电性任意各向异性且分块连续变化CSAMT三维有限元数值模拟          下载免费PDF全文

李勇  林品荣  刘祖鉴 《地球物理学报》2019,62(10):3923-3933

考虑地球介质电导率任意各向异性且随空间位置连续变化的情况，本文实现了直接求解电磁场的可控源音频大地电磁测深（CSAMT）三维有限元数值模拟.首先给出了电导率任意各向异性介质中CSAMT二次电场满足的控制方程及其相应变分问题，然后采用任意六面体单元对研究区域进行剖分，在网格单元中对任意各向异性电导率进行线性插值，解决了实际工作中岩矿石电导率各向异性且连续变化的情况，将变分问题转化为线性代数方程组的求解.电导率各向异性且连续变化一维模型三维有限元数值模拟结果与电导率各向异性且分层均匀渐进模型解析解结果对比验证了方法的有效性；三维地电模型电导率随位置线性变化且各向同性、主轴各向异性、方位各向异性和倾斜各向异性的数值模拟结果表明，电导率各向异性且连续变化对CSAMT视电阻率和相位数据均有明显的影响.  相似文献   

大气负荷对新疆地区地壳形变和地面重力变化的影响     

王海涛  王斌  王伟  章传银 《大地测量与地球动力学》2019,39(2):189-194

基于ECMWF全球大气模型和中国地面气候资料日值数据集中新疆及周边的气象站气压数据，根据弹性地壳形变理论，采用移去-恢复法，利用负荷格林函数法和球谐函数法，计算新疆及周边区域2011~2015年大气负荷变化对地壳垂直、水平形变的影响，同时采用大气导纳方法计算大气变化对地面重力的影响。结果表明，大气负荷对新疆地区垂直形变的影响达到cm级，对地面重力的影响可达10 μGal；大气负荷影响具有明显的季节性。  相似文献   

北半球热带中太平洋与印度洋海表温度梯度对夏季西北太平洋热带气旋生成频数变化的影响     

方珂  余锦华 《热带海洋学报》2019,38(5):42-51

基于1951—2018年哈德里中心海温资料、美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心再分析资料和第四代欧洲中心汉堡模式, 针对1994年、2018年等西北太平洋热带气旋(TC)生成异常多的年份, 研究了引起TC增加的海表温度异常(SSTA)模态及其影响机制。结果表明, 北半球热带中太平洋增暖与印度洋变冷是夏季西北太平洋TC生成频数增加的主要原因, 北大西洋负三极型式SSTA促使TC生成的进一步增加。热带中太平洋增暖与印度洋冷却在菲律宾以东激发出西风异常和气旋性环流异常。北大西洋负三极型式SSTA在我国南海、菲律宾至东南沿岸激发出气旋性环流异常。前者在西北太平洋中部, 后者在南海产生有利于TC生成的局地环境。1994年和2018年夏季热带中太平洋出现暖SSTA、印度洋为冷SSTA、北大西洋呈现负三极型式SSTA, 西北太平洋TC生成频数极端增多。近30年来, 当出现热带中太平洋增暖和印度洋冷却时, 北大西洋表现出比1989年以前更强的负三极型式SSTA, 使西北太平洋TC生成频数和北半球热带印度洋-太平洋SSTA梯度的线性相关更显著。  相似文献   

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览   总被引：2，自引：2，他引：0  

魏泽勋  郑全安  杨永增  刘克修  徐腾飞  王凡  胡石建  谢玲玲  李元龙  杜岩  周磊  林霄沛  胡建宇  朱建荣  李均益  张正光  侯一筠  刘泽  田纪伟  黄晓冬  管玉平  刘志宇  杨庆轩  赵玮  宋振亚  刘海龙  董昌明  于卫东  连涛  陈朝晖  史久新  雷瑞波  刘煜  于福江  尹宝树  陈戈  王岩峰  李整林  熊学军  汪嘉宁  李晓峰  王永刚 《海洋学报》2019,41(10):23-64

