张衡一号卫星记录的空间电磁波传播特征分析方法及算法实现

本研究主要利用张衡一号电磁卫星（CSES）记录的电磁场波形数据,研发了电磁波波矢量分析工具,该工具包提供电磁波形频谱变换、奇异值分解（SVD）方法以及坡印廷能流计算功能.选取了张衡一号卫星在ULF/ELF/VLF频段观测到的哨声波、准周期辐射、电离层嘶声波等典型波动事件,开展了频谱分析和波矢量分析.通过与DEMETER卫星的对比观测研究,验证了算法的正确性,并且初步探讨了这些波动的传播特征,其结果也验证了张衡一号卫星在电磁场观测方面具有良好的性能.本研究研发的波矢量分析工具包可直接运用到张衡一号卫星的常规数据处理和科学分析应用中.

     

基于智能语音技术的闪电哨声波自动识别

闪电哨声波是一种重要的电磁波动,了解其传播特征及传播过程有助于揭开圈层电磁耦合机理.从卫星观测资料识别闪电哨声波通常需要将原始电磁波形进行滤波处理再转化为时频图像,最后采用目视方法识别图像中的色散状形态,整个过程消耗大量人机时间和内存资源,不能满足张衡一号(ZH-1)卫星观测的海量电磁场数据处理的需求.针对该问题,鉴于闪电哨声波原始波形数据能够通过播放器产生降调的声音,本文打破以视觉分析为主的闪电哨声波研究惯例,首次采用语音智能技术研究其自动识别算法.首先,以张衡一号卫星感应磁力仪(SCM)的VLF波段的波形数据为研究对象,截取时间窗口为0.16 s的波形数据作为音频片段;然后对该片段进行去趋势处理;基于梅尔频率倒谱系数(MFCCs)能够刻画人耳的听觉机理,提取闪电哨声波的MFCCs特征;其次,构建长短期记忆(LSTM)神经网络并输入波形数据的MFCCs特征训练分类模型;最后利用MFCCs特征和训练得到的LSTM分类模型实现闪电哨声波自动识别.通过对10200数据集(5100段包含闪电哨声波,5100段无闪电哨声波)上开展实验发现：该方法的准确率为96.7%,召回率为84.2%,调和平均得分(F1-score)为90.0%,AUC(Area under Curve)评分为90.1%,而且消耗的时间成本是2.28 s,消耗内存资源是82.89 MB;当前最优的基于时频图的闪电哨声波识别算法在本数据集上的准确率为97.3%,内存消耗为233 MB,在CPU上处理0.16 s的片段数据所消耗的时间是6.71 s,内存消耗和时间消耗比较严重.相比而言,基于智能语音的闪电哨声波识别算法准确率略低0.6%,但能够节约66%的时间成本以及65%的内存资源.这表明该算法不仅仅适合从卫星观测的海量数据中快速准确识别出闪电哨声波,且更适合应用于星载识别.

     

用多源遥感数据解译深圳市主要活断层

利用SPOT-5、ETM+等多源遥感数据和DEM数据,通过遥感解译,结合现场调查验证,初步查明深圳市主要活断层主要有NE向,NW向两组,从属于东南沿海构造体系,其中NE向的深圳断裂带为主要构造.进一步分析了这些断层的空间展布及其分段性,断层的活动性特征等.研究表明,多源遥感数据可以有效应用于深圳市城市活断层探测的初勘阶段,为进一步的活断层危险性评价提供了参考依据.     

Ionospheric <Emphasis Type="Italic">N</Emphasis><Subscript>e</Subscript> disturbances before 2007 Pu’er,Yunnan, China,earthquake

Selecting three half orbits near the epicenter of Pu’er earthquake, we analyzed the N_e data recorded in their revisited orbits during a year before this earthquake, and extracted N_e precursors. The results show that: ① There are significant seasonal variations of ionospheric N_e in night time, which exhibit different shapes respectively in four seasons; ② There are three main shapes of N_e: single-peak, saddle-shaped and even-shaped, all of which may occur in four seasons, but each season with its typical shape relatively; ③ Spatial images of N_e showed high values near the epicenter in 30 days before the earthquake, and there is a good correlation between anomaly and distribution of earthquake in space and time, which reflects that these spatial anomalies were indeed concerned with the earthquake; ④ There shows a certain similarity of the N_e curves among revisited orbits, which can provide background information for distinguishing and identification of seismic anomaly.     

