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利用HVSR方法探测四川理县西山村滑坡速度结构

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1515-1526页

作者：孙晓倩储日升曾求盛敏汉危自根中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 湖北省地质局地球物理勘探大队武汉430056

HVSR(Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio)是地震背景噪声水平分量与垂直分量的频谱比,常被用来探测起伏地形较小的浅地表速度结构.然而,高起伏地形下该方法的适用性还需要仔细研究.本文探讨利用HVSR方法探测四川理县西山村滑坡的... 详细信息

HVSR(Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio)是地震背景噪声水平分量与垂直分量的频谱比,常被用来探测起伏地形较小的浅地表速度结构.然而,高起伏地形下该方法的适用性还需要仔细研究.本文探讨利用HVSR方法探测四川理县西山村滑坡的速度结构.我们首先将ENZ坐标系下三分量地震数据旋转到垂直于地形自由面的LQT坐标系,分别计算了两个坐标系下2 h地震背景噪声数据的HVSR曲线,对比结果发现,LQT坐标系下三分量数据的HVSR峰值频率更能反映地下结构信息.然后,本文反演了29个台站LQT坐标系的HVSR曲线,获得了滑坡体堆积物及基岩的一维S波速度结构.西山村滑坡体堆积物的S波速度范围为50~1000 m·s^(-1),滑坡厚度23~130 m.滑坡体西侧边缘地下40~120 m处存在10~20 m的低速层,表明该位置抗剪强度相对较弱,是潜在的滑动危险区域.对数据进行坐标系转换后,HVSR方法能够利用较短的观测数据获取可靠的滑坡体速度结构,为滑坡体积估算、脆弱位置识别、灾害评估提供重要信息.

关键词：理县西山村滑坡 HVSR S波速度结构地震背景噪声

顾及日变化和非线性垂直改正的区域大气加权平均温度模型

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1721-1732页

作者：黄良珂廖发圣陈发德张红星黎峻宇黄玲刘立龙桂林理工大学测绘地理信息学院桂林541004 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉430071

大气加权平均温度(Tm)是全球导航卫星系统(GNSS)技术反演大气水汽的关键因素,针对已有区域Tm模型未能同时顾及Tm在垂直方向的非线性变化和精细的日变化以及在构建模型时仅使用单一格网点数据等问题,本文以中国地区为研究区域,提出了一... 详细信息

大气加权平均温度(Tm)是全球导航卫星系统(GNSS)技术反演大气水汽的关键因素,针对已有区域Tm模型未能同时顾及Tm在垂直方向的非线性变化和精细的日变化以及在构建模型时仅使用单一格网点数据等问题,本文以中国地区为研究区域,提出了一种基于滑动窗口的区域Tm建模方法,利用2012—2017年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5资料建立顾及日变化和非线性垂直改正的区域Tm格网模型(CNTm模型).联合未参与建模的2018年ERA5资料和无线电探空数据,验证CNTm模型的精度和适用性,并与当前广泛使用的GPT3模型和顾及了线性垂直改正的IGPT2w模型进行精度对比.结果表明:以2018年ERA5资料和无线电探空数据为参考值,CNTm模型的均方根误差(RMS)分别为3.31 K和3.21 K,其精度相较于GPT3模型分别提高了约16%和23%,相较于IGPT2w模型分别提高了约7%和11%;顾及了非线性垂直改正的CNTm模型的估计值更接近于Tm在垂直方向上的变化趋势,且CNTm模型能够捕获Tm的日变化.由于CNTm模型在研究区域表现出优异的性能,因此,其在研究区域实时高精度、高分辨率GNSS水汽监测中具有重要的应用.

