高频GPS测定的汶川Ms8.0级地震震时近场地表变形过程

以龙门山断裂带下盘的四川GPS连续观测网高频(1 Hz)GPS观测资料为基础, 得出了2008年5月12日发生在四川汶川的Ms8.0级大地震的震时近场地表形变过程. 结果显示: 地震在近场产生的最大形变量明显大于震后位移, 破裂带北段各站水平分量震时先向震中方向运动, 后转折垂直于破裂带方向运动, 南段各站水平分量形变相对较小且基本为可恢复性变形. 各站垂向均先下沉, 然后呈周期性上下起伏波动. 将高频GPS所得位移与强震仪所得结果进行对比分析, 发现震动初期两者具有较好的一致性, 但中后期虽然相位基本同步, 但其振幅存在10 cm左右的差异, 其具体原因还需进一步研究论证. 此次记录到的汶川大地震近场地表变形过程, 可为进一步研究地表破裂过程和地震波的传播方式提供非常有价值的基础资料.     

GPS观测的2015年尼泊尔M_S 8.1级地震震前应变积累及同震变形特征

2015年4月25日,在印度板块与欧亚板块交界区的喜马拉雅地震带上发生了尼泊尔MS 8.1级大地震.震前GPS速度场和应变率场显示,喜马拉雅地震带整体表现为15.94±1.82 mm/a的压缩特征,同时还具有分段活动特征.此次地震发生在速度场顺时针旋转和逆时针旋转的分界带,该处最大主压应变率的量值在喜马拉雅地震带并非最大.GPS观测的同震位移场揭示了尼泊尔MS 8.1级地震引起的地壳变形特征,分别有9和6个测站观测到明显的水平向和垂向同震位移,其水平分量的运动方向整体表现为南向运动,位于震中东南侧的3个测站垂直分量表现为上升,其余测站为下降.中国境内距离震中最近的5个测站的垂向同震位移显示,此次地震造成珠穆朗玛峰的沉降量约为4mm.依据GPS观测到的同震位移场,利用非负最小二乘方法反演震源断层面上的滑动分布.反演结果表明最大滑动量为6.84 m,滑动量较大的区域分布在加德满都附近及其以北区域的下方,这可能是造成加德满都地区具有较大破坏的原因之一,该滑动分布模型能够很好地解释GPS观测到的同震位移.利用此滑动分布模型计算的地震矩为8.21×1020 N m,对应的矩震级为MW7.9.     

长江三峡库区滑波浅析

三峡库区长江干流河谷受地质构造、岩性因素的控制,使得库区滑坡具有数量多、密度高、规模大、危害严重等显著特点.长江三峡地区的崩塌滑坡在历史上就给当地人民造成过许多损失,如湖北秭归新滩有记载以来已发生过10余次的崩塌滑坡,轻者毁民宅,重者堵江断航.随着2003年6月135米高程蓄水的结束,三峡库区环境也随之发生明显的改变,滑坡灾害也将出现新的变化.     

汶川M_S8地震最大地表同震垂直位移量及其地表变形样式

汶川地震的同震变形量及其分布是揭示汶川地震孕育机制、破裂扩展特征的重要科学依据.已有研究显示汶川地震致使龙门山中央断裂中-北段和前山断裂中段分别产生长度为240和90km的地表破裂带.在对北川县沙坝村一带地质地貌调查和广泛走访老乡,获得震前地貌、建筑物信息和照片实证的基础上,对主要的地物标志、被断错建筑物位差等进行全站仪和差分GPS实测,得到沙坝村邹家院一带最大垂直位移为(9±0.5)m,右旋位移量约为(2±0.5)m.尽管沙坝村一带地表表现为正断层,但与其他地段的同震变形一致,表现为断层西北盘上升,不存在一般正断层上盘重力下滑迹象;这些说明,(9±0.5)m的位移值应为汶川5.12地震地表最大同震垂直位移量.     

