台风激发地脉动特征及激发机制研究

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地脉动(~0.05-0.50Hz)主要来源于海浪运动与海底固体地球界面的耦合作用,台风引起的强烈海浪运动往往可使地脉动能量显著增强。由于涉及大气—海洋—固体地球三个圈层之间的复杂能量传递与耦合过程,迄今为止,关于台风激发地脉动的具体源区位置及激发机制尚存在争议。本文选取日本、中国东南沿海及台湾地区的地震台站连续波形记录研究其随台风进程的演化规律。结果显示,分析台风激发地脉动信号的时频特征,:台风期间地脉动信号有显著增强,频率范围主要分布在0.14-0.36Hz,其变化规律同台风过程相对应,并与台风中心至台站的距离等因素密切相关。同时,本文在此基础上,开展了相应的数值模拟研究,并与实际观测数据处理结果进行对比分析。结果表明:台风激发的DF(Double Frequency)地脉动存在两种主要激发模式,即(1)近岸源区激发,台风引起波浪入射至海岸反射并与后续来波相互作用形成驻波作用于海底而激发;(2)台风中心附近源区激发,台风中心移动过程中不同时刻激发的同频率波浪相向传播、相互作用产生驻波作用于海底而激发,源区位置主要集中于台风中心左后方。而且,在本文所研究例子中,当台风中心距离海岸较近时,沿岸的台站所记录的地脉动信号以第一种模式激发模式为主。此外,结合波浪再分析数据、波浪浮标实测数据、台风风场特征分析,我们进一步对DF地脉动激发过程中的影响因素进行了研究,发现:第一种模式激发的地脉动与近岸源区波浪场强度、观测点至源区距离及台风中心至海岸线距离等因素相关;而第二种模式激发的地脉动则主要受台风中心附近波浪场的频率成分与传播方向影响。为进一步研究地脉动激发源区位置,我们利用单台法计算了台风期间不同频段地脉动信号的最大能量来源方向,结果显示台风期间地脉动信号源区指向近岸波浪强度较大的沿海海域,与数值模拟结果基本相符。通过本文的研究工作,加深了我们对台风激发地脉动信号特征及机制的理解,并为我们接下去发展利用地震学和声学手段定位、监测台风的方法奠定了一定的基础。
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