关键词： CNTm模型大气加权平均温度全球导航卫星系统非线性垂直改正日变化

1.27 μm O_(2)(a^(1)Δ g)气辉临边观测辐射传输特性

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1088-1097页

作者：王道琦王后茂何微微胡向瑞李娟李发泉武魁军烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005 中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071

1.27μm波段的O_(2)(a^(1)Δg)气辉辐射具有辐射信号强、空间跨度大、自吸收效应弱等诸多内禀优势,是临近空间大气遥感的重要目标源,对于中高层大气的动力学及热学特性研究,全球温室气体探测,以及臭氧浓度三维层析等卫星遥感具有重要的... 详细信息

1.27μm波段的O_(2)(a^(1)Δg)气辉辐射具有辐射信号强、空间跨度大、自吸收效应弱等诸多内禀优势,是临近空间大气遥感的重要目标源,对于中高层大气的动力学及热学特性研究,全球温室气体探测,以及臭氧浓度三维层析等卫星遥感具有重要的科学意义和应用价值。首先基于O_(2)(a^(1)Δg)光化学反应模型,研究了O_(2)(a^(1)Δg)气辉的产生机制及湮灭机理,在此基础上,计算得到了O_(2)(a^(1)Δg)气辉体辐射率廓线,并基于HITRAN数据库给出的谱线强度及爱因斯坦系数,提出了两种计算O_(2)(a^(1)Δg)气辉光谱分布的方法。采用最新的分子光谱参数、光化学反应速率常数及F10.7太阳紫外通量等参数,结合光化学反应模型计算得到的O_(2)(a^(1)Δg)气辉体辐射率廓线信息,借助逐线积分算法,建立了1.27μm O_(2)(a^(1)Δg)气辉临边观测辐射传输理论模型,并分析了自吸收效应对不同临边观测高度处气辉辐射光谱强度的影响。然后,利用剥洋葱算法,对大气图像扫描成像吸收光谱仪(SCIAMACHY)在临边观测模式下测得的O_(2)分子近红外大气带的气辉辐射信号进行处理得到了目标层O_(2)(a^(1)Δg)气辉辐射光谱,并通过谱积分算法反演得到了O_(2)(a^(1)Δg)气辉的体辐射率廓线信息。最后通过对比气辉临边观测辐射传输理论模型计算得到的以及SCIAMACHY仪器测量反演得到的1.27μm O_(2)(a^(1)Δg)辐射光谱及体辐射率廓线信息,验证1.27μm O_(2)(a^(1)Δg)气辉临边观测辐射传输理论模型的可靠性与合理性。基于比对结果,对O_(2)(a^(1)Δg)气辉临边辐射强度和体辐射率的影响因素进行了分析。分析结果表明,在50 km以上的高空区域,理论计算结果与卫星实测结果吻合性较好,而随着海拔高度的降低,两者的偏差逐渐增大,这是因为在临边观测模式下,中低空区域的卫星遥感信号受自吸收效应及大气散射效应影响严重。此外,与HITRAN数据库给出的谱线强度参数相比,基于爱因斯坦系数建立的O_(2)(a^(1)Δg)气辉临边辐射模型与卫星实测结果更加吻合。1.27μm O_(2)(a^(1)Δg)气辉临边观测辐射传输理论模型的建立,对于临近空间大气遥感,奠定了理论基础。

关键词： O_(2)(a^(1)Δg)气辉体辐射率临边观测辐射传输理论模型

2021年四川泸县M_(S)6.0地震震源参数研究

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1487-1500页

作者：莫丽桦储日升谷旺旺盛敏汉马海超李雪垒中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 湖南工商大学微电子与物理学院长沙410205

2021年9月16日四川泸县发生了有记载以来震级最大的地震(M_(S)6.0).为了认识该地震的发震机理,我们综合使用近震和远震波形数据精确测定了2021年泸县地震及M_(S)≥3.0余震的机制解、深度、水平位置、破裂方向等震源参数.震源机制解结果... 详细信息

2021年9月16日四川泸县发生了有记载以来震级最大的地震(M_(S)6.0).为了认识该地震的发震机理,我们综合使用近震和远震波形数据精确测定了2021年泸县地震及M_(S)≥3.0余震的机制解、深度、水平位置、破裂方向等震源参数.震源机制解结果显示这些地震大多是逆冲型,伴有少量走滑成分,M_(S)6.0地震质心深度为4 km,矩震级为M_(W)5.25,两个节面的走向角、倾角、滑移角分别为95°/47°/84°和283°/43°/96°;sPL和sP两个震相的波形拟合结果表明其质心深度在5 km左右.我们还利用InSAR形变资料获取了M_(S)6.0地震的质心位置,然后利用面波到时差相对定位方法确定了其他地震的水平位置.基于经验格林函数法得到M_(S)6.0地震破裂方向大致为北西西.2021年泸县M_(S)≥3.0地震质心深度在3~5 km,且质心震中位于页岩气开采注水井3 km以内,具体的发震机理还需要参考工业生产数据,通过岩石物理实验和地质力学模拟来进一步研究.

