地球空间环境与大地测量教育部重点实验室

地球本征模相关研究进展

在前期研究的基础上,提出了将球谐叠积方法(SHS)扩展到水平方向的相应公式和理论,并成功应用到地球自由振荡本征模的相关研究中,首次发现极弱的强耦合核模2S2 (见图1);成果发表于专业顶级期刊GRL (Chao and Ding 2014)。相应方法同样可用于其他相关研究,如极潮和重力潮汐因子的确定等。方法相应理论公式如下:

1. 基于宽频地震数据,利用SHS方法得到的2S2(a-b)1S3(c-d)3S1(e-f)模态的分裂谱图。上图为垂直方向结果,下图为对应水平方向结果。

将非线性、非平稳数据处理方法EEMD进入到地球超低频自由振荡的研究中,成功探测到一些基于常规处理流程无法找到的模态信号,首次探测到超低频自由振荡模态0S41S2的全部分裂谱线 (见图2),它们可为3D地球模型的构建提供新的约束,特别是对地幔的结构。重新估计的高精度的6个模态的分裂频率有助于相应分裂函数的准确确定,进而有助于反演地球内部的大尺度非均匀结构。相应结果表明EEMD作为一种滤波手段,可有助于低频自由振荡信号的探测,可为其他仍未观测到的核模等信号的探测提供一种新的技术手段。相关成果发表于权威专业期刊GJI (Shen and Ding 2014)

2. 经过EEMD和未经过EEMD处理所得到的0S4(a-c)1S2 (d-f)的分裂谱图。从上到下对应三个不同地震。

利用海量宽频地震数据,研究了地球自由振荡问题,相关成果在第5TibXS 会议宣读 (Ding and Shen 2014a) 32004年苏门答腊地震之后的COLA台站所观测到的低频自由振荡的谱图。可发现水平方向一样可观测到SNR很高的模态分裂信号,特别是环型模态的分裂。

3. COLA台站所记录到的2004年苏门答腊地震所激发的自由振荡信号。

甚长周期VP型垂直摆倾斜仪对某些地球物理信号有特殊的敏感性,除了在观测小地震、慢地震等方面有优势之外,还可有效应用于低频地球自由振荡信号的探测。利用安置在武汉大学珞珈山的我国自行研制的VP型垂直摆倾斜仪在2011日本Mw9.0级大地震之后不同长度的观测数据,联合EEMD方法、自回归估计(AR)方法和bootstrap,我们不仅检测到该地震激发的频率小于4.6 mHz的零阶球型振荡(0S2 0S38)和环型振荡(0T4 0T35)几乎所有振型以及10个谐频振型,还首次利用地倾斜观测数据检测到了0S22S10S30S41S2的部分或全部谱峰分裂现象,并给出了所有检测结果的精度评估。此外,我们分析了某些球型和环型振荡之间的耦合效应,结果表明耦合效应将显著影响自由振荡信号的频率、相位、振幅和品质因子,可用于约束地球内部结构和震源模型。相关研究成果已被地球物理学报采纳(栾威等2014)。

 

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