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团，以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强，研究领域不断拓展，涌现了大量具有广泛影响力的研究成果，其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”，发展了第三代海浪数值模式；提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法；发现并命名了“棉兰老潜流”，揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等，系统描述了太平洋西边界流系；提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流)；不断完善了中国近海陆架环流系统，在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流，以及陆架波方面均取得了深刻的认识；从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结；发展了浅海水团的研究方法，基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制，在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献；阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制，揭示了中尺度涡的三维结构，定量评估了其全球物质与能量输运能力；基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征，提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制；构建了“南海内波潜标观测网”，实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识；发展了湍流的剪切不稳定理论，提出了海流“边缘不稳定”的概念，开发了海洋湍流模式，提出了湍流混合参数化的新方法等；在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识，并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响；研发了全球浪–潮–流耦合模式，推出一系列海洋与气候模式；发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统；建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台；发展了ENSO预报的误差分析方法，建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系，揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应；初步建成了中国近海海洋观测网；持续开展南北极调查研究；建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统，为中国气象减灾提供保障；突破了国外的海洋技术封锁，研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器；建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型，为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示，经过70年的发展，中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍，这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。  相似文献   

北极冰下声传播特性实验研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

翁晋宝  杨燕明  文洪涛  周鸿涛 《海洋学报》2019,41(3):76-85

通过2017年8月6日在北极海域开展的一次声传播实验，开展了冰下声传播特性实验研究。结合Burke-Twersky （BT）散射模型与射线模型，分析了冰下声传播的多途到达结构，研究了接收声强变化规律，解释了接收声强在30 min内衰减20 dB的现象，分析了接收信号的时间相关性，探讨了接收信号相关性较低的原因。实验结果表明，表面接收信号主要由小角度多次反转反射声线、一次海底反射声线和二次海底反射声线依次构成，表面声道到达信号显著强于海底反射信号。试验冰站在试验期间的运动导致了声传播信号强度和相关性的迅速衰减，并通过仿真得到了验证。  相似文献   

Beaver dam analogues drive heterogeneous groundwater–surface water interactions     

Jeffrey Wade  Laura Lautz  Christa Kelleher  Philippe Vidon  Julianne Davis  Julio Beltran  Casey Pearce 《水文研究》2020,34(26):5340-5353

Beaver dam analogues (BDAs) are a cost-effective stream restoration approach that leverages the recognized environmental benefits of natural beaver dams on channel stability and local hydrology. Although natural beaver dams are known to exert considerable influence on the hydrologic conditions of a stream system by mediating geomorphic processes, nutrient cycling, and groundwater–surface water interactions, the impacts of beaver-derived restoration methods on groundwater–surface water exchange are poorly characterized. To address this deficit, we monitored hyporheic exchange fluxes and streambed porewater biogeochemistry across a sequence of BDAs installed along a central Wyoming stream during the summer of 2019. Streambed fluxes were quantified by heat tracing methods and vertical hydraulic gradients. Biogeochemical activity was evaluated using major ion porewater chemistry and principal component analysis. Vertical fluxes of approximately 1.0 m/day were observed around the BDAs, as was the development of spatially heterogeneous zones of nitrate production, groundwater upwelling, and anaerobic reduction. Strong contrasts in hyporheic zone processes were observed across BDAs of differing sizes. This suggests that structures may function with size-dependent behaviour, only altering groundwater–surface water interactions after a threshold hydraulic step height is exceeded. Patterns of hyporheic exchange and biogeochemical cycling around the studied BDAs resemble those around natural beaver dams, suggesting that BDAs may provide comparable benefits to channel complexity and near-stream function over a 1-year period.  相似文献   

基于倾斜摄影测量的大比例尺三维测图技术     

李通 《北京测绘》2020,(4):543-546

目前,城市大比例尺地形图更新主要采用全野外的测量方法,不仅耗费大量的劳动力,并且效率低下。旋翼机和倾斜摄影测量技术的快速发展,为城市大比例尺地形图的测绘与更新提供了全新的技术手段。本文以滕州市城区约10 km2的1∶500地形图测绘项目为例,采用大疆精灵4 Pro旋翼机进行数据获取,Smart 3D软件进行空三加密及三维建模,最后在EPS软件中进行三维测图,并对地形图成果进行了精度检核,验证了技术方案的可行性,为同类项目提供了有益参考。  相似文献   

