低轨道人造卫星(CHAMP、GRACE、GOCE)与高精度地球重力场——卫星重力大地测量的最新发展及其对地球科学的重大影响

评述了卫星重力大地测量的最新发展及其对地球科学的重大影响。为了更好地理解地球内部物理构造与海洋动力学，以及大陆，冰川和海洋的相互作用，改善现有地球重力场模型（包括精度和空间解析度）是非常重要的。IUGG等国际组织对此已经强调了很多年。最近，由德国的GFZ（GeoForschungsZentrum)，美国的NASA（National Aeronautics and Space Adminitration)以及欧洲宇航局ESA（European Space Agency)开发研制了最先进的地球监测技术－SST（Satellite-to-Sateilite Tracking)。其主要特点是利用现有的GPS连续追踪新发射低轨道卫星，并由低轨道卫星对地球重力场作精密观测。已经发射和即将发射的卫星有3颗：GHAMP（Challenging Mini-Satellite Payload for Geophysical Research an Application)已经于2000年发射；GRACE（Gravity Recovery and Climate Experimert)定于2002年发射；GOCE（Gravity Field and Steady-state Ocean Cirulation Explorer)计划2004年发射，它们可以统称为重力卫星。载有SST技术的人造卫星的主要目的是获得具有前所未有的高精度和高空间解析度的全球重力场和大地水准面模型，加强人们对地球内部构造的理解并为海洋和气象研究提供更好地参考。上述3个重力卫星工作在有明显区别的不同波谱内，它们有不同的科学应用，仅有一小部分重合。所以，就应用而言它们是完全互补的。它们在地球科学中的应用将是广泛的，特别对于固体地球物理学，海洋学以及大地测量学等领域，它们将会带来革命性的变化，其意义不亚于GPS。     

莺歌海盆地莺东斜坡黄流组轴向重力流水道沉积特征及控制因素

基于钻井、岩心、分析化验及三维地震资料,采用形态学、沉积学和层序地层学等方法,分析莺歌海盆地莺东斜坡黄流组轴向重力流水道的沉积特征及控制因素。结果表明:研究区水道具有典型的重力流沉积特征,水道充填分为三期,井区(交汇区)水道砂由垂直陆坡的东支水道近距离供应,水道砂岩自下而上具有正粒序发育的特征;水道形成和充填受区域海平面下降、充足近物源供应、径直发育的输砂通道和下伏的断裂破碎带四大因素耦合控制,其中下伏的断裂破碎带是控制水道发育的最主要因素。该结果对水道评价及盆地内其他水道体系研究具有指导意义。     

武汉城市扩张对热场时空演变的影响

深入分析城市扩张对城市热场时空分布及演变的影响机制,对探求城市热岛效应缓解对策、改善城市生态环境质量意义重大。基于1987年、1996年、2007年和2013年的Landsat影像反演武汉主城区地表温度、提取不透水面值,定量研究两者的关系,探讨城市建设对城市热场空间分布的影响;采用不透水面和正规化地表温度差值影像动态定量1987-2013年武汉城市扩张对热场时空演变的影响机制。结果表明：① 1987-2013年,武汉不透水面不断增加,城市建设强度加强,城市扩张明显,但是不同时期表现出不同的扩张方向、范围和模式。② 城市热岛效应主要发生在相应时期的建成区和武钢工业区,而城市大型水体则表现出明显的“冷廊效应”和“冷岛效应”;1987-1996年、1996-2007年和2007-2013年热状况恶化面积分别为382.0 km²、305.1 km²和105.7 km²,热状况总体呈现恶化趋势。③ 不透水面指数能较好地解释热场空间的异质性,两者回归方程的系数为0.751~0.923,不透水面值每增加0.1,正规化地表温度值会增加0.01~0.02。④ 城市热状况变化从改良极显著、改良较显著、无变化、恶化较显著到恶化极显著,对应的不透水面差值由小到大,城市扩张和城市建设强度加大对恶化城市热环境和加剧城市热岛扩展作用明显。     

