Properties of High-Order Finite Difference Schemes and Idealized Numerical Testing     

Daosheng XU  Dehui CHEN  Kaixin WU 《大气科学进展》2021,38(4):615-626

Construction of high-order difference schemes based on Taylor series expansion has long been a hot topic in computational mathematics, while its application in comprehensive weather models is still very rare. Here, the properties of high-order finite difference schemes are studied based on idealized numerical testing, for the purpose of their application in the Global/Regional Assimilation and Prediction System(GRAPES) model. It is found that the pros and cons due to grid staggering choices diminish with higher-order schemes based on linearized analysis of the one-dimensional gravity wave equation. The improvement of higher-order difference schemes is still obvious for the mesh with smooth varied grid distance. The results of discontinuous square wave testing also exhibits the superiority of high-order schemes. For a model grid with severe non-uniformity and non-orthogonality, the advantage of high-order difference schemes is inapparent, as shown by the results of two-dimensional idealized advection tests under a terrain-following coordinate. In addition, the increase in computational expense caused by high-order schemes can be avoided by the precondition technique used in the GRAPES model. In general, a high-order finite difference scheme is a preferable choice for the tropical regional GRAPES model with a quasi-uniform and quasi-orthogonal grid mesh.  相似文献   

四川昭觉县中部乡镇表层土壤硒地球化学特征     

赵辰  孙彬彬  贺灵  吴超  成晓梦  曾道明  刘冬 《岩矿测试》2022,(3):412-426

硒元素是人体必需的微量元素之一,食用富硒农产品是人体获取和补充硒元素的主要途径,调查区域硒地球化学特征是有效地利用富硒土地资源以及开发富硒农副产品的重要依据。本文选择四川省昭觉县域内较为重要的农耕乡镇采集表层土壤样品,采用原子荧光光谱法、X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱/发射光谱法等方法测定1328件土壤、19件玉米及20件土豆中硒等地球化学指标含量,利用相关分析与统计学等方法,结合距离加权反比插值法,探讨研究区硒含量、分布和影响因素等地球化学特征,评价土壤与作物的富硒情况及安全性。结果表明：(1)研究区表层土壤硒含量范围为0.04～1.50mg/kg,平均值为0.33mg/kg,划定富硒土壤面积为7.23km~2,占全区土壤面积的30.31%,玄武岩发育的土壤硒含量最高,平均值为0.4mg/kg,表明区内地质背景与土壤硒含量密切相关,区内富硒土壤主要受含玄武岩夹苦橄岩、凝灰质砂泥岩的峨眉山玄武岩组地层控制;(2)不同的用地类型和土壤类型对硒元素的富集能力不同,人为农业活动导致土壤对硒的吸附能力下降,黄棕壤土层中黏粒或铁氧化物等易与硒结合富集;酸性土壤中硒含量与pH值成反比;土壤...  相似文献   

2022年门源M_S6.9地震震区三维速度与发震机制研究          下载免费PDF全文

尹欣欣  邱江涛  李敏娟  许康生  张波  张胜霞 《地震工程学报》2022,44(2):360-369

2022年1月8日,青海省门源县发生M_S6.9地震。使用青海、甘肃等区域数字台网所观测到的2009年1月1日—2022年2月8日间青海门源及周边地区(36°～39°N,101°～104°E)14 869次地震事件的地震观测资料,基于双差成像(TomoDD)方法进行重定位分析,结果表明：门源及周边地区地震震源深度较浅,主要集中在5～15 km深度范围,其中10 km附近分布最多。推断该深度区域为门源及周边地区的主要孕震区。基于地震重定位结果和主震区三维速度结构分别对2016年门源M_S6.4地震和此次地震序列的发震机理进行分析对比,发现两次地震都位于高速异常体边缘,速度结构与断裂、地震序列吻合较好。2022年门源地震位于高速体的西端末梢位置,是该高速体受青藏高原东北缘顺时针应力作用导致的滑动产生的走滑型地震。  相似文献   

1980-2019年青藏高原积雪深度时空差异性分析北大核心CSCD     

王芝兰  张飞民  王澄海  孙旭映  吕春艳 《冰川冻土》2022,44(3):810-821

积雪是地表特征的重要参数,其对辐射收支、能量平衡及天气和气候变化有重要影响。利用1980-2019年被动微波遥感积雪深度资料对青藏高原积雪时空特征进行分析,在此基础上将高原划分为东部、南部、西部及中部4个区域,并分区域讨论了多时间尺度积雪的变化特征及其与气温、降水的相关关系。结果表明:不同区域积雪深度在不同时间尺度的变化特征存在差异,高原东部积雪深度累积和消融的速率比西部快,南部积雪深度累积和消融速率比中部快。季节尺度上,冬季积雪高原东部最大,中部最小;春季积雪高原东部消融速率最大,西部积雪消融较慢但积雪深度最大;夏季高原西部仍有积雪存在。年际尺度上,各区域积雪深度在1980-2019年均呈现缓慢下降趋势,但东部积雪减少不显著;高原东部积雪深度在1980-2019年呈现出增加-减少-增加-减少的变化,其余3区均呈现出减少-增加-减少-增加-减少的变化。不同区域积雪深度对气温、降水的响应不同,高原东部和中部积雪深度与气温相关性较好;各区域积雪深度与降水呈不显著的正相关关系。  相似文献   

