第一篇：全球性自然災害1火山噴發(fā)與地震全球主要火山地震帶環(huán)太平洋

二、全球性自然災害 1.火山噴發(fā)與地震

全球主要火山地震帶：環(huán)太平洋火山地震帶、地中海-喜馬拉雅火山地震帶、大陸斷裂火山地震帶(如東非大裂谷)、大西洋中脊火山地震帶、印度洋海嶺地震帶。

2.風災

(1)熱帶氣旋：主要形成于大西洋、印度洋和太平洋的西部熱帶海面上，主要影響到中國南部沿海、美洲中部、美國、南亞次大陸、東南亞等地。

(2)龍卷風：范圍小、時間短、氣壓低、風速大，破壞力強。美國是世界上龍卷風發(fā)生頻率最高、破壞性最大的國家之一。

(3)沙塵暴：強風將地面沙塵吹起，使能見度大大降低的惡劣天氣現(xiàn)象。我國的沙塵暴災害主要集中在西北和華北。

(4)風暴和暴風雪：風暴多發(fā)生在沙漠中，暴風雪多發(fā)生在寒潮頻發(fā)地區(qū)(北半球中高緯地區(qū)的深秋到初春季節(jié))。

3.旱澇災害

從世界范圍來看，旱澇災害多發(fā)生在降水量時間和空間分配不均的地區(qū)。

洪澇集中在中低緯度地區(qū)，主要是亞熱帶季風區(qū)、亞熱帶濕潤氣候區(qū)、溫帶海洋性氣候區(qū)。從地形因素看，江河的兩岸，尤其是中下游地區(qū)，是洪水的直接威脅區(qū)，低濕洼地容易發(fā)生澇漬。亞洲是世界上洪澇災害發(fā)生次數(shù)較多的地區(qū)，時間主要集中在6～9月。

旱災常常發(fā)生在降水不穩(wěn)定的干旱、半干旱地區(qū)，非洲、亞洲和大洋洲的內陸地區(qū)是世界上發(fā)生旱災頻率較高的地區(qū)，其中非洲旱災最嚴重。

4.風暴潮

風暴潮多發(fā)生在熱帶氣旋或溫帶氣旋與高緯度地帶冷暖空氣交互影響的地區(qū)。由臺風引起的風暴潮多發(fā)生在夏秋季節(jié)臺風鼎盛時期，凡是受臺風影響的沿岸地區(qū)均可能發(fā)生。由溫帶氣旋引起的溫帶風暴潮常出現(xiàn)于春秋季節(jié)，常出現(xiàn)在總緯度沿海地區(qū)，以歐洲北海沿岸、美國東海岸以及我國北方海區(qū)沿岸較多。

第二篇：北斗杯科技項目建議書_地磁導航及其在水 下地震與火山噴發(fā)監(jiān)測中的應用研究

Research on Magnetic Navigation and Its Application on Monitoring of Underwater Earthquake and Volcanic Eruption 地磁導航及其在水下地震與火山噴發(fā)監(jiān)測中的應用研究

作者：張俊東 指導教師：陳秀萬

（北京大學地球與空間科學學院，北京 海淀 100871）

摘要

本課題利用潛艇地磁導航過程中地磁傳感器所測得的大量實時地磁數(shù)據(jù)，從中提取分析地磁異常信息，研究水下地震與火山噴發(fā)和地磁異常的相互關系與規(guī)律，以促進震磁關系研究和地震預測預報技術的發(fā)展；利用從所測地磁數(shù)據(jù)提取的地磁異常信息，以已有研究為依據(jù)，來監(jiān)測水下地震與火山噴發(fā)發(fā)生與發(fā)展過程；對震磁關系的研究和水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測，提高地磁異常的測量與分析水平，從而提升地磁匹配技術的精度和準確性。本課題實現(xiàn)對潛艇地磁導航過程中積累的大量地磁數(shù)據(jù)資源進行有效的再利用，對水下地震與火山噴發(fā)和地磁異常的相關規(guī)律、水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測與預報、地磁導航技術水平的提升等均有重要意義。課題簡介 1.1 目的意義

