北京一次小震级地震前异常声-重力波产生机理的研究

观测到北京一次小震级地震(ML=3.0)前的异常声-重力波,并同时记录到异常地表倾斜信号。二者相关系数比较高,在接近震中的地区相关系数达到最大值0.5,相关系数随着远离震中的距离增大而减小。经过研究表明,异常声-重力波的产生与震前的地表缓慢活动引发的山体缓慢晃动导致的气流风速波动变化有关。基于350 m高的气象铁塔观测的风速数据,对两层大气模型传播的声-重力波进行了数值计算,得到的相对山体非平稳气流引起的声-重力波与观测信号在特征周期、幅度和速度三个参数上近似。以地表倾斜为例的模型与观测数据的一致性表明该震前声-重力波与地震存在关联性。     

大地震前出现的异常次声波观测研究

研究了一种在大地震前出现的异常次声波,揭示其与地震发生的空间、时间、强度的对应关系.利用CASI-ICM-2011型次声测量传感器在一系列Ms6.0级以上大地震发生前2周以内检测到的一种频率范围0.001 Hz至0.01 Hz的次声波,其特征有:幅值范围50 Pa至200 Pa,持续时间0.5 h至4 h,传播速度10 m/s至30 m/s,震级越高信号越强.通过建立广域次声传感器网络,成功定位了芦山地震前4天出现的异常次声波,以及巴基斯担地震前12天出现的异常次声波.通过对8年时间连续监测数据的分析,研究了这类次声波的出现规律.同时,对其产生机理提出了大地起伏激发次声波的假设,进行了理论论证,并用智利地震测量信号和玉树地震测量信号证明S波可以激发出本地同振的次声波.文中所列举的数个震前异常次声信号的观测结果对于地震预测的信息获取具有参考价值.     

利用重力异常现象预报地震的探索

在强震发生前后,在震中及其邻近地区往往发生重力异常现象,也就是说,重力加速度的数值出现起伏.这种重力异常同强震有内在的联系.因此,探索强震前后重力场的变化规律对于地震预报有很大意义. 我们对于河北省邢台、河间和辽宁省海城三地强震前后的重力变化作了调查,收集了历史资料,并进行了复测.我们这种流动重力测量的结果如表1所示.从表中可以看出,地震前后震中附近一带重力场确有比较明显的变化,异常和正常有明显的区别,而且三个震例重力场有相似的反映.可以认为,这种重力变化反映了地质构造的继承性活动和地震前后地壳深部物质分布变化的…     

地声和地震预报

一、前 言 我国是一个多地震的国家,也是地震科学发展得较早的国家之一.作为地震前兆的地声现象,早在公元前就有记载.例如《史记·天官》写道:“天鼓,有音如雷非雷,音在地而下及地.”《晋书》也记载:“魏明帝时(227—239年)[京都]地震,隐隐有声.”中国二千多年的历史记载和现代观测,对于震前地声出现的时间、范围、音色和走向等等,提供了丰富的资料,说明了地声和地震之间的内在联系. 1976年7月28日唐山7.8级地震前,有大量的地声现象.据调查到的实例,最早发生于震前6小时,最远约离震中300公里.音色奇特,音量巨大.但是由于“四人帮”的破坏,也…     

声-重力波在两层大气模型中的频散理论和数值计算

本文根据Pekeris曾提出的大气两层模型,考虑在每一层中有风的影响,讨论了在这种条件下大气层对声-重力波的频散理论。 我们从声-重力波的波动方程出发,导出了两层模型下的合流超几何方程,给出了它的通解。在导出相应的频散方程以后,给出了相速度和群速度的解析表示式。在计算机上进行了数值计算,给出了在两层中有不同风速时的相速度和群速度的频散特性,从中可以看到风对声-重力波的传播和激发都有很大的影响。     

震中区震前的高频地声

在近震区建立地声观测站,利用地听器的高频响应特征和对信号的抗干扰处理,结果发现了震前高频地声的存在。进一步分析表明,这些信号是一些能量较弱的脉冲型信息。其持续时间仅为ms的数量级,而最高的优势频率则超过1000Hz。该信息可能是震中附近地区地声的重要特征。     

瑞利激光雷达探测南京上空平流层大气温度

为了解平流层大气温度变化规律,利用瑞利-拉曼-米散射激光雷达对南京上空平流层温度进行长期观测,对观测数据的分析表明:夜晚平流层温度受到重力波的影响,重力波破碎会导致局部温度升高,温度相对变化可以达到12%;在季节变化的过渡月份(4月和10月),平流层中低层温度会有所升高,对应的平流层高层温度降低;平流层温度月变化方面,除局部由于行星星际波的影响外,各月份平流层温度整体上相对比较稳定,激光雷达所测大气温度与大气模式温度具有一定的差别。最后,利用平流层温度廓线提取了重力波信息。     

