钱塘江双向声传播测流实验研究

2009年4月和5月在钱塘江杭州段进行了双向声传播测流实验.两个声信号发送与接收站设置在钱塘江两岸,间距为3050 m.在声传播实验期间,沿着声传播路径还进行了12次走航ADP(Acoustic Doppler Profiler)流速观测.根据双向声传播的顺逆流传播时间差计算得到沿声传播路径的平均流速,与ADP走航观测结果基本一致,两者的均方差为0.03 m/s.通过ADP走航期间双向声传播时间差的平均值和ADP走航观测所得断面流量之间的线性关系,得到了整个观测期间断面流量的时间序列.实验较好地捕捉到了因钱塘江涌潮而引起的流量变化,流量的最小值为 -3406 m³/s,最大为3509 m³/s.第一和第二实验阶段钱塘江的净流量分别为1329 m³/s和979 m³/s.以上结果表明用双向声传播测流方法可实现对河道流速和流量连续的监测.     

强潮海湾中的湍流与混合:观测与数值模拟

对垂直剪切应力(雷诺应力)、湍动能剪切生成率与湍动能耗散率以及垂直涡黏性系数等湍流参数的现场观测与数值模拟,是理解强潮海湾中垂直混合过程及其动力与生物地球化学效应的基础.利用坐底ADCP流速观测资料、湍流剖面观测资料以及二阶湍流封闭模型,本文对一典型强潮海湾(厦门湾)中的湍流混合过程进行了观测与数值模拟研究.观测结果表明:在M2分潮占优的厦门湾中,湍动能剪切生成率与湍动能耗散率等湍流参数呈现明显的M4分潮周期,并具有显著的涨-落潮不对称性,涨潮时强,落潮时弱.在涨潮期间,整个水体在垂向上近似混合均匀,湍动能剪切生成率和垂直涡黏性系数的垂向平均值分别达到5×10-6 m2 s-3和2×10-2 m2 s-1;在落潮期间,强湍流则主要局限于厚度为5~8 m的底边界层内,且湍流强度随离底距离的增大而逐渐减小.基于重力位能异常控制方程的分析表明,潮流拉伸是造成湍流强度涨-落潮不对称性的主要原因,潮混合的贡献较小.基于二阶湍流封闭模型的模拟结果与实测结果的对比分析表明,在弱层化强潮海湾中,二阶湍流封闭模型能够较好地模拟湍动能耗散率与垂直涡黏性系等湍流参数的垂向结构与潮内变化;模拟结果与实测值之间的差异主要源于一些理想化的模型假设和数学近似.     

吕宋海峡ADCP观测的450m以浅水层内潮特征分析

应用2008年4月25日至9月26日的声学多普勒流速剖面仪（ADCP）的锚定测流资料,研究分析吕宋海峡上层海洋的内潮特征.谱分析和能量计算均显示在观测海区全日潮和半日潮为主要的能量频带,深度积分的全日潮频带总能量为31 kJ.m,在半日潮频带和高频带深度积分的总能量分别为6.9和3.4 kJ.m.谱分析结果显示：近惯性频率峰值仅出现在斜压分量.在66 m以浅深度,显著分潮（O1,K1,M2,MK3,M4）和近惯性频率分量都基本符合线性内波理论关系式E＋（ω）/E-（ω）=（ω-f）2/（ω＋f）2;然而,在其他观测深度,并非所有的主要分潮均满足上述线性内波能量一致性关系式.分析潮流的垂直结构和时间变化,结果表明：正压潮和内潮均为混合潮,潮日不等现象明显,显示了约14天的大潮/小潮周期变化.平行与垂直于陆架方向的K1和O1分潮的分量几乎相等,而M2和S2分潮则主要以波束形式向南海北部陆架传播.内潮幅度和相位均随时间变化,M2和S2垂向结构主要表现为第1模态,而K1和O1则接近于第2模态结构;在主温跃层附近,它们的短轴与长轴之比与f/ω的比值接近.     

2019年甘肃夏河Ms5.7地震前重力场变化

本文对2017年以来中国地震局在南北地震带采集到的5期相对重力测网数据进行了平差计算,简要分析了甘东南研究区内测点平差精度,进而分析了2019年10月28日甘肃夏河Ms5.7地震前的区域重力场变化.结果表明:①研究区内90％测点平差后重力值精度小于10×10-8 m·s-2,与绝对重力观测结果符合性也较好,表明观测质量...     

