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地球物理学报
地球物理学报

刘光鼎

月刊

0001-5733

actageop@mail.igcas.ac.cn

010-82998105

100029

北京市9825信箱

地球物理学报/Journal Chinese Journal of GeophysicsCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>本刊为专业学术性刊物。报道地球物理学领域的研究成果，刊登论文、研究简报及综述等。内容涉及地震及地球内部物理学和化学、地磁及空间物理、重力及大地测量学、大地构造物理学、地球动力学、勘探地球物理、海洋及大气物理等方面。读者对象为地球物理及其相关学科的科学技术工作者和大专院校师生。
正式出版
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    热带印-太海温与海河流域夏季降水的联合模态及降水预测应用

    郝钰茜郝立生何丽烨程善俊...
    2069-2084页
    查看更多>>摘要：利用1961-2020年中国站点观测降水资料和英国Hadley中心海表面温度资料,针对海河流域夏季降水预测困难的问题,通过多变量经验正交分解(MVEOF)方法的正、反向应用,分析了热带印度洋-太平洋前期海温变化与海河流域夏季降水异常年际变化的联合模态特征,据此建立了海河流域夏季降水的客观统计预测模型并检验预测效果.结果表明:(1)前期ENSO事件和热带印度洋(TIO)海温季节演变与海河流域夏季降水异常分布型关系密切.若前冬El Niño事件达到鼎盛,春季开始衰减,并引起TIO海盆尺度滞后增暖,则当年夏季海河流域降水一致性偏多,偏多中心在流域北部;若前秋El Nino向La Nina事件转变,随后TIO暖海温转冷,则夏季海河流域降水易出现西部偏多、东部偏少型分布;此外,如果前期出现太平洋经向模态(冷舌模态)的海温异常分布时,夏季流域降水异常为西北多、东南少(南多北少).(2)根据联合模态统计关系建立的预测模型,对2013-2020年海河流域夏季降水有较好的预测能力.与实况相比,模型对全域降水异常预测的时间相关系数为0.86、趋势预测准确率为87.50％,对站点的趋势预测准确率为51.35％～70.27％,对旱涝程度预测的平均偏差仅为45.92％,但对降水异常空间分布的预测技巧整体较低.本文阐明了前期热带印-太海温与海河流域夏季降水异常的统计关系,并建立了海河流域夏季降水的客观统计预测模型,为我国华北地区短期气候预测提供了一种新的有效参考.

    海河流域夏季降水客观预测方法热带印-太海温异常

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    基于下投式探空资料的热带气旋边界层结构分析

    苏媚媚明杰李晨
    2085-2095页
    查看更多>>摘要：本文使用来自大西洋海域5218个探空仪和西北太平洋海域448个探空仪资料,以及全球海表面温度资料、热带气旋路径资料和强度统计预测方案资料,分析了 46个大西洋飓风和11个西北太平洋台风所处的环境特征和边界层结构,并对热带气旋快速增强时的边界层结构做了进一步研究.结果表明:两海域增强组热带气旋更多地受到偏北的垂直风切变的影响,增强组热带气旋所处的环境也明显比减弱组热带气旋要更加湿热;且与大西洋飓风相比,西北太平洋台风所处的环境相对湿度更大,海洋热容量亦较高;从径向分布特征来看,增强组的热带气旋总体而言边界层更加温暖,比湿相对较低;相比于快速减弱的飓风,快速增强的飓风所受到的中低层垂直风切变方向更偏向北方,所处环境更湿热,温度分布更对称,但比湿较小.研究结果能为热带气旋的强度预报特别是快速增强(减弱)的预报提供参考.

    热带气旋边界层结构下投式探空仪快速增强

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    中国南方冬季最低温延伸期预报方法尝试

    戴金黄艳艳钱伊恬
    2096-2109页
    查看更多>>摘要：未来10～30天的延伸期预报一直是当前的难点问题.本文针对对极端低温事件异常敏感的中国南方地区,构建了预报时效为25天的冬季最低温的有效延伸期预报模型.利用1979/1980-2019/2020年冬季日平均再分析资料,本文研究发现,在季节内尺度,相比于原始变量,利用当候值减去其5候前值的增量方法可以放大和延长预测信号.中国南方地区的土壤温度和平流层50 hPa位势高度作为影响南方冬季最低温的关键因子,它们通过影响西伯利亚地区环流异常、北大西洋涛动以及欧亚遥相关型,对中国南方冬季最低温进行调制.由于两个增量形式的关键因子具有50天的准周期性,存在超前5候的显著自相关,超前5候增量形式的土壤温度和平流层极涡异常可以有效预报我国南方最低温增量.将预报的最低温增量,加上5候前的观测,得到的独立试报时段(2009/2010-2019/2020年冬季)的最低温与观测的时间相关系数为0.45,极端低温日命中率为57％.本研究使用的增量方法可以为当前极端天气事件的延伸期预报提供新思路.

