数值模拟的尺度调节机理

为了使地震波正演数值模拟系统适合于不同尺度情况下的数值计算,提出了不同尺度数值模拟均需满足的4个共性条件和2个调节机理(即稳定和频散调节机理).认为空间尺度的变化与主频成反比,与时间步长成正比,在保证数值计算过程稳定和较高数值模拟前提下,根据尺度调节机理可以合理地选择波场模拟参数,实现不同尺度快速稳定、高精度的波场正演...     

同一孕震模式中不同的水位变化形态

基于应力场与含水层井水位的关系，以DD模式为例，用数值模拟的方法讨论了同一孕震模式下不同地震的井水位变化。研究表明，同一孕震模式下水位存在不同的前兆现象，这些前兆现象水位变化形态与观测井相对于孕震区的不同位置有密切关系。本文同时给出了DD模式下不同地点的水位前兆化特征。     

岩石物性变化对区域应力场的影响

基于接触摩擦分析单元和弱化带两种断层处理模式,应用有限元数值模拟方法,分别探讨了弹性模量、泊松比、摩擦系数、内聚强度等物性参数的变化对区域应力场的影响.结果表明:在两种处理模式下,这些参数的变化对断层附近的应力场均有不同程度的影响,且在接触摩擦处理模式下影响相对较为复杂.     

气水两相裂缝型介质孔隙流体微观分布模式及其声学响应特性

关于声波速度与流体饱和度的关系已开展了大量实验工作,声波速度随饱和度的变化规律与孔隙流体在孔隙尺度范围分布的不均匀性有关,从理论上采用等效流体模型来定量表征通常存在着较大偏差。从弹性波动理论出发,以纵波震源作为激发震源项,采用时间域二阶和空间域八阶的交错网格有限差分方法对气水两相裂缝型介质的声波波场进行了数值模拟。通过计算不同孔隙流体分布模式下和不同饱和度情况下岩样的声波速度,分析了岩样在不同孔隙流体分布模式下声波速度随饱和度的变化规律,并对物理实验得出的声波速度随饱和度变化的规律从孔隙流体微观分布角度给出了合理解释。数值计算方法简单且精度高,对地震数据解释以及烃类开采过程中监测孔隙流体结构和组分变化有一定的指导作用。     

三维层状孔隙介质中弹性波的一种积分表达式II：正确性检验和数值模拟实验

基于前一篇文章中得到的关于三维层状孔隙介质中弹性波场的积分形式半解析解,本文通过离散波数法开展了数值模拟.将全空间均匀孔隙介质中单力点源和爆炸点源作用下弹性波场的解析解和我们的数值模拟结果进行对比,发现两者是完全一致的.而在一个两层半空间模型下的数值模拟,验证了固相位移Green函数的9组空间互易性情况.通过以上两种对比检验,验证了半解析解理论公式、数值模拟方法以及相应程序代码的正确性和可靠性.随后利用敏感度分析研究了不同的介质参数变化对爆炸点源在界面上会产生的反射波场的影响.通过垂直地震剖面模型的数值模拟,发现弹性波场能很好地反映孔隙介质物理性质的变化,同时也讨论了动力协调这一孔隙介质中的特殊现象.我们发展的基于半解析解的数值模拟方法可以为三维层状孔隙介质中弹性波传播特征的研究提供一种可供选择的有效工具和手段.     

基于数值模拟的多高层钢结构火灾反应规律与破坏机理

为了分析火灾下多高层钢结构的破坏机理,考察多高层钢结构在火灾下的反应规律,基于ABAQUS建立了整体钢结构的火灾反应数值模型,对不同层数的钢结构以及相同结构不同火场位置的钢结构进行了数值模拟分析,计算了局部火灾条件下钢结构的变形与破坏过程,分析了钢结构在火灾和荷载共同作用下的破坏机理,探讨了局部火灾对整体结构的影响范围与因素,给出了钢结构在高度和荷载变化时的破坏规律并分析了引起这种破坏规律的原因。     

