全球變化與地球係統科學係列：地震學中的成像、模擬與數據同化（英文版） [Imaging, Modeling and Assimilation in Seismology] 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

《全球變化與地球係統科學係列：地震學中的成像、模擬與數據同化（英文版）》介紹地球物理和地震學研究領域內近年發展的數據同化、構造成像和數字模擬的新方法、新技術以及應用實例。全書共七章，由國內外著名大學和研究所從事地震前沿研究工作的人員撰寫而成。內容涵蓋：
數據同化概念在地震學中的拓展和應用，全波形三維構造成像（full waveform tomography），介質全物理屬性和震源機製反演方法；
非均勻介質中衍射波和散射波單返程傳播算子（one-return propagator）方法，適用於復雜構造成像；斷裂帶圈閉波（fault-zone trapped wave）或稱導波（guided waves）方法，高精度確定斷裂帶岩石共震破裂程度和空間尺度以及震後愈閤的時間關係；
強震動態斷裂過程和震源特性模擬閤成的有限元方法平行計算技術（hybrid MPI/OpenMP approach，sophisticated finite-element method algorithm EQdyna），評估地下構造和地麵結構抗震的非綫性響應和破壞程度；
震區內應力加載和減載的觀察，物理原理和加載一減載響應比測定方法（10ad—unIoad response ratio），推算岩石破碎程度和判彆臨震狀態，應用於地震預報；
離散單元計算方法（discrete element method），模擬發震斷裂帶的力學機製和岩石動態破裂，提供應力加載一減載響應比測定方法的力學基礎。
《全球變化與地球係統科學係列：地震學中的成像、模擬與數據同化（英文版）》作者酈永剛分彆在各自章節中對上述新方法作瞭詳盡闡述和公式推演，並給齣應用實例。本書可作為高等院校和科研院所地球物理學、地震學研究生教學參考書，也可供地震領域的研究人員藉鑒。

內頁插圖

目錄

Imaging, Modeling and Assimilation in Seismology:
An Overview
References
Chapter 1 Full-Wave Seismic Data Assimilation: A Unified Methodology for Seismic Waveform Inversion
1.1 Introduction
1.2 Generalized Inverse
1.2.1 Prior Probability Densities
1.2.2 Bayes' Theorem
1.2.3 Euler-Lagrange Equations
1.3 Data Functionals
1.3.1 Differential Waveforms
1.3.2 Cross-correlation Measurements
1.3.3 Generalized Seismological Data Functionals （GSDF）
1.4 The Adjoint Method
1.4.1 An Example of Adjoint Travel-Time Tomography
1.4.2 Review of Some Recent Adjoint Waveform Tomography
1.5 The Scattering-Integral （SI） Method
1.5.1 Full-Wave Tomography Based on SI
1.5.2 Earthquake Source Parameter Inversion Based on SI
1.6 Discussion
1.6.1 Computational Challenges
1.6.2 Nonlinearity
1.7 Summary
References

Chapter 2 One-Return Propagators and the Applications in Modeling and Imaging
2.1 Introduction
2.2 Primary-Only Modeling and One-Return Approximation
2.3 Elastic One-Return Modeling
2.3.1 Local Born Approximation
2.3.2 The Thin Slab Approximation
2.3.3 Small-Angle Approximation and the Screen Propagator
2.3.4 Numerical Implementation
2.3.5 Elastic, Acoustic and Scalar Cases
2.4 Applications of One-Return Propagators in Modeling, Imaging and Inversion
2.4.1 Applications to Modeling
2.4.2 One-Return Propagators Used in Migration Imaging
2.4.3 Calculate Finite-Frequency Sensitivity Kernels Used in Velocity Inversion
2.5 Other Development of One-Return Modeling
2.5.1 Super-Wide Angle One-Way Propagator
2.5.2 One-Way Boundary Element Method
2.6 Conclusion
References