    冬季最低温增量方法延伸期预报

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    顾及随机特征的GNSS连续站坐标时间序列建模方法

    石睿娟苏小宁鲍庆华李毓照...
    2110-2124页
    查看更多>>摘要：GNSS观测技术为研究板块运动、地震同震和震后形变以及无震慢滑移等地壳物理现象提供了重要的观测数据,其中的关键步骤是在充分考虑时间序列随机特征的基础上,精准提取时间序列的构造运动信息和非构造运动信息.本文提出一种基于贝叶斯框架的GNSS连续站坐标时间序列建模方法,顾及随机特征精准提取出模型参数的最优解及其误差.首先,引入基于贝叶斯框架的参数解算方法,获得模型参数的最优解及误差;其次,系统分析观测数据噪声随机特征和模型参数随机特征对模型解算结果的影响;最后,将该方法应用于青藏高原东北隅GNSS观测数据构造运动与非构造变形的有效提取.相比基于最小二乘拟合的GNSS连续站坐标时间序列建模传统方法,本文引入基于贝叶斯框架的参数最优解解算的GWMCMC算法,顾及随机特征精准高效提取出GNSS坐标时间序列中测站的构造运动趋势与非构造运动信息,能够更加准确获取参数的最优解及误差.同时相较传统的MCMC算法,GWMCMC算法通过并行计算改进算法的性能并提高了计算效率.本文的研究成果为后续利用构造变形开展地壳形变运动学特征和动力学机制提供数据支撑.

    GNSS坐标时间序列贝叶斯框架精准提取构造运动非构造变形

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    多卫星星座对时变重力场反演精度和时空分辨率影响的模拟研究

    郭丁昊王长青朱紫彤熊宇昊...
    2125-2140页
    查看更多>>摘要：近二十年,GRACE/GRACE-FO实现了对地球时变重力场的连续监测.但受单极轨轨道配置、背景模型误差和载荷精度的限制,其时空分辨率和观测精度不足以探测短时间、小尺度的质量变化信号.以欧空局MAGIC(Mass Change and Geoscience International Constellation)和中山大学"天琴计划"为代表的下一代重力计划将通过多对卫星星座和新一代高精度载荷来提高时变重力场反演精度.考虑到未来多项卫星重力计划和当前GRACE-FO、中国重力卫星同期观测的可能,本文基于动力学方法对双极轨、Bender、极轨+Bender和双Bender四种星座构型进行了闭环仿真模拟,并对其月尺度解和1～3天短周期解进行评估.结果表明:(1)相较于单极轨,双极轨、Bender、极轨+Bender和双Bender四种星座的月尺度时变重力场恢复精度分别提高了 30.7％、85.7％、85.9％和89.5％.(2)多对卫星星座能够恢复高空间分辨率的短周期时变重力场解,且在时间序列中能够保留地球物理信号的高频部分.其中双Bender能够恢复40阶的1天解时变重力场,极轨+Bender能够恢复40阶的2天解时变重力场,Bender能够恢复40阶的3天解时变重力场.

    下一代重力计划卫星编队闭环模拟

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    2001年昆仑山口西Ms8.1地震自发破裂过程数值模拟研究