地磁導航是導航技術發(fā)展的重要方向，其原理是通過地磁傳感器測得的實時地磁數(shù)據(jù)與存儲在計算機中的地磁基準圖進行匹配來定位，具有無源、無輻射、全天時、全天候、全地域、能耗低的優(yōu)良特征，在工業(yè)部門、航空航天、軍事等諸多領域都有應用，尤其在水下潛艇導航方面，地磁匹配定位與慣性導航系統(tǒng)組合，成為一種適用于潛艇的、隱蔽性好、強抗干擾、自主式的導航系統(tǒng)。

地震與火山噴發(fā)是地殼與板塊運動的結果和表現(xiàn)，根據(jù)構造磁效應，板塊之間的相互作用必然引起地磁場的變化，分析研究地磁等變線的變化可以了解未來幾年至十年尺度的構造活動狀態(tài)及其與強震活動的關系。從考慮震磁關系的影響出發(fā)，地磁場可以分為背景場和前兆場，前兆場是指地震孕育過程所產生的磁異常。大地震前出現(xiàn)地磁低點位移、地磁日變異常等，識別地震地磁前兆是地震預報基礎研究的重要內容之一。

本課題應用潛艇地磁導航磁測數(shù)據(jù)和地磁匹配技術，研究水下地震與火山噴發(fā)和地磁異常的相互關系與規(guī)律，監(jiān)測水下地震與火山噴發(fā)的發(fā)生和發(fā)展，以促進震磁關系研究和地震預測預報技術的發(fā)展，提升地磁匹配技術的準確性和精度。本課題實現(xiàn)對潛艇地磁導航過程中積累的大量地磁數(shù)據(jù)資源進行有效的再利用，對水下地震與火山噴發(fā)和地磁異常的相關規(guī)律、水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測與預報、地磁導航技術水平的提升等均有重要意義。

1.2 主要研究內容

本課題利用潛艇地磁導航過程中地磁傳感器所測得的大量實時地磁數(shù)據(jù)，從中提取分析地磁異常信息，研究水下地震與火山噴發(fā)和地磁異常的相互關系與規(guī)律，以促進震磁關系研究和地震預測預報技術的發(fā)展；利用從所測地磁數(shù)據(jù)提取的地磁異常信息，以已有研究為依據(jù)，來監(jiān)測水下地震與火山噴發(fā)發(fā)生與發(fā)展過程；對震磁關系的研究和水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測，提高地磁異常的測量與分析水平，從而提升地磁匹配技術的精度和準確性。

研究的內容包括：精確的地磁場模型地磁圖制備技術、測磁儀器性能、地磁測量與信息處理技術、航跡匹配的高精度導航算法、地磁異常數(shù)據(jù)提取分離技術、構造磁效應和震磁相關性、磁異常（地磁等變線變化、地磁低點位移、地磁日變異常等）和水下地震與火山噴發(fā)相互關系與規(guī)律、地磁異常應用于水下地震與火山噴發(fā)監(jiān)測預報技術、地磁異常應用于地磁匹配技術研究等。

1.3 預期目標

通過本課題的研究，建立將潛艇地磁導航磁測數(shù)據(jù)和地磁匹配技術應用于水下地震與火山噴發(fā)監(jiān)測與預報的相關技術，包括地磁測量與信息處理技術、地磁異常數(shù)據(jù)提取分離技術、地磁異常應用于水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測與預報技術、地磁異常應用于地磁匹配技術等。本課題研究的技術將促進水下地震與火山噴發(fā)和地磁異常的相關規(guī)律、水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測與預報、地磁導航和地磁匹配技術的研究與發(fā)展。課題主要研究技術的國內外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