Chapter 3 Fault-Zone Trapped Waves: High-Resolution Characterization of the Damage Zone of the Parkfield San Andreas Fault at Depth
3.1 Introduction
3.2 Fault-Zone Trapped Waves at the SAFOD Site
3.2.1 The SAFOD Surface Array
3.2.2 The SAFOD Borehole Seismographs
3.2.3 Finite-Difference Simulation of Fault-Zone Trapped Waves at SAFOD Site
3.3 Fault-Zone Trapped Waves at the Surface Array near Parkfield Town
3.4 Conclusion and Discussion
Acknowledgements
References
Appendix: Modeling Fault-Zone Trapped SH-Love Waves

Chapter 4 Fault-Zone Trapped Waves at a Dip Fault: Documentation of Rock Damage on the Thrusting Longmen-Shan Fault
Ruptured in the 2008 M8 Wenchuan Earthquake
4.1 Geological Setting and Scientific Significance
4.2 Data and Results
4.2.1 Data Collection
4.2.2 Examples of Waveform Data
4.3 3-D Finite-Difference Investigations of Trapping Efficiency at the Dipping Fault
4.3.1 Effect of Fault-Zone Dip Angle
4.3.2 Effect of Epicentral Distance
4.3.3 Effect of Source Depth
4.3.4 Effect of Source away from Vertical and Dip Fault Zones
4.3.5 Effect of Fault-Zone Width and Velocity Reduction
……
Chapter 5 Ground-Motion Simulations with Dynamic Source Characterization and Parallel Computing
Chapter 6 Load-Unload Response Ratio and Its New Progress
Chapter 7 Discrete Element Method and Its Applications in Earthquake and Rock Fracture Modeling
Acknowledgements
References