龙马溪组页岩数字岩心动态法弹性等效数值建模

数字岩心是计算岩石弹性性质的一类常用方法.龙马溪组页岩具有多矿物构成、复杂微结构和强非均质等特征,常规岩石物理的弹性等效解析建模局限性较大,目前流行的静态数值等效建模方法的精度有限.本文基于高分辨率的页岩数字岩心数据,采用多阈值分割方法将数字岩心分解为黏土、石英、孔隙、TOC、长石类、黄铁矿类等六种矿物类型;利用矿物组分等效模量法计算各类矿物的弹性模量;采用二元函数分水岭方法表征不同压力下的岩石孔隙变形和颗粒接触关系变化;通过取向分布函数(ODF)定量分析矿物颗粒展布造成的各向异性特征.最后基于Biot孔弹方程,采用不分裂卷积完全匹配层(CPML)旋转交错网格有限差分法模拟不同压力下弹性波在数字岩心中的传播.以未加压的数字岩心为参考模型,计算不同压力下弹性波走时的平均时间差,进而估算各压力点的数字岩心等效速度.与该岩心样品的超声实验测量速度比较,动态法数值计算结果略偏高,据此校正数值计算过程中表征岩石微结构及颗粒接触关系随压力变化的二元函数,有效改善动态法弹性等效数值建模精度.     

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

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.     

落锤震源不同参数激发的数值模拟研究

本文通过研究落锤震源的物理模型,利用有限元方法,对震源激发到子波形成的全过程进行数值模拟研究。从激发参数角度,分别对软地表（土壤）和硬地表（岩石）条件下的不同落锤震源参数的激发进行数值模拟,分析不同震源参数对子波能量和频谱的影响,并比较不同地表岩性介质对震源参数变化的响应。同时将模拟结果同已有的数据采集研究和实验研究进行对比,以说明其有效性。研究结果显示落锤震源的激发效果同重锤质量、冲击速度、基板大小和基板材料的关系,为浅地表地震勘查中落锤震源参数的选择提供了参考依据。      

设定场源参数的区域重力微变化特征与模型实验

流动重力测量作为地震前兆监测手段之一, 所得到的区域重力场微变化信号反映地壳内部密度变化、 地壳变形、 流体运移等信息。 采用定量化和模型化方法研究与地震孕育相关的重力场变化信号时空特征, 对于构建地震预报定量化指标体系具有重要意义。 通过设定场源参数构建了数值模型, 正演得到了多组不同场源条件下的重力场变化模型; 通过模型对比, 分析了重力变化与重力梯度变化对不同类型场源参数的关系。 研究结果表明: 重力垂直梯度变化对异常体边界比较敏感, 特对浅部异常更为敏感, 适用于圈定异常体范围。 以此为基础提出了观测系统的优化测量方案, 以及对观测精度的需求。 研究结果对于构建地震预报指标参数, 优化流动重力观测系统具有一定参考意义。     

有限元数值模拟方法在华北地区地震地质研究中的应用进展

文中综述了近30年来有限元数值模拟方法在华北地区地震地质研究中的应用和发展情况,从华北地区地震地质数值模拟的有限元模型、有限元数值模拟所采用的实测资料以及模拟结果3方面进行了讨论,综合分析了华北地区有限元数值模拟从弹性到弹塑性、黏弹性和蠕变性,从二维线性到三维非线性,从连续变形到非连续变形,从个别资料的应用到GPS网络观测资料拟合的发展过程。简单阐述了华北地区有限元数值模拟工作的意义、存在问题和发展趋势     

有限元模拟弹性位错的等效体力方法

计算地震位错造成的位移场和应力场,对于估计大地震引起的后续地震活动发展趋势十分重要.本文提出在弹性位错问题的有限元模拟中,用等效体力代替位错源,从而在构建几何模型时不用包含断层,却可以处理包含任意复杂断层的问题,极大降低建模的难度.使用此方法,本文计算并讨论了在球形地球模型下2011年日本Tohoku-Oki特大地震对华北地区断层的影响,结果表明此次地震使华北主要断层趋于稳定.     

