远震PP波及其前驱波是探测410/660等地幔间断面的重要信息，瑞利波是测定震源参数及对地壳上地幔成像的关键震相。而二者的准确数值模拟均受到地表边界条件的影响。水柱近似是在地震波传播数值模拟中采用的一种近似地表边界条件，采用该条件后，在数值模拟中不需要对海洋层进行网格划分及处理海底边界，从而显著提升数值模拟效率，因此在全球地震波传播模拟中得到广泛的应用。但是水柱近似仅在海水深度远小于地震波长时有效，而当二者可比的有效性尚未得到系统研究。 

　　为实现对水柱近似准确性的定量研究，大地测量与地球动力学国家重点实验室的周勇博士生首先提出统一边界条件表示准确和近似的水层边界条件以及自由边界条件。并以此为基础，推导统一边界条件下PP反射系数的解析解，定量分析水柱近似对PP波振幅和相位的影响。另外，基于传播矩阵方法研究水柱近似对基阶Rayleigh波相速度频散曲线的影响。发现水柱近似在模拟PP波时，对于大部分海洋区域，周期选择在25s以上时振幅误差小于5%，相位误差小于9%，但是周期小于或等于15s时，对于深海区域PP振幅误差可高达10%以上，相位误差可高达几秒，从而导致410/660间断面深度估计的偏差。对于全球海洋，Rayleigh波相速度误差在周期大于30s以上时误差小于1%，但是在周期为20s左右时可高达2%，可对岩石圈成像造成显著影响。该工作确认了水准近似仅在长周期有效，在短周期应用时需要改进，并提出了一些提高精度的思路。 

　　该研究近期以实验室为第一单位、中国科大地空学院为合作单位发表在国际知名地球物理期刊《Geophysical Journal International》(Zhou Y, Ni S, Chu R and Yao H. Accuracy of the water column approximation in numerically simulating propagation of teleseismic PP waves and Rayleigh waves[J]. Geophysical Journal International, 2016, 206(2): 1315-1326.)。文章撰写过程中，通过参加国际学术会议，周勇还与阿拉斯加大学Carl Tape教授等地震波传播研究专家、南洋理工大学Shengji Wei教授等地震学者就此问题进行了探讨，并得到认可与关注。 

　　原文链接：http://gji.oxfordjournals.org/content/206/2/1315.short 

　　图 1 使用水柱近似方法模拟的PP波(a)振幅误差<=5%、(b)相位误差<=9°应选择的最短周期 

图 2 Rayleigh波频散误差小于5%的最短周期全球分