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基于GPS时间序列分析的地震前后噪声特性差异性研究

杨登科

杨登科. 基于GPS时间序列分析的地震前后噪声特性差异性研究[J]. 全球定位系统, 2021, 46(2): 56-61, 92. doi: 10.12265/j.gnss.2020100905
引用本文: 杨登科. 基于GPS时间序列分析的地震前后噪声特性差异性研究[J]. 全球定位系统, 2021, 46(2): 56-61, 92. doi: 10.12265/j.gnss.2020100905
YANG Dengke. Research on the difference of noise characteristics before and after earthquake based on GPS time series analysis[J]. GNSS World of China, 2021, 46(2): 56-61, 92. doi: 10.12265/j.gnss.2020100905
Citation: YANG Dengke. Research on the difference of noise characteristics before and after earthquake based on GPS time series analysis[J]. GNSS World of China, 2021, 46(2): 56-61, 92. doi: 10.12265/j.gnss.2020100905

基于GPS时间序列分析的地震前后噪声特性差异性研究

doi: 10.12265/j.gnss.2020100905
详细信息
    作者简介:

    杨登科:(1990—),男,硕士研究生,工程师, 主要研究方向为GPS坐标时间序列分析及应用、变形监测

    通讯作者:

    杨登科 E-mail:624892261@qq.com

  • 中图分类号: P228.4

Research on the difference of noise characteristics before and after earthquake based on GPS time series analysis

  • 摘要: 针对现有地震预测研究中噪声特性分析研究较少,就较大地震对GPS时间序列噪声特性的影响进行分析. 选取较大地震及相应的临近测站,将GPS时间序列按照时间跨度分为震前4~3 a、前3~2 a、前1~0 a、震后0~1 a、后1~2 a五个时段,分别求取各时段的谱指数,采用不同的噪声模型组合对它们进行噪声特性分析,然后对结果进行对比. 结果表明:地震前后谱指数、速度场、振幅相位等变化较大,GPS时间序列噪声特性对地震响应明显;部分测站地震前后谱指数、速度场、周年振幅等较震前1~0 a具有一致性;地震孕育阶段,闪烁噪声+白噪声(FN+WN)在所有最优噪声模型中所占比例上升,闪烁噪声+随机漫步噪声+白噪声(FN+RWN+WN)中FN在所有噪声分量中所占比例上升,震后均下降,与地震时能量释放,地震后站点运动态势恢复常态相一致.

     

  • 图  1  WN在各时段内所占比例

    图  2  FN+WN在各时段内所占比例

    图  3  各噪声分量在每个时段中所占比例

    表  1  较大地震及相应测站信息

    地震时间经/纬度/(°)震级震源深度/km临近测站地震和测站距离/kmOffset(阶跃)
    2001.4781 −72.71/−17.28 8.4 29.6 AREQ 160
    2009.7438 −171.97/−15.13 8.1 12.0 ASPA 160
    2000.4658 97.17/−13.47 7.9 15.0 COCO 140
    2010.1575 −73.15/−35.98 8.8 23.2 CONZ 130
    2002.3164 144.67/13.15 7.0 69.1 GUAM 50
    2008.2828 158.49/−55.56 7.1 22.0 MAC1 120
    2008.4522 140.85/39.03 6.9 12.0 MIZU 33
    2011.1904 141.38/35.92 7.9 29.0 TSKB 140
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    表  2  GPS时间序列分段概况

    测站震前4~3 a震前3~2 a震前1~0 a震后0~1 a震后1~2 a
    AREQ1997.4781—1998.47531998.4781—1999.47532000.4795—2001.47532001.5301—2002.23972002.6260—2003.5301
    ASPA2005.7438—2006.74112006.7438—2007.74112008.8566—2009.7411
    COCO1996.4658—1997.46441997.4671—1998.46441999.4671—2000.46312000.4686—2001.46162001.4726—2002.4671
    CONZ2006.1575—2007.15482007.1575—2008.15712009.1603—2010.1548
    GUAM1998.3164—1999.31371999.3164—2000.31562001.3164—2002.31372002.3192—2003.31372003.3164—2004.3183
    MAC12005.2836—2006.28082007.2836—2008.28012008.2855—2009.23972009.3055—2010.2836
    MIZU2007.4534—2008.44952008.4549—2009.45072009.4534—2010.4534
    TSKB2007.1904—2008.18992008.1926-2009.19042010.1904—2011.18772011.2945—2012.29102012.2937—2013.2918
      注:AREQ、TSKB站先后受到两次较大地震影响,且间隔时间不长,因此震后0~1 a、后1~2 a数据进行了顺延;ASPA站震后约1.5 a受其他地震影响,CONZ站震后临近地区地震较多,因此这两个测站震后数据未考虑;MAC1站震前约3.4 a受地震影响,因此震前4~3 a数据未考虑;MIZU站震前约2.9 a受到两次地震影响,因此震前4~3 a、前3~2 a数据未考虑.
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    表  3  各噪声模型未知参数个数统计

    噪声模型未知参数个数
    WN 1
    FN+WN、RWN+WN 2
    PL+WN、FOGM+WN、FN+RWN+WN 3
    FOGM+RWN+WN 4
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    表  4  4个测站的谱指数