融合多源海洋大地测量数据的南海海底地形多层感知机反演

本文融合SIO(Scripps Institution of Oceanography)发布的垂线偏差、重力异常和垂直重力梯度数据及NCEI(National Centers for Environmental Information)发布的船载测深数据, 利用多层感知机神经网络(Multi-Layer Perceptron, MLP)建立南海海域(108°E—121°E, 6°N—23°N)分辨率为1'×1'的海底地形模型(MLP_Depth).首先, 将642716个船载测深控制点的位置信息与周围4'×4'格网点处的地球重力信息(垂线偏差、重力异常、垂直重力梯度)作为输入数据, 将船载测深控制点处实测水深值作为输出数据, 训练MLP神经网络模型, 训练结束时决定系数R²为99%, 平均绝对误差MAE为39.33 m.然后, 将研究区域内1'×1'格网正中心点处的输入数据输入于MLP模型中, 可得格网正中心点处的预测海深值.最后, 根据预测海深值建立研究区域范围内分辨率为1'×1'的MLP_Depth模型.将MLP_Depth模型预测水深与160679个检核点处实测水深对比, 其差值的标准差STD(75.38 m)、平均绝对百分比误差MAPE(5.89%)与平均绝对误差MAE(42.91 m)皆优于GEBCO_2021模型、topo_23.1模型、ETOPO1模型与检核点实测水深差值的STD(108.88 m、113.41 m、229.67 m)、MAPE(6.11%、6.94%、18.37%)与MAE(47.33 m、52.24 m、130.08 m).同时, 为了研究不同区域内利用该方法建立的海底地形模型的精度, 本文在研究区域内分别建立了A、B区域的海底地形模型(MLP_Depth_A、MLP_Depth_B).经过验证得: MLP_Depth_A、MLP_Depth_B相比于MLP_Depth模型具有更高的精度, 更能反应海底地形的变化趋势.

     

重力波在中层大气温度波导中的传播模式研究

本文给出了重力波在中层大气温度波导中的导制传播模型,并在此模型的基础上详细讨论了重力波部分导制传播下的对称模式与非对称模式,导出了不同模式下相应的特征函数和色散方程,进一步用离散的方法对两类色散方程进行了求解;同时还利用二维全隐欧拉格式（FICE）对重力波在温度波导中的传播进行了模拟,模拟的结果也成功地展现了对称与非对称两种传播模式.研究表明,下边界的扰动能量在向上传播进入波导区域后被俘获,形成导制传播.不同周期的初始扰动,在波导内均会形成对称与非对称形式两种模式的导制传播,由于两者的行进速度不一致,最终会引起两种不同模式的分离.数值模拟中重力波的水平行进速度与线性模型预测值非常接近.波导中不同模式下重力波的水平波长与初始扰动的水平波长非常一致,然而波导区域内重力波的频率与初始扰动的频率无关,频率不同的初始扰动会激发出相同频率的重力波对称与非对称导制传播模式.这表明在确定的温度波导中,水平波数才是决定重力波传播特性的决定因素.进一步的分析显示,初始扰动的水平波数-频率分布越接近完全导制传播的色散关系时,温度波导中更易于生成以该种模式部分导制传播的重力波.     

重力方法在祁连山地区构造特征与岩体解释中的应用

依据地质、航磁等资料,结合实测岩石物性资料,以1:250000重力资料为基础对祁连山地区(张掖、刚察地区)进行综合研究.研究地质构造与地球物理特征,划分了大地构造单元,探讨了隐伏与半隐伏岩体分布.该区域经多年的重力工作,勘探面积已近3万多km2,根据重力资料研究布格重力场特征并进行分区;对地质构造单元重新划分,对主要断裂进行探讨;圈定隐伏与半隐伏岩体,推断其空间展布特征,并对其解释.结果表明:祁连山地区地壳密度结构横向分区、纵向分层明显,布格重力异常场的分区特征与地质构造分区特征基本一致.结合2.5D重力剖面反演印证了新的推测结果,为综合地质、地球物理找矿提供参考.     