地幔热导率的选取对动力学数值模拟的影响——以岩石圈张裂过程为例          下载免费PDF全文

谌永强  施小斌  廖杰  许鹤华  任自强 《地球物理学报》2020,63(5):1998-2012

目前存在有多种地幔热导率模型,不同模型在数值和随温压变化的特征上有明显的差异.为探究不同热导率模型对动力学数值模拟结果的影响,本文对不同模型下的岩石圈张裂过程进行模拟研究,探讨地幔热导率对岩石圈热传输、变形和熔融过程的影响及其作用机理.结果显示,不同热导率模型下,岩石圈的变形和熔融特征表现出明显差异.高热导率模型下,岩石圈破裂较晚,形成陆缘较为宽阔,地壳熔融强烈而地幔熔融较弱;低热导率模型下,岩石圈破裂较早,形成陆缘较为狭窄,地幔熔融强烈而地壳熔融较弱.这种差异源于不同地幔热导率下岩石圈和地幔热状态的变化及相应力学性质的改变.高热导率下,热传导的增温效应显著,岩石圈呈现较热的状态,其强度整体较低,壳幔耦合减弱;而低热导率下,热对流的增温效应显著,岩石圈呈较冷的状态,其强度整体较高,壳幔耦合增强.基于模拟结果,本文认为地幔热导率的选取对动力学模拟的结果有着较为显著的影响,相对于随温压的变化,热导率数值的差异对动力学数值模拟的结果影响更大,尤其是对于地幔熔融过程的影响.  相似文献   

基于Remez迭代算法求解差分系数的双相介质自适应有限差分正演模拟          下载免费PDF全文

王文化  文晓涛  张波  张懿疆  王威 《地球物理学报》2020,63(6):2400-2414

利用传统有限差分方法对基于Biot理论的双相介质波动方程进行数值求解时,由于慢纵波的存在,数值频散效应较为明显,影响模拟精度.相对于声学近似方程及普通弹性波方程,Biot双相介质波动方程在同等数值求解算法和精度要求条件下,其地震波场正演模拟需要更多的计算时间.本文针对Biot一阶速度-应力方程组发展了一种变阶数优化有限差分数值模拟方法,旨在同时提高其正演模拟的精度和效率.首先结合交错网格差分格式推导Biot方程的数值频散关系式.然后基于Remez迭代算法求取一阶空间偏导数的优化差分系数,并用于Biot方程的交错网格有限差分数值模拟.在此基础上把三类波的平均频散误差参数限制在给定的频散误差阈值和频率范围内,此时优化有限差分算子的长度就能自适应非均匀双相介质模型中的不同速度区间.数值频散曲线分析表明:基于Remez迭代算法的优化有限差分方法相较传统泰勒级数展开方法在大波数范围对频散误差的压制效果更明显;可变阶数的优化有限差分方法能取得与固定阶数优化有限差分方法相近的模拟精度.在均匀介质和河道模型的数值模拟实验中将本文变阶数优化有限差分算法与传统泰勒展开算法、最小二乘优化算法进行比较,进一步证明其在复杂地下介质中的有效性和适用性.  相似文献   

Monitoring soil surface roughness under growing winter wheat with low-altitude UAV sensing: Potential and limitations     

Nils Onnen  Anette Eltner  Goswin Heckrath  Kristof Van Oost 《地球表面变化过程与地形》2020,45(14):3747-3759

Soil surface roughness (SSR) is an important factor in controlling sediment and runoff generation, influencing directly a wide spectrum of erosion parameters. SSR is highly variable in time and space under natural conditions, and characterizing SSR to improve the parameterization of hydrological and erosion models has proved challenging. Our study uses recent technological and algorithmic developments in capturing and processing close aerial sensing data to evaluate how high-resolution imagery can assist the temporally and spatially explicit monitoring of SSR. We evaluated the evolution of SSR under natural rainfall and growing vegetation conditions on two arable fields in Denmark. Unmanned aerial vehicle (UAV) photogrammetry was used to monitor small field plots over 7 months after seeding of winter wheat following conventional and reduced tillage treatments. Field campaigns were conducted at least once a month from October until April, resulting in nine time steps of data acquisition. Structure from motion photogrammetry was used to derive high-resolution point clouds with an average ground sampling distance of 2.7 mm and a mean ground control point accuracy of 1.8 mm. A comprehensive workflow was developed to process the point clouds, including the detection of vegetation and the removal of vegetation-induced point cloud noise. Rasterized and filtered point clouds were then used to determine SSR geostatistically as the standard deviation of height, applying different kernel sizes and using semivariograms. The results showed an influence of kernel size on roughness, with a value range of 0.2–1 cm of average height deviation during the monitoring period. Semivariograms showed a measurable decrease in sill variance and an increase in range over time. This research demonstrated multiple challenges to measuring SSR with UAV under natural conditions with increasing vegetation cover. The proposed workflow represents a step forward in tackling those challenges and provides a knowledge base for future research. © 2020 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献