汶川MS8地震最大地表同震垂直位移量及其地表变形样式

汶川地震的同震变形量及其分布是揭示汶川地震孕育机制、破裂扩展特征的重要科学依据. 已有研究显示汶川地震致使龙门山中央断裂中-北段和前山断裂中段分别产生长度为240和90 km的地表破裂带. 在对北川县沙坝村一带地质地貌调查和广泛走访老乡, 获得震前地貌、建筑物信息和照片实证的基础上, 对主要的地物标志、被断错建筑物位差等进行全站仪和差分GPS实测, 得到沙坝村邹家院一带最大垂直位移为(9±0.5) m, 右旋位移量约为(2±0.5) m. 尽管沙坝村一带地表表现为正断层, 但与其他地段的同震变形一致, 表现为断层西北盘上升, 不存在一般正断层上盘重力下滑迹象; 这些说明, (9±0.5) m的位移值应为汶川5.12地震地表最大同震垂直位移量.     

北方蒸散对气候变暖响应随降水类型转换特征

地表蒸散量是对全球气候变暖响应最显著的水分循环分量,但以往不同研究得出的气候变暖背景下各地地表蒸散量的变化趋势差异很大,有时甚至表现出相反的趋势.然而,对于地表蒸散对气候变暖响应的差异性具有怎样的规律以及是何原因造成了这种差异至今也并不完全清楚.为此,在对中国北方地区的蒸散量格点资料(FLUXNET)和全球陆面同化资料(GLDAS)进行观测试验验证的基础上,利用可靠性相对较高的蒸散量格点资料及以往研究常用的CRU和ERA-Interim气候格点资料,分析了我国北方不同降水气候空间类型时地表蒸散量对气温增加的响应特征.分析发现:地表蒸散量对气温升高的响应程度随降水气候类型不同变化比较明显,地表蒸散量的增温倾向率表现出随降水气候类型变化的显著转换特征.降水量在200~400 mm的气候区间时,正好是倾向率发生转折的气候敏感区间;在更湿润气候类型时,气候越湿润,地表蒸散量随气温升高增加的就越明显;而在更干燥气候类型时,气候越干燥,地表蒸散量反而随气温升高减少的越明显.地表蒸散量对气候变暖的这种响应特征在全球其他气候过渡比较明显的典型地区也有不同程度的表现.同时,就地表蒸散量对气候变暖的响应机制而言,主要有气温升高直接引起的潜在蒸散力增加与气温升高通过蒸散过程造成的土壤水分损失再反过来间接抑制蒸散这两个作用过程.前者在湿润地区起主导作用,导致蒸散增强;而后者在干燥地区主导作用,导致蒸散减弱.该研究结论对地表蒸散的气候变化响应特征有新认识,对改进全球水资源评估方法和干旱监测技术具有重要科学参考意义.     

各种各样的流动显示方法

流动显示是在力求不改变流体运动性质的前提下，用图像显示流体运动的方法，其任务是使流体不可见的流动特征，成为可见的。流动显示技术目前发展相当快，特别是与计算机图像处理技术相结合，使传统的流动显示方法得到很大的改进。计算机数据的采集与处理，可对显示结果进行深度的加工分析，以获得更清晰的流动图像，以及有关流动参数的分布。     

太阳深积分磁场观测中异常结构的改正

2012年,中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地建成了基于位移叠加技术的深积分实时太阳磁场观测系统,但随着观测的开展,发现在计算的磁图中有时会存在整体性的异常颗粒结构,这些结构显然不是太阳磁场结构.本文首先对其成因进行了仔细分析,认为这是由于在积分计算磁场数据的时候,采用了第1,2帧作为左右旋偏振图像的基准帧引起的,这两帧图像由于大气抖动或者其他原因,彼此会有一定的相对位移,而这种位移在左旋和右旋2个偏振态的数据相减的时候,就会产生颗粒状的异常结构.为此,本文提出了使用左右旋平均视场来代替单帧图像作为基准图像的方法,并给出了详细的实现方法.通过多角度的实验和数据分析,图像的视觉效果和数据统计结果都表明本文的改正方法简单且有效.     

