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利用谱元法计算SNREI地球的表面负荷变形

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地球物理学报 2019年第7期62卷 2382-2393页

作者：廖彬彬徐建桥孙和平周江存中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

谱元法作为一种基于变分原理的数值方法,已经成为地球动力学数值模拟的重要手段.本文旨在对Martinec(2000)正演模拟表面负荷问题的谱-有限元方法进行改进.简单地介绍了谱元法计算负荷边值问题的相关理论,并推导了中性分层液体中的平衡... 详细信息

谱元法作为一种基于变分原理的数值方法,已经成为地球动力学数值模拟的重要手段.本文旨在对Martinec(2000)正演模拟表面负荷问题的谱-有限元方法进行改进.简单地介绍了谱元法计算负荷边值问题的相关理论,并推导了中性分层液体中的平衡方程以及其对应的弱形式解.在地球半径方向上,采取高阶样条函数作为负荷解的基函数,并利用高斯-勒让德方法进行数值积分.均质地球模型数值试验表明,相较于Martinec的方法,本文方法可以有效地加快数值解的收敛速度.最后,利用PREM模型计算了SNREI地球的负荷勒夫数.数值计算结果表明本文方法的收敛性和稳定性都非常好.本文方法获得的负荷勒夫数与采用传统龙格-库塔积分方法获得的结果相对误差在0.01%的量级.

关键词：谱元法弱解中性分层流体 SNREI地球负荷勒夫数

基于Sentinel-1 SAR数据的黑河上游冻土形变时序InSAR监测

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地球物理学报 2019年第7期62卷 2441-2454页

作者：陈玉兴江利明梁林林周志伟中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

多年冻土活动层变化导致冻土区大范围地面变形,严重破坏区域内基础设施和水文地质条件,亟需加强活动层季节冻融过程的观测研究.本文提出一种基于分布式目标的小基线集时序InSAR(DSs-SBAS)的冻土形变监测方法.该方法采用分布式目标提取... 详细信息

多年冻土活动层变化导致冻土区大范围地面变形,严重破坏区域内基础设施和水文地质条件,亟需加强活动层季节冻融过程的观测研究.本文提出一种基于分布式目标的小基线集时序InSAR(DSs-SBAS)的冻土形变监测方法.该方法采用分布式目标提取和特征值分解算法,并结合基于地温-形变约束关系的参考点选取新策略,提高了冻土形变监测结果的时空分辨率和可靠性.以祁连山黑河西支源头的野牛沟为研究区域,通过对27景Sentinel-1SAR影像进行时序InSAR分析,获取了2014-2016年该区多年冻土的形变时间序列和年均形变速率,并利用Stefan模型联合地温数据估算其季节性形变幅度.实地踏勘和结果分析表明:(1)研究区大部分多年冻土处于稳定状态(-1.0^+1.0cm·a^-1),在地形陡峭的南坡边缘及含冰量丰富的野牛沟河上游两侧沟底部分区域存在较大形变;(2)区域内冻土形变时间序列呈现年周期变化,冻土冻融形变存在季节性周期形变和季节性波动下沉两种形变特征,形变幅度和速率最大可达6.0cm和-3.0cm·a^-1;(3)不同区域的活动层冻结/融化始日和冻土形变存在明显差异,主要和冻土地貌、土壤类型以及活动层厚度有关.本文提出的方法在青藏高原多年冻土区大范围冻融监测和活动层厚度反演研究方面具有很大的应用潜力.

关键词：多年冻土时序InSAR 形变监测青藏高原活动层厚度变化

基于多路径Radon变换的地震数据噪声压制和波型分离方法研究

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地球物理学报 2022年第1期65卷 333-348页

作者：唐欢欢毛伟建中国科学院精密测量科学与技术创新研究院计算与勘探地球物理研究中心武汉430077 大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077

Radon变换是一种稀疏变换,被广泛应用于地震数据处理,其中线性Radon和抛物Radon最为常用.在实际地震数据中,直达波和面波的同相轴形态为线性,反射波为双曲型,单独使用线性Radon或抛物Radon变换时,不能确保所有同相轴在变换域的系数都是... 详细信息

Radon变换是一种稀疏变换,被广泛应用于地震数据处理,其中线性Radon和抛物Radon最为常用.在实际地震数据中,直达波和面波的同相轴形态为线性,反射波为双曲型,单独使用线性Radon或抛物Radon变换时,不能确保所有同相轴在变换域的系数都是稀疏的,影响地震数据处理效果.本文提出的多路径Radon变换联合了线性Radon变换和抛物Radon变换,每个同相轴都有两种不同的变换参数来与积分路径相适应,能够兼顾不同形态的同相轴;然后利用最小二乘稀疏反演方法对不同形态同相轴匹配最佳积分路径,使其自动分离到两个不同的Radon域剖面且保持系数同时稀疏.从多路径Radon域剖面上,能够很容易地识别不同系数所对应的同相轴形态、时间截距以及速度,这些特征有利于提高利用Radon变换方法进行随机噪声压制、面波压制以及波型分离等技术的处理效果,该变换在模型数据和实际数据中的应用结果证明了本文方法有效性.

