分布式光纤高密度地震观测揭示门源MS6.9地震余震活动与隐伏断层

高密度的地震观测台阵对地震监测和结构成像都具有重要意义,利用分布式光纤地震传感技术结合现有通讯光缆可以快速构建高密度地震监测网. 2022年门源M_S6.9地震发生后,利用震中区20.8 km通讯光缆构建了间距10 m的高密度地震台阵,记录到了丰富的余震信号.发展了地震自动检测算法,并在3天观测中检测到了166个余震,与固定台网目录形成互补.在高密度地震波场记录中识别出多个断层相关信号,推测其为断层散射波,由此发现了门源盆地内部的多个断层.研究表明,分布式光纤地震传感技术结合地震自动检测算法和波场分析技术可以为发震趋势判断及隐伏断层探测提供可靠参考的数据,在高原重要基础设施沿线的地震灾害研究中具有良好的应用前景.     

利用城市通信光缆进行地震观测和地下结构探测

在城市地区开展地震观测和地下结构探测有助于提升城市防震减灾能力和城市地下空间利用能力.然而城市地区密集的建筑和频繁的人类活动一定程度上阻碍了在城市地区开展地震观测.利用近年来发展的分布式声波传感技术在云南省宾川县城区开展实验,以探索城市地区地震观测新方法.总长5.2 km的地下通信光缆被分成上千个传感单元(单元间隔为数米).光缆记录信号中可以识别出车辆运动、气枪震源、人工落锤等不同振动信号.利用从光缆记录的背景噪声,提取了面波信号,并获得了地表200 m以内的横波速度结构,这为工程场地评价提供了重要信息.以上初步结果表明,城市地下通信光缆为城市精细结构探测、交通监测和地震预警等工作提供了一种新型观测手段.     

GRAPES变分同化系统中卫星辐射率资料的直接同化

变分方法能够处理与代表大气状态的预报模式变量有复杂非线性关系的观测资料, 使得直接同化与大气状态量有着非线性关系的观测量(如卫星辐射率)成为可能. 各种观测资料的同化都需要有一个对应的观测算子, 观测算子给出了大气状态物理量和观测物理量之间的确定映射关系. 详细介绍了GRAPES-3DVar同化系统对实际卫星辐射率资料直接同化的实现, 包括系统中不同选择的模式变量所对应的空间插值、直接同化卫星辐射率观测的物理量变换和质量控制等观测算子的各个组成部分. 之后, 考虑实际卫星辐射率资料, 进行了应用试验. 为此使用NOAA17 AMSU-A和AMSU-B的辐射率资料, 设计了两个同化试验方案. 根据试验结果能够在清楚的物理意义上理解和反映GRAPES-3DVar系统直接同化卫星辐射率资料的合理效果.     

精密全球卫星定位系统多期复测研究青藏高原现今地壳运动与应变

利用1993,1995和1997年3期全球卫星定位系统(GPS)观测资料测定了青藏高原GPS监测站的三维位移速率,并由此计算分析了青藏高原现今地壳运动与应变.GPS 多期精密复测结果显示,青藏高原现今地壳运动仍以南北向挤压、东西向拉张、垂直方向隆升为主.喜马拉雅块体的相对汇聚速率大约为(19.5±1.7)mm/a,拉张速率大约为(5.5±6.0)mm/a 左右,隆升速率大约为(7.6±5.2)mm/a.西藏块体相对于格尔木南北向缩短率大约为(9.3±4.6)mm/a,东西向拉张速率大约为(8.7±6.4)mm/a,中部拉张速率最大约为(15.6±6.30)mm/a,反映了高原侧向挤出运动.喜马拉雅块体以压应变为主,西藏块体中部以张应变为主,最大张应变率和最大压应变率分别为0.131×106和-0.189×10-6 a-1.     

浅谈青藏融区与多年冻土区过渡带桩基地温变化规律

针对青藏高原的特点,通过对钻孔灌注桩及其周围土层温度变化过程的研究,了解混凝土温度与地基土温度的变化规律,作为选择混凝土防冻措施和混凝土拌和料温度的依据。通过对孔壁、桩侧（距桩侧35cm）、基准测温孔（距承台中心20m）的地温观测,把握混凝土施工材料及施工方法对钻孔灌注桩的回冻规律的影响,并对钻孔机具的性能、钻进效率、成桩工艺、桩体混凝土灌注工艺进行了研究。     

浅谈青藏融区与多年冻土区过渡带桩基地温变化规律

针对青藏高原的特点,通过对钻孔灌注桩及其周围土层温度变化过程的研究,了解混凝土温度与地基土温度的变化规律,作为选择混凝土防冻措施和混凝土拌和料温度的依据.通过对孔壁、桩侧(距桩侧35cm)、基准测温孔(距承台中心20m)的地温观测.把握混凝土施工材料及施工方法对钻孔灌注桩的回冻规律的影响,并对钻孔机具的性能、钻进效率、成桩工艺、桩体混凝土灌注工艺进行了研究.     

