Preliminary results of 4-D water vapor tomography in the troposphere using GPS

Slant-path water vapor amounts (SWV) from a station to all the GPS (Global Positioning System) satellites in view can be estimated by using a ground-based GPS receiver. In this paper, a tomographic method was utilized to retrieve the local horizontal and vertical structure of water vapor over a local GPS receiver network using SWV amounts as observables in the tomography. The method of obtaining SWV using ground-based GPS is described first, and then the theory of tomography using GPS is presented. A water vapor tomography experiment was made using a small GPS network in the Beijing region. The tomographic results were analyzed in two ways: (1) a pure GPS method, i.e., only using GPS observables as input to the tomography; (2) combining GPS observables with vertical constraints or a priori information, which come from average radiosonde measurements over three days. It is shown that the vertical structure of water vapor is well resolved with a priori information. Comparisons of profiles between radiosondes and GPS show that the RMS error of the tomography is about 1–2mm. It is demonstrated that the tomography can monitor the evolution of tropospheric water vapor in space and time. The vertical resolution of the tomography is tested with layer thicknesses of 600 m, 800 m and 1000 m. Comparisons with radiosondes show that the result from a resolution of 800m is slightly better than results from the other two resolutions in the experiment. Water vapor amounts recreated from the tomography field agree well with precipitable water vapor (PWV) calculated using GPS delays. Hourly tomographic results are also shown using the resolution of 800 m. Water vapor characteristics under the background of heavy rainfall development are analyzed using these tomographic results. The water vapor spatio-temporal structures derived from the GPS network show a great potential in the investigation of weather disasters.     

地震层析成像LSQR算法的并行化

讨论了地震层析成像的LSQR算法(最小二乘QR分解). 在建立偏导数矩阵方程组时,对区内地震在方程中保留震源项,引入正交投影算子进行参数分离,对区外远震采用传统的平滑处理方式,用LSQR法求解联立的方程组. 由于区内地震的正交分解处理和区外远震的平滑处理,使得偏导数矩阵中的非零元素成倍增加,对于大型反演问题,这些非零元素常常达到几十GB到几百GB的数量级,巨量的内存占用成为LSQR算法的瓶颈. 针对这一问题,本文研究了偏导数矩阵中非零元素的分布规律,设计出合理的存储结构,采用分布式存储进行矩阵计算,提出了LSQR算法的并行化方案,并在联想深腾6800超级计算机上实现. 导出了LSQR算法的并行效率估算公式. 对两个地区的实际地震层析成像数据进行了效率测试.     

速度差对井间走时层析成像质量的影响及其改进方法

在井间地震初至走时层析成像中,随着相邻地质体速度差的增大,使得射线分布不均匀,以及网格剖分不合适,导致层析成像结果不理想.物理和数值模型的井间走时层析成像表明：当速度差超过300%时,层析结果畸变较大;在300%～150%之间时,层析结果较好;低于150%时,层析结果好.在此基础上,提出了井间多尺度初至走时层析成像方法,即对同一模型采用多种网格剖分来同时进行层析成像,以获得研究区域的速度图像.数学和物理模型的井间多尺度走时层析结果表明：该方法很好地兼顾了层析成像的分辨率和精度,极大地改善了井间地震层析成像的质量.即使速度差超过30%,其多尺度的层析结果仍然较好.因此,这种方法具有实际应用的潜力.     

全球地幔垂直流动速度研究

用高分辨率地震体波速度成像以及相关的地球物理资料,计算地幔垂直流动形式及流动速度,得到全球地幔流垂直运动模式.从全球尺度来看,地幔流基本可划分为以下几个区域：欧亚大陆—澳大利亚、北美洲—南美洲为两个大规模下降流区域,西印度洋—非洲及大西洋、中南太平洋及东太平洋为两个大规模地幔上升流区域.地幔上升流起源于核幔边界,主要表现在地幔中部和上地幔下部.地幔垂直流动速度约每年1～4cm.地幔流动对地表板块运动、海洋中脊和中隆、俯冲带和碰撞带的分布起着控制作用.地幔上升流与地表现代热点有密切关系.从东亚尺度看,地幔流大体分为三个区域：东亚边缘裂谷系和西太平洋边缘海为上升流、西伯利亚地幔深度表现为物质下降流、青藏高原—缅甸—印度尼西亚特提斯俯冲带地幔下降流,这三个区域地幔流动与地表的西太平洋构造域、亚洲构造域和特提斯构造域相吻合.勾勒出南海地区构造特征：从上到下的大体结构是上部呈“工"字型、中间为圆柱型、底部呈盾形的地幔上升流.     