关键词：四川泸县震源机制解深度震相相对定位破裂方向

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多分量震源和检波器数据弹性波高斯束偏移

地球物理学进展 2024年

作者：石星辰毛伟建张延保田宝卿中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室计算与勘探地球物理研究中心中国地震局地球物理研究所

当前，弹性多分量高斯束偏移的研究主要集中于PP（纵波-纵波）和PS（纵波-横波）波型，这仅是完整弹性波成像的一个子集.这些方法通常采用标量源，即仅产生纯P波的爆炸源，因此波型分离仅需要在接收端执行.然而，全面的弹性波成像还应涵... 详细信息

当前，弹性多分量高斯束偏移的研究主要集中于PP（纵波-纵波）和PS（纵波-横波）波型，这仅是完整弹性波成像的一个子集.这些方法通常采用标量源，即仅产生纯P波的爆炸源，因此波型分离仅需要在接收端执行.然而，全面的弹性波成像还应涵盖SP（横波-纵波）和SS（横波-横波）波型. 作为完整的弹性波场的一部分，SP和SS波能够从不同视角提供认识地球内部结构的能力.为了获得各个波型（包括PP、PS、SP和SS）的弹性波成像结果，本文将传统的仅在检波器端采用多分量设备的弹性高斯束偏移方法拓展至震源和检波器均使用多分量设备的情形.这种拓展可在缺乏局部界面的区域直接生成丰富的S波波型，且传播更深.基于弹性Kirchhoff-Helmholtz积分以及震源端与检波点端的完备边界条件，本文推导了适用于自由表面、海底以及自由空间模型的波场延拓与波型分离公式.在偏移过程中，该方法可自动实现源端和检波点端的波型分离，无需事先对数据进行P/S波的单独分离.此外，为解决与S 波相关的极性反转问题，本文应用了适用于张量形式的矢量互相关成像条件. 所提方法的有效性在两个合成数据测试中得到验证.

关键词：弹性高斯束偏移矢量震源二维四分量

SO_(2)紫外相机标准泡定标法的误差校正

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光学学报 2024年第6期44卷 92-104页

作者：张会亮李发泉李娟王后茂张子豪郭建军武魁军何微微烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071 中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院光谱成像技术重点实验室陕西西安710119 中国科学院国家空间科学中心北京100190

针对标准泡法在远距离SO_(2)监测定标不准确的实际问题,开展定标误差校正方法研究。首先,基于标准泡定标法原理以及大气辐射传输理论,提出消除光稀释效应影响的图像校正方法;然后,在充分分析窗片与滤光片反射以及气溶胶散射效应的基础上... 详细信息

针对标准泡法在远距离SO_(2)监测定标不准确的实际问题,开展定标误差校正方法研究。首先,基于标准泡定标法原理以及大气辐射传输理论,提出消除光稀释效应影响的图像校正方法;然后,在充分分析窗片与滤光片反射以及气溶胶散射效应的基础上,对反射效应及散射特性对定标结果的影响进行量化;最后,综合上述影响因素计算得到光稀释效应校正及散射特性修正的定标曲线,并比较误差校正的标准泡定标法与DOAS定标法在反演SO_(2)柱密度图像以及SO_(2)排放速率之间差异。结果表明,所提出的校正方法可将标准泡法与DOAS法的定标结果差异从59%降低至7%,验证了该误差校正方法的有效性和准确度。

关键词：大气光学 SO_(2)紫外相机标准泡法定标曲线光稀释效应误差校正排放速率

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对我国重力学未来发展的几点思考

中国科学院院刊 2024年第5期39卷 881-890页

作者：孙和平中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

随着现代科技的发展,重力学与地震学、地质学、基础物理学、地球动力学、水文学、海洋学和天文学等众多学科交叉融合并蓬勃发展,是服务国家测绘基准、资源勘探、军事安全及灾害监测等战略需求和基础地球科学问题研究的关键学科,因此掌... 详细信息

