地震预报和地震对策模型体系

本文设计了一种用于地震预报和地震对策的模型体系。任何规模庞大、结构复杂、功能综合的大系统都不能用一个单一模型来处理,因为单一模型容纳的变量有限、研究的问题受到局限。地震预报和地震对策系统包含长、中、短、临地震预报,强余震预报及震前、震后的对策等,研究的目标多、功能复杂,需要建立一个相当规模的模型体系来解决这一问题。用系统工程的方法设计和建立各个模型,使各模型的输出、输入互相匹配,功能互相补充。该模型体系具有预报功能和决策功能。前者包括大区域地震危险性判定,中期(0.5—5年)地震危险性判定,短期(0.5—6月)地震危险性判定,临震(几小时—15天)地震危险性判定以及未来地震类型和强余震趋势的判定等。后者包括震前决策和震后决策。使用的数学方法包括统计方法,模糊集方法和灰色系统方法。     

美国全球变化研究计划（USGCRP）2012年度计划

全球气候变化通过改变环境、自然资源、经济等诸多方面对美国产生广泛的影响。美国全球变化研究计划（USGCRP）主要为美国乃至全世界提供帮助来理解和预测气候变化、环境响应机制等相关的科学知识,预测气候变化或气候变异引起其他的变化,为应对气候变化的相关政策和风险管理提供理论依据。研究主要包括理论基础研究、综合观测研究、模型预测研究,为决策者提供相关产品等。2011年年末NSF如期对USGCRP进行了完善,并率先发展和制定了USGCRP战略新计划。从NSF对USGCRP的资助力度来看,2012年度预算比2011年预算增加了33％,即106．05百万美元,2012年度的重点研究领域为：     

滑坡体地质剖面表达与绘制方法探讨

滑坡体的地质结构非常复杂，对如何有效地表示滑坡体内部结构采用计算机绘制其剖面图的研究具有很强的实用性。本文对采用数字高程模型（DEM）在计算机上绘制滑坡体地质剖面图进行了论述。     

一种改进的GPS随机模型建模方法

针对观测序列的异方差和时相关特性相互影响但又难以并行建模的问题,提出了一种迭代、序贯处理异方差和时相关问题的随机模型建模方案。实验结果显示,该方法较好地解决了异方差和时相关特性无法并行建模的难题,极大地消除了多路径及系统残余误差对GPS定位成果的影响,增加了基线数据处理的可靠性。     

模拟地震的弹簧滑块模型的混沌运动

我们构造了一种自由度为２的双弹簧滑块系统，讨论模型参数的不均匀性和滑块间的相互作用与复杂现象的关系。假定滑块在所受力小于其静摩擦力时保持静止，因此，只有发生了滑动，两滑块所受力之差才改变。如果我们以两滑块受力之差为变量，就可以构造一种一维的映射。这种映射直观地显示了系统的演化，反映了方程终态解的形态。结果表明，用混沌运动来描述地震现象可能是较为合理的。     

鱼耳石中锶和钡富集的影响因素及其环境响应

鱼耳石中元素锶和钡主要来源于鱼类生存的水体,这两种元素通过腮或肠进入内耳淋巴液,继而以类质同象的方式沉淀在耳石晶格内部空位和晶格间隙中。耳石结晶沉淀的整个过程不仅受生物的调控作用,而且还受到外界环境,如水体元素浓度、盐度、温度等因素的影响,因此耳石中某种元素的浓度与其在水体中的浓度之比(元素富集系数)与鱼类所生存的环境之间具有一定的响应关系。在以上各种因素中,水体元素浓度对耳石元素富集系数的影响最为显著。一般来说,耳石中某种元素的含量与水体中相应的元素浓度呈正相关关系,而水体中元素之间就耳石中的富集过程也存在一定的相互促进或抑制作用,如Sr对Ba为协同作用,Ca对Sr、Zn为拮抗作用。另外,水体盐度或温度与元素富集系数之间不存在简单的线性相关关系,而是因鱼种、水体综合环境及元素种类不同而有所差异。研究结果表明:鱼种一定的情况下,耳石中元素富集系数与水体盐度和温度存在良好相关关系。基于以上相关性分析,可以认为耳石中元素富集系数与环境因子(水体元素浓度、盐度、温度)之间存在响应关系。因此,可以选用那些受环境影响大但对自身调控影响小的元素(如:Sr、Zn、Pb、Mn、Ba、Fe、Li、Ni、Cd)来建立耳石与水体环境之间元素富集系数的定量化模型,并利用这种响应关系及定量化模型进行生态环境监测和渔业管理。     