各向异性发射球体小目标热红外特性研究

通过建立球体目标探测的随机概率模型,研究了各向异性发射体的热红外特性.运用蒙特卡洛法模拟采样成像,并将探测面阵单元格在积分时间内统计得到能量份额均值定义为灰度值,生成辐射灰度图.通过灰度图定量地表征了目标各向异性热辐射特性对红外信号的影响.结果表明,对于远场小目标,将辐射方向调控在近法向小辐射角范围内,即提高发射体表面材料法向发射率,可增强目标最亮像点信号强度,扩大"像"区域的能量对比度,在红外图像上表现为能量更加集中的信号点.     

一米真空太阳望远镜Level 1级图像选帧的GPU实现

抚仙湖一米真空太阳望远镜Level 1数据是利用图像选帧位移叠加技术获得的,目前Level 1处理的时间约20 s,大约是图像采集时间的1.7倍.为了达到减少其所需时间的目的,本文采用GPU技术来实现选帧流程,包括斑点干涉选帧和互相关图像位移叠加.在CUDA环境下,实现了利用GPU处理大量傅里叶变换和图像矩阵的并行四则运算等功能.在我们的实验环境下,对100帧图像的处理只需要0.6 s.同时对整个流程中各个模块的运行时间也进行了详细的测量、分析和讨论.     

南美SLR 监测的2010 年智利8.8 级大地震产生的地面位移

2010 年2 月27 日, 智利发生了8.8 级特大地震, 该地震使震中附近的地面产生了较大位移. 德国与智利合作的卫星激光测距系统SLR-7405 距震中仅约130 km, 其观测受到地震的影响. 中国科学院国家天文台与阿根廷合作的SLR-7406 系统距震中约600 km, 利用这两个SLR 站的观测资料并结合全球SLR 站的观测资料, 在ITRF2000 下解算了这两个SLR 站点的地心坐标, 发现两站的坐标都发生了不同程度的变化. SLR-7405 站整体向西南方向发生了较大移动, 在X, Y, Z 方向上的位移量分别约为3.11, 0.52 和0.49 m, SLR-7406站在3 个方向上的位移量分别约为0.02, 0.03 和0.02 m. 由SLR 这一独立的观测手段得到的结果可以为其他定位观测提供必要的外部检核.     

地震地面运动数值模拟中的土层增幅和波的多重干涉效应

阐述了在研究复杂地震灾害问题时不均匀介质中土层增幅率和地震波多重干涉效应对于用数值模拟方法研究地震地面运动的影响. 在数值模拟中, 首先分析了区域地质构造, 使用了由地表微动矩阵观测结果而得来的高精度地震波速度结构. 又运用地表浅层40 m深的钻孔岩(土)芯结构的地质和地震波速度资料, 进一步分析了浅地表土层对于地震波地面运动增幅率分布的影响. 揭示了重灾区地表土层对地面运动增幅率的非线形关系特征. 在地质结构特征分析基础上, 用数值模拟方法计算了日本神户地震灾区地面运动SH波分量加速度波形. 波动方程数值模拟解法中使用了错格实数傅里叶微分算子的拟Fourier谱微分法. 地面运动数值模拟结果表明地表土层的增幅率和地下速度结构特征对地面加速度波形及其最大振幅分布有很大影响. 由数值模拟地面运动结果与该区的1995年日本神户地震建筑物倒塌率关系的分析可知, 模拟所得地面加速度波形最大振幅与建筑物倒塌率的分布极为一致. 远离地震断层的建筑物的两重峰值倒塌率也和加速度的峰值吻合. 利用模拟的瞬间地震波不均匀多层介质中空间传播快拍图像分析了两重地面运动峰值与地质构造的关系. 结果表明两重峰值的地面运动可能是由基岩表面传入沉积层表层的次生面波和沉积层中体波干涉形成了第1次地面运动峰值; 表层下层通道波次生的面波与体波干涉形成了第2次波动干涉, 导致了第2个地面运动峰值. 这表明了波的多重干涉与地下结构有关. 由此可知详细分析土层增幅率和与地质结构相关的波的多重干涉现象对于用地面运动数值模拟方法研究地震灾害及建筑物倒塌率分布特征是十分有益的. 地质构造和结构的调查研究, 地面运动数值模拟分析对于地震波传播和抗震研究都是十分重要的.     

