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   

SH波地表散射的局域边界元模拟          下载免费PDF全文

盖增喜  陈晨旭 《地球物理学报》2020,63(6):2274-2280

本文提出了一种计算不规则起伏地形中SH波散射的有效方法——局域边界元法.本方法基于传统边界元法,为计算复杂地表散射问题提供了一种更加高效的解决方案.根据地震波满足的边界积分方程中牵引力格林函数的特性,我们将自由边界分解成水平部分和起伏部分.通过公式推导,可将水平部分的位移由起伏部分的位移通过格林函数线性叠加表示,因此只需对起伏部分的位移进行直接求解,从而极大地减少了待求解的未知数个数,显著提高了计算效率.通过与半圆形山谷SH波平面波入射的解析解比较,验证了方法的正确性.数值模型比较显示,局域边界元模拟结果与传统边界元数值解完全吻合,但是大幅提高了计算效率.因此,局域边界元法可以作为模拟不规则地形中地震波散射的有效工具.  相似文献   

空间链接器式多维通用饱和-非饱和流模型研究     

杨海  姜月华  周权平  杨辉  刘林 《水文地质工程地质》2020,47(5):31-42

多维饱和-非饱和流方程离散后生成的系数矩阵中常存在零系数，这将影响求解过程中的存储空间和计算效率。合理的系数矩阵优化方法既能保证模拟精度，又能提高模型在大规模网格单元中的计算效率及通用性。文章在多维饱和-非饱和流有限差分法基础上，预先记录不同方向上有效单元间的连接关系，避免了零系数的计算和存储，并结合矩阵标识法建立了空间链接器式多维通用饱和-非饱和流模型。通过模拟地下水位起涨、渗流面排水等四个经典案例及田间三场长历时小雨入渗过程，验证了该模型的模拟精度及计算效率。对比结果表明:该模型在多维度、不同边界条件（包括天然降雨、渗流面等）下的模拟精度与Hydrus、VSF等成熟软件相当，计算效率略低于Hydrus软件。田间模拟结果表明:VG模型中的参数n敏感性最强，需优先率定；因模型中尚未考虑大孔隙流影响，各层土壤水分响应时间滞后于实测过程；三场降雨计算时段末期，超过80%的入渗水量仍滞蓄在表层40 cm的土壤中，仅有约4%~12%的水量已转化为潜水。本文模型有望成为传统多维饱和-非饱和流模型的重要补充。  相似文献   

长沙市高分辨率遥感影像辅助规划5a综合应用     

赵莹莹  龙洋洲  杨志波 《地理空间信息》2019,17(5)

高分辨率遥感影像以其现势、直观、易判读等优势在城乡规划管理工作中起着重要的基础保障作用。可将定期更新的高分辨率遥感影像数据及时地应用于规划执法、交通研究、生态保护等领域;同时由周期性的遥感数据及其专题应用成果累积形成的遥感综合应用大数据是城市变迁的历史见证,还可降低城乡规划管理工作成本,提升决策水平。  相似文献   

基于修正SWAT模型的岩溶地区非点源污染模拟初探——以横港河流域为例   总被引：3，自引：0，他引：3  

赖格英  易姝琨  刘维  盛盈盈  彭小娟  熊家庆  潘思怡  吴青 《湖泊科学》2018,30(6):1560-1575

岩溶流域含水系统的主要特征之一是连通地表的落水洞等垂直管道将近水平的地下暗河联系起来，降水及其形成的地表径流可以通过这些管道迅速地灌入地下河系，从而改变了水及其所携带的非点源污染物质在垂直与水平方向的传输速度与数量，使岩溶流域内地表-地下之间的物质交换与传输过程变得比较复杂；应用广泛的SWAT模型在模拟岩溶地区的水文、水质时会存在一些不足与局限.为此，本文针对岩溶水系统特征，引入落水洞、伏流、暗河的水文过程以及主要营养盐的输移过程，修正SWAT模型原有的水文循环过程及相关算法，改变其只适用于松散均匀介质流域非点源污染模拟的单一特征，并研究建立适合于岩溶流域的非点源污染模型和相应的模拟方法.选取横港河流域岩溶地区作为非点源污染的对象，应用修正后的模型通过控制性的模拟方法和敏感性性分析，定量评估落水洞、伏流、暗河等岩溶特征对氮、磷等主要非点源污染物质输移的影响及其带来的时空效应，并进一步探讨落水洞、伏流、暗河等对地表-地下水文与营养盐的交互作用及转换机理.结果表明，岩溶特征对流域的氮、磷负荷有增加作用，其中总磷的增加明显大于总氮的增加，总磷和总氮的增量分别为0.86%和2.12%；植被岩溶指数的增加会导致流域可溶性磷、有机磷的产出量增加，有机氮、地表产流中硝酸氮和沉积磷的产出量则居其次，落水洞改变了降雨的产流方式，增加了落水洞所在流域的有机磷和有机氮的产出，其增量变化在0~0.7和0~0.3 kg/hm²之间.  相似文献   