前期风场控制的太湖北部湖湾水动力及对蓝藻水华影响

为明确前期风场对太湖北部湖湾水动力及蓝藻水华分布的影响,对2008年9月梅梁湾及贡湖湾水文、水质及气象开展了同步观测,结果表明:受前期东北风影响,梅梁湾及贡湖湾表层、中层及底层湖流流向均顺风向自湾内流向湾外,两个湖湾均不存在补偿流.表层湖流对风场变化响应敏感,而中场及底层流场对风场变化响应存在显著滞时.在偏南风作用下,梅梁湾表层湖流能快速形成顺时针环流.在偏西风作用下,贡湖湾表层湖流流向虽未发生偏转,但是湖流流速显著减小并导致流速沿水体垂向呈递增分布.观测期间水动力强度对太湖北部湖区叶绿素a浓度垂向分层及蓝藻水华水平漂移均具有重要影响.在水动力滞缓水域,蓝藻水华易在水表发生漂移堆积.在水动力强度较大水域,强烈的垂向混合作用能使蓝藻沿水深方向混合均匀,降低水华暴发风险.相对于水动力条件,营养盐对叶绿素a浓度空间分布的影响较弱.     

Prior wind field induced hydrodynamics and its influence on cyanobacterial bloom in northem bays of Lake Taihu, China

为明确前期风场对太湖北部湖湾水动力及蓝藻水华分布的影响,对2008年9月梅粱湾及贡湖湾水文、水质及气象开展了同步观测,结果表明:受前期东北风影响,梅梁湾及贡湖湾表层、中层及底层湖流流向均顺风向自湾内流向湾外,两个湖湾均不存在补偿流.表层湖流对风场变化响应敏感,而中场及底层流场对风场变化响应存在显著滞时.在偏南风作用下,梅梁湾表层湖流能快速形成顺时针环流.在偏西风作用下,贡湖湾表层湖流流向虽未发生偏转,但是湖流流速显著减小并导致流速沿水体垂向呈递增分布.观测期间水动力强度对太湖北部湖区叶绿素a浓度垂向分层及蓝藻水华水平漂移均具有重要影响.在水动力滞缓水域,蓝藻水华易在水表发生漂移堆积.在水动力强度较大水域,强烈的垂向混合作用能使蓝藻沿水深方向混合均匀,降低水华暴发风险.相对于水动力条件,营养盐对叶绿素a浓度空间分布的影响较弱.     

连续GPS观测中的相关噪声分析

分析了中国地壳运动观测网络GPS基准站位置时间序列中相关噪声的特性.利用最大似然估计反演了幂指数噪声的谱指数;考察了多种噪声模型,发现除闪烁噪声之外,约50%台站的东分量中的相关噪声可用"随机漫步噪声+一阶高斯-马尔可夫噪声"模型来描述,与其它分析机构产出的全球解并不一致,显示出处理策略的不同能够造成相关噪声的差异.白噪声和闪烁噪声的大小存在明显的地理分异,东南沿海台站的噪声要大于西北内陆台站.考虑相关噪声时,各站的速率估计方差要增大一个数量级以上,水平分量多在1mm/a以内,而垂向分量则较大.     

半航空频率域电磁探测三分量线圈传感器设计

半航空频率域电磁探测方法(semi-airborne frequency domain electromagnetic method,简称SAFEM)通常借助水平线圈传感器观测垂直分量磁场信号.然而,在实际探测过程中,观测单一分量磁场信号不仅缺失水平分量磁场信息,并且在磁场响应畸变区域难以校正,造成视电阻率解释结果精度低、误差大等问题.为此,本文设计并研制了一种能够用于SAFEM探测的三分量空心线圈传感器,采用三组相互垂直的接收线圈分别接收三个分量的磁场信号.首先,为满足旋翼机载重要求,设计0.5 m直径的小尺寸圆形线圈用于接收垂直方向磁场,两个0.01 m边长的方形线圈用于接收水平方向磁场,并对三组线圈的互耦情况进行分析,确定了线圈的最佳相对位置.其次,针对线圈传感器的物理结构特点,综合线圈的寄生电阻、电感和电容值大小的分析结果,确定最终的物理结构参数.进一步地,通过分析不同阻尼状态下的传感器及前置放大电路的频率响应特性,确定了最佳的阻尼系数调节范围.在此基础上,设计了带有阻尼状态调节的低噪声差分前置放大器电路作为SAFEM信号调理模块.最后,开展屏蔽室测试实验和野外探测实验验证三分...     