    奉建州廖力李平恩吴庆举...
    2141-2158页
    查看更多>>摘要：2001年11月14日,青藏高原的东昆仑断裂带发生昆仑山口西Ms8.1地震,现场考察和破裂过程反演结果表明这是一次破裂过程非常复杂的走滑地震事件.研究这次地震的自发破裂过程,对于认识大陆型特大地震的发生机理具有重要意义.本文利用曲线网格有限差分法对2001年昆仑山口西Ms8.1地震的动力学破裂过程进行研究.首先建立能反映这次地震主要特征的三维非平面断层模型,并以地质考察、以及根据GPS和InSAR观测数据、远场地震记录得到的反演结果为约束,通过数值模拟重现了这次地震破裂过程的主要特征.在此基础上,进一步讨论了背景应力场、断层几何、摩擦系数对断层面滑移量分布、震源时间函数、破裂传播速度的影响.研究结果表明,昆仑山口西Ms8.1地震发展成为具有超长破裂尺度的大型地震的重要原因可能是:青藏高原最大水平主压应力方向沿东向的顺时针旋转特征和断层面较低的动摩擦系数.并且沿昆仑山口西地震断层面的动摩擦系数可能是非均匀的,由此产生了沿断层走向复杂变化的应力降,从而导致超剪切破裂的发生,并控制了断层面滑移量分布.

    昆仑山口西Ms8.1地震曲线网格有限差分法自发破裂过程同震滑动量分布超剪切破裂

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    以2022年马尔康震群为例研究震群发震机制

    肖阳单斌熊熊谢祖军...
    2159-2174页
    查看更多>>摘要：地震是人类所面临的危害最严重的自然灾害之一,了解地震的孕震、发震机理对防震减灾、国家地震安全等具有重要的科学和社会价值.相较于前震-主震-余震型、主震-余震型地震,震群型地震更易造成较大的灾害,因此对震群孕育发生机理的研究刻不容缓.2022年6月10日四川省阿坝州马尔康市发生震群事件,其中包括Ms5.8、Ms6.0、Ms5.2等三次较大震级的地震,此次地震序列的精定位结果、可靠的震源参数为开展震群孕震机制的研究提供了良好的数据基础.本文基于数值模拟的方法,利用断层的运动学参数建立黏弹模型,根据弹性位错、孔隙流体扩散等理论,从发震断层的能量积累、释放两个角度探讨马尔康震群可能的发震机理.对发震断层系统应力加载的模拟结果表明,震区的应力加载较均匀的分配到两条近平行发震断层上,使其在相同的时期内积累了相近的震间构造应力,进而发生相似震级的震群事件.考虑震群序列之间可能存在的应力触发作用,同震库仑应力计算的结果显示马尔康震群序列中各主要地震未受到同震静态应力触发作用.而对发震断层等效摩擦系数的判断及其附近流体扩散的研究认为马尔康震群发震断层震前受流体活动的影响,等效摩擦系数下降从而导致断层破裂,震后流体调整导致的孔隙压力变化进一步促进后续地震的发生.

    马尔康震群近平行断层断层应力状态应力触发孔隙流体

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    利用H-κ-c方法研究丽江—小金河断裂两侧的地壳厚度与泊松比

    张天继金明培李秋凤缪素秋...
    2175-2189页
    查看更多>>摘要：本文基于研究区不同台网布设的156个地震台站记录的远震波形数据,提取台站下方径向接收函数,利用H-κ-c方法获取了丽江—小金河断裂两侧的地壳厚度与泊松比分布情况.结合前人的研究成果,分析讨论了丽江—小金河断裂两侧的地壳物质组成特征、孕震环境及未来的地震危险性.研究区地壳厚度从西北的～70 km逐渐向东南方向递减至～39 km,大致以27°N为分界线,以北地壳较厚,以南地壳较薄.盐边—攀枝花地区莫霍面较周围地区明显上隆.乡城—得荣—香格里拉、冕宁、丽江—鹤庆—宁蒗以及盐边—攀枝花—德昌地区均为高泊松比(σ＞0.28);木里断裂、盐源断裂与金河—箐河断裂之间的区域、以及澜沧江断裂、程海断裂所在的地区呈低泊松比(σ＜0.26).结合高热流、低S波速度等特征,我们认为青藏高原侧向挤出的下地壳塑性物质导致了乡城—得荣—香格里拉和冕宁地区的地壳增厚与高泊松比,并可能沿着近NS或NW走向的断裂挤入丽江—鹤庆—宁蒗地区.考虑低热流、高泊松比、高密度以及高P波速度等的特征,我们推测盐边—攀枝花地区的莫霍面局部上隆很可能与二叠纪地幔柱活动有关,岩浆的底侵作用导致了地壳的减薄,冷却固结后形成了盐边—攀枝花—德昌地区的地壳基底铁镁质/超铁镁质层.以盐边—攀枝花地区为中心的峨眉山大火成岩省内带阻挡了青藏高原的下地壳流动,使其沿着丽江—小金河断裂向西南方向转折.大多数Ms≥5.0级的历史地震都发生在莫霍面陡变带上以及高泊松比周围或高、低泊松比过渡地区.丽江—小金河断裂的木里至冕宁段及该断裂与大具断裂交汇处位于高、低泊松比交界地区,根据S波速度高梯度带、断层的强闭锁性、历史地震空段区以及较长的大震离逝时间,推测这两段可能具备发生中强以上地震的孕震环境,需要重点关注其地震危险性.

