为提高GNSS坐标时间序列三维速度场估算的精度,提出一种联合全球环境负荷模型改正与变分贝叶斯主成分分析(VBPCA)滤波的数据处理策略。首先,利用德国地学研究中心(GFZ)提供的大气、水文及非潮汐海洋负荷模型,对香港地区17个测站的原始坐标时间序列进行环境负荷改正。结果表明,环境负荷改正能有效降低垂向(U)序列的RMS值(平均降低约20%)及站间相关性,但导致水平序列(N、E向)RMS值与相关性上升。然后,采用无需对缺失值插补的VBPCA进行共模误差滤波。滤波完成后,N、E、U三个方向的RMS值分别降低约20%、13%和18%;经联合处理后,N、E、U三个方向的速度不确定度平均降低约63%、47%和68%。基于ITRF2020国际地球参考框架解算结果显示,研究区GNSS测站水平地壳运动平均速率为34.6±0.2 mm/a、运动优势方位为N109.5°E,垂向运动呈缓慢隆升态势,但局部存在沉降现象。该研究为受环境负荷效应与数据缺失影响地区的精密GNSS速度场构建提供了有效途径。
基于GRACE/GRACE-FO的时变重力场数据,构建去除趋势项和季节项的GRACE-DSI干旱指数,在三维识别框架下对2003—2023年长江流域的干旱事件进行识别与分析,并通过贡献率与交换强度分析陆地水储量异常(TWSA)各组分变化及相互作用。结果表明:1)相较于游程理论,三维识别框架在研究期内共探测到19次干旱事件,在干旱的精确识别方面展现出突出优势;2)研究期内流域干旱频次与烈度呈显著空间差异,其中2022—2023年连旱是最严重的干旱事件,烈度为历年最高,且干旱影响面积超过90%;3)长江流域TWSA变化主要由地下水储量异常(GWSA)和土壤水储量异常(SMSA)主导,上游西部及中下游北部各组分间相互作用显著。
针对传统滑坡易发性评价中动态形变信息缺失及模型可解释性不足的问题,以贵州省为研究区,构建融合Stacking-InSAR技术与机器学习的可解释滑坡易发性评价框架。基于Sentinel-1A影像获取年均地表形变速率,并联合地形、地表覆盖、气候及人类活动等14个静态因子进行建模。通过对比多种机器学习模型,结果表明,未引入InSAR形变信息时,各模型AUC值为0.896~0.921;融合形变信息后,模型整体性能提升3.5%~5.6%,其中InSAR-TabPFN模型表现最优,AUC达0.951。易发性制图结果显示,高易发区与较高易发区面积占比由22.1%降至13.11%,显著降低了稳定区误判率。SHAP可解释性分析表明,距河流距离、地表形变速率、土地类型、坡度和距道路距离为滑坡发生的主控因子,且地表形变与距河流距离存在明显的交互效应。研究表明,融合InSAR动态地表形变信息的TabPFN模型在预测精度上具有明显优势,而引入SHAP方法对模型进行可解释性分析,实现了各评价因子贡献度及其交互机制的量化表达,有效弥补了传统易发性评价中精度与解释性难以兼顾的不足。
系统梳理井水位潮汐调和分析3种主流方法——基于快速傅里叶变换的频谱分析法、时域最小二乘法和基于贝叶斯统计的Baytap-G方法,分别阐述其数学模型与计算流程。针对现有专业工具操作复杂、门槛较高的问题,提供统一且易用的MATLAB实现代码,并以云南南华县局井井水位观测数据为例,对比分析各方法的计算结果。结果表明,3种方法在主要分波(M2)上的计算结果基本一致,但各有适用场景:频谱分析法适用于快速筛查,时域最小二乘法在计算效率与参数估计稳定性方面具有较好的综合表现,而贝叶斯方法在噪声复杂时更具优势。
为探讨皂市断裂和长江埠断裂土壤气Rn和CO2浓度空间分布特征与构造活动的关系,沿皂市断裂布设3条测线开展土壤气Rn和CO2浓度测量,使用阈值法提取异常测点信息和强度,通过熵值权重法构建统一评价体系。结果显示:1)3条测线Rn和CO2浓度的Pearson相关系数为0.524 4,具有同步变化特征,且均存在异常高值点。2)2条断裂交会处气体释放能力较强,两端较弱,这一特征反映了断裂活动性的空间差异。3)Rn的熵值和得分贡献高于CO2,是反映该地区地下结构变化更为灵敏的指标。该研究对隐伏断裂探测、断裂活动性分析和土壤气多测项综合评价具有一定的参考意义。