云南鹤庆深钻揭示的区域气候轨道尺度演化

以云南鹤庆盆地737 m深钻湖泊岩芯为材料, 在对碳酸盐、烧失量指标实验分析的基础上, 首先分阶段探讨碳酸盐、烧失量指标演化特点, 然后采用交叉频谱分析和滤波分析方法, 探索西南季风的轨道尺度演化特征. 分析结果显示: 地球轨道参数的斜率、岁差周期是驱动西南季风演化的重要因素; 其次, 全球冰量变化和青藏高原隆升对西南季风演化也有重要影响.     

日冕极紫外波研究进展

高温低密日冕磁化等离子体介质可承载多种波动模式的传播.本文主要介绍低日冕中两类常见的极紫外波动现象:大尺度极紫外波和准周期快磁声波.大尺度极紫外波是低日冕中全球性传播的大尺度扰动现象,它通常与耀斑、日冕物质抛射等剧烈太阳爆发活动紧密相关. 20世纪60年代,大尺度扰动现象(莫尔顿波)首先在太阳色球层被观测到,相应的理论模型预言了低日冕中也必然存在与莫尔顿波相关的大尺度扰动现象.直到20世纪90年代,空间望远镜才探测到与莫尔顿波类似的日冕大尺度波动现象(大尺度极紫外波).然而,关于大尺度极紫外波的物理本质和激发机制长期以来一直存在着巨大分歧.得益于近年来空间和地面太阳望远镜的高(时间、空间)分辨、多波段、多视角观测数据,目前人们对大尺度极紫外波的激发和物理本质有了更深入和较为完备的认识.近年的高分辨观测还揭示了日冕中的另一类波动现象,即准周期快磁声波.本文将总结近年来人们对两类波动的研究进展,指出目前研究中存在的重点和难点问题,并展望未来可能的研究方向.     

基于CT成像和数字体图像相关法的岩石内部变形场量测方法的研究进展

在采矿工程、边坡工程、隧道工程、水利水电工程及新兴的岩体工程如深埋油气储库、地下核废料处置库、地热开发等生产开发过程中,岩石是主要工程对象.直观观测与定量表征应力场、渗流场和温度场等多物理场耦合作用下岩石内部非连续结构演化始终是岩石力学重要和具有挑战性的研究内容.高精度微CT能够在微细观甚至纳米尺度上观测岩石内部结构,通过与数字体图像相关法结合,可实现岩石内部变形场的透明可视化与定量解析,为岩石的非连续结构与多物理场效应的透明解析和推演提供了新的有效途径.本文回顾了近年来微焦点CT在岩石内部结构检测、数字岩心和内部变形场量测方面的应用,详细阐述了CT原位扫描实验与数字体图像相关法的原理及主要进展,分析了岩石微细观结构对应变场测量精度的影响及数字体图像相关法在岩石内部变形测量中的典型应用,探讨了数字体图像相关法测量岩石内部变形场面临的挑战.     

氢气传感器研究的进展与展望

发展氢能产业对于构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系,实现“双碳”目标和经济高质量发展有着重要意义.氢的安全使用问题一直备受关注.氢气传感器可以快速准确地测量氢气浓度,有效预防氢气在生产、存储、运输和使用等过程的泄漏、爆炸等安全问题.氢气传感器按原理可以分为催化型、电学型、光纤型、声学型等几种类型.其中,催化型和电学型氢气传感技术已经发展成熟并实现了商业化.近些年,随着氢能的推广应用和物联网技术的高速发展,对氢气传感器在安全性、远程监控及分布式测量等方面的要求日益提升.相较于传统的电学原理传感器,光纤型氢气传感器具有更高的安全性和抗干扰性,且便于实现分布式测量等优良性能,已成为当前的研究热点.本文将从不同类型氢气传感器的原理、适用性和研究现状等方面对氢气传感器进行综述与分析,并对其发展趋势进行展望.     