关键词：多路径Radon变换稀疏反演噪声压制波型分离

基于集合经验模态分解法的重力极潮提取与研究

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地球物理学报 2018年第2期61卷 521-530页

作者：孙和平张苗苗徐建桥陈晓东刘清超中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

重力极潮,即极移引起的重力变化,是地球由于惯性离心力变化导致地球形变的综合反映,其观测和研究有助于了解地球在长周期频段的响应,约束地球形变、地球内部构造和物理参数.区别于以往研究,本文采用了集合经验模态分解方法(Ensemble Emp... 详细信息

重力极潮,即极移引起的重力变化,是地球由于惯性离心力变化导致地球形变的综合反映,其观测和研究有助于了解地球在长周期频段的响应,约束地球形变、地球内部构造和物理参数.区别于以往研究,本文采用了集合经验模态分解方法(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)从全球5个超导重力仪台站连续重力观测资料中提取重力极潮、消除仪器漂移及极潮频段以外的大部分噪声信号,该方法所用的基函数是基于自身信号获得的;在此基础上,利用最小二乘匹配法分离极潮中的周年项和Chandler项,估算Chandler周期的极潮潮汐因子.结果表明,基于EEMD得到的极潮潮汐因子与前人基于其他消除仪器漂移方法(数学模型或小波分析)得到的结果相符合,精度相当,但由于这种方法是自适应的,因此本文结果更能反映实际物理过程.

关键词：超导重力仪 EEMD 重力极潮滤波

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武汉台重力潮汐长期观测结果

地球物理学报 2014年第10期57卷 3091-3102页

作者：徐建桥周江存陈晓东孙和平中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077

采用武汉台超导重力仪(SG C032)14年多的长期连续观测资料,研究了固体地球对二阶和三阶引潮力的响应特征,精密测定了重力潮汐参数,系统研究了最新的固体潮模型和海潮模型在中国大陆的有效性.采用最新的8个全球海潮模型计算了海潮负荷效... 详细信息

采用武汉台超导重力仪(SG C032)14年多的长期连续观测资料,研究了固体地球对二阶和三阶引潮力的响应特征,精密测定了重力潮汐参数,系统研究了最新的固体潮模型和海潮模型在中国大陆的有效性.采用最新的8个全球海潮模型计算了海潮负荷效应,从武汉台SG C032的观测中成功分离出63个2阶潮汐波群和15个3阶潮汐波群信号,3阶潮波涵盖了周日、半日和1/3日三个频段.重力潮汐观测的精度非常高,标准偏差达到1.116nm·s-2,系统反映了非流体静力平衡、非弹性地球对2阶和3阶引潮力的响应特征.结果表明,现有的武汉国际重力潮汐基准在半日频段非常精确,但在周日频段存在比较明显的偏差,需要进一步精化.对于中国大陆的大地测量观测,固体潮可以采用Dehant等考虑地球内部介质非弹性和非流体静力平衡建立的固体潮理论模型或Xu等基于全球SG观测建立的重力潮汐全球实验模型作为参考和改正模型,海潮负荷效应应该采用Nao99作为改正模型.

关键词：超导重力仪重力潮汐参数武汉国际重力潮汐基准固体潮模型海潮模型

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全球平均海平面上升的瞬时速率

地球物理学报 2018年第12期61卷 4758-4766页

作者：穆大鹏闫昊明中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

在确定海平面上升速率时,传统方法是利用最小二乘拟合获取特定时间段内的平均速率.事实上,由于海平面是一种非稳态变化,其速率随着时间变化.本文使用集成经验模态分解获取海平面变化在2002—2014年间的非线性趋势,然后通过三次样条函数... 详细信息

在确定海平面上升速率时,传统方法是利用最小二乘拟合获取特定时间段内的平均速率.事实上,由于海平面是一种非稳态变化,其速率随着时间变化.本文使用集成经验模态分解获取海平面变化在2002—2014年间的非线性趋势,然后通过三次样条函数平滑拟合非线性趋势得到连续的一阶导数,即为海平面变化的瞬时速率.结果表明,全球平均海平面的瞬时速率先降后升:从2002的2.7mm·a^(-1)缓慢下降至2010年的2.5mm·a^(-1),然后上升至2014年的3.8mm·a^(-1).通过分析海平面上升各个贡献成分的瞬时速率,发现该上升主要由海水质量增加引起.在2002—2014年间,格陵兰岛冰川消融对海平面上升瞬时速率的贡献从0.51mm·a^(-1)上升至0.85mm·a^(-1),南极冰川消融的贡献则从0.12mm·a^(-1)上升至0.34mm·a^(-1).陆地水储量对海平面上升起抑制作用,但该抑制作用呈下降趋势,其瞬时速率从-0.24mm·a^(-1)增加到0.03mm·a^(-1).比容海平面的瞬时速率表现为下降趋势,从1.6mm·a^(-1)减小至1.0mm·a^(-1).这表明在全球尺度上,海水质量对海平面上升的贡献正在增加,截止到2014年,海水质量的贡献已经接近70%.