    测站方向谱指数
    震前4~3 a震前3~2 a震前1~0 a震后0~1 a震后1~2 a
    AREQ N −0.326 9 −0.528 3 −0.259 7 −0.370 1 −0.102 8
    E −0.138 3 −0.413 4 −0.539 4 −0.165 1
    U −0.172 7 −0.185 4 −0.414 4
    ASPA N −0.429 3 −0.477 5 −0.258 2
    E −0.265 1 −0.330 3
    U −0.286 3 −0.107 5
    MAC1 N −0.256 0 −0.445 3 −0.212 2 −0.299 6
    E −0.395 1 −0.255 2 −0.368 3
    U −0.338 4 −0.451 9 −0.570 2 −0.496 2
    TSKB N −0.417 0 −0.298 3 −0.351 3 −0.513 6 −0.778 4
    E −0.476 2 −0.473 3 −0.833 8 −1.778 5 −0.619 9
    U −0.180 2 −0.671 1 −0.408 0 −1.601 7 −0.518 0
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    表  5  4个测站的最优噪声模型

    测站方向最优噪声模型
    震前4~3 a震前3~2 a震前1~0 a震后0~1 a震后1~2 a
    AREQ N PL+WN FN+WN WN WN WN
    E WN FN+WN FN+WN WN WN
    U WN WN WN WN WN
    ASPA N PL+WN PL+WN WN
    E WN WN WN
    U PL+WN WN WN
    MAC1 N FN+WN FN+WN WN WN
    E WN PL+WN WN PL+WN
    U PL+WN FN+WN FN+WN FN+WN
    TSKB N PL+WN FN+WN FN+WN FN+WN FN+WN
    E FN+WN PL+WN FOGM+WN RW+WN FN+WN
    U WN FN+WN FN+WN FOGM+WN FN+WN
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    表  6  4个测站各时段分量速度场

    测站方向速度场/(mm/a)
    震前4~3 a震前3~2 a震前1~0 a震后0~1 a震后1~2 a
    AREQ N 12.366 5 18.236 8 22.294 9 −32.300 1 3.911 3
    E 13.934 6 6.083 8 72.036 0 −27.121 9 −18.963 4
    U 1.104 6 11.925 9 6.292 3 −31.721 8 −18.819 3
    ASPA N 33.929 6 35.733 5 34.336 6
    E −62.122 4 −58.395 8 −70.915 4
    U 1.307 3 0.727 2 14.618 9
    MAC1 N 26.571 7 33.428 3 28.532 4 33.063 2
    E −17.195 3 −8.570 8 −18.618 8 −7.934 7
    U −0.466 6 −8.352 1 23.998 5 −20.962 1
    TSKB N −9.754 8 −5.013 9 −8.126 4 −38.832 9 −25.859 9
    E −6.117 2 11.084 5 −2.498 3 153.372 5 56.853 1
    U −1.465 4 −1.594 9 −2.003 6 30.316 4 7.940 6
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    表  7  4个测站的周年振幅

    测站方向周年振幅/mm
    震前4~3 a震前3~2 a震前1~0 a震后0~1 a震后1~2 a
    AREQ N 0.9572 2.723 6 4.651 1 7.153 1 3.064 8
    E 7.2087 3.032 2 45.779 6 14.664 8 2.911 2
    U 7.4666 10.443 5 12.036 4 11.482 8 8.317 1
    ASPA N 1.6513 1.227 0 0.808 6
    E 1.3665 1.828 3 1.961 7
    U 1.9232 0.250 5 0.812 7
    MAC1 N 0.851 4 2.117 9 0.692 1 0.825 1
    E 1.056 2 2.131 8 1.002 3 0.490 5
    U 2.321 7 2.116 9 11.438 3 5.677 5
    TSKB N 0.0890 0.235 7 1.493 3 1.399 5 0.343 9
    E 2.4666 0.580 4 2.239 6 11.228 9 2.598 1
    U 5.6781 6.581 9 8.629 2 2.783 6 7.608 8
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    表  8  4个测站的周年相位

    测站方向周年相位/(°)
    震前4~3 a震前3~2 a震前1~0 a震后0~1 a震后1~2 a
    AREQ N 287.378 7 334.444 5 239.704 3 260.335 9 210.688 7
    E 261.436 6 247.660 7 275.587 7 260.415 6 307.710 3
    U 166.220 0 170.715 6 221.491 1 85.793 9 292.818 6
    ASPA N 225.326 3 150.344 9 127.558 7
    E 244.430 7 241.933 8 235.414 8
    U 355.461 0 15.040 5 38.028 9
    MAC1 N 226.246 8 252.039 0 286.735 7 248.051 6
    E 90.982 0 244.745 2 127.684 0 149.963 9
    U 117.690 8 170.335 2 284.480 2 7.808 8
    TSKB N 245.710 6 322.308 4 125.543 0 332.510 3 144.096 3
    E 33.449 1 121.688 3 90.432 4 193.655 2 140.580 4
    U 49.418 2 36.368 3 53.846 3 322.641 9 54.378 1
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-09
  • 网络出版日期:  2021-05-12
  • 刊出日期:  2021-05-13

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