通过浅层地震勘探及可控源音频大地电磁测深方法,给出阳曲断陷盆地西界断裂带典型的地球物理剖面,获得精细的构造剖面特征。结果表明,以伍家嘴-马头村为界,阳曲断陷盆地西界断裂带可划分为北、南2个区段,北段为蟠龙-岗上断裂带(走向为NW,长度约13 km),南段为棋子山东侧断裂带(走向为近SN,长度约20 km),南、北两段均发育4条主要分支断裂,受分支断裂控制影响,断陷盆地内部沿东西方向形成多个次级地垒及次级凹陷。钻孔联合剖面与地层年代学测试结果表明,断裂带南段最新活动时代为晚更新世,晚更新世时期最小上断点埋深21.1 m,最大断距为3.9 m,最大滑动速率为0.158 mm/a。研究结果可作为太原盆地演化、大震震源探查、地震危险性分析等的重要参考依据。
利用2025-03—04在南襄盆地枣阳凹陷地区布设的66台节点式地震仪采集的连续波形数据进行互相关计算,提取了998条瑞利波相速度频散曲线。采用面波直接反演方法获得了该区域3 km以浅的高分辨率横波速度结构,并利用H/V谱比法初步估算了该地区的沉积层厚度,发现测线15 km处横波速度界面发生突变,2.5 km/s等值线从北向南自2 km深度抬升至0.5 km深度,变化幅度达1.5 km,与襄樊-广济断裂位置吻合。测线0~15 km范围内横波速度特征与南襄盆地枣阳凹陷白垩系残余厚度变化的对应关系较好,表明南襄盆地枣阳凹陷是在白垩纪由襄樊-广济断裂西段控制形成的盆地,并根据盆地界面的形态推测襄樊-广济断裂西段在白垩纪表现为以拉张作用为主的正断层,兼具走滑特征。低速区内的断块及近地表的低速连贯性反映了盆地沉积初期断块差异升降向新近纪稳定沉积的盆地沉积过程。
基于内蒙古西部、中部和东部3个构造分区的一维地壳速度模型,采用基于Pn-Pg走时差的PTD方法,对2019—2025年内蒙古地区的地震事件进行震源深度反演,并通过CAP波形反演法进行验证。通过模拟数据测试,评估了速度模型误差与震相拾取噪声对反演结果的影响。结果表明,内蒙古地区地震以浅源为主,平均深度为13.6±7.2 km,优势深度集中在8.5~21.0 km。空间分布上呈现明显的分区特征:西部阿拉善地块震源深度整体偏深(均值16.2 km),中部河套断陷带显著偏浅(均值9.7 km),东部大兴安岭构造带介于两者之间(均值12.7 km)。这一“中间浅、两侧深”的分布格局与区域地壳厚度变化及构造应力场差异高度相关。
针对传统单一去噪方法在处理非线性、非平稳地震信号时存在的局限性,提出一种基于变分模态分解(VMD)与改进型小波阈值分解(IWTD)的联合去噪方法。首先,按照预设的模态分解层数和惩罚因子,对地震信号进行标准VMD分解;其次,利用互相关系数对VMD分解后的本征模态函数(IMF)进行筛选,精准分离信号主导分量与噪声主导分量;然后,构造一种连续可导的改进小波阈值函数,对筛选后的噪声主导IMF进行二次精细化去噪,以解决传统硬阈值函数不连续和软阈值函数存在恒定偏差的固有缺陷;最后,设计一种信号去噪加权综合评价方案,全面评估有效频带包络一致性、噪声抑制率、功率谱一致性、信号峰度、到时拾取精度等指标。合成信号与实际地震信号实验结果表明,本文方法综合评分分别为76.299 8、76.227 2,与经验模态分解(EMD)、维纳滤波及小波阈值滤波等多个方法相比,分别最多高出29.782 5、27.177 1,能更好地保留地震信号的幅频特征与有效能量,可为后续高精度震相拾取与地震序列分析提供更可靠的数据基础。