强地震的前兆次声波研究

利用在北京昌平安装的次声三点阵,对强地震前兆次声波进行了5年的连续观测。统计分析结果表明:强震前约10天内常能测到振幅很强的前兆次声。其三维动态频谱的特点是,振幅由弱逐渐加强,达到极值后变弱;先为长周期波(10-20分),紧跟着短周期波(5-10分),然后又出现更长的周期波,最后长短周期波一起出现。提前时间与三点阵到震中距离之间没有明显的关系,与震级之间也没有明显的关系。     

中国最大地震的地声研究

本文根据1668年郯城—莒县8(1/2)级地震126个县地声记录,分析震前地声、模拟声响、历时和走向,发现震中区西部存在一条北东向地声异常带。参考水文地质图和石油构造分布图,将地声异常带与地质结构之间的联系做了可能解释。     

地声研究工作进展

一、引 言 有关地震的声学现象,尽管古今中外有许多记载,但真正科学资料的发表,恐怕还是本世纪三十年代后期的事[1].五十年代中期有人提出用地声法预报地震的设想[2],随后就开展了这方面的研究.首先肯定了天然地震前震序列的振幅-频度关系与实验室声发射的结果相似; 经过反复试验,我们认为将具有一定频响和灵敏度的水听器,置于底部接近基岩的水井内,是测量震前声发射的好方法之一.记录方法一种是笔记录,另一种是磁记录. 在唐山余震区,我们曾记录到高频声发射信号,尤其是在震前几十分钟内,记录到频率还有人提出地球内部可能有声道,致使声发射…     

水平阵信号压缩感知用于简正波分离

针对水平阵信号简正波分离过程中常规波束形成分辨率低以及warping模态滤波不适用于复杂声信号的问题,提出水平阵信号压缩感知用于简正波分离的方法。利用压缩感知在方位估计中的高分辨特性,通过估计水平阵接收信号在频率方位角上的二维分布,分离得到各阶简正波的方位谱,并逆Fourier变换得到时域波形。仿真孔径1 km、阵元间隔10 m水平阵接收20~200 Hz伪随机声信号和脉冲声信号,所提方法分离出的各阶简正波与理论波形的相关系数在0.97~1.0。对2011年北黄海声学实验中的海底28元水平阵接收的气枪信号,在合成至1 km孔径后使用压缩感知方法分离简正波,其与warping模态滤波分离得的前5阶简正波相关系数在0.82~0.93。仿真与实验都说明了水平阵信号压缩感知简正波分离方法的有效性。      

日环食激发大气声重力波的研究

利用1987年9月23日日环食期间在中国多个测站获得的地面微压波、无线电探空及太阳辐射资料研究了日食激发声重力波的波源机制、波谱特征、地区差异,并与同时进行的电离层探测结果进行了比较。结果表明此次日环食过程中肯定有重力波发生,其周期与太阳直接辐射起伏经历的时间有明显的一致性。不同地方的日食重力波都来自太阳直接辐射变化直接产生的强迫振荡和各地大气层内的浮力振荡。前者的波动周期较长,振幅较大,直接与日食期间太阳辐射的起伏有关;后者的波动周期较短,振幅较小,与各地日食时局地大气层内的稳定度及湿度条件有关。研究中发现由日食引起的太阳直接辐射有两种与重力波激发有关的起伏过程,一种是初亏-复圆阶段的振荡,其周期与各地日食开始时间有关;一种是复圆后的振荡,其周期与各地食分值有关。这两种起伏周期与日食参数的相关系数都在0.99以上。本文在分析日食的太阳辐射和局地大气效应的基础上,提出了相应的声重力波发生的物理机制,并讨论了日食声重力波与同时发生的电离层振荡的关系。针对70年代以来国内外一直未能解决的日食是否激发大气声重力波的问题,本文得到一个简单而重要的结论:早上发生日食的地方有长周期宽频谱的大气声重力波产生,下午发生日食的地方则没有这种波出现。     

环境因子对人工林显热通量的影响分析

风速、空气温度、空气湿度、土壤含水量是影响地表显热的主要因素。利用观测数据应用以BP神经网络为主并结合相关系数的分析方法研究显热通量的动态特征,将显热通量与风速、空气温度、空气湿度、土壤含水量做了相关性分析。结果表明空气温度和空气湿度与显热通量相关程度显著,它们的相关系数绝对值都在0.5以上,BP网络权值的点积明显高于其它两个影响因子;风速和土壤含水量与显然通量相关程度普通,它们的相关系数仅略高于0.3。此外,风速、空气温度与显热通量呈正相关关系而空气湿度、土壤含水量与显热通量呈负相关关系。通过对这些影响因子进行分析将有助于提高测定显热通量的精度,利用BP神经网络预测显热通量值可以为气象、生态环境等方面的研究提供可靠的决策数据。     

水下目标声散射信号的时频域盲抽取

目标声散射机理及其散射特性为识别目标的物理依据.针对水下目标声散射成分在时-频域存在相互混叠干扰,造成目标弹性声散射特征不稳定的问题,提出一种适合在欠定问题下分离目标声散射成分的时频域盲抽取方法.研究声散射成分的时频特征差异,构造目标回波单源自项的空间时频分布矩阵,通过对其进行特征值分解抽取相应的声散射成分,建立描述目标声散射物理特性的信号模型.抽取出的目标各弹性波分量与以表面环绕波产生理论计算结果相符.仿真与消声水池实验数据处理结果表明,该算法可以分离出目标回波的各个声散射成分,提高了分离信号的输出信噪比,为水下目标识别提供稳定和可靠的特征.     