基于GNSS数据的朝鲜核爆电离层效应观测研究

本文分析了电离层对2009年、2013年和2016年朝鲜核试验中地下核爆(Underground Nuclear Explosion,UNE)的响应.利用南北半球IGS站的GNSS-TEC观测数据,发现了在3次核试验期间的磁共轭电离层扰动现象.观测结果表明,3次UNE所产生的电离层扰动分别以228m·s-1、173m·s-1和147m·s-1的速度从核试验爆心地区径向传播.本文研究提出,UNE所产生的电离层TEC扰动是岩石圈-大气层-电离层耦合(Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling,LAIC)电场渗透到电离层高度引发电动力学过程的结果.此外,LAIC电场可以沿磁力线映射到共轭半球,从而在共轭地区造成电离层TEC扰动.因此,在核试验地区附近以及其对应的磁共轭地区,UNE所产生的LAIC电场在电离层TEC扰动的形成中起着关键性的作用.     

海洋声层析应用与观测研究综述

综述了自20世纪80年代以来国际上开展的主要海洋声层析观测实验.对它在海洋观测里的应用和取得的成果进行了系统总结和回顾,主要包括:(1)海洋中尺度现象观测;(2)海流,潮流,涡度的测量;(3)对流监测;(4)流量和热量输运测量;(5)气候声学测温;(6)内波观测;(7)沿海声学层析;(8)中国学者的工作.对海洋声层析的相关问题作了评述,指出了海洋声学层析研究的重大意义、广阔的应用前景和存在的难点,对我国在这一领域的研究进行了展望并提出一些建议.     

海水速度差异对中深层偏移成像的影响分析

本文针对深水环境下中深层偏移成像质量差的问题,考虑海水速度变化对中深层偏移成像质量的影响,从在大水深中加入深海声道模型入手,分析在偏移成像当中海水速度的不同选取对水平层状介质、倾斜层介质以及较复杂介质模型偏移成像质量的影响,通过在同一模型上改变海水速度进行成像,分析中深层成像效果可以得出:在大水深反射资料数据处理当中应该考虑真实的海水速度进行成像处理,否则会由于海水速度的选取不当而造成偏移成像层位的空间位置和中深层层位几何形态的变化.     

利用超声尾波观测1.5 m长岩石断层黏滑实验的波速变化

在实验室内利用超声尾波观测大尺度(1.5 m)岩石断层的黏滑过程.利用基于尾波干涉的观测方法,我们获得了高达10~(-6)的相对波速变化的观测精度,这相当于~10 kPa的应力变化.利用高精度的测量,我们获取两种不同加载速率下(1μm·s~(-1),10μm·s~(-1))黏滑过程三个阶段(恢复、加载和滑动)基于波速变化的特征量.我们更进一步获取了断层失稳阶段波速变化的时空演化过程.最后讨论了该观测方法需要改进的地方.以上研究结果表明作为一种对现有实验观测手段的有益补充,利用超声尾波观测实验室大尺度岩石断层的动力学过程是可行的.     