多年冻土区L型挡墙水平冻胀效应计算方法与分析     

董建华  吴晓磊  师利君  于小燕  何鹏飞 《岩土力学》2022,43(4):879-890

针对多年冻土区L型挡墙设计中水平冻胀力计算方法不完善的问题,基于利夫金地基模型及挡墙?土体之间的协同变形原理,分别建立了墙后有无换填土两种情况下的L型挡墙水平冻胀效应计算模型,利用叠加原理及有限差分法对所提出的计算模型进行了求解,并依托MATLAB自行编制了水?热?力耦合分析软件。结合工程实例,应用提出的L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力值分别与现场实测值、修正土压力值、规范经验值及水?热?力耦合软件模拟值进行对比分析,结果表明：提出L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力值与现场实测值及数值模拟值在大体趋势上吻合较好,修正土压力值、规范经验值低估了水平冻胀力对挡墙的作用;相比规范经验值及现场实测值,提出的L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力沿墙高呈抛物线和梯形两种分布模式,更具有普遍性;通过多场耦合分析可知,所提出L型挡墙水平冻胀效应计算方法与水?热?力耦合方法得到冻胀力趋势相似,表明了计算方法的可行性,可为多年冻土区L型挡墙设计提供一定的理论支持和指导。  相似文献   

矿用钻孔超声流量自适应检测技术     

代晨昱  赵朋朋  徐晶 《煤田地质与勘探》2022,50(1):59-65

为了更好地实现煤矿井下瓦斯抽采钻孔端流量监测,针对管路内介质成分复杂、纯净度差、稳定性差等因素对抽采流量参数测量准确性影响的问题,提出以时差法为测量原理,以双阈值比较法为检测方法,设计了一套矿用钻孔超声流量自适应检测系统。通过分析影响双阈值比较法测量准确性的关键问题出发,设计了检测系统的总体方案,并对其中激励信号放大电路、接收信号调理电路及由峰值检波电路与增益控制电路构成的自适应电路几项关键模块进行了详细地介绍,叙述了检测系统运行软件的工作流程。通过工况环境适应能力测试与准确度性能检验,对检测系统的功能与性能进行了检验,检验结果表明,该系统能够适应瓦斯抽采钻孔管路内的工况需求,实现高精度的气体流量测量。   相似文献   

西湖凹陷杭州斜坡构造差异及其对成藏的影响     

崔敏  徐建永  郭刚  谢晓军  祁鹏  肖曦  王欣 《现代地质》2021,35(4):1106-1113

杭州斜坡是西湖凹陷油气勘探的新区,构造特征的研究是开展石油地质条件研究的基础。通过对杭州斜坡的结构、主控断裂的演化及其对油气运移控制作用的分析,探讨了斜坡结构差异及其对油气成藏的影响。研究结果表明:杭州斜坡分为北段、中段和南段三个部分,中段断层走向为北北东向,单个断层的延伸长度小但数量多,存在倾向东和倾向西的顺向断层和反向断层。迎翠轩主断裂在平湖组沉积时期持续活动,杭州斜坡中段在平湖组中段下部沉积时期断层活动最强,最大落差达800 m。迎翠轩主断层走向变化、断层两侧砂岩含量和岩性反演结果表明,杭州斜坡中段断层上升盘的砂体发育程度较北段差,封堵性优于北段。关键成藏期(23 Ma和12 Ma)杭州斜坡中段处在有利的油气运移通道之上,迎翠轩主断裂中段在15 Ma后基本不活动,有利于下降盘的油气聚集。  相似文献   

页岩气水平井TOC测井评价新方法     

刘伟男  张超谟  朱林奇  胡松  孔政  邓瑞 《物探与化探》2021,(2):423-431

由于存在地层缺失、井眼穿层不断变化、重点层段测井曲线较少、井眼环境复杂、测井响应值与储层参数关系较为复杂等特点,页岩气储层水平井测井解释难度较大。针对该问题,本文采用“水平井钻遇地层模型—水平井间及水平井与直井响应差异分析—水平井曲线校正—基于直井的参数评价模型”的评价技术流程,进行页岩气水平井TOC测井评价。在测井评价中,针对响应规律复杂的特点,采用直方图法进行测井响应规律分析,同时考虑到水平井测井曲线较少,为了综合利用测井曲线信息,结合曲线重叠方法提出双重信息融合评价模型。结果表明,本方法在充分分析测井响应差异的基础上对水平井测井曲线进行校正,且提出的双重信息融合模型具有能充分利用测井信息、评价精度高以及操作简单等优点。  相似文献   