Shack-Hartmann传感器用于湍流大气横向风速的测量

分析了利用Shack-Hartmann波前传感器子孔径对之间光强信号的时间延迟交叉相关函数, 进行光传播路径上横向平均风速测量的基本原理, 给出了横向平均风速的计算公式, 并进行了水平1 km湍流大气实验测量.实验结果如下: 不同子孔径对同时测量的横向风速相关系数达0.988; 将多对子孔径对测量的结果取平均, 与接收端附近布置的风速计测量的横向风进行了对比, 发现两系统的测量结果在随时间的变化趋势上具有较好的一致性, 两次实验拟合的相关系数分别为0.848和0.820, 标准偏差分别为0.372和0.376.以上结果表明, 将Shack-Hartmann波前传感器用于横向平均风速的测量是可行的, 拓展了该传感器的使用功能.     

利用遥感图像检测地震的地表地物变化

为了分析汶川县、茂县和理县地震重灾区的灾情状况,对震前2007年4月19日和震后2008年5月23日美国Landsat7ETM遥感图像进行辐射纠正、几何纠正、图像配准,然后使用Otsu最大类间方差阈值法二值化,分别通过二值图像逻辑异或处理、图像差值法自动检测地震造成的地表地物变化。结果表明,地震造成的地表地物变化主要沿岷江、杂谷脑河等河流两岸以及陡峭的沟谷地形地区,分布广且密集,其中杂谷脑河及流入其的溪谷地区的地表地物变化较大,地表地物变化的主要原因是地震引发了陡峭山体的大量崩塌、滑坡和坡面泥石流,灾情非常严重。遥感图像变化检测可有效检测出较大山体形态完整的块体滑坡的规模与形态。     

高浓度气体共振光声光谱信号饱和特性研究

采用恒流驱动耦合机械斩波技术在激光光声光谱装置上系统测量了5%—100%宽浓度范围甲烷气体的共振光声信号,发现在高浓度区共振光声信号呈现异常的饱和特征.基于气体吸收和光声光谱原理定量分析了光声信号饱和的主要原因及影响因素,研究表明,气体样本对入射光强吸收而导致的声源与本征共振模式的耦合系数改变是异常饱和的主要原因,并导出判定光声信号饱和深度的准则以用于判定高浓度气体饱和深度。     

用于声-地震耦合探雷的激光测振技术研究进展（英文）

基于地雷独特机械特性和声-地震耦合原理的声-地震耦合探雷技术,在埋设地雷的安全有效探测方面具有广阔的应用前景,但针对实用工程探雷系统的研究还需要做大量工作。其中,声波耦合的地表振动信号非常微弱复杂,如何对其进行精确快速测量是一个关键难题。本文在声-地震耦合探雷技术原理的基础上,对地表振动的非接触激光测量技术(包括激光多普勒干涉技术、电子散斑干涉技术和激光自混合干涉技术)进行综述分析,并分析了电子剪切散斑干涉技术用于声-地震耦合探雷的可行性。     

声-地震耦合探雷技术分析

根据声-地震耦合原理,分析地震波与地雷的机械作用,并设计一个基于地震检波器串的探雷实验系统.把高顺性雷体与其上方的土壤视作一个质量-弹簧系统,用解析法分析其谐振机理.采用扬声器发出可扫频的单音正弦波穿透到地下土壤,作为系统信号激励源,采用地震检波器串测出地表震动速度.根据有无地雷处的地表震动速度幅频特性曲线,分析地雷对地表震动的影响.实验结果显示,地雷上方的地表震动速度要明显高于没有地雷的情况,该系统可用于声波探雷的进一步研究.     

水下声学滑翔机用于东印度洋声传播特性分析及声源估计

常规实验方法无法同步获取深海大尺度声学和水文数据,水下滑翔机可作为同步观测平台解决该问题.首先利用在东印度洋北部海域水下滑翔机同步获取的声传播和水文实验数据,分析了水下滑翔机的自噪声谱级和实验海区声传播特性,然后推算并修正了滑翔机水下运动轨迹,利用第一影区水下滑翔机接收声传播信号的脉冲多途到达时间差对声源进行测距与定深。潜标接收噪声与滑翔机自噪声谱级对比表明,水下滑翔机在海洋中无动力运动时的系统自噪声接近于潜标观测的海洋环境噪声。滑翔机实测的声传播损失与模型计算结果吻合较好,第一影区水下声源测距定深结果与实际位置较为一致,测距与定深的相对误差均小于5%。利用加载水听器的水下滑翔机可以实现水文环境数据与声学信号的同步观测,对深海声传播特性测量及定位算法研究具有重要意义。