超导重力仪检测2011年日本东北Mw9.0级地震前的重力扰动信号

对大地震前的扰动现象的研究有助于认识地震孕育的动力学过程,震前重力扰动已成为关注的热点之一. 对大地震前的扰动现象的研究有助于认识地震孕育的动力学过程,震前重力扰动已成为关注的热点之一. 为检验日本M_w9.0级地震是否存在震前扰动现象,本研究利用全球超导重力仪记录到的地震前后7天内20组秒采样数据进行分析. 经潮汐、大气改正等处理去除仪器的漂移及残余潮汐效应,得到非潮汐重力变化曲线.结果表明大部分振幅大于30×10^-8 m·s^-2的曲线反映了全球M_w≥6级地震引起的高频波动信号,其中11组数据在3月9日M_w7.3级前震之前出现了扰动现象.震前扰动可分解为三个频段,其中,低于0.1 Hz和高于0.18 Hz的分量分别反映了地震波动信号及非构造信息,中间频段(0.118~0.18 Hz)信号能够较大程度地压制地震波动信号、并同时保留异常扰动信息.它的振幅在3月7日10时之前基本保持约1×10^-8 m·s^-2,之后开始逐渐增大,到3月9日7.3级前震前后达到最大,此后振荡衰减,振幅保持约(5~10)×10^-8 m·s^-2,直至主震发生.中间频段信号的变化特征与主震前的应力迁移过程以及实验记录到的地震成核过程有许多相似之处;不过,震前重力异常是否与主震前的应力加速积累有关,仍待进一步研究.     

西沙地块地壳结构及其构造属性

西沙地块作为在南海形成演化过程中形成的微陆块,记录了南海演化历史的重要信息,其地壳结构、物质组成及构造属性是探讨南海形成演化的关键.基于采集到的OBS2013-3测线海底地震仪数据,用射线追踪和正演走时拟合方法,获得了西沙地块的二维纵波速度模型.模型显示沉积层速度为2.2~3.2km·s-1,厚度为0.8~3.0km,局部基底面起伏较大,上地壳顶部速度为5.0~5.5km·s-1,下地壳底部速度为6.9km·s-1,上地幔顶部速度为8.0km·s-1.西沙地块的地壳厚度平均为23km,上地壳厚度约为9km,下地壳厚度约为14km,莫霍面埋深为23~27km.从穿过西沙地块的纵、横两条大剖面推算,块体大小约为9.2×105 km3,与华南陆缘相比,表现为整体减薄的陆壳特征.西沙地块与南沙地块垂直于西南次海盆扩张脊分布,根据二者地壳结构的特征对比,二者互为共轭关系.     

基于异向波速模型的微震定位改进

针对波速分层的区域岩体,在异向波速模型的基础上,对垂向上的应力波按岩体波速值大小作分段区别,推导震源应力波走时关系式,建立分层速度定位目标函数,基于此提出一种由参数准备、层速度反演、微震定位三个模块组成的分层速度定位模型SV,并采用遗传算法进行优化求解.然后,对分层速度定位模型在已构建微震监测系统的白鹤滩水电站左岸岩质边坡进行验证.微震事件重定位结果表明,分层速度定位模型定位微震事件的最大、最小和平均偏离层内错动带程度指标较单一速度模型分别降低了57.17%、36.51%和57.35%,证明了定位模型在波速分层的区域岩体微震定位应用中比单一速度定位模型更加合理可靠.     

基于初至波走时层析成像的Tikhonov正则化与梯度优化算法

初至波走时层析成像是利用地震初至波走时和其传播的射线路径来反演地下介质速度的技术.该问题本质上是一个不适定问题,需要使用正则化方法并辅之以适当的最优化技巧.本文从数值优化的角度介绍了初至波走时层析成像的反演原理,建立了Tikhonov正则化层析成像反演模型并提出求解极小化问题的加权修正步长的梯度下降算法.该方法可以从速度模型的可行域中迭代找到一个最优解.数值试验表明,该方法是可行和有应用前景的.     

机载SAR探测图像中归一化雷达截面随入射角变化规律应用

机载SAR对海探测时,探测范围小和时空匹配难等局限使其无法借助风条纹和辅助资料反演海面风矢量.本文在仿真研究CMOD5.N地球物理模型参数的函数关系,实例分析机载SAR探测图像中距离向均值曲线变化规律的基础上,发现相同风向、风速条件下,CMOD5.N模型构建的标准曲线和探测图像的距离向均值曲线遵循统一的归一化雷达截面随入射角变化规律,且两者具有良好的相关性.据此,本文提出将距离向均值曲线与标准曲线逐条匹配,采用相关系数判定两者的相关程度,选择使得相关系数绝对值最大的标准曲线作为最优匹配曲线,进而直接确定风向和风速的海面风矢量反演方法.机载SAR飞行探测实验结果表明,海面风矢量反演结果与浮标观测结果的均方根误差为风向11.3°,风速0.9m·s-1,高于反演精度指标要求,原因在于该方法既避免了机载SAR探测图像中斑点噪声的影响,又不会产生局部最优解,提高了海面风矢量反演精度.     

