基于区域宽频带和近震波形数据的多点源反演——以2016MW7.1日本熊本地震为例

中强度(M6—7)地震可以对人类社会基础设施和生命财产造成威胁,并且其发震频率要远高于M8+地震.从震源物理的角度来说,此类地震的发震断层的几何形态和破裂过程往往较为复杂.因此,准确地确定此类地震的震源参数对地震防治和了解震源物理都具有重大意义.作为承接地震单点源解和有限破裂模型的桥梁,地震多点源解可以为有限破裂模型反演提供可靠的断层几何,并有效地帮助约束破裂的时空演化过程.本文基于马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)非线性反演算法,将一种多点源波形反演方法的适用范围从近震距离推广到了区域距离,并验证了利用余/前震(或历史地震)对地震波传播路径进行校正的有效性.我们将改进后的方法应用于具有代表性的2016 MW7.1 熊本地震的研究中.结果发现,利用一个MW6.0和一个MW5.4的前震,可以对半径100 km范围内强震记录和 1000 km内的宽频带记录进行有效的路径校正,筛选出现有速度模型所适用的地震台和震相,并且可以确定波形拟合中高质量 Pnl波和面波所能利用的频率上限,即高达 0.3 Hz(Pnl)和 0.2 Hz(面波).研究结果还显示区域宽频带数据反演的结果和强震+高频 GPS数据结果有高度的一致性,验证了将该方法推广到区域数据反演的可行性.对熊本MW 7.1 主震的反演结果显示,在反演所用的频段,我们需要至少四个子事件来表示该地震的运动学过程.第一个MW 6.7 子事件发生在地下 12 km深的 Hinagu断层上,并具有高倾角的纯走滑位错解;第二(MW 6.7)和第三个(MW 6.7)子事件的深度均为7 km,其走向和Futagawa断层一致并有一定的正断滑移成分;最后一个子事件(MW 6.6)最浅(1～2 km),也具有最强(滑动角＝－137°)的正断滑移成分.这些子事件揭示了发震层的厚度随着主震向东北方向的破裂传播距离增加而变薄,并且其深度随着破裂位置靠近 Aso火山而变得越浅.当使用离断层最近的0701 高频 GPS台站时,五点源反演可以分辨出在破裂最后阶段沿一个次级断层的传播,我们认为该断层分叉现象有可能对地震的停止起到了关键性的作用.     

热带气旋风场非对称性对表面海浪场的影响

用WAVEWATCHIII海浪模拟了5个不同风场结构的热带气旋下海浪平均要素和海浪方向谱来研究其对风场非对称性的响应。结果表明热带气旋诱发的海浪场对风场的非对称性很敏感。随着风场非对称性加强,有效波高除了左前象限增加以外在其他所有象限内都减小,且有效波高场的非对称性增强,并且非对称轴逆时针旋转,同时,有效波高最大值的位置向前移动。风场的非对称性对其他平均要素也有影响,尤其在左后象限最明显,例如平均波长,平均波向,波峰方向等。风场的非对称性对海浪谱的多峰性以及主导波的频率和传播方向都有很重要的影响。     

台风“达维”对“苏拉”的影响分析

1209号台风"苏拉"生成后,长时间移动缓慢,路径北偏西,但移动过程复杂。位于其东北方向的1210号台风"达维"的活动给"苏拉"的业务预报带来了较大不确定性。当"达维"快速移动后,与其间距小于1000 km达1.5 d,期间双台风互旋不明显。但"达维"的近距离存在,不仅改变了"苏拉"的环境基本引导气流,还改变了"苏拉"的水汽输送、强度变化和结构特征,使"苏拉"的后期路径转向西北,移速加快一倍;登陆福建前后出现非对称结构和降水异常分布;其降雨特点与无双台风影响的相似路径台风"海棠"和"碧利斯"有巨大差异。本文应用卫星云图、新一代天气雷达资料、NCEP1°×1°再分析资料和常规气象资料,着重分析"达维"对"苏拉"的路径和降水影响。     

1306号热带气旋“温比亚”非对称降水的环境场特征

利用常规气象观测资料、NCEP1°×1°逐6h全球格点资料以及区域自动站降水资料、FY-2E卫星云图与多普勒天气雷达拼图资料,分析2013年第6号热带气旋(TC)"温比亚"在广西造成的非对称降水的环境场特征。结果表明,受副热带高压西南侧稳定而深厚的东南气流引导,"温比亚"西北行深入到广西中部,有利于广西出现较大范围暴雨。200hPa上TC流出气流的中心偏于其中心的南侧,为降水不对称分布提供了动力背景;TC风场分布明显不对称,导致涡度、散度动力场结构呈不对称分布;低层辐合区主要分布在TC中心南侧,整层水汽通量辐合中心位于TC中心南侧,从而使暴雨集中在TC中心南侧。环境风垂直切变矢量指向TC移动路径的左侧,有利于TC移动路径左侧出现强的对流及降水,结合水汽辐合条件,可将其作为TC暴雨落区预报的一个判据。相对湿度(RH)呈均匀分布,假相当位温(θse)呈准对称分布,表明TC降水的非对称分布主要由动力因子而非热力因子引起。     

