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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。
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    基于O2大气带及近红外大气带气辉的临近空间温度廓线联合反演

    武魁军王治华王道琦宿家瑞...
    3265-3276页
    查看更多>>摘要：临近空间大气温度廓线信息对于支撑临近空间开发与利用具有重要的学术意义和工程价值.基于O2分子气辉光谱理论及大气辐射传输机理提出了利用O2大气带及近红外大气带气辉光谱信号联合反演临近空间温度廓线的方法.利用"剥洋葱"算法,处理扫描成像吸收光谱仪(SCanning Imaging Absorption SpectroMeter for Atmospheric CHartographY,SCIAMACHY)在临边观测模式下测量得到的O2(a1 △g)波段和O2(b1Σ+g)波段的气辉辐射光谱信号,采用最优化算法分别反演得到了 50～110 km以及80～130 km的温度廓线信息,并通过与宽带辐射大气测量仪(Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry,SABER)、大气化学实验傅里叶变换光谱仪(Atmospheric Chemistry Experiment Fourier transform spectrometer,ACE-FTS)、迈克尔逊被动大气探测干涉仪(Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding,MIPAS)等遥感卫星的温度产品数据对比,验证了 O2(a1△g)波段和O2(b1Σ+g)波段气辉反演温度的可靠性与合理性.研究结果表明,利用O2大气带及近红外大气带气辉联合反演温度可以有效覆盖中间层-低热层的临近空间区域(50～130 km);O2(a1△g)及O2(b1Σ+波段气辉光谱在80～100 km高度范围内存在交叠区域,温度反演结果的相关系数优于99.9％;自吸收效应与大气散射,以及光谱污染及信噪比降低分别是导致50以下及130 km以上区域温度反演结果出现偏差的主要原因.

    温度反演卫星遥感气辉辐射临边观测剥洋葱算法最优化算法

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    非静力地形重力波参数化方案对气候模式大气环流模拟的影响

    张蓉蓉季玉枝徐昕路屹雄...
    3277-3289页
    查看更多>>摘要：本文通过在中国气象局 BCC-AGCM3-MR(middle-atmosphere version of Beijing Climate Center Atmospheric General Circulation Model version 3)数值模式中引入非静力地形重力波参数化方案,研究非静力效应对次网格地形重力波垂直动量传输及大气环流的影响.本研究开展了两组次网格地形重力波参数化方案试验,分别采用原有的静力地形重力波参数化方案以及考虑非静力效应的新方案.结果表明,在南半球冬季,新方案相比原方案在南极地区将更多的地形重力波动量通量上传至平流层高层,产生更强的地形重力波拖曳.地形重力波拖曳经向梯度的增强导致更强的绝热下沉增温,从而减弱南极极涡的冷偏差和西风偏差.此外,南半球中高纬地区的行星Rossby波上传也增强,同样有利于极涡西风偏差的减少.在两者共同作用下,有效缓解了模式中的南极极涡破碎延迟问题.在北半球冬季,新方案对大尺度环流的整体影响并不显著,但是能够显著改善青藏高原复杂地形区的东风偏差.

    地形重力波参数化极涡青藏高原数值模式

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    基于深度卷积神经网络的频高图特征提取研究

    鲁转侠华彩成冯健蔚娜...
    3290-3300页
    查看更多>>摘要：本文提出了一种利用深度卷积神经网络的频高图特征提取方法,在频高图不同层回波信息标记的基础上,构建包含降采样部分和上采样部分的频高图回波识别网络模型,实现了频高图不同回波信息自动识别.利用试验获取的频高图数据,通过人工对频高图中电离层不同层的回波信息分别标记,生成网络模型样本数据集.以随机方式,选取样本数据集80％的数据作为训练数据,其余数据作为测试数据.经网络模型训练和测试,结果显示网络模型能够自动有效地识别测试频高图中不同层的回波信息.在此基础上,结合数字图像处理中的腐蚀算法和连通域思想,针对性地设计滤波器,滤除已识别回波信息中的噪声、干扰、多跳回波,能够实现测试频高图特征参数的有效提取.并且通过与传统方法比较,该方法特征提取精度整体上优于传统方法,可为频高图特征的自动、精确提取提供一种新的技术方法.

    频高图深度卷积神经网络临界频率

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    火星感应磁层边界不稳定性研究:K-H波及其产生的磁通量绳

    吴放葛亚松黄灿王磊...
    3301-3310页
    查看更多>>摘要：火星感应磁层边界的等离子体不稳定性,如边界层处速度剪切激发的Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性,对火星感应磁层结构和磁层离子输运过程具有重要的影响.本文利用Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN(MAVEN)卫星搭载的 Magnetometer(MAG)和 Super Thermal and Thermal Ion Composition(ST ATI C)仪器所提供的磁场和等离子数据,分析了 2018年5月21日火星感应磁层边界处观测到的K-H不稳定性事件,发现在磁场、重离子通量、离子成分与密度、和离子速度上存在五个连续的准周期变化,估算K-H波的周期为～100 s,同时在其中两个K-H涡旋内发现了磁通量绳结构.磁通量绳的轴向方向与边界层法向准垂直,且其中的离子成分与涡旋内电离层等离子体成分接近,表明此处的磁通量绳有可能是在K-H波的发展过程中形成.磁通量绳的整体速度也远大于此处的离子逃逸速度,这可能导致重离子O+和O2+从火星大气中快速逃逸.