全球變化與地球係統科學係列：前沿專題探討 本係列叢書旨在匯集地球科學領域內最具創新性和前瞻性的研究成果，聚焦於理解地球係統的復雜動態及其在時間尺度上的演變規律。本期精選的幾部著作，分彆從不同側麵深入剖析瞭當前地球係統科學麵臨的關鍵挑戰與新興方法。 --- 《海洋碳循環與氣候反饋機製研究》 內容概要： 本書係統梳理瞭當前海洋在調節全球碳收支平衡中所扮演的核心角色，並著重探討瞭海洋生態係統對氣候變化的敏感響應及其反饋效應。全書共分三大部分，涵蓋瞭從微觀的生物地球化學過程到宏觀的全球氣候模式模擬。 第一部分：海洋碳匯的物理、化學與生物驅動力 本部分詳盡闡述瞭溶解無機碳（DIC）、總堿度（TA）的分布特徵，以及大氣二氧化碳嚮海洋輸送的物理過程，包括海氣通量計算的最新修正方法。特彆關注瞭海洋混閤層深度、海洋環流對碳酸鹽離子飽和度的影響，以及海洋酸化對鈣化生物（如翼足類和珊瑚礁）的結構性挑戰。在生物過程方麵，本書深入分析瞭“生物泵”的效率、光閤作用率的區域差異，以及深海微生物在有機碳再礦化中的貢獻。引入瞭新的同位素示蹤技術，用於量化不同時間尺度上碳的垂直輸運速率。 第二部分：氣候變化背景下的海洋碳反饋 重點剖析瞭海洋在冰期-間冰期氣候波動中的作用。通過對古海洋沉積物芯的研究，重建瞭過去數萬年來海洋深層水環流的變率及其對大氣$ ext{CO}_2$濃度的調控。討論瞭海洋熱吸收能力的增強如何影響海洋分層結構，進而抑製碳的嚮下輸送。同時，本書對未來情景下的不確定性進行瞭評估，特彆是南大洋的碳吸收能力下降、以及高緯度海域永久凍土融化釋放的甲烷對海洋係統潛在的衝擊。 第三部分：模型開發與觀測約束 本書介紹瞭當前主流的耦閤海洋生物地球化學模型的結構與參數化方案，包括對生物泵效率、海洋溶解氧（DO）損耗的改進。重點展示瞭利用衛星遙感（如海錶溫度、葉綠素濃度）和深海觀測係統（如Argo浮標的生物地球化學傳感器）對模型進行同化和驗證的最新實踐。最後，對未來十年海洋觀測網絡的規劃提齣瞭建設性意見，以期提高對海洋碳係統長期趨勢預測的準確性。 --- 《地球深部物質循環與岩漿活動動力學》 本書聚焦於地幔深處的相變、流變學特性及其如何驅動地錶岩漿成因與構造運動。 核心議題： 本書突破瞭傳統岩石學和地球物理學的界限，將目光投嚮瞭地幔深處的不尋常區域。通過結閤高壓/高溫實驗、先進的計算模擬以及地球深部地震波形反演數據，探討瞭從下地幔過渡帶到核幔邊界（CMB）的物質傳輸機製。 深部物質的相與結構： 詳細分析瞭橄欖石在高壓下嚮更緻密相（如頑火石、後尖晶石）的轉變動力學，以及這些相變如何影響地震波的傳播速度各嚮異性。引入瞭新型的電子探針技術，用以揭示富集地幔柱中特有礦物包裹體的地球化學指紋。特彆深入探討瞭含水礦物（如金雲母、相變含水礦物）在地幔深處對岩石流變學的影響，以及它們在俯衝帶深部脫水過程中的角色。 岩漿起源與地幔對流： 本書的核心論點之一是，現今觀測到的地錶熱點與大規模火成岩省（LIPs）的形成，是地幔深處熱物質嚮上輸送的直接結果。通過三維粘性對流模擬，展示瞭不同地幔粘度結構下，地幔柱的形成、上升及其在岩石圈底部的鋪展過程。對地幔柱的起源溫度和成分的約束，主要依賴於放射性同位素比值（如$ ext{Hf}- ext{W}$, $ ext{Sm}- ext{Nd}$）的解析，本書提供瞭對這些比值解釋的最新進展。 核幔邊界（CMB）的相互作用： 探討瞭液態外核與固態下地幔之間的熱交換和化學交換機製。利用地磁場數據反演，推斷齣CMB附近的低剪切波速帶（LLSVPs）的物質構成與演化曆史。本書提齣瞭一種新的模型，解釋瞭CMB附近的局部熱柱如何影響地幔深處的對流模式，並可能間接影響地殼的熱演化。 --- 《氣候敏感性與不確定性量化：基於貝葉斯框架的評估》 本著作聚焦於氣候科學的核心挑戰之一：如何精確量化未來氣候預測中的固有不確定性。 方法論革新： 傳統的氣候敏感性估計多依賴於集閤模擬的統計平均，本書則提齣並係統應用瞭先進的貝葉斯推理方法來整閤來自觀測、模型模擬和古氣候記錄的多種信息源。核心在於建立一個統一的概率框架，用以評估瞬態氣候敏感性（TCR）和平衡氣候敏感性（ECS）的後驗概率分布。 模型偏差的識彆與校正： 詳細介紹瞭如何利用高分辨率雲解析模型（CRM）的輸齣作為“真實世界”的參照，來檢驗和修正耦閤氣候模式（GCMs）中雲反饋參數的係統性偏差。本書特彆關注瞭氣溶膠-雲相互作用的不確定性，並展示瞭如何通過觀測限製（如衛星輻射數據）來約束概率空間。 多時間尺度的不確定性傳播： 探討瞭短期（十年際）可預測性與長期（百年尺度）氣候趨勢預測中不確定性的來源差異。對於短期預測，重點分析瞭自然變率的邊界條件和初始場對結果的影響；對於長期預測，則側重於碳排放路徑（共享社會經濟路徑，SSPs）選擇和氣候反饋機製的內在復雜性。通過馬爾可夫鏈濛特卡羅（MCMC）方法，本書為政策製定者提供瞭更具信息量的風險評估區間。 古氣候數據的集成： 展示瞭如何將古氣候代理指標（如海洋氧同位素比值、植被分布）的化石記錄，通過概率密度函數的方式，有效地融入到現代氣候模型的校準過程中，從而增強對極端氣候事件（如中新世溫暖期）的理解，並進一步縮小ECS的置信區間。