Walsh列率域中多维分形模型与GIS环境下地球物理信号处理

地球物理信号通常在多个尺度段表现尺度不变性,这些不变性起因于不同的地质、地球物理或成矿过程的自相似性. 利用这种在多个尺度段的尺度不变性可以设计多维分形滤波器,滤波所得信号表征了具尺度不变性的地质地球物理或成矿过程,可以用于成矿预测或环境评价. 本文研究了Walsh变换列率空间地球物理信号的列率功率谱密度与列率之间的分形与多维分形关系, 试验证实了大洋钻探、石油以及煤系地层地球物理测井资料在Walsh域的多维分形性质,提出了用于分解地球物理场,提取有用信号并用于矿产资源勘探或环境评价的多维分形W-A模型. 利用波列率域中的多维分形关系构造了W-A图解(W-A Plot). 借助W-A图解可以确定最小平方误差（LS）意义下Walsh功率谱变化的不同自相似性的频率分界点,从而用于设计W-A分形滤波器. 这种滤波器可将地球物理场分解成具有不同自相似性的局部场,并且保留原场的各向异性结构. 与通常使用的基于Fourier变换的滤波技术相比,W-A模型具有许多优点：W-A适用于检测地球物理信号中的突变、线性、环状、局部与纹理结构等弱信号. 同时,由于Walsh变换中只有简单的变号(加法与减法),其计算速度远快于建立在复数乘法之上的Fourier变换,所以W-A计算速度远快于Fourier域的滤波方法,可以用于地球物理信号的现场实时处理. 用加拿大Nova-cotia省西南地区的布格重力异常进行了W-A方法的试算,处理结果反映了地质、矿产分布规律,能够很好地进行矿产预测.     

优化组合模型在建筑物基坑沉降预测中的应用

为了确保建筑物在建设过程中的安全,需要准确掌握建筑物基坑及周边的变形情况。针对建筑物基坑沉降变形预测问题,本文对单一的GM(1.1)模型与BP神经网络模型进行优化并构建组合预测模型。优化组合模型一方面解决了单一预测模型稳定性差、预测精度低的问题,另一方面提高了预测模型的适用性。将本文提出的组合预测模型应用于某在建建筑物基坑沉降变形预测中,结果表明,相较于单一的GM(1.1)模型与BP神经网络模型,本文提出的优化组合预测模型的预测精度与稳定性更高,证明了组合预测模型在建筑物基坑类沉降预测中的可靠性。     

2021年日本福岛海域MW7.1地震S-net海底地震动特征

2021年2月13日日本福岛县东部海域(Off-Fukushima)发生的M_W7.1地震是目前世界最大的海底观测系统——日本海沟地震和海啸海底观测网(S-net)——迄今为止记录到最大的俯冲带地震.为认识海底地震动并探究海陆差异,本文介绍了S-net海域台网及其数据处理的特殊性和必要性,分析了Off-Fukushima地震的地震动幅值、频谱和持时特征,比较了海底与陆地震动衰减特性的异同,对比了近海岸埋置台站、近海沟未埋台站及陆地台站地震动的差异,并与俯冲带地震动模型(GMM)进行了比较.结果表明：Off-Fukushima地震海底水平向PGV和周期大于0.5 s的加速度反应谱值显著大于陆地记录;相比陆地,海底动力放大系数谱向长周期方向偏移,表明海底记录长周期成分更丰富;受到海水的抑制作用,海底记录V/H反应谱比值小于陆地记录;由于海底记录与陆地GMM在路径和场地方面存在差异,水平向PGA及反应谱的残差分布出现明显偏移;海底近海岸埋置台站与近海沟未埋台站的地震动特征存在系统性差异,水平向差异很可能与海底地形有关,而竖向可能受到布设方式对台站与海底耦合程度的影响.本文...     

基于贝叶斯正则化BP神经网络的DEM趋势面逼近

趋势面从宏观上揭示了研究对象的特性,在各领域发挥着重要作用。BP神经网络可以对复杂系统进行无限逼近,进而进行预测。建立了基于贝叶斯正则化BP神经网络的数字高程模型趋势面,与二次多项式建立的数字高程模型趋势面进行比较分析,证明了该方法的可行性和有效性。