考虑地形起伏和障碍体破裂的汶川地震强地面运动数值模拟   总被引：2，自引：1，他引：1       下载免费PDF全文

赵由佳  张国宏  单新建  尹昊  屈春燕 《地球物理学报》2018,61(5):1853-1862

2008年5月12日四川汶川地区发生M_W7.9地震，震中位置103.4°E，31.06°N.这次地震造成了以汶川、映秀为中心及其周边地域建筑物的严重破坏和人员的重大伤亡，且因为高山等地形复杂区域抢险救灾的艰巨性，为及时救援造成很大干扰.为更好理解地形因素对于强地面数值模拟结果的影响，建立了包含地形起伏影响及去除地形影响的两类模型.同时，依据震源破裂过程运动学反演结果，建立了包含障碍体破裂过程的震源滑动模型，实现断层分段、空间倾角以及滑移角的动态设定.基于动力学的地震动模拟方法，通过对地震波传播过程的数值计算和后处理分析，模拟由地震激发的区域强地面运动过程.结果显示：（1）强震动台站的断层距对地形效应具有放大或抑制作用，距离断层破裂带越近，地形效应越明显，反之，距离越远，则地形效应越微弱；（2）因为地形高差与障碍体的影响，地震造成的峰值可能出现在震中区域之外；（3）考虑地形影响模型的地表峰值速度（PGV）区域位于汶川与北川附近；而未考虑地形影响模型的PGV区域位于灌县—江油断层的后半段，处清平、安县附近；对汶川地震近实时强地面运动波场的模拟、峰值图谱的圈定及未来大地震强地面运动特征的预测都有重要指示意义.  相似文献   

电子束流激发的电子声波数值模拟          下载免费PDF全文

于彬  高新亮  樊凯  杜爱民 《地球物理学报》2018,61(9):3536-3544

通过一维静电粒子模拟程序研究了电子束流不稳定性，其中束流电子的温度远大于背景电子的温度.结果发现，所激发的波动主要是电子声波，波动的演化经历了线性增长和非线性饱和两个阶段.在非线性饱和阶段，由于电子声波相速度随频率是变化的，它可以通过非线性相互作用将背景比较冷的电子加速到很高的能量.此外，还研究了束流电子的温度、束流电子和背景电子的相对密度以及束流电子的漂移速度对电子束流不稳定性的影响.  相似文献   

2001年昆仑山口西M_S8.1地震对周围断层的应力影响数值分析          下载免费PDF全文

任天翔  程惠红  张贝  石耀霖 《地球物理学报》2018,61(12):4838-4850

大地震的发生往往会引起周围区域形变场和应力场变化，且对临近断层上的应力状态也有影响.2001年11月4日，昆仑山口西发生了半个世纪以来中国最大的M_S8.1级地震.本文基于已有的滑动模型，建立了三维含地形高程的横向不均匀性椭球型地球有限元模型，采用等效体力方法，分析了此次M_S8.1地震产生的全球同震位移和应力场变化.与解析方法相比，该模型考虑了地形、Moho面起伏和地球介质横向不均匀性；与一般的有限元数值模拟相比，该模型考虑了地球曲率和椭率，合理地规避了有限块体模型假定边界位移为零所引入的误差.计算得出同震位移与GPS观测数据可以很好地吻合.据库仑破裂应力准则和震源参数，计算得出昆仑山口西M_S8.1地震的发生造成了汶川、芦山、改则和当雄地震的发震断层上库仑应力增加，对这些地震的发生起促进作用；而造成玉树和德令哈地震发震断层上的库仑应力变化为负值，在一定程度上抑制了这些断层的地震活动性.此外，计算结果显示地球地形高程、介质非均匀性和椭率对昆仑山口西M_S8.1地震同震变化计算有一定的影响，其中地形和椭率造成的同震位移场相对误差约10%.  相似文献   

典型深街谷内树木空间配置对行人呼吸高度处气流的影响     

林定  申小云  朱勇兵  陈崇成 《地球信息科学学报》2018,20(9):1235-1243

为揭示树木的不同空间配植方案对行人呼吸高度气流的影响,本文将树木视为均匀多孔介质,通过附加源项法从空气动力学角度用CFD模拟了H/W=2的典型深街谷几何内4种树木配植情景,实验表明,不同空间配置下树木对街谷内行人呼吸高度处局地气流的影响强弱在空间分布模式上差异悬殊：① 均匀种植的树木对街谷内行人呼吸高度的气流起到阻碍作用,不均匀种植则有效提升街谷的整体流速。4种空间配植方案下树木对气流的影响程度不同,阻碍作用从大到小的顺序为均匀间距8 m（Spa8m）>均匀间距6 m（Spa6m）>均匀间距20 m（Spa20m）>不均匀配植（Non-uniform）;对应的平均气流增强指标顺序为$\bar{D}_{spa8}$（-19.31%）<$\bar{D}_{spa6}$（-16.14%）<$\bar{D}_{spa20}$（-10.73%）<$\bar{D}_{non-uniform}$（1.25%）。② 对比不均匀和均匀的种植方案,不均匀植树的街谷内部行人呼吸高度的气流流速比其对照案例（均匀植树Spa8m方案）整体增强了106.49%。街谷中部不种树,在街谷两端配置树木并预留足够的自由空间的不均匀植树方案,能够让角涡渗入街谷中部,促使街谷内部的垂直漩涡和两端的水平角涡运动,增强湍流和垂直交换,有效减少了街道两端“风口效应”和街道中部“风影效应”的区域,改善了整个街谷行人呼吸平面的风环境。④ 合理空间配置的树木能够改善街谷内部的行人风环境。街谷内行人呼吸高度处的气流对局地条件很敏感,树木的局部配置（空间簇集、密度）将引起强烈的空间变化。在既有城市建筑布局条件下,如何通过谨慎的景观设计,利用树木等城市绿化措施有效地改善城市的行人风环境,缓解污染扩散、疾病传播等问题,本文的方法可提供一定的参考。  相似文献   

大容量气枪震源特性研究          下载免费PDF全文

夏季 《地震科学进展》2018,(12):40-41

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