相對于其他導航手段而言，地磁導航起步得比較晚。20世紀60年代中期，美國的 E-systems公司提出了基于地磁異常場等值線匹配的 MAGCOM（Magnetic Contour Matching）系統(tǒng)，70年代獲得測量數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)進行了離線實驗。80年代初，瑞典的Lund學院對船只的地磁導航進行了實驗驗證。1989年美國Cornell大學的Psiaki等人率先提出利用地磁場確定衛(wèi)星軌道的概念，這一方向遂成為國際導航領域的一大研究熱點。美國目前已開發(fā)出地面和空中定位精度優(yōu)于30m、水下定位精度優(yōu)于500m的地磁導航系統(tǒng)。另外，美國在導彈試驗方面已開始應用地磁信息，并利用E-2飛機進行高空地磁數(shù)據(jù)測量。NASA Goddard空間中心和有關大學對水下地磁導航進行了研究，并進行了大量的地面試驗。F.Goldenberg針對飛機的地磁導航系統(tǒng)進行了研究。俄羅斯新型機動變軌的SS-19導彈采用地磁等高線制導系統(tǒng)，實現(xiàn)導彈的變軌制導，以對抗美國的反彈道導彈攔截系統(tǒng)。

國內有關地磁導航的研究還主要集中在仿真和預研階段，航天科工集團三院的李素敏等人運用平均絕對差法對地面所測量的地磁強度數(shù)據(jù)進行了匹配運算，分辨率能達到50 m；西北工業(yè)大學的晏登洋等人利用地磁導航校正慣性導航的仿真實驗取得了較高的精度。由我國研制的磁傳感器，靈敏度和采樣率高，南北工作跨度大，可以適應世界任何地區(qū)，可連續(xù)24小時工作，在世界上處于領先地位。在實現(xiàn)高精度的磁測基礎上，我國對相臨海域的磁場精密探測航空調查也取得了一定成績，繪制了一系列高質量的區(qū)域地磁圖。中科院地震研究所在地球變化磁場干擾的濾波技術取得重大突破，通過建立地磁干擾模型，對地磁異常信息進行濾波，用來確定地震信號。

國內對震磁關系進行了一系列研究，中國地震局地震預測研究所黃建平等利用20世紀50年代至21世紀初中國出版的7次《中國地磁圖》資料，從大區(qū)域尺度的角度分析了中國大陸及其鄰近地區(qū)的7級以上強震與地磁分量等變線軸線方向的變化特征。中國地震局地震預測研究所丁鑒海等利用中國地磁臺網與電離層臺站資料研究了大地震前出現(xiàn)的地磁低點位移、地磁日變異常及電離層異?，F(xiàn)象。邯鄲地震中心臺張建國等研究了河北省地磁場變化規(guī)律，討論了震前地磁異常。吉林大學張建國等對汶川地震前后中國大陸地磁異常場動態(tài)演化進行了研究。但我們看到，目前還沒有將地磁導航技術與震磁關系研究結合起來。事實上，作為地磁導航重要應用的水下潛艇導航，其在地磁導航過程中地磁傳感器積累了大量的磁測數(shù)據(jù)，將這些實測地磁數(shù)據(jù)利用起來，應用于水下地震與火山噴發(fā)研究，是對數(shù)據(jù)資源的有效再利用，將促進地磁異常和水下地震與火山噴發(fā)相互關系與規(guī)律的研究，建立地磁導航應用于水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測與預報的相關技術，并有助于地磁匹配技術準確性與精度的提高。課題主要研究內容、擬解決的技術難點和可能的創(chuàng)新點，及技術風險分析 3.1 主要研究內容

本課題利用潛艇地磁導航過程中地磁傳感器所測得的大量實時地磁數(shù)據(jù)，從中提取分析地磁異常信息，研究水下地震與火山噴發(fā)和地磁異常的相互關系與規(guī)律，以促進震磁關系研究和地震預測預報技術的發(fā)展；利用從所測地磁數(shù)據(jù)提取的地磁異常信息，以已有研究為依據(jù)，來監(jiān)測水下地震與火山噴發(fā)發(fā)生與發(fā)展過程；對震磁關系的研究和水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測，提高地磁異常的測量與分析水平，從而提升地磁匹配技術的精度和準確性。