    K-H不稳定性磁通量绳大气逃逸

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    热带地区雹暴的闪电活动-动力-微物理特征研究

    李哲张廷龙郑栋崔学林...
    3311-3326页
    查看更多>>摘要：基于低频电场变化探测阵列三维闪电定位系统和S波段双偏振天气雷达数据,对海南岛2021年6月24日一次雹暴过程的闪电活动和云内动力与微物理特征进行了详细的分析.结果显示:该雹暴闪电活动以云闪为主,占总闪的85.38％.降雹前发生的地闪以正地闪为主,在降雹前25 min内,正地闪频数占总地闪频数的60％,高于一般雷暴正地闪活动比例.在雹暴成熟阶段,上升气流出现两次增强,而闪电频数的增加均滞后于上升气流增强的时段,同时,闪电频数的增加也可能与对流单体的合并有关.结合模糊逻辑判断法对云内降水粒子的识别,计算了总闪与冰相粒子的相关系数,其中霰和冰晶粒子与总闪相关性较高,相关系数分别为0.76和0.83.根据闪电辐射源的空间分布特征,推测该雹暴降雹前为反三极性电荷结构,正电荷区位于约7～9.5 km(～-10 ℃至-25 ℃).

    雹暴三维闪电定位双偏振雷达降水粒子识别

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    大尺度物理过程影响"菲特"台风强度变化的位涡反演诊断

    李启华程文聪史小康殷蕾...
    3327-3340页
    查看更多>>摘要：本文在分析长时间强度维持"菲特"台风总扰动位涡的水平和垂直分布特征基础上,基于分片位涡反演方法反演分析大尺度环境场在垂直方向上代表不同物理意义的各层对台风长时间强度维持的影响,进而深化我们对此类台风动力学问题的认识,也为台风强度的业务预报提供参考,主要结论如下:(1)整层位涡扰动反演得出的平衡物理量场的强弱及中心位置可以准确地反映"菲特"台风的强度变化及其移动,其中中层的台风平均总位涡扰动与台风强度具有较好的伴随关系.(2)在低层,对流层潜热释放导致的位涡扰动对台风长时间强度维持起着决定性的贡献、对流层干空气对应的位涡扰动其次,且他们反演的高度场和涡度场均与台风强度具有较好的伴随关系.而对流层不饱和湿空气导致的位涡扰动和高层位涡扰动对扰动高度场为负贡献,且对流层不饱和湿空气导致的位涡扰动与台风强度具有反向伴随关系;其中高层位涡扰动在700 hPa以上的负涡度贡献在一定程度削弱了对流层中层的正涡度贡献.(3)在中层,对流层潜热释放导致的位涡扰动对台风发展和强盛维持阶段的贡献达65.2％,边界层位涡扰动由发展加强期的0.2％增加到强盛维持期的8.3％.对流层干空气对应的位涡扰动的贡献率随着对流层潜热释放导致的位涡扰动和边界层位涡扰动平均扰动负位势高度的增强而减少,在强盛维持期占比26.5％左右.在快速衰减期,由于台风登陆减弱,导致了各物理过程正贡献率的再分布.此外,各物理过程相对涡度最高值带均比强盛维持期提前了 12 h,可作为长时间强度维持台风增强和减弱预报的参考指标之一.

    分片位涡位涡反演台风

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    淮北及邻区地壳均衡异常与构造背景

    庞琪沛吴云龙张毅张丽芬...
    3341-3356页
    查看更多>>摘要：淮北地区位于华北板块东南缘,东侧以郯庐断裂为界与扬子板块相接,研究这一区域的地壳密度结构以及分析其地壳均衡状态对于认识该地区深部构造特征和构造背景具有重要的参考价值.本文基于实测地震数据和重力/GNSS同址观测数据,获取了研究区域重力异常值以及剖面S波速度场,以其为约束反演了剖面地壳密度结构.基于均一和分层地壳模型假设,反演得到了研究区域的莫霍面深度、均衡面深度、均衡异常与均衡附加力,分析了深部构造特征.结果表明,区域内莫霍面深度范围为32～41 km,地壳自西向东逐渐变薄,且上地壳、中地壳和下地壳的变化趋势与莫霍面的变化趋势较为一致,在郯庐断裂带所在区域上地幔物质存在隆起的现象.研究区域整体处于正均衡异常状态,在淮北以东区域,地壳处于较为稳定的状态,均衡面深度范围为30～32 km,均衡异常在-2～10km变化.研究区域内的均衡附加力主要为正值,大小在-20～64MPa之间变化,整体呈现正均衡异常状态,地壳处于抬升趋势.