宁夏土地利用时、空变化及其驱动机制

利用1990年和2000年两期遥感图像,通过遥感和GIS空间分析方法,研究了1990-2000年宁夏回族自治区的土地利用动态变化情况.宁夏土地利用变化最主要的特点是耕地增加,草地和未利用土地的减少,城镇居民建设用地有小规模快速增长,其它土地利用变化处于动态平衡中.空间变化表明,土地利用变化随自然和社会经济条件不同有不同程度和幅度的变化.宁夏土地利用变化的驱动机制,以反映人类活动强度和区域社会经济情况的人类活动综合度和距居民地距离因子,及自然属性方面的海拔与坡度对土地利用变化的驱动作用最显著,说明人类活动和社会经济的发达程度是宁夏土地利用变化的基本驱动力,而自然的限制因素海拔与坡度等则一定程度上限制了变化的分布.由于人口和社会经济发展的压力,宁夏在原有耕地分布基础上,新增耕地较多的位于远离灌渠、道路和居民地的地区,而且海拔和坡度均趋于不合理.     

鞍山地区地质构造及深部铁矿

鞍山地区是我国铁矿最集中的地区,已探明铁矿石近100亿t,但对该区地质构造和深部铁矿的认识仍然是不确定的,存在一些争议。不同的意见主要集中在该区是属于向斜构造还是属于背斜构造,这些构造是怎样控制铁矿产出的,深部铁矿远景有多大。针对这些问题,本文在对鞍山地区浅部地质构造及铁矿特征、岩(矿)石物性特点和重磁异常特征等综合研究基础上,采用剖面重磁异常人机交互反演技术对穿越东鞍山和齐大山铁矿区的重磁异常剖面数据进行了反演。结果表明:鞍山地区整体为以铁架山为中心的穹隆构造,而穹隆顶部存在环绕铁架山的向斜构造或"凹陷",该向斜构造控制了鞍山地区铁矿的分布,深部铁矿的规模远大于已探明的地表及浅部铁矿的规模,深部铁矿资源前景巨大。     

坦桑尼亚盆地渐新统深水重力流沉积特征及控制因素

近年来,在东非坦桑尼亚盆地深水区相继发现大型气藏,但其沉积特征、形成机理及主控因素研究较为薄弱。综合利用钻井、测井及二维地震资料,对其沉积特征进行分析,发现研究区渐新统发育深水重力流沉积,包括水道、堤岸、朵叶等,并以水道—朵叶沉积为主。根据水道的发育位置、外部形态、内部构型、沉积方式等,将其进一步分为复合型、侧向迁移型、垂向加积型和孤立型水道。研究区渐新统自南向北重力流沉积特征存在差异:盆地南部以小规模孤立型水道、朵叶沉积为主,呈近SW-NE向展布;盆地中部以复合型、垂向加积型、侧向迁移型水道、朵叶沉积为主,整体呈NW-SE向展布;盆地北部以侧向迁移型水道、堤岸及朵叶沉积为主,展布方向与中部基本一致。针对南北差异,以源-汇系统耦合关系研究为主旨,对盆地各部源-汇系统要素进行对比分析,结果表明,研究区深水重力流沉积体系的发育与展布主要受构造运动(构造抬升、洋中脊扩张运动、断层活动)、供源体系、陆架—陆坡地形3大因素共同控制。     

长株潭城市群耕地动态变化及驱动力实证研究

利用长株潭城市群近10年的土地利用调查数据及相关社会经济资料,宏观分析了该区域耕地动态变化的趋势,并用主成分分析和多元逐步回归分析法探讨了耕地数量变化的主要驱动力。结果表明,长株潭城市群耕地资源的时空变化特征显著,耕地呈现出逐年减少的总体趋势;得出社会发展因素、经济增长因素、农业科技水平的提高因素以及国家的相关政策是长株潭城市群耕地资源变化的四大类主要驱动因素;总体上,耕地面积与社会经济发展各因素间的相关系数约低于累计耕地面积与各因素之间的相关系数,说明该区域耕地减少与社会经济发展存在时间上的错位性,即经济和社会发展滞后于对耕地资源的占用。