Review of Chinese atmospheric science research over the past 70 years: Synoptic meteorology

Synoptic meteorology is a branch of meteorology that uses synoptic weather observations and charts for the diagnosis,study,and forecasting of weather.Weather refers to the specific state of the atmosphere near the Earth's surface during a short period of time.The spatial distribution of meteorological elements in the atmosphere can be represented by a variety of transient weather phenomena,which are caused by weather systems of different spatial and temporal scales.Weather is closely related to people's life,and its development and evolution have always been the focus of atmospheric scientific research and operation.The development of synoptic meteorology is closely related to the development of observation systems,dynamical theories and numerical models.In China,observation networks have been built since the early 1950 s.Up to now,a comprehensive meteorological observation systembased on ground,air and space has been established.In particular,the development of a new generation of dense radar networks,the development of the Fengyun satellite series and the implementation of a series of large field experiments have brought our understanding of weather from large-scale environment to thermal dynamics,cloud microphysical structure and evolution characteristics of meso and micro-scale weather systems.The development of observation has also promoted the development of theory,numerical model and simulation.In the early days,China mainly used foreign numerical models.Lately,China has developed numerical model systems with independent intellectual property rights.Based on the results of high-resolution numerical simulations,in-depth understanding of the initiation and evolution mechanism and predictability of weather at different scales has been obtained.Synoptic meteorology has gradually changed from an initially independent development to a multidisciplinary approach,and the interaction between weather and the change of climate and environment has become a hot and frontier topic in atmospheric science.This paper reviews the important scientific and technological achievements made in China over the past 70 years in the fields of synoptic meteorology based on the literatures in China and abroad,from six aspects respectively including atmospheric dynamics,synoptic-scale weather,typhoon and tropical weather,severe convective weather,numerical weather prediction and data assimilation,weather and climate,atmospheric physics and atmospheric environment.     

有限元等数值模拟方法在我国岩石圈构造研究中的应用与发展

本文综述了二十年来数值模拟方法在我国岩石圈构造研究中的应用与发展状况,主要涉及造山带数值模拟、俯冲带数值模拟、盆地数值模拟、上地幔小尺度对流数值模拟等几方面内容．为了研究中国大陆及其相邻地区的岩石圈三维结构．已经取得许多区域性地质调查和地球物理、地球化学等探测资料．同时以这些探测资料为基础,国内外科学家做了许多以该地区岩石圈构造与演化为研究目的数值模拟工作．可以看出,数值模拟是岩石圈构造与演化研究的有力工具．并已经取得了卓著的成就．这些成果为继续进行岩石圈构造的研究奠定了基础．     

三维数值模拟在华北地区现今构造变形分析中的应用

基于并行版ANSYS数值模拟软件平台,根据华北地区活动地块划分及活动断裂分布,结合GPS资料等,确定模型的几何边界范围是99.8°~121.4°E,27.9°~42.3°N,模型的边界范围包括华北活动地块区的绝大部分以及周边青藏、西域、南华和东北亚地块的部分地区。模型单元平均边长为25km,模型共划分为单元416 582个,节点582 392个。主要研究成果为:1)地壳运动速度模拟与分析对比:华北地区地壳运动速率的整体分布呈现由东向西逐渐减小、自北向南逐渐增大的特点,数值模拟结果与GPS观测运动速度大部分较吻合;2)断层运动性质模拟与分析对比:华北地区有限元模型考虑了华北地区已知所有晚更新世以来的活动断裂,模拟结果所得的断层运动性质与活动断裂地质调查的运动性质符合得较好;3)应变场模拟与分析对比:通过数值模拟,计算了1999—2004年和2004—2007年华北地区地表第1主应变和第3主应变(最大压应变)的大小和方向,与前人利用震源机制结果、GPS测量结果等资料反演得到的华北地区主应变场较一致。     

