一种模拟非均匀介质中弹性波传播新的k-space方法          下载免费PDF全文

黄继伟  刘洪 《地球物理学报》2020,63(8):3091-3104

传统的伪谱(PS)方法,采用傅里叶变换(FT)计算空间导数具有很高的精度,每个波长仅需要两个采样点,而时间导数采用有限差分(FD)近似因而精度较低.当采用大时间步长时,由于时空精度不平衡,PS法存在不稳定性问题.原始的k-space方法可以有效地克服这些问题但是却无法适用于非均匀介质.为了提高原始k-space方法模拟非均匀介质波动方程的精度,我们提出了一种新的k-space算子族.它是用非均匀介质的变速度代替原k-space算子中的常数补偿速度构造得到,引入低秩近似可以高效求解.我们将构造的新的k-space算子应用于耦合的二阶位移波动方程,而不是交错网格一阶速度应力波动方程,使模拟弹性波的计算存储量减少.我们从数学上证明了基于二阶波动方程的k-space方法与基于一阶波动方程的k-space方法是等价的.数值模拟实验表明,与传统的PS、交错网格PS和原始的k-space方法相比,我们的新方法可以在时间和空间步长较大的均匀和非均匀介质中,为弹性波的传播提供更精确的数值解.在保持稳定性和精度的同时,采用较大的时空采样间隔,可以大大降低数值模拟的计算成本.  相似文献   

基于分区间泛化Kriging近似模型的船舶局部结构形状优化     

张干锋  王德禹 《海洋工程》2018,36(6):46-57

为提高Kriging近似模型在船舶结构性能多维度响应预测方面的适用性,对常规Kriging近似模型进行分区间泛化改进:一是对设计样本点的各个维度(分量)进行划区,并在每一个分区间内采用最优拉丁超立方(OLhd)取样;二是引入比例系数w1组合高斯与指数型相关函数提高模型对数据的泛化能力,从而在每个划分的区间内建立泛化的Kriging近似模型。通过SCH测试函数,验证了构造的分区间泛化Kriging模型有效性。结合参数化建模和改进Kriging近似模型对某过渡肘板和舱口角隅边界进行形状优化,优化第一阶段由改进的近似模型通过多岛遗传算法得到全局初步的最优解,第二阶段在初步解的基础上缩小优化变量范围,由少量的FEM计算即可在小范围内搜寻到精确的最优设计变量。结果表明:分区间泛化Kriging近似模型在预测多维度响应时较常规Kriging模型预测精度更高;分阶段的形状优化流程在保证极小误差和缩小计算成本的情况下能够得到理想的应力分布和重量优化结果,有助于船舶结构的轻量化研究。  相似文献   

海气动量通量研究综述   总被引：1，自引：0，他引：1  

冯兴如  李水清  尹宝树 《海洋科学》2018,42(10):103-109

海气界面动量通量也称为风应力,是海流和表面海浪的主要驱动力,是海洋从大气获得动量的重要途径。因此,合理可靠的海洋表面风应力的参数化对于海洋、大气和波浪以及气候模式的准确预报都具有非常重要的科学意义和实用价值。对风应力拖曳系数的参数化是风应力参数化的主要内容。近来的观测发现,风应力拖曳系数随着风速的增加出现了先增后减的趋势,同时还与海面的波浪状态以及海流有关。基于观测或理论分析,目前已经得到了一系列的风应力拖曳系数计算方法或公式,有的考虑了海浪的作用,有的没有,但这些方案大都是适合中低风速,在高风速下的适用性还有待检验。本文回顾了目前在海气动量通量观测和参数化方面的研究进展,并建议应增加高风速下风速、海流以及海浪等的同步观测,以进一步完善风应力参数化方案。  相似文献   

一次攀西地区飑线天气过程形成机制分析     

李永军  陈科艺 《气象科技》2019,47(6):997-1005

利用地面气象常规观测资料、区域自动站观测资料、雷达及卫星资料和NCEP 1°×1°的逐6h再分析资料,对2018年5月13日攀西地区南部的飑线天气过程的形成机制进行分析。结果表明:飑线发生在高空槽前,高空槽逐渐东移推动冷性气流沿背风坡东移,然后与前方低层暖空气汇合抬升形成对流;露点锋触发了飑线天气过程的形成;产生飑线天气区域的大气具有上干下湿、不稳定能量高、垂直风切变强、高层风速大和形成之前存在逆温层的特点;高空急流和动量下传对飑线的发生和加强具有促进作用;地形对飑线的形成和天气现象的分布有影响。  相似文献   

京津冀地区一次强沙尘天气过程的成因及特征   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

彭舒龄  周树道  卫克晶  沈奥 《大气科学学报》2019,42(6):926-935

利用常规污染物监测资料、卫星资料和再分析资料等,对京津冀地区在2017年春季遭遇的一次强沙尘天气过程进行分析。结果表明,此次过程是由地面冷锋过境,高空槽后冷空气持续补充引起,沙源地主要位于巴丹吉林、腾格里沙漠,随后以西北路径输送至京津冀地区。前期沙源地感热通量迅速增大,与中低层冷平流叠加,导致不稳定层结增强,助于起沙;高空强风速带加强并向下延伸,中低层次级环流发展,不但使沙尘传输并下降至地面,而且使高层高动量和高位涡冷空气下传,促进低空急流形成、低层系统发展,使大风及沙尘天气维持;沙尘过境时,地面至4 km高度存在沙尘型气溶胶,PM_(2.5)和PM_(10)浓度变化趋势较一致并达到重度污染水平,且气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)与空气质量指数(Air Quality Index,AQI)具有较好的时空匹配关系,重污染时段AOD值大于1,污染减弱时AOD值降至0.6以下。  相似文献   