    莫霍面均衡面重力异常均衡异常均衡附加力

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    广义回归神经网络修正GNSS垂向坐标时间序列环境负荷效应

    高菡匡翠林楚彬
    3357-3366页
    查看更多>>摘要：环境负荷通常会引起GNSS垂向坐标时间序列发生非线性变化,对其影响进行精细改正是GNSS坐标时间序列研究中的一项重要内容.传统的物理模型环境负荷改正方法在模型建立与参数求解等过程中需引入部分简化与近似,导致改正不够精细.本文引入数据驱动的广义回归神经网络(Generalized Regression Neural Network,GRNN)方法改善环境负荷修正效果.以川滇地区GNSS测站的垂向坐标时间序列为研究对象,首先基于变分贝叶斯独立分量分析(Variational Bayesian Independent Component Analysis,vbICA)技术分离坐标序列,分析得到周期性分量,发现大气及陆地储水负荷是引起测站坐标发生季节性变化的重要原因.然后通过GRNN建立与大气及陆地储水相关的环境因素数据和坐标时间序列数据之间的关联,进而消除坐标时间序列中两种环境负荷的影响.经数据驱动的GRNN建模修正大气及陆地储水负荷影响后,各测站坐标残差序列的RMS值平均降低了 21.56％,而采用传统的物理模型方法修正后平均降低幅度仅为9.29％,可认为基于GRNN方法的改正效果更好.另外顾及地下温度、冰浓度、比湿、降雨率四种气候因素的影响建立GRNN模型,结果表明地下温度因素对川滇地区GNSS测站垂向坐标影响稍大.

    GNSS坐标时间序列环境负荷广义回归神经网络数据驱动

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    贝叶斯框架下利用GPS数据反演震源参数的一种改进MCMC算法

    王乐洋席灿
    3367-3385页
    查看更多>>摘要：随着机器软硬件设施的飞速发展,贝叶斯算法在各个领域得到了广泛应用.在贝叶斯的框架下,以采样方式的MCMC方法去求解震源参数问题时,马尔科夫链的收敛对于得到合理正确的震源参数至关重要.基于此,本文在已有研究的基础上,改进了 MCMC方法的随机步长生成方式,使其随机步长整体符合正态分布;并考虑到初值对马尔科夫链的收敛至关重要,提出以非线性启发式搜索算法结合贝叶斯框架下的MCMC算法共同反演地震震源参数.论文以MPSO算法提供初值,以一组随机生成的值作为对照,针对美浓地震,以GPS位移数据验证了改进MCMC算法在收敛速度上优于原始算法,置信区间更为合理;同时验证了以MPSO为贝叶斯算法提供初值的情况下,不仅克服了启发式搜索算法的不稳定性,且改进算法收敛速度更快.为了验证改进算法能大大缩减采样所需要的次数,拓展本文改进算法在不同类型地震中的应用,本文将改进算法以10万次采样反演了博德鲁姆-科斯Mw6.6倾滑型地震震源参数.反演结果支持博德鲁姆-科斯地震断层为北向倾斜断层,形变场拟合东西方向(EW)均方根误差为1.43 mm,南北方向(SN)均方根误差为3.23 mm,垂直方向均方根误差为9.69 mm,优于大部分同类型已有文献.

    贝叶斯框架MCMC算法震源参数反演美浓地震博德鲁姆-科斯地震

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    南沙地块礼乐西海槽的地壳结构特征

    郭建丘学林黄海波
    3386-3401页
    查看更多>>摘要：OBS2019-2测线位于南沙地块礼乐西海槽附近,向北依次穿过礼乐滩、礼乐西海槽和南海海盆,测线全长300 km.该区域处于西南次海盆与东部次海盆过渡的关键区域.通过对OBS2019-2测线的数据进行分析处理和计算模拟,得到最终的速度结构模型,模型显示洋壳区地壳厚度4～7 km,陆壳区地壳厚度9～19 km,洋陆转换带(Continent-Ocean Transition,COT)在模型120～170km范围内,约50 km宽,地壳厚度6～9 km.同时模型揭示了一个低速带可能为中南—礼乐断裂,属于岩石圈级大断裂,推测其向南经过了礼乐西海槽.相较于东沙地块,OBS2019-2测线速度模型与穿过中沙地块的海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)测线速度模型具有相似的速度结构特征,因此推测礼乐地块与中沙地块相邻,共轭的可能性更大,两者在南海扩张前同属于华南大陆.

    礼乐西海槽地壳结构海底地震仪洋陆转换带中南—礼乐断裂

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