初夏西北太平洋副高东西变动对中国南部降水东西差异的影响

西北太平洋副热带高压(以下简称副高)是影响中国气候的大尺度环流系统,为了进一步了解副高对中国气候的影响,本文利用站点观测资料和大气环流再分析资料,通过资料诊断分析和数值模拟方法,探讨了6月副高东西变动对中国南部降水的影响,以及影响副高东西变动的前期海洋因子.结果表明副高东西变动对中国西南和华南地区降水的影响明显不同:副高偏东有利于降水西南偏多而华南偏少,偏西则降水变化刚好相反.其原因与副高东西变化引起的环流差异有关,华南降水与副高东(西)变动时西太平洋地区副高西北侧的东北(西南)风异常以及东亚中低纬度地区异常经向波列的变化直接有关,而西南降水异常不仅与副高东西变动在东南亚地区引起的纬向风异常有关,与青藏高原大地形动力作用对副高北侧异常纬向风的变化也有十分密切的联系.此外,副高东西变动时影响西南和华南地区的水汽来源不同,影响西南的水汽主要来源于赤道印度洋80°E附近越赤道气流,而影响华南的水汽主要来源于副高南侧偏东气流从西北太平洋地区输送的水汽.进一步分析发现前期冬春季热带西北太平洋和赤道西太平洋海温变化的偶极差异与后期初夏副高东西变动有密切联系,冬春季西北太平洋暖海温和赤道西太平洋冷海温变化有利于后期初夏副高偏西,相反则有利于副高偏东,数值模拟结果在一定程度证实了资料诊断分析结果.     

Preliminary numerical simulation of potential earthquake-induced tsunami in East China Sea

In this paper,we present a numerical simulation of the propagation of a tsunami in the East China Sea,which might be induced by a hypothetical M8.5 earthquake in Okinawa Trough. Our results show that the initial maxi-mum wave height of tsunami could reach as high as 4.3 m for the hypothetical earthquake. It would take 3.5～4 hours for the tsunami to propagate to the coast of Zhejiang Province,and 7～8 hours to the near-shore of Shanghai. The peak tsunami height could be up to about 2 m in the coast of Zhejiang Province. Based on the numerical ex-periments,we plot the arrival time contours of tsunami in East China Sea and time history curves on the three ob-servational stations,and discussed the significance of the pre-analysis.     

香港海啸监测及警报系统的发展

地震监测、海啸数值模拟和海平面监测是监测和预报海啸的主要工具。为了有效监测南海北部可能发生的地震海啸,香港天文台（HKO）正在香港筹建一个宽频地震站,同时通过太平洋海啸警报及减灾系统（PTWS）的框架取得美国加州综合地震网（CISN）显示系统的实时地震信息,并通过世界气象组织（WM0）的全球通信系统（GTS）接收南海和西北太平洋的验潮站和海啸浮标数据以监测海面的波动情况。香港天文台通过联合国教科文组织（UNESCO）政府间海洋学委员会（IOC）取得海啸漫滩模式交换计划（TIME）下的海啸数值模式,把香港本地的高分辨率水深和地形数据融合在模式之内,并利用这个模式计算南海多处地区在不同地震情景下的海啸传播,为海啸预报提供重要的参考数据。     

安达曼弧段强震与中国大陆西部强震相关性的讨论

分析了安达曼弧段强震与中国大陆西部强震的活动特征,从强震的空间分布格局、板块边界动力学数值模拟、数理统计等方面讨论了两区强震活动的相关性。结果表明两区强震活动存在较强的相关性,近期安达曼弧段强震活跃态势将会对大陆西部未来1年及稍长时段的强震活动产生深远的影响。     

东海海域潜在地震海啸的数值模拟初步研究

针对东海冲绳海槽地区的地震地质背景,对东海海域潜在的地震海啸进行了预研究. 假设了冲绳海槽在发生8.5级大地震,断层错距高达15 m的极端地震情况引发的海啸对中国东部沿海地区的影响. 初步数值模拟结果表明,该地震引发的海啸的最大初始波高为4.3 m,4小时左右传至浙江沿岸,近岸各处波高为1——2 m,其中局部地区波高为2.4 m;约7——8小时靠近上海海岸线（若震源在中冲绳海槽地区,海啸传到上海最快大约7小时）,近岸波高约为1 m. 近岸区域地形变化复杂,海岛密布,局部地形条件可能会很大地影响实际各地点海啸波高,加上海啸在岸边爬高及港湾效应,估计波高还会升高. 给出了冲绳海槽南、中、北部发生潜在地震海啸的传播等时图. 笔者在东海设置了3个地震及海啸监测站,基于海啸模拟结果绘制了监测站处的海啸随时间演化曲线,分析了预研究成果对海啸预警可能发挥的作用.