关键词：海平面上升瞬时速率海水比容海水质量

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动态PPP定位中周跳自动探测与处理策略

地球物理学报 2014年第5期57卷 1433-1439页

作者：柴艳菊阳仁贵张宝成中国科学院测量与地球物理研究所、大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077

周跳的自动探测与有效处理是动态PPP定位中关键和棘手的问题．本文提出利用L1、L2、L4、L5历元间差分，并联合doppler积分综合探测与定位周跳．对准确判定发生周跳的卫星，不进行周跳的固定和修复，而是将其作为新升起的卫星重新估计模... 详细信息

周跳的自动探测与有效处理是动态PPP定位中关键和棘手的问题．本文提出利用L1、L2、L4、L5历元间差分，并联合doppler积分综合探测与定位周跳．对准确判定发生周跳的卫星，不进行周跳的固定和修复，而是将其作为新升起的卫星重新估计模糊度．这一处理策略避免了周跳修复不准对整个定位精度的影响，当保证不少于4颗卫星连续跟踪时，PPP动态定位的精度是稳定的，实验结果表明：在相对比较恶劣的动态环境下，动态PPP定位精度可以达到0．1～0．2m水平．

关键词：动态PPP 模糊度重新初始化周跳探测 doppler观测

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矢量黏弹性衰减补偿高斯束偏移

地球物理学报 2019年第4期62卷 1480-1491页

作者：石星辰毛伟建栗学磊中国科学院测量与地球物理研究所计算与勘探地球物理研究中心大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

基于弹性波动理论的多波多分量高斯束偏移具有计算效率高和成像准确等优点.但是目前此方法没有考虑实际地下介质的黏弹性对地震波传播的影响,从而无法补偿能量衰减和校正相位畸变,这使得该方法对一些含高黏弹性地层的成像效果不佳.针对... 详细信息

基于弹性波动理论的多波多分量高斯束偏移具有计算效率高和成像准确等优点.但是目前此方法没有考虑实际地下介质的黏弹性对地震波传播的影响,从而无法补偿能量衰减和校正相位畸变,这使得该方法对一些含高黏弹性地层的成像效果不佳.针对衰减区域的成像问题,本文提出一种黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法,该方法以多波多分量矢量波场弹性高斯束偏移方法为基础,在偏移过程中沿射线路径通过引入品质因子Q来考虑黏弹性影响并进行衰减补偿.该方法能够在偏移过程中实现PP波和PS波的自动分离及分别成像.同时,本文给出了在矢量波场偏移过程中提取角度域共成像点道集的方法,以便用于成像质量控制,并为后续速度和黏弹性参数反演提供所需的数据.本文利用2D层状模型和洼陷模型进行了方法测试,其成像结果验证了本文所提出的黏弹性衰减补偿高斯束偏移方法的可行性和有效性.

关键词：黏弹性高斯束偏移多波多分量矢量波场成像

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从克拉通破坏到板块动力模型的研究

地球物理学报 2014年第7期57卷 2344-2351页

作者：郝晓光胡小刚方剑刘根友段鹏硕冯伟崔荣花中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077

华北克拉通破坏动力机制研究导致了全球动力系统及"板块动力模型"研究.板块运动最有可能的动力是地幔物质流动,但由于地幔物质流动的成因至今尚未查明,所以板块构造学说研究仍处于"运动模型"阶段,而没有进入"动力模型"阶段.如果地幔密... 详细信息

华北克拉通破坏动力机制研究导致了全球动力系统及"板块动力模型"研究.板块运动最有可能的动力是地幔物质流动,但由于地幔物质流动的成因至今尚未查明,所以板块构造学说研究仍处于"运动模型"阶段,而没有进入"动力模型"阶段.如果地幔密度异常是驱动地幔物质流动的成因,那么就有可能基于重力学方法以"板块动力模型"的形式建立地幔密度异常驱动模式;软流圈中可能存在着动力特性不同的区块,地幔密度正异常代表物质盈余、区块内的物质要向区块外移动,地幔密度负异常代表物质亏损、区块外的物质要向区块内移动.本项目采用重力和地震资料相结合研究地球的整体分层,根据重力大地水准面联合地震波速度结构反演求解地幔密度异常,再根据地球正常密度假说和板块运动重力学机制的观点并与现有"板块运动模型"相结合,分析地幔密度异常动力区块,初步建立"基于重力学机制的板块动力模型";为最终建立多学科机制的"全球板块动力模型",迈出重要一步.

关键词：重力学机制地幔正常密度地幔密度异常动力区块板块动力模型