21世纪以来青藏高原大震前重力变化

青藏高原自21世纪以来连续发生了多次大震:2001年昆仑山口西8.1级、2008年新疆于田7.3级和四川汶川8.0级、2010年青海玉树7.1级、2013年四川芦山7.0级地震、2014年新疆于田7.3级和2017年四川九寨沟7.0级大震.这些地震前,中国地震局在青藏高原开展过多期流动重力观测,并观测到震中附近可靠的重力随时间的变化.本研究综合利用地面绝对重力、相对重力资料,通过对多种重力观测资料的整体处理分析,研究了青藏高原区域重力场变化及其与大震发生的关系.结果表明:(1)大震易发生在与构造活动块体边界有关联的重力变化正、负异常区过渡的高梯度带上,重力变化等值线的拐弯部位,构造活动块体边界是物质变迁和构造变形差异运动强烈的地带,易产生剧烈重力变化,积累应力应变而孕育地震.(2) 2001年昆仑山口西8.1级地震发生在重力变化高梯度带与东昆仑断裂带交汇附近, 2008年汶川Ms8.0和2013年芦山Ms7.0地震发生在龙门山断裂带的重力变化高梯度带上, 2008和2014年两次于田Ms7.3地震发生在与康西瓦断裂走向基本一致的重力变化高梯度带零值线及梯度带的拐弯部位,2010年玉树7...     

夏季青藏高原东南部气溶胶对云特性的影响

青藏高原(以下简称高原)东南部是高原人口活动最为密集的地区,随着川藏铁路的修建,该地区的云降水特征进一步受到关注,但是其中气溶胶对云特性的影响作用依然较为模糊.利用2015～2021年葵花-8静止卫星数据,结合MERRA2、ERA5再分析资料,探究了夏季高原东南部气溶胶对云特性的影响.研究发现,高原东南部地区的气溶胶日平均浓度近年来整体趋势稳定,存在人为源气溶胶与沙尘气溶胶的混合污染现象,其分布受人为活动区域影响,存在显著的地域特征.在水汽输送条件不利的情况下,气溶胶的增多可导致云的出现频率减少、云光学厚度以及云滴粒子有效半径降低.其中硫酸盐气溶胶的增多可显著增强吸湿增长和成云潜势,促进云的生成和发展.此外,高原东南部南侧的雅鲁藏布江河谷和念青唐古拉山脉以及北侧的唐古拉山脉区域附近的地形作用有助于气流抬升,增强气溶胶的凝结增长和碰并过程,对云的生成和发展有较为明显的促进作用.气溶胶对对流云特性的影响比层状云更为显著,其具体影响效应受制于水汽条件:当水汽充足时,云的出现频率提升,而水汽不足时Twomey效应可能导致云滴粒子有效半径下降而云光学厚度上升.本研究结果对于预测和评估川藏铁路沿线...     

基于电磁Hopkinson杆的无机玻璃动态力学性能测试技术

无机玻璃作为典型的脆性材料,其失效应变极小,因而对其进行动态力学性能测试一直是冲击动力学和实验力学领域的难点问题.本文提出一种全新的实验技术——电磁分离式Hopkinson压杆(electromagnetic split Hopkinson pressure bar, ESHPB)来解决这一难题,并利用钠钙硅酸盐玻璃进行了验证.实验结果表明,与单向冲击加载相比,采用双向对称ESHPB能够使玻璃试样更快地实现应力平衡和恒应变率变形,从而获得更为精确有效的动态力学性能数据.通过与准静态实验结果的对比发现,该种玻璃材料在冲击载荷下压缩强度显著增大,呈现出很强的应变率效应.此外,本文还利用超高速相机原位实时观测了玻璃试样的变形和破坏过程.变形图像表明,当裂纹不断成核、扩展并汇聚至充满整个试样时,试样完全失去载荷承受能力.     

SACOL站冰云微物理特性的反演

冰云是全球分布范围最广的云类型之一,对地气系统的辐射收支有重要作用.本文利用兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL)Ka波段毫米波云雷达(KAZR)2013年8月至2014年7月的观测数据,结合微脉冲激光雷达(MPL)观测数据,分别使用传统经验算法、考虑温度订正的反演算法和KAZR-MPL联合反演算法,反演了冰云的冰水含量和有效粒径两个微物理量,形成了云微物理量的反演数据产品.在此基础上对SACOL站上空云微观特性进行了统计分析,并进一步结合Fu-Liou辐射传输模式,模拟了冰云在大气层顶处对长短波辐射通量的影响,与CERES卫星观测的辐射通量值进行比较,用以评估不同冰云微物理量的差异对辐射所造成的影响.结果发现:SACOL站冰云主要出现在2～14 km的范围内,在7 km处出现频率最高,达到13.02%; 3种云微物理方法反演的冰水含量相差不大,均呈现单峰型分布,概率密度最大处的冰水含量集中在10~(-3)g/m~3左右,而有效粒径的谱分布呈现出较大差异, KAZR-MPL反演算法模拟的冰晶粒径普遍偏大,也正是由于这种差异,造成了对大气层顶的短波辐射通量模拟的偏差.而各种算法对于大气层顶出射的长波辐射模拟效果远好于对短波的模拟,平均误差为5.04%,相关系数均大于0.6,而模拟效果较差的部分,主要存在于光学厚度较薄的个例当中.     