汶川地震同震电离层扰动研究

利用中国大陆陆态观测网(CMONOC)的下关、 昆明和庐州GPS台站, 对汶川地震引起的同震电离层扰动(CID)进行研究。 通过对GPS原始观测数据进行处理证实汶川地震存在5个明显的同震电离层扰动(CID)现象。 根据GPS TEC时间序列和走时, 得到在电离层高度CID的水平传播速度为1.1 km/s, 属于震中区地表抬升引起的声波在电离层中传播速度; 同时, 也得到次一级CID传播速度接近0.7 km/s, 认为可能是重力波。 在此基础上, 利用射线追踪模型寻找震中位置发现, 当CID水平传播速度为1000 m/s时, 发震时刻对应的标准偏差能达到最小值19.55 s, 相应的CID起源位置是30.8°N, 103.15°E, 距离实际震中西南方向33.6 km。     

灵武断裂晚第四纪古地震及其破裂特征

在地质地貌调查基础上 ,对灵武断裂进行了古地震槽探揭露。结果显示 ,距今 2 8ka以来 ,灵武断裂上发生过 5期地表破裂型地震事件 ,时间大约分别在距今 ( 2 7 15± 0 778) ,2 0 0 ,( 13 0 7± 0 0 6) ,( 10 586± 0 0 5)和 6 0ka。根据 5期古地震事件的综合对比分析 ,发现断裂有分段组合破裂的特征 ,由此并结合槽探揭示的古地震同震位移等估计了古地震的震级     

中国电磁监测试验卫星工程研制进展

中国电磁监测试验卫星工程项目于2013年正式批准立项,卫星预计于2017年8月发射入轨,设计在轨运行5年,这是我国地震立体观测体系的第一个专用天基平台. 本文简要介绍了电磁卫星工程设计和卫星工程六大系统的功能与任务,并对卫星系统和应用系统的研制情况予以阐述. 目前,已基本完成卫星平台和有效载荷设计初样阶段的研制,将于2016年6月转入正样研制阶段. 应用系统基础平台的建设工作按计划进行,将在卫星发射前半年开始试运行,以确保电磁监测试验卫星数据的有效应用.      

Numerical simulation of the influence of lower-crustal flow on the deformation of the Sichuan-Yunnan Region

On the basis of distribution of active fault and regional rheological structure, a three-dimensional finite element model of Sichuan-Yunnan region, China, is constructed to simulate contemporary crustal motion and stress distri- bution and discuss the dynamic mechanism of crustal motion and deformation in the Sichuan-Yunnan region. Lin- ear Maxwell visco-elastic model is applied, which includes the active fault zones, the elastic upper crust and vis- cous lower crust and upper mantle. Four different models with different boundary conditions and deep structure are calculated. Some conclusions are drawn through comparison. Firstly, the crustal rotation about the eastern syntaxis of the Himalaya in the Sicuan-Yunnan region may be controlled by the special dynamic boundary condition. The drag force of the lower-crust on the upper crust is not negligible. At the same time, the main active fault zones play an important role in the contemporary crustal motion and deformation in Sichuan-Yunnan region.     

青藏高原东北隅弧束断裂与南鄂尔多斯环形构造

卫星图像分析显示 ,青藏高原东北隅存在非常清晰的毛毛山 -南华山 -六盘山、香山 -天景山、烟筒山、牛首山 -罗山 4条弧形断裂带和南鄂尔多斯环形构造。分析了弧形构造的运动特征和南鄂尔多斯环形构造的形态 ,认为青藏高原东北隅弧束断裂的成因是印度板块向NNE俯冲导致青藏高原NEE向移动所产生的推挤力 ,受到南鄂尔多斯环形构造的阻挡 ,形成了 4条向固原、泾原收敛 ,向NWW、NW方向撒开的弧束断裂。造成撒开部分NWW—NNW向断裂左旋走滑、NW—SN向断裂右旋走滑、收敛部分逆冲挤压的特     

主喜马拉雅逆冲带的震间与同震重力场变化

为对中国自主重力/重力梯度卫星在陆地地震研究中提供理论依据,本文选取了主喜马拉雅逆冲断层(MHT),模拟了断层在同震和震间滑移产生的大地水准面、重力变化和重力梯度变化。首先给出了大地测量数据反演断层滑动分布的马尔可夫链—蒙特卡洛方法,实际反演中,Markov链的总长度由4×10~7个模型组成,燃烧阶段和采样阶段的长度均为2×10~7个模型,重采样的间隔为1000,初始温度设为100,终止温度为0.1。再次给出了基于反向滑移模型估计震间断层的耦合度。利用GPS和InSAR数据,对2×10~4个重采样的模型取平均后,反演得到MHT的同震滑移和震间耦合分布,结果表明:2015年M_w 7.8尼泊尔地震同震破裂并未达到地表,最大滑移量约为6 m,地震矩为1.02×10~(21) Nm,相当于M_w 7.9,与其他手段得到的结果一致;MHT的震间耦合模型表明MHT在中上地壳以上部分在震间均处于闭锁状态,积累的能量相当于每年一个M 7地震。基于以上反演的断层滑移/滑移亏损模型,模拟了MHT同震和震间的重力场变化。变形地表面的同震重力变化呈南北两极分布,范围为–261—125μgal,理论上能够被陆地重力测量所检测到。长波长的震间空间重力/重力梯度变化信号难以被当前重力卫星观测到;对冰川等大尺度质量效应进行改正后的同震重力/重力梯度变化有望被提高测量精度的下一代重力卫星检测出。本研究成果对中国未来发射的自主重力卫星数据在地震发生和孕育方面的应用研究将提供有益的启示。