青藏高原东北缘地壳三维速度结构

本文用1980—2000年M≥1.5的2 032个天然地震事件的38 052个〖AKP-〗、〖AKS-〗、Pm、Sm、Pn和Sn震相到时及人工地震测深给出的Moho面形态资料,利用地震层析技术反演了32°~40°N, 100°~108°E区域内地壳地震波速度结构.从层析成像图象中可以得到,本区的地壳可分成4个层位.第1层（埋深约在0~3 km）为沉积层, 速度梯度约为0.2 s-1;第2层（埋深约在3~17 km）为上地壳, 其顶部速度梯度约为0.1 s-1, 下部速度横向变化较大且存在低速块体;第3层（埋深约在17~36 km）为中地壳, 速度梯度约为0.03 s-1;第4层（埋深约在36 km—Moho）为下地壳, 是一个契形层,总的趋势是西厚东薄,青藏高原较厚逐渐向鄂尔多斯地块和扬子准地台方向变薄,各处的地震波速度梯度不尽相同.     

非常规电测深法在工程地质勘查中的应用

本文提出了“非常规电测深法”的概念及实际操作过程,阐述了其应用条件和效果.存在高阻屏蔽层时电法解释较为困难.针对这一情况,本文提出了高阻屏蔽层影响的校正方法,提高了电法解释的精度和效果.     

综合物探方法在堤防质量检测中的应用

在堤防质量检测中,地球物理方法能够实现快速、无损的探测,但采用单一物探方法对堤防隐患的判别易形成多解,也很难对堤防质量做出准确分类.本文中应用探地雷达、高密度电法、地震勘探等综合物探方法对大源渡堤防质量进行检测,并以龙荫港以例,通过综合三种物探方法互相参照、相互验证,互为补充,查明了堤防隐患的分布位置与埋深,为堤防质量检测提供一种新的工作方法.     

Modal Wave Number Tomography for South China Sea Front

1 .IntroductionTheSouthChinaSealiestothesoutheastpartoftheChinesecontinent.TheKuroshioflowsbytheeastsideoftheLuzonStraitfromsouthtonorthinwinter ,spring ,andautumn .TheKuroshioaf fectsnearcurrentfieldsandtemperaturefields,changingtheoceanenvironmentparametersandsoundpropagation .Thus ,theoceanacoustictomographytechniqueisofpotentialtolong term ,largescalemonitoringoftheocean .Themodalwavenumbertomographymethod (Rajanetal.,1 987;Frisketal.,1 989)isusedtoobtainthesoundspeedprofileinwatercol…     

Authigenic carbonates from the eastern Black Sea as an archive for shallow gas hydrate dynamics – Results from the combination of CT imaging with mineralogical and stable isotope analyses

Authigenic carbonates associated with cold seeps provide valuable archives of changes in the long-term seepage activity. To investigate the role of shallow-buried hydrates on the seepage strength and fluid composition we analysed methane-derived carbonate precipitates from a high-flux hydrocarbon seepage area (“Batumi seep area”) located on the south-eastern Black Sea slope in ca. 850 m. In a novel approach, we combined computerized X-ray tomography (CT) with mineralogical and isotope geochemical methods to get additional insights into the three-dimensional internal structure of the carbonate build-ups.     

重力数据约束的二维地震层析成像在台湾海峡南部的应用

地震-重力联合反演可以降低多解性,针对大勘探范围内岩石波速-密度关系存在较大散布的问题,引入交叉梯度结构约束构建统一的目标函数是一种有效的解决方案。利用台湾海峡南部HX-13测线进行验证:由于火成岩侵入体的存在,部分区域难以拾取可靠的地震初至,常规的走时反演无法准确恢复基底面的形态。搜集研究区的船测重力资料,根据地震地质条件和数据特点设置合适的反演参数,实现基于物性和结构双重约束的重力-地震联合反演。由对反演结果的分析和解释可以看出,该方法可在很大程度上弥补地震数据不完备的缺陷,使反演过程稳定,并提高模型的可靠性。