磁云边界层中等离子体波的Wind飞船观测

根据Wind飞船上工作频率在4~256 kHz的热噪声接收器(TNR)的等离子体波和相关太阳风与磁场的观测资料, 我们分析了60余个磁云边界层样本中的等离子体波活动, 首次发现磁云边界层(BL)中常常存在不同于邻近太阳风(SW)和磁云体(MC)中的、丰富多姿的等离子体波活动. 它的一些基本特征是: 在电子等离子体频率(f_pe)附近的朗缪尔波增强是磁云边界层中最占优势的一种波活动, 约占总样本数的75%; 朗缪尔波和频率f < f_pe的离子声波活动都增强的事件, 约占所研究样本的60%; 也在一些边界层中于热噪声接收器整个频段内观测到一种宽频带的等离子体波活动增强现象, 约占研究样本的30%, 这在研究样本中的邻近太阳风和磁云体中没有观测到; 此外, 分析还揭示, 电子与质子温度比T_e/T_p≤1时还常能在磁云边界层中观测到离子声波增强活动, 传统的等离子体理论遇到了解释上的困难. 文中的新结果进一步说明磁云边界层是一种重要的动力学结构, 它将对了解磁云边界层物理提供重要的诊断, 也为发展空间等离子体波理论开拓新的空间.     

地幔通道流:青藏高原大规模生长的深部机制

地处喜马拉雅造山带后陆区的青藏高原,其成因与生长一直存在争议.基于前人资料和我们的综合研究发现,西起西昆仑,东经北羌塘和昆仑山口,向南折向芒康-大理,直抵红河-哀牢山,发育一条跨越青藏高原不同构造单元的长达数千公里的巨型高热流带,并显示由高原内部向东北部边缘迁移之势.沿此巨型高热流带,岩石圈地幔部分熔融产生的钾质镁铁质岩-煌斑岩群(42～32 Ma)和钾质碱性岩-碳酸岩(27～7 Ma)、软流圈减压熔融产生的洋岛玄武岩(ocean island basalts, OIB)(16～1 Ma),以及中下地壳熔融产生的钾质长英质岩(40～0.3 Ma)呈群聚式断续展布;以峰期麻粒岩相变质为特征的高温深变质带与大型走滑断裂带(40～17 Ma)相伴发育;下地壳麻粒岩包体具有高达800°C的变质温度,地幔橄榄岩包体显示地幔垂直流动特征;地球物理探测所揭示的6个大型低速异常体呈群聚式、等间距、断续式展布.我们提出:印度大陆岩石圈地幔俯冲触发了亚洲大陆软流圈涌动,后者沿后陆区若干地幔通道垂直上涌,热蚀并吞噬地幔岩石圈,直抵地壳底部.这些"地幔通道流"源于400 km深处,形成于晚(硬)碰撞以来(≤40 Ma),不仅为维持青藏高原隆升提供了深部热能,而且为高原地壳生长输送了新生幔源物质,同时引发中下地壳塑性流变和侧向流动,并驱动青藏高原向北东方向侧向生长.     

东亚副热带西风急流偏差与中国东部雨带季节变化的模拟

通过分析NCAR-CCM3气候模式的15年模拟结果, 从东亚副热带急流和中国东部雨带季节变化关系的角度, 了解该模式对东亚地区雨带位置、强度和季节变化模拟不合理的可能原因. 对比模拟得到的和观测的夏季降水分布发现, CCM3模拟的东亚地区降水分布除了降水中心位置和雨量数值明显不合理之外, 雨带位置的季节变化也与实际不一致. 分析雨带位置与200 hPa东亚副热带急流的关系发现, CCM3模拟的急流中心位于河套以北的40°N附近地区, 与NCEP再分析资料相比, CCM3模拟的东亚副热带急流中心位置偏东, 强度偏强. 相关分析表明, CCM3模拟的强降水中心地区的降水量与200 hPa纬向风在中国的河套及其附近地区具有显著的正相关关系, 因此, CCM3模拟得到的与实际不一致的偏西偏北的强降水中心与200 hPa上的东亚副热带急流位置和强度不合理可能具有密切关系, 而东亚副热带急流位置和强度与对流层低层南北向的温度梯度以及青藏高原东南部的较大的感热通量加热有关. 因此, 在东亚地区模式性能尤其是降水的模拟性能改进方面, 除了对模式物理过程做改进的同时, 对青藏高原附近地区的地面加热场和与此相联系的东亚副热带西风急流位置和强度模拟的合理性方面也需要引起足够的重视.