基于镭同位素分布的黄海和东海垂直混合速率计算

在黄海和东海采样测定了水体中的镭同位素分布,用平流扩散模型描述镭同位素分布,最小二乘方法计算了垂直涡动扩散系数和上升流或下降流流速.结果给出北黄海中部、南黄海中部、浙江沿岸和台湾北部海域存在上升流,流速分别为0.46×10^-3cm·s^-1、0.17×10^-3~1.39×10^-3cm·s^-1、2.02×10^-3~3.04×10^-3 cm·s^-1和1.06×10^-3~2.51×10^-3 cm·s^-1.北黄海中部和东海东北部存在下降流.流速分别为-2.30×10^-3 cm·s^-1和-0.61×10^-3~-2.10×10^-3 cm·s^-1.计算同时给出的垂直涡动扩散系数为5.84~48.2 cm²·s^-1,平均值为22.3 cm²·s^-1.北黄海和浙江沿岸上升流流速与文献的结果一致;北黄海中部存在下降流与文献的结论一致.本研究结果与文献结果一致是对所建立的方法的肯定,也是对文献研究结果的支持.     

巴颜喀拉块体地壳结构多样性探测

青藏高原内部地壳岩性的改造、岩性随深度变化及形变构造是探索研究地壳增厚、物质运动问题的关键.巴颜喀拉块体位于青藏高原中北部,地域广袤,通过对块体内中、东部不同区域的深地震广角反射/折射震相的综合分析,利用反射率理论地震图方法对不同性质震相走时及振幅特征进行细致的模拟计算,进一步研究巴颜喀拉块体内部不同区域地壳精细结构.结果显示:巴颜喀拉块体地壳厚度50~60 km、整体向西逐渐增厚,结晶地壳平均速度6.07~6.18 km·s~(-1)、岩层速度大幅降低,壳内多强反射界面结构、但不同区域差异明显;东部若尔盖盆地地壳介质速度整体低速、壳幔边界较为清晰;中部玉树一玛多段下部地壳发现约6.8 km·s~(-1)的"高速度"介质结构,壳幔边界不清、被改造为2~4 km厚的高速度梯度层,显示了巴颜喀拉块体内部地壳增厚、介质岩性结构被改造的差异性.地壳内部多组强反射、低视速度走时震相揭示了介质岩性的低速破碎、弱化蠕变以及可能的壳内解耦构造.局部地区下地壳的高视速度震相特征显示了青藏高原地壳改造增厚大背景下可能存在稳定的"原始地壳"结构残留或是与上地幔物质的浸入交流.巴颜喀拉块体内不同区域地壳增厚、岩性结构、结晶基底及壳幔边界性质被改造的多样性为深入认识青藏高原地壳形变及动力学过程带来新的启迪.     

廊坊地区中间层顶钠原子垂直动力学输送特征观测分析

利用中科院国家空间科学中心廊坊观测站（40.0° N,116.3° E）钠荧光多普勒激光雷达观测数据对钠原子的重力波输送和湍流输送进行分析,利用流星雷达观测数据对钠原子的环流输送进行分析,结果显示重力波动力学输送、重力波化学输送、湍流混合输送及环流输送对钠原子输送贡献的量级相当.其中重力波动力学输送在85~100 km整体为负向,在90~95 km占主要地位的平均输送速度为-3.1 cm·s^-1;重力波化学输送在85~94 km为正向,94~100 km基本为负向,在85~90 km占主要地位的平均输送速度为3.3 cm·s^-1;湍流混合输送在85~95 km为负向,95~100 km为正向,在85~90 km占主要地位的平均输送速度为-4.9 cm·s^-1;85~100 km环流输送整体为正向,平均输送速度为1 cm·s^-1.88~95 km四种动力学输送产生的平均合速度为-1 cm·s^-1,负向的垂直输送特征对钠原子"源""汇"平衡十分重要.本文结果可为不同大气圈层之间重力波产生的能量物质交换机制研究和圈层之间的耦合过程研究提供观测事实参考,为大气化学成分的垂直输送机制建模提供参数化依据.