太平洋区域飓风运动期间地脉动特征及源区定位分析

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太平洋区域飓风活动强烈,每年飓风都造成数千人员伤亡,为了对飓风路径、位置,等级等进行预测,采用海浪场模拟和地震学相结合的方法对飓风运动期间地脉动特征进行研究。本文从IRIS网站下载了欧洲、北美、南美、非洲和澳洲区域34个陆地台和西北、中部太平洋区域13个海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)台站以及南太平洋区域8个水听器(Hydrophone)台站的数据,采用FK分析和偏振分析并结合海浪数值模拟的方法对2010年2月、3月和2006年8月、9月太平洋区域飓风运动期间地脉动进行分析,得出了Hydrophone台站、OBS台站和陆地台站所记录的地脉动信号差异以及飓风所激发地脉动源区的估计结果。陆地台站、Hydrophone台站以及OBS台站记录到的第一地脉动(周期位于10-20s之间地震信号)和第二地脉动(周期位于2-10s之间地震信号)表现出较大差异。就第一地脉动而言,Hydrophone台站主要受到海水振荡的影响,而OBS台站则主要受到洋底湍流的影响,而陆地台站则较为稳定,从而导致Hydrophone与OBS台站对第一地脉动信号的记录效果明显不如陆地台站,陆地台站间也存在差异,海岛台站水平分量对第一地脉动的记录效果明显不如内陆台站。在第二地脉动频率区间内,OBS和Hydrophone台站记录的加速度功率谱出现多个峰值,而陆地台站结果则较为平滑,可能OBS和hydrophone台站离第二地脉动信号源较近,所以能记录到不同波长的海浪压力变化在洋底地壳中转化的地震波能量。整体能量高低上hydrophone台站高与OBS台站,而OBS台站又高于陆地台站。陆地台站记录到的信号多表现为瑞利波运动特征以及水平或垂直平面的线性运动特征。而OBS和Hydrophone台站仅个别台站的高频信号在水平和垂直平面显示线性运动特征。采用F-K分析和偏振分析对2010年2月9日-19日期间最大中心风速100km/h的RENE飓风和2010年3月10日-17日期间最大中心风速115km/h的TOMAS飓风期间南太平洋区域编号为YL台网的8个台站和AU台网的4个台站数据进行处理,并结合飓风路径、风速,涌浪、周期等信息,研究了地脉动和气旋、海浪间的关联以及不同研究方法间的差异。分析结果显示,当气旋级别较低(风速较弱)时,气旋无法拖动海水运动,从而无法产生和气旋相关的地脉动信号。而当气旋级别达到台风级别后,由于风速高,高浪高的涌浪区域伴随气旋运动并产生地震仪可以观测到的地脉动信号。基于多台法的F-K分析方法相较于单台法的偏振分析而言对信号的方向参数估算更为准确,其原因主要是偏振分析对数据的信噪比要求较高。而陆地台采用偏振分析得出的方向结果优于hydrophone与OBS台站,其原因可能是hydrophone与OBS台站位于海洋中,易受海洋湍流的影响,而陆地台站则较为稳定,接收到的噪声能量较弱。通过对飓风期间地脉动特征进行分析发现飓风运动会引起强烈涌浪变化,同时导致地脉动能量的增加,对飓风所激发的地脉动能量进行方位角估计将有助于我们对海浪浪高、运动方向等进行预测,以减少飓风激发的海浪所造成的人员伤亡和经济损失。
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