New approach for segmentation of overlapping blood cell images

提出一种基于血细胞近圆形特征的粘连血细胞分割方法.用形态学腐蚀得到距离图和图像的边缘,并利用灰度重建得到细胞的中心区域和圆心,在此基础上基于细胞圆形特征对细胞的边缘进行搜索,得到粘连细胞的分离点,从而求得分离线,完成对粘连血细胞的精确分割.实验表明,该分离方法是有效可行的.     

汶川Mw8.0级地震震源破裂过程研究: 分段特征

利用全球台网中均匀分布的远场台站记录的39个长周期P波和SH波波形数据, 研究了5月12日汶川8级地震的矩张量解、破裂过程及破裂特征. 研究结果表明汶川地震由可分辨的5次7.3级以上地震组成, 这5次子事件在时间上连续发生, 空间上由在起始破裂点处的一次走滑破裂, 距起始破裂点80 km范围内的2次逆冲破裂, 以及在北川附近的2次右旋走滑破裂组成. 前3次破裂的震级分别为M_w7.3, 7.6, 7.4级, 后2次的震级分别为M_w7.5和7.4级. 破裂过程反演结果表明整个破裂在时间上持续了105 s, 在北川-映秀断裂上自起始破裂点所在的南西端向北东方向单侧扩展, 造成沿断层地表破裂近230 km, 地表平均位错达4 m. 研究结果揭示此次地震破裂过程至少由2段组成, 在起始破裂点所在的西南段即都江堰-汶川段, 破裂以逆冲错动为主, 最大错动位移达8.2 m; 在绵竹附近, 破裂开始转变为向北东方向扩展的右旋走滑错动, 断层错动区域较西南段浅, 主要发生在北川-青川段10 km深度以上, 最大位移位于地表, 为6.53 m. 相应地在地表出现了两个位移达6 m以上的地段, 其一是都江堰-汶川段, 地表的最大位移为6.44 m; 其二是北川-青川段, 最大位移6.53 m. 这种分段性存在一定的构造背景.     

太阳局部高分辨观测像的日球坐标自动标定

观测图像的日球坐标标定通常是处理太阳局部高分辨观测像的第一个步骤,但这也一直是很多太阳物理学家面临的困难.本文应用尺度不变特征变换来提取特征匹配点,提出了一种将局部高分辨光球和色球图像与空间/地面全日面像自动匹配以确定其视场在日球坐标系位置的方法.同时还总结了一套有针对性的图像预处理方案和流程,用于提高特征点检测的准确度和增加匹配点对数量,从而成功地实现了新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope, NVST)的氧化钛(titanium dioxide, TiO)波段与太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory,SDO)日震磁像仪(helioseismic and magnetic imager, HMI)连续谱、Hα波段与全球日震网(Global Oscillation Network Group, GONG)或者太阳动力学天文台/大气成像仪(atmospheric imaging assembly, AIA)304?波段的图像配准.最终结果用SDO标准关键字记录在标定后的普适图像传输系统(flexible image transport system, FITS)文件头中,以便使用通用的太阳软件包来进行各种后处理.这一工作实现了高分辨观测像的标准化日球坐标标定,为太阳物理学家更好地使用高分辨观测数据提供了极大的便利,从而提高了数据利用率和科学产出.     

朝鲜第六次核爆后InSAR地表形变测量与分析

利用InSAR小基线集(SBAS)方法得到了朝鲜第六次核爆后其中心17 km×22 km范围内一些部位不同时刻(2017年9月10日～2018年6月1日每12 d间隔)的累积地表形变量.将这些测量点依空间相邻关系聚集成14个集合,按照集合内各点平均相干性进行加权平均得到各集合的累积形变量.观测结果显示:(1) SBAS-InSAR能有效观测第六次核试验的热辐射后效阶段形变过程,爆炸中心附近在爆炸后10余天仍存在地表抬升现象,随后开始下沉,不同地方下沉速率和下沉量不同;(2)在冬春季可观测到可能主要因围岩内裂隙水冰冻带来的地表下沉减缓甚至抬升的现象, 2018年5月24日因朝鲜对部分核设施进行爆破使地表形变出现抬升.研究结果表明:(1)第六次核试验的热辐射后效阶段主要表现为围岩受高温高压作用变酥变软,变质后的围岩在重力作用下被压实并开始下沉,沉降的时间过程可以用Weibull模型进行拟合分析;(2)考虑受核爆影响的变质岩层厚度等因素建模分析最大沉降量,得到了爆炸中心垂直向影响距离约为1800～2300 m,变质后的岩石形变系数约为7×10~(-5)～8×10~(-5),统计拟合优度为0.8,P值接近于0.     