短波红外光谱、X射线荧光光谱、黄铁矿热电性分析在胶东新城金矿田深部找矿中的应用     

邵雪维  彭永明  王功文  赵显勇  唐佳洋  黄蕾蕾  刘晓宁  赵宪东 《地学前缘》2021,28(3):236-251

胶东半岛是我国最重要的金矿集区之一,其矿床是典型受北东向断裂构造(焦家断裂带、三山岛断裂带和招平断裂带),以及次生断裂构造(如望儿山断裂和灵北断裂等)控制的矿床类型。前人在该区域做了大量研究,但主要集中在地表和浅层成矿段,对于深部成矿规律与预测的研究相对较少。新城金矿田是胶东半岛的特大型金矿之一,由新城矿床、曲家矿床和招贤矿床三部分组成。由于受到焦家断裂带控制,在招贤矿区中的科研深钻达到2 500 m以下,为我们研究深部成矿规律提供了良好的样品。本文通过该地区蚀变矿物的短波红外光谱特征(short-wave infrared spectroscopy,SWIR),并结合X 射线荧光光谱(X-ray fluorescence spectrometry,XRF)法和黄铁矿热电性法,选取该地的不同成矿阶段的蚀变岩石和典型载金矿物黄铁矿,并在三维环境中,定量化分析了主要的蚀变矿物——白云母族的短波红外光谱的特征值,揭示其找矿规律与指示意义,进一步提取矿床中蚀变矿物的找矿标志。研究结果表明:(1)在靠近焦家主断裂构造蚀变岩型矿体的位置,伊利石结晶度(≥1.2)和绢云母Al—OH吸收位置(≥2 205 nm)偏高,而在远离焦家主断裂构造蚀变岩型矿体的位置伊利石结晶度和绢云母Al—OH吸收位置偏低,分别为0.2~1.2和2 198~2 205 nm。(2)X 射线荧光光谱结果提取了该地区20种元素含量,通过对元素的主成分分析和聚类分析, Al—OH吸收峰位置偏移与Al、K、Si含量变化有一定相关性。(3)黄铁矿热电性导型在近焦家主断裂构造蚀变岩主要为P型,远离主断裂的主要为N型。在新城矿区的Ⅰ号和Ⅴ号矿体的顶部到底部整体呈现N-P→P→P-N→N→N-P→P-N和P-N→N-P的规律;在招贤矿区中绝大部分是P型。剥蚀度整体处于在25%~50%,因此在新城矿区约-800 m以下和招贤矿区约-1 500 m以下,仍有较好的深部找矿前景。整体上P型黄铁矿成矿温度主要为180~250 ℃,N型成矿温度主要区间值在380~460 ℃;利用温度场进行三维插值建模,其与三维矿体品位模型空间展布趋势一致。本文综合研究方法为深部矿产资源评价提供新的研究思路,将光谱数据、地化数据等多维度信息集成整合,同时使用三维模型可视化功能,对于矿产模型定量化构建具有重要参考价值。  相似文献   

2010—2020年黄河下游河南典型灌区浅层地下水中砷和氟的演化特征及变化机制     

任宇  曹文庚  潘登  王帅  李泽岩  李谨丞 《岩矿测试》2021,(6):846-859

黄河下游典型灌区河南段是豫北平原重要的农业种植区。该地区浅层水质整体较差,因常用于作物灌溉或家畜饮用,会对人体健康产生风险,因此对该地区地下水中砷与氟浓度变化特征和机制的研究将有助于提高对该地区地下水污染的认识水平。本文基于2010年和2020年在灌区范围内采集的327组浅层地下水样品,研究区内地下水砷和氟分布情况,并在此基础上对比研究十年间灌区浅层地下水中砷、氟的演化特征,探索分析砷与氟浓度及空间变化机制。研究结果表明：该地区浅层地下水中存在砷与氟超标问题,2020年浅层地下水中高砷（砷浓度大于10μg/L）和高氟（氟浓度大于1mg/L）的样品数量分别占总数的26.1%和26.06%。高砷水分布在太行山前洼地与黄河冲积平原等泥沙互层结构的沉积环境中,还原性较强,同时地下水径流不畅,较强的阳离子交换作用使得其所处环境中Ca²⁺浓度较高。近十年间砷浓度增加的水样占总数31.8%,砷浓度减少的水样占36.7%。砷浓度的增长（减少）是地下水还原性增强（减弱）使得锰氧化物溶解释放（吸附）导致。近十年间不同地区农业灌溉和水源置换等用水方式导致水位变化是引起砷浓度变化的潜在因素。高氟水主要分布在河南新乡与濮阳的黄河沿线,氟离子浓度受到沉积物中萤石等钙质矿物溶解影响,使得高氟地下水出现在低钙环境中。近十年间研究区中氟离子浓度减少的占总数60.2%,氟离子浓度增加的占32.1%,整体变化趋势向好,但是高氟区中氟离子浓度继续增加。氟浓度的变化同样受到Ca²⁺变化影响,在Ca²⁺浓度降低（升高）时氟浓度进一步升高（降低）。地下水中氟升高地区分布在黄河沿线,因此受到黄河水补给影响较大,地下水径流条件较好,阳离子交换作用减弱,使得Ca²⁺浓度降低,此时地下水中砷浓度受到环境影响而降低,因此研究区氟增加地区中砷与氟的分布和演化呈现反向关系。  相似文献