基于人工鱼群算法和SCA等效理论的井中横波速度预测方法     

魏忠宇  刘财  郭智奇  张冰  刘喜武 《世界地质》2018,37(1):282-288

在建立页岩岩石物理模型的基础上,根据等效自相容近似(SCA)岩石物理模型,构建出岩石的纵波速度、横波速度与岩石密度、组分和孔隙度等的定量关系,得出使理论纵波速度和实际纵波速度最接近的孔隙纵横比,进而将该孔隙纵横比作为约束条件来实现横波速度预测。反演算法利用人工鱼群算法来计算最佳孔隙纵横比,并将预测的横波速度与实际测得的横波速度对比,证明了人工鱼群算法的有效性。  相似文献   

用化石天长计算地球年龄的方法及意义——如何理解地球年龄          下载免费PDF全文

吴海威 《地质科学》2018,(2):774-780

天长（一天时长）是地球自转速度的直接反映。古生代-中生代化石记录的天长数据表明,古生代-中生代期间的天长随时间呈线性增加。根据角动量守恒定律,这意味着同时段地球自转速度呈线性衰减。如果把这个趋势应用于地球历史的全过程,计算结果为4.519～4.495 Ga,与目前公认的地球绝对年龄4.54 Ga一致。这意味着,从这个时间点起,地球有一种自转速度衰减的总趋势。地球自转速度衰减年龄等值于地球年龄说明：1）所测量的陨石样本生成的时间（表征地球年龄）与地球受月球吸引形成自转减速的时间几乎相同。这意味着地-月体系形成之前的地球比该陨石表征的地球年龄更为古老。2）地球、月球、自转速度衰减时长,三者的年龄呈现等值状态,因而此结果与月球起源于大碰撞的假说可以匹配。  相似文献   

一次强飑线过程极端大风的中尺度分析          下载免费PDF全文

沈杭锋  方桃妮  蓝俊倩  翟国庆  苏涛 《气象学报》2019,77(5):806-822

利用常规气象观测资料、区域自动气象站加密观测资料和GFS 0.25°×0.25°逐6 h的分析场数据以及多普勒雷达、风廓线等资料,通过背景形势场分析、物理量诊断分析和中尺度分析,对2018年3月4日发生在华东地区的强飑线天气过程进行了诊断分析。结果表明,这次过程具有发生时间(季节)早、移速快、范围广、致灾强等特点,是一次比较少见的早春(冬末)十分强烈的飑线天气过程,是在高空急流辐散区、低空西南急流轴前端、低涡南侧的暖区中发展起来的。飑线过程的地面要素变化十分剧烈,地面有强冷池,与飑线前暖空气之间构成了强的水平温度梯度,致使飑线强度更强;飑线经过时气压涌升所形成的雷暴高压、强气压梯度以及飑线的快速移动均有利于地面极端大风的出现。飑线发展过程中观测到弓形回波、超级单体等强天气系统。中高层动量下传和光滑湖面、喇叭口、狭管效应等特殊地形对于大风的增强效应比较显著,这些因素也加剧了地面极端大风的形成。   相似文献   

Generation of oceanic internal gravity waves by a cyclonic surface stress disturbance     

《Dynamics of Atmospheres and Oceans》2019

Atmospheric cyclones with strong winds significantly impact ocean circulation, regional sea surface temperature, and deep water formation across the global oceans. Thus they are expected to play a key role in a variety of energy transport mechanisms. Even though wind-generated internal gravity waves are thought to contribute significantly to the energy balance of the deep ocean, their excitation mechanisms are only partly understood.The present study investigates the generation of internal gravity waves during a geostrophic adjustment process in a Boussinesq model with axisymmetric geometry. The atmospheric disturbance is set by an idealized pulse of cyclonic wind stress with a Rankine vortex structure. Strength, radius and duration of the forcing are varied. The effect upon wave generation of stratification with variable mixed-layer depth is also examined.Results indicate that internal gravity waves are generated after approximately one inertial period. The outward radial energy flux is dominated by waves having structure close to vertical mode-1 and with frequency close to the inertial frequency. Less energetic higher mode waves are observed to be generated close to the sea floor underneath the storm. The total radiated energy corresponds to approximately 0.02% of the wind input. Deeper mixed-layer conditions as well as weaker stratification reduce this fraction.The low energy transfer rates suggest that other processes that drive vertical motion like surface heat fluxes, turbulent motion, mixed region collapse and storm translation are essential for significant energy extraction by internal gravity waves to occur.  相似文献   

Bragg reflection of water waves by multiple floating horizontal flexible membranes with submerged rectangular bars on the seabed     

《Applied Ocean Research》2019

Bragg reflection of water waves by multiple floating horizontal flexible membranes is investigated based on the linear wave theory and the assumption of small membrane response. Under the floating horizontal membranes, periodical submerged rectangular bars are arranged on the flat seabed. The total reflection and transmission coefficients are obtained by using the eigenfunction expansion method and the wide spacing approximation. The calculated coefficients are validated with the results available in the literature, which shows that the present method is applicable. The characteristics of Bragg reflection are systematically investigated by changing various parameters including the height of the rectangular bars, the number, the tension, the spacing, and the length of the flexible membranes. The results can help designing multiple floating horizontal flexible membranes as effective floating breakwaters by taking advantage of Bragg reflection.  相似文献