研究的內容包括：

(1)精確的地磁場模型和地磁圖制備技術、當前的地磁場模型和地磁圖水平仍滿足不了高精度導航的要求，全球地磁場模型僅是對主磁場部分的描述，精度有限且尚不能反映出復雜的地磁異常信息，應建立或繪制局部地磁場模型或局部地磁圖來滿足高精度地磁導航的要求。此外，還需要研究影響地磁導航效果的一些重要地磁場因素，這些因素包括變化磁場對匹配的影響、地磁場隨高度和時間變化的規(guī)律和地磁場起伏規(guī)律等。

（2）測磁儀器性能

磁傳感器是研究地磁導航的硬件基礎，是決定導航精度的關鍵因素。研發(fā)高性能的弱磁性探測設備，加強研究載體干擾磁場對磁敏感器的測量影響特性、干擾磁場消除和誤差補償技術、載體材料的選用技術，以保證地磁場測量不受各種因素的影響，從而為導航解算提供精確的測量值。

（3）地磁測量與信息處理技術

潛艇地磁導航過程中利用地磁傳感器測得大量地磁數(shù)據(jù)，研究這些地磁數(shù)據(jù)如何存儲、處理和分析等，建立高效的地磁信息處理技術。

（4）航跡匹配的高精度導航算法

當測量噪聲或初始誤差較大時，由地磁濾波導航方法獲得的精度普遍偏低，而地磁匹配方法僅能獲得依照其航跡上的一維 “線圖”，比二維圖攜帶的可用于匹配的信息更少，導致圖的獲取、匹配準則、尋優(yōu)方法等方面產生了很大的不同，僅借用地形匹配導航技術的匹配算法是不夠的。尋求新的匹配理論才能夠大幅度地提高導航精度。

（5）地磁異常數(shù)據(jù)提取分離技術

地磁傳感器所測得的地磁數(shù)據(jù)中，微弱的地磁異常數(shù)據(jù)僅占極小的一部分，在地磁活動規(guī)律的研究基礎上，研究如何從地磁傳感器所測的大量地磁數(shù)據(jù)中將微弱的地磁異常信息提取出來。

（6）構造磁效應和震磁相關性

構造磁效應和震磁關系是本課題的理論基礎，深入研究構造磁效應和震磁相關性的理論以指導地磁異常數(shù)據(jù)的提取和分析，并應用獲取的地磁異常數(shù)據(jù)來研究相關的規(guī)律。

（7）地磁異常和水下地震與火山噴發(fā)相互關系與規(guī)律

以構造磁效應和震磁相關性為理論指導，研究地磁等變線變化、地磁低點位移、地磁日變異常等和水下地震與火山噴發(fā)的相互關系與規(guī)律，為將所測得的地磁異常數(shù)據(jù)應用于水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測提供理論指導。（8）地磁異常應用于水下地震與火山噴發(fā)監(jiān)測預報技術

在地磁異常和水下地震與火山噴發(fā)相互關系與規(guī)律的理論指導下，研究應用地磁傳感器測量并提取出的地磁異常信息來對水下地震與火山噴發(fā)的發(fā)生、發(fā)展過程進行監(jiān)測，并研究對其進行預測預報的相關技術。這部分是本課題研究的主體，需要其它部分研究結果的支持。

（9）地磁異常應用于地磁匹配技術

在地磁異常和水下地震與火山噴發(fā)相互關系與規(guī)律和地磁異常應用于水下地震與火山噴發(fā)監(jiān)測預報技術研究的基礎上，反過來應用這些理論和技術更好地分析和提取地磁異常，從而提高地磁導航關鍵的地磁匹配技術的準確性和精度，從而促進地磁導航技術水平的提高。