    丽江—小金河断裂地壳厚度泊松比H-κ-c方法孕震环境

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    2022年9月5日四川泸定Ms6.8地震序列特征及发震构造

    罗钧左可桢赵翠萍唐淋...
    2190-2201页
    查看更多>>摘要：2022年9月5日发生的泸定Ms6.8地震是鲜水河断裂周边近六年来规模最大的破坏性地震,其对于分析川滇块体东边界潜在的强震活动具有重要的指示意义.本研究采用双差定位技术对2009年1月1日至2022年9月27日在泸定震源区发生的11103次地震进行了精确定位,利用波形拟合技术反演了主震(Ms6.8)、12次震级大于或等于3.0的余震以及贡嘎山附近两次震级大于或等于5.0的强震的震源机制解.结合序列b值结果,对泸定地震序列的特征和发震构造进行了分析研究.研究结果表明,泸定Ms6.8地震的发震断层为磨西断裂,主震及其余震发生在黑沟—燕子沟镇—田湾段.这次地震填补了磨西断裂段稀疏地震活动的空白区域,发震断层段大致长度约为40 km,走向大致为160°,呈基本直立状态.序列地震以左旋走滑型为主要错动类型.自2009年以来,泸定Ms6.8地震主震西侧贡嘎山附近持续发生地震活动,尤其是2015年该区域出现了显著的地震活动集中现象.主震后,贡嘎山附近的浅源地震活动非常活跃,以拉张破裂为主要特征.需要注意的是,这些浅源地震活动属于触发活动,与磨西断裂带的地震活动不同.b值分析结果显示,磨西断裂带南东段湾东村至田湾的b值较低,约为0.5左右;而北西段湾东村至黑沟的b值较高,处于0.8～1.0之间.这表明磨西断裂带上的应力具有明显的分段特征,能量主要在燕子沟至田湾高应力集中段释放.

    泸定地震磨西断裂地震精定位震源机制b值

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    2013年和2022年芦山地震序列断层面花状构造及其滑动特性研究

    靳志同万永革王福昌李枭...
    2202-2219页
    查看更多>>摘要：芦山地区在2013年和2022年发生两次6.0级以上地震,本研究收集两次地震的余震序列,研究两次芦山地震发震断层的几何参数和滑动特性,并分析汶川地震和2013年芦山地震对2022年芦山地震的应力影响.得到以下结论:(1)基于收集到的两次芦山地震序列的2531个地震事件的精确定位结果,采用模糊聚类方法,求解得到芦山地震序列的5个发震断层面位置及其走向和倾角,5个断层面在空间上呈花状构造分布.(2)基于收集和计算得到的该地区的127个震源机制中心解,求解得到该地区的构造应力场,得到芦山地区形成了 SEE-NWW向挤压,垂直向拉张的以逆冲为主的应力状态.(3)通过将构造应力场投影到两次芦山地震发震断层上,得到这些发震断层面上均容易发生逆冲型破裂事件.(4)将求解的2022年芦山地震序列发震断层面形状和滑动特性作为接收断层参数,计算汶川地震和2013年芦山地震对2022年芦山地震序列的应力影响,结果显示汶川地震对2022年芦山地震序列发震断层面的活动性起到促进作用,而汶川地震和2013年芦山地震的共同作用,对2022年芦山地震序列发震断层面的活动性起到抑制作用,即2013年芦山地震的发生推迟了 2022年芦山地震序列的发生.基于GPS观测的应变率得到,在汶川地震和2013年芦山地震的共同作用下,2022年芦山地震被推迟的时间约为5.2～10.5年.这些研究对研究龙门山推覆构造带南段的断层活动特性和地震危险性评估有一定意义.

    芦山地震序列模糊聚类断层面估计断层面滑动特性地震应力影响

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