多维自回归(AR)模型计算地震动空间相干函数的适用性研究

作     者：温攀 冀昆 温瑞智 任叶飞 WEN Pan;JI Kun;WEN Ruizhi;REN Yefei

作者机构：中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080 中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080 

出 版 物：《振动与冲击》 (Journal of Vibration and Shock)

年 卷 期：2022年第41卷第2期

页      面：140-150页

核心收录：

学科分类：070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 0708[理学-地球物理学] 

基　　金：黑龙江省自然科学基金联合引导项目(LH2020E022) 黑龙江省自然科学基金优秀青年项目(YQ2019E036) 国家自然科学基金广东省联合基金项目(U1901602) 国家自然科学基金(51908518) 中国地震局工程力学研究所所长基金(2019B09) 

主　　题：相干函数 自回归模型 功率谱 周期图法 中国台湾SMART-1台阵 多点地震动模拟 

摘      要：传统周期图法求解地震动相干函数时需要进行功率谱的人为加窗平滑,且仅能考虑记录两两之间的空间相关性。针对以上缺陷,该研究采用多维自回归(autoregressive,AR)模型代替周期图法进行相干函数计算,并从多个方面对其合理性加以评估和验证。首先以中国台湾SMART-1台阵数据为算例,对比AR模型以及周期图法计算相干函数的结果,从记录的重构效果、功率谱和相干函数等多个角度讨论了不同维度下AR模型的计算结果差异。最后通过采取对已知台站记录进行空间多点地震动模拟,与目标地震动对比,探讨不同维度下AR模型求解地震动空间相干函数的合理性。结果表明:不同维度下的AR模型均可实现对强震动加速度记录的精确重构,但是维度的不同会导致传递矩阵的差异,进一步影响功率谱及相干函数的计算结果;对于彼此间距较小的内环台站记录,不同维度AR模型下所求的功率谱和相干函数差异较明显。基于三维AR模型所求相干函数得到的模拟地震动与目标地震动在时程和功率谱上均较周期图法更为接近。随着记录台站间距的增大,彼此相关性减弱,AR模型维度对相干函数和结果的影响减弱,此类工况采用多维AR模型计算相关函数得到的空间地震动效果并未优于传统周期图法。