2001—2020年蒙古高原昼夜非对称变暖对植被返青期的影响

基于2001—2020年归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)2种遥感植被指数以及蒙古高原94个气象站点的月最高、最低温和降水量数据,利用累积NDVI的Logistic曲线曲率极值法和动态阈值法2种物候识别方法提取蒙古高原植被返青期,分析蒙古高原昼夜非对称变暖的时空变化及其对植被返青期的影响。结果表明：(1)2001—2020年蒙古高原生长季开始前6个月(上一年11月—当年4月)平均最高温[0.7℃·(10a)^-1]和最低温[0.3℃·(10a)^-1]均呈上升趋势,最高温的变暖速率是最低温的2.3倍。(2)季前昼夜非对称变暖对植被返青期均产生提前作用,但与最高温相比,最低温对返青期的影响程度更大,且影响范围更为广泛。(3)季前昼夜非对称变暖对不同植被类型返青期产生不同影响,白天变暖对灌丛、农田和稀疏植被返青期的影响更明显,夜间变暖对森林和草地返青期的影响更强,特别是森林地区(25.5%)。研究白天和夜间非对称变暖对蒙古高原植被物候的影响,对揭示温度对春季植被物候的影响机制有重要意义。     

旋转运动物理学新进展教材

介绍了线性连续介质理论,包含非对称应力场,也包含对称应变和反对称旋转。我们讨论了相关的本构定律和平衡方程。在这个理论里,与应力反对称部分平衡相关的运动方程中,用应力矩代替了平衡。我们的理论证实了旋转波甚至可能存在于均匀的弹性连续介质中。考虑了不同种类的极限形变,介绍和讨论了包括旋转和扭转场之间相互作用的波动方程的解。利用应力的对称部分和反对称部分,得到了位错密度—应力之间的关系式。对于具有粒化和微裂纹化的更高级形变状态的材料,介绍了旋转和震相移动π/2的扭转及同步解。记录到的一些旋转和扭转例子证实了同步的假设。     

非对称连续介质中的基本变形

震源区内过程的复杂性促使我们考虑非对称连续介质中基本的运动与变形,包括单纯的运动(平移和称为自转的旋转)和单纯的变形。单纯的变形包括轴向,即点膨胀/压缩,以及关于弦—弦点变形的剪切核。将点变形进一步定义为另一种旋转,称为扭转,表示主剪切轴的振动及其振幅。在记录系统上加上一些标记以测量这些运动和变形。     

基于波前重建和李代数积分的地震波走时计算

地震波走时计算在数值模拟、层析反演和偏移成像中均有重要意义。将波前重建与李代数积分相结合,提出了一种新的适应横向变速介质的非对称走时算法,称之为wave-front construction-Lie algebra integral(WFC-LAI)算法。本算法利用一次波前重建计算成像射线走时进行坐标变换,将深度域单平方根算子透镜项转化为常数,在射线坐标系下计算李代数积分和指数映射,得到地震波走时的解析表达式。数值试验表明,该方法计算结果与线性横向变速介质中走时的理论值吻合。通过与波前重建结果对比,WFC-LAI算法对于求取横向变速介质中地震波走时是可行的,节省了存储空间,易于并行,有利于提高Kirchhoff积分叠前深度偏移的精度和效率。     

沙尘气溶胶的光学特性及辐射强迫效应

在采用OPAC折射指数资料库和对数分布的基础上,利用MIE散射理论和一个简单的概念模型研究了沙尘气溶胶的辐射特性及全球直接辐射强迫值,分析了单相系沙尘气溶胶的消光、散射、吸收效率因子与粒径的关系,讨论了多相系沙尘气溶胶的光学参数随波长的变化特征。结果表明,消光效率因子和散射效率因子随粒径增大而衰减振荡,随波长增大振荡特性逐渐消失。消光系数对众数半径的变化很敏感,单次散射反照率和非对称因子对众数半径的变化不敏感。沙尘气溶胶的直接辐射强迫受气溶胶的单次散射反照率影响很大,随着众数半径的增大,沙尘气溶胶的负的直接辐射强迫值在减小,正辐射强迫值在增大。     

非对称声源多极子随钻声波测井实验室测量研究

现有的随钻声波测井通常采用三种测量方式:单极子、偶极子及四极子测量模式.分别采用单极子源、偶极子源和四极子源激发单极子、偶极子和四极子信号对地层速度信息进行测量.由于随钻测井环境比较复杂,钻杆在井孔中占据大部分空间,钻杆速度高于地层速度,导致接收到的信号中仪器波能量占主导,无法有效地提取地层的纵横波速度信息.本文探讨一种采用非对称偏心的点声源,一次激发,利用方位分布的四个接收器接收,经过合成后同时分别得到单极子、偶极子和四极子模式波信号的测量方法,为建立同时利用多极模式波信号测量地层纵横波速度的随钻声波测井实用技术提供基础.本文利用1:12的缩比模型在实验室对该方法进行了考察,实验结果证明,可以通过非对称点声源得到有效的地层单极子、偶极子和四极子模式波信号.通过分析和对比实测数据和理论模拟的频散曲线,本文进一步提出利用三种模式波的频散曲线联合反演确定地层横波速度的方法.