随着现代科技的发展,重力学与地震学、地质学、基础物理学、地球动力学、水文学、海洋学和天文学等众多学科交叉融合并蓬勃发展,是服务国家测绘基准、资源勘探、军事安全及灾害监测等战略需求和基础地球科学问题研究的关键学科,因此掌握重力学的核心技术是国家核心竞争力的重要体现。文章在分析我国重力学学科发展的历史、现状、机遇与挑战的基础上,提出了重力学学科未来发展方向与重点思考内容,涉及海陆天空一体化的立体重力观测技术,海陆天空统一的大地测量重力基准网,地球系统质量迁移与青藏高原动力学问题研究,面向国防安全与太空的重力学,以及发展人工智能等新技术在重力学研究中的应用等。

关键词：重力学海陆天空一体化重力基准

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空间引力波探测现状与展望

中国科学:物理学力学天文学 2024年第7期54卷 6-67页

作者：倪维斗中国科学院大学国际理论物理中心(亚太地区) 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉物理与数学研究所

空间引力波探测是依据引力理论推导出的天文动力学方程来探测引力波所引起航天器/天体间距离的改变和/或其状态的变化.基本方法是使用电磁波(包括射电、微波、光波、X光、伽马射线等)多普勒跟踪与发射接收两端的稳定频率标准(源)比对,... 详细信息

空间引力波探测是依据引力理论推导出的天文动力学方程来探测引力波所引起航天器/天体间距离的改变和/或其状态的变化.基本方法是使用电磁波(包括射电、微波、光波、X光、伽马射线等)多普勒跟踪与发射接收两端的稳定频率标准(源)比对,如微波多普勒跟踪、光钟引力波探测、原子干涉引力波探测和激光干涉引力波探测等.若两端的频率源稳定性不足,则需使用基于多普勒跟踪组合的双路径广义迈克尔逊干涉.现在正在建造、规划的空间引力波探测器主要的是激光干涉仪,涵盖中频(0.1–10 Hz)、与低频(毫赫兹0.1–100 mHz和微赫兹0.1–100μHz)波段引力波的探测.本文评述这些引力波探测的现况和展望.

关键词：引力波空间引力波探测空间时延干涉激光迈克尔逊干涉引力波探测毫赫兹引力波微赫兹引力波分赫兹引力波多普勒跟踪光钟引力波探测原子干涉引力波探测

用钻孔应变数据探测2011年日本Tohoku大地震激发的低频地球环型自由振荡及其谱峰分裂

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1383-1397页

作者：张赓徐建桥陈晓东张凌云孙和平龚立卓中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210

地震激发的地球自由振荡中,环型自由振荡(特别是低频环型自由振荡)的精确探测相比于球型自由振荡更加困难.环型自由振荡对SH波速度结构更加敏感,能更好地监测走滑断层运动,因此精确估算环型自由振荡的谱峰参数可为地球内部大尺度SH波速... 详细信息

地震激发的地球自由振荡中,环型自由振荡(特别是低频环型自由振荡)的精确探测相比于球型自由振荡更加困难.环型自由振荡对SH波速度结构更加敏感,能更好地监测走滑断层运动,因此精确估算环型自由振荡的谱峰参数可为地球内部大尺度SH波速度结构和大地震的震源机制提供更强约束.本研究利用2011年日本Tohoku地震后四分量钻孔应变仪的观测资料,提取了该地震激发的1.3 mHz以下低频环型和球型自由振荡信号,与STS-1宽频带地震仪的结果相比较,发现四分量钻孔应变仪对1 mHz以下的环型自由振荡具有更强的探测能力.本研究还采用频率域自回归方法精确估计了0T2—0T6的简并频率,结果与PREM模型理论值相差非常小,平均相对误差仅为2.52×10^(-4).此外还用钻孔应变仪观测资料探测到了0T2谱峰分裂现象.研究结果表明,钻孔应变仪能有效探测到大地震激发的低频地球环型自由振荡信号,可为地幔大尺度各向异性结构研究提供高质量的基础数据.

关键词：环型自由振荡钻孔应变仪 Tohoku地震简正模谱峰分裂 STS-1地震仪