本文提出一种融合协方差矩阵自适应进化策略(covariance matrix adaptation evolution strategy,CMA-ES)与模拟退火算法(simulated annealing,SA)的断层模型参数重力梯度反演方法。针对CMA-ES在有界参数空间中存在的边界效应问题,引入SA算法进行全局粗搜索,以拓展搜索空间并改善收敛行为。通过无噪声及不同高斯噪声水平(10%、20%)条件下的单断层与复杂三断层模型测试,结果表明,该混合策略兼具SA的全局搜索能力与CMA-ES的自适应局部搜索优势,收敛性和稳定性优异,反演效率显著提升。将该方法应用于土耳其Thrace盆地EGM2008差分曲率重力梯度数据的实际反演,所获断层倾角等几何参数与地震资料及已有研究结果吻合良好,且计算效率大幅提高。研究表明,该方法能够实现隐伏断层参数的定性-半定量解释,为区域断裂构造特征研究提供了新的技术途径。
高精度对流层天顶延迟(ZTD)修正能有效提升全球卫星导航系统(GNSS)的导航定位精度。为此,本文提出融合机器学习(XGBoost和BP神经网络)和网格剖分算法,结合第五代欧洲中期天气预报中心再分析数据(ERA5),分别构建窗口增强的中国大陆地区实时高精度ZTD网格化模型GGZTD-XG和GGZTD-BP,以获取实时高精度ZTD数据,并与常用的GPT3模型和GGZTD-P模型进行对比分析。结果表明,以ERA5 ZTD数据为参考时,GGZTD-XG模型的精度优于其他2种模型,均方根误差(RMSE)分别减少了0.75 cm(22.32%)和1.53 cm(36.96%),GGZTD-BP模型也表现出良好的精度提升。GNSS ZTD数据和MERRA-2大气再分析数据也验证了所构建的2种新模型具有优异的性能。新模型在GNSS高精度定位方面具有重要的应用前景。
国际参考电离层模型(IRI)最新版本IRI2020在预测中纬度夏季夜间异常(MSNA,一种表现为夜间总电子含量(TEC)异常增强的电离层现象)时面临显著挑战。利用GNSS TEC与CODE TEC观测数据,系统评估了IRI2020在MSNA区域不同太阳活动条件下的预测性能。主要结论如下:1)与GNSS TEC对比显示,IRI2020的适用性具有显著的太阳活动依赖性与南北半球非对称性。在太阳活动上升期及高年夏季,模型对夜间TEC存在约10 TECu的系统性低估,且未能准确刻画MSNA的典型特征;下降期及低年的预测精度显著优于上升期及高年,北半球表现整体优于南半球。2)基于CODE TEC数据的月均MSNA指数(MSI)热力图表明,模型在整个太阳活动周期内的夏季均存在不同程度的MSNA低估;南半球异常空间范围的预测一致性较差,北半球仅于低年表现尚可,整体量化能力有限。3)区域残差分析进一步揭示,IRI2020在太阳活动高年存在显著低估(南半球尤为突出,偏差约11 TECu),误差离散度较大;低年预测精度明显提高,误差分布趋于收敛。综合来看,IRI2020在MSNA区域夏季时段的预测能力存在明显局限,而在多数非夏季时段则表现出较高的适用性。
针对传统方法将宽巷(WL)未校准相位延迟(UPD)作为日常数估计,未考虑UPD在弹性功率期间的时变特性,进而可能影响UPD估计精度的问题,提出一种顾及弹性功率影响的UPD分段常数估计模型,将UPD根据弹性功率变化进行分段估计,分析弹性功率对卫星WL UPD的影响。结果表明,弹性功率对部分卫星的星间单差WL UPD影响最大可达0.912周。PPP-AR实验结果表明,本文所提方法解算的UPD产品性能,与传统未考虑弹性功率的日常数估计策略相比,分段常数估计策略能够更准确地估计UPD,使WL模糊度残差在±0.25周以内的比例提升2个百分点,东、北、天3个方向的定位精度分别提高18.2%(0.6 cm)、8.7%(0.2 cm)和4.0%(0.2 cm)。弹性功率期间采用分段常数模型可提高UPD估计精度,进而提升固定解精度。
为提升南极冰下地形重建的精度与真实感,提出一种基于全球参考地形先验信息的重建方法。首先,构建全球参考地形库并设计多维渐进式匹配方法,引入特征相似的区域数据以丰富补绘信息量;其次,在现有地形补绘算法架构内,扩展出基于深浅特征融合机制的参考地形补绘分支,实现先验信息的高效利用。在甘布尔采夫山脉与威德尔海扇区的实验表明,相比于克里金插值与无参考机制的补绘方法,本文方法生成的地形在细节多样性与粗糙度还原上均得到有效改善。