟

运用 DDA( Discontinuous Deformation Analysis)方法 ,用 GPS测量资料模拟了伽师强震群前后的地壳运动及变形的演化过程。模拟结果表明 :1994～ 1998年整个研究区域以南北向压应变增大为主 ,帕米尔东北侧和南天山的应变率较大。伽师及邻近区域有明显的南北向挤压为主的应力集中。若强制应力集中块体沿最大剪应力方向 ( NEE向 )破裂 ,在伽师地区会出现显著的应力降。相对喀什的速率场表明 :帕米尔与南天山有较大的南北向相对挤压运动 ,由于帕米尔向北运动的带动使塔里木块体有微弱的右旋运动。破裂后托特拱孜断裂和柯坪断裂出现相对左旋运动 ,能量有沿着断裂向北东东方向传递的趋势。     

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2019年7月3日辽宁开原龙卷灾害现场调查及其所揭示的龙卷演变过程

2019年7月3日,辽宁省铁岭开原市发生了一次具有详细视频记录的强龙卷灾害。基于详细的现场调查和视频资料,得出了该次龙卷的生命史、发生时间、路径、灾害宽度和强度分布,发现龙卷强度的减弱或加强变化与密集高楼和空旷田野区等下垫面状况明显相关联。综合评估本次龙卷最大强度为中国龙卷强度等级的四级（相当于美国的EF4级）,但四级灾害点分布范围非常小,灾害分布宽度和EF4级灾害点范围都显著小于2016年江苏阜宁EF4级龙卷。钢筋混凝土框架结构的居民小区楼房在至少EF3级强度的龙卷风袭击后保持主体结构完好,而大型钢架厂房对龙卷灾害的防御能力远差于居民小区。强龙卷所经地区多为旷野和厂房,受影响人员较少,且龙卷发生时视野极佳,这是该次龙卷没有造成更大灾情的重要原因。由于下垫面状况和致灾机制的复杂性,风灾强度估计必然存在一定的不确定性。