基于特征点提取的复合材料显微图像自动拼接

在复合材料的三维重构中需要对图像进行拼接, 以解决序列图像的区域对应问题. 采用一种新的图像拼接融合方法, 对两幅放大倍数为1000倍的SiC/Al复合材料照片进行了拼接. 该方法首先对两幅待拼接的图像进行去噪处理, 采用Harris角点检测方法提取特征点, 并对这些特征点采用Canny边缘检测算子进行筛选. 在两幅图像重合的部分选取一定大小的模板进行基于像素的互相关匹配, 以选定用于匹配的特征点, 在此基础上运用SVD-ICP方法获取模板图像的偏转和平移参数, 然后依据这些参数对整幅图像进行变换, 建立两幅图像的统一坐标表示, 完成图像的拼接.     

利用红外热像研究不同浓度腐蚀液中GaAs的反应启动时长

提出了一种测定材料湿法刻蚀启动时长的红外热成像新方法. 该方法的实质是利用反应启动时必然有化学热吸收或释放, 从而引起材料表面液膜温度变化这一特点, 通过红外热成像实时监测系统, 采集液膜温度变化过程的红外热像, 从而判断反应启动时长. 实验发现, 2 mm宽线形液膜是较为理想的监测对象, 因其同时具备温度变化信息和空间分布信息, 可以将线形液膜中心作为理想的观测特征点; 由滑动液滴形成残留线形液膜可以得到超浅液膜, 温度变化灵敏度高, GaAs竖直放置, 可以避免液膜重力对启动时长的影响, 获得更为准确的监测数据. 在本实验条件下, 由线形液膜的横向剖面灰度变化得到GaAs材料与H2SO4:H2O2:H2O(= 5:1:50和15:3:50)腐蚀液的反应启动时长分别约为0.2 s和0.3~0.4 s之间. 该方法的提出, 对于快速刻蚀技术以及固-液吸附等性能研究均具有重要价值.     

青藏高原地壳运动GPS实测结果的定量分析

青藏高原素有“世界屋脊”之称.其目前变动的水平位移达到l-3cm/a,这是全球大陆变动最强的地区,长期以来,高原的现代地壳运动的定量观测基本上局限于它的垂直运动分量,至今未得到该地区的大尺度地壳水平运动可信的实测结果.     

GPS,OBP和GRACE估计地球动力学扁率变化及其地球物理激发

行星地球是一个旋转的扁椭球体,其动力学扁率(即J2)变化主要由地球系统物质流动和各圈层相互作用引起.目前国际上地球动力学扁率测定主要用卫星激光测距(SLR)资料得到,然而SLR地面观测台站少,南北半球分布不均,且不是连续观测,以及受动力学模型和常数等影响.尽管新一代重力卫星(GRACE)观测大大提高了地球重力场球谐系数低阶项一两个数量级,但对二阶项C20不敏感.本文利用全球连续GPS观测得到的地表负荷位移估计地球动力学扁率J2,并联合GPS与海底气压(OBP)以及OBP和GRACE资料分别估计地球动力学扁率J2,比较和分析地球动力学扁率多尺度变化特征及其机理.结果发现GPS单独估计结果振幅偏小,GPS+OBP,GPS+OBP+GRACE和GRACE估计J2周年变化与SLR结果非常接近.而J2半周年变化,GRACE估计相对较差,主要由于GRACE资料处理没有很好扣除约161天的S2潮汐影响.另外,GPS+OBP和GPS+OBP+GRACE估计J2季节内和年季变化与SLR结果较一致,而GRACE和GPS单独估计结果与SLR结果偏差较大.并进一步利用地球物理模型资料研究对J2变化的贡献,结果表明,地球动力学扁率J2季节性、季节内和年季变化主要由大气、海洋和陆地水地表流体质量重新分布和迁移激发.