3.2 擬解決的技術難點和可能的創(chuàng)新點

擬解決的技術難點有：地磁測量與信息處理技術、地磁異常數(shù)據(jù)提取分離技術、地磁異常應用于水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測與預報技術、地磁異常應用于地磁匹配技術等。

可能的創(chuàng)新點有：大量地磁數(shù)據(jù)的存儲、處理和分析技術，微弱地磁異常數(shù)據(jù)的提取技術，水下地震與火山噴發(fā)和地磁異常的關系建模，地磁異常應用于水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測預報技術的建立、應用地磁異常提升地磁匹配準確性和精度的技術等

3.3 技術風險分析

潛艇地磁導航過程中地磁傳感器所測得的大量地磁數(shù)據(jù)如何存儲、處理，如何從大量磁測數(shù)據(jù)中提取出微弱的地磁異常信息，將是數(shù)據(jù)獲取所要解決的難點；構造磁效應和震磁關系是本課題的理論基礎，水下地震和火山噴發(fā)與地磁異常的關系的研究和準確建模是本課題研究的基礎和關鍵；在相關理論和實證研究的基礎上，能否將獲取的地磁異常數(shù)據(jù)應用于水下地震與火山噴發(fā)建立監(jiān)測與預報技術，并使相關技術達到一定的精確性和精度要求，將決定本課題目標是否達到。課題預期達到的目標、主要技術和經濟指標 4.1 預期達到的目標

通過本課題的研究，建立將潛艇地磁導航磁測數(shù)據(jù)和地磁匹配技術應用于水下地震與火山噴發(fā)監(jiān)測與預報的相關技術，包括地磁測量與信息處理技術、地磁異常數(shù)據(jù)提取分離技術、地磁異常應用于水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測與預報技術、地磁異常應用于地磁匹配技術等。本課題研究的技術將促進水下地震與火山噴發(fā)和地磁異常的相關規(guī)律、水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測與預報、地磁導航和地磁匹配技術的研究與發(fā)展。

4.2 主要技術和經濟指標

地磁測量的精度、地磁信息處理的效率、地磁異常數(shù)據(jù)提取的準確性和精度、水下地震與火山噴發(fā)監(jiān)測與預報技術的準確性等；研究的費用、相關技術實現(xiàn)的成本、監(jiān)測與預報技術應用的收益等。課題擬采取的研究方法，課題技術路線及其可行性分析

本課題擬采取多種研究方法結合的綜合研究方法，如理論分析、建模推演、實驗驗證、數(shù)據(jù)挖掘、相關分析、歷史比較等。課題技術路線：利用潛艇地磁導航過程中地磁傳感器所測得的大量實時地磁數(shù)據(jù)，從中提取分析地磁異常信息，研究水下地震與火山噴發(fā)和地磁異常的相互關系與規(guī)律；利用從所測地磁數(shù)據(jù)提取的地磁異常信息，以已有研究為依據(jù)，來監(jiān)測水下地震與火山噴發(fā)發(fā)生與發(fā)展過程；對震磁關系的研究和水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測，提升地磁匹配技術的精度和準確性。本課題的研究建立在相關技術和理論研究的基礎之上，所擬研究技術路線和方法具有相當?shù)目尚行?。課題研究的進度及考核指標

本課題計劃研究時長為三年，根據(jù)研究內容合理做好研究計劃，本課題進行考核，考核指標為研究計劃完成的情況。課題預期研究成果應用前景分析

本課題研究成果應用前景廣泛，所建立的技術可應用于水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測，在地球物理、板塊構造、地震監(jiān)測與研究等領域均有廣泛的應用，前景廣闊，潛在用戶為相關科研機構和業(yè)務部門。本課題對潛艇地磁導航磁測數(shù)據(jù)進行有效的再利用，提高了數(shù)據(jù)資源的利用效率，并將其應用于水下地震與火山噴發(fā)的監(jiān)測之中，具有成本低、效益大的特點，經濟和社會效益巨大。

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