基于系统动力学模型和元胞自动机模型的土地利用情景模型研究

综合自上而下的系统动力学模型和自下而上的元胞自动机模型, 从宏观用地总量需求和微观土地供给相平衡的角度, 充分利用系统动力学模型在情景模拟和宏观驱动因素反映上的优势与元胞自动机模型在微观土地利用空间格局反映上的优势, 发展了土地利用情景变化动力学LUSD (Land Use Scenarios Dynamics model)模型. 利用该模型对中国北方13省未来20年土地利用变化的情景模拟结果表明, 由于LUSD模型充分利用了系统动力学模型和元胞自动机模型的特点和优势, 同时考虑了土地利用系统宏观驱动因素复杂性和微观格局演化复杂性的特征, 因而提高了当前土地利用情景模型的可靠性, 这将在一定程度上为理解土地利用系统的复杂驱动行为, 评估脆弱生态区土地系统变化的潜在生态效应提供帮助. 同时, LUSD模型的情景模拟结果也表明, 农牧交错带地区是中国北方未来20年土地利用变化比较明显的地区, 而耕地和城镇用地则是该区域内变化最为显著的两种用地类型.     

地磁场模型研究

国际地磁参考场与局部地磁场模型的研究，具有深远的学科意义与巨大的实用价值，研究好地磁场模型，将可以提供准确的地磁场信息，丰富“数字地球”的数字化与可视化的程度。     

前震发生模型

建造了一个前震和前震序列发生的模型，前震与主震的发生假定是由于原有裂隙的突然并合所致。如果裂隙端点应力强度因子超过某一临界值则并合发生。在亚临界状态，每一裂隙由于应力腐蚀经历准静态的加速扩展，直到达到临界状态，最终发育成灾变。前震发生的比率随着主震临近而增加，可用一个时间的幂函数描述。幂法则中的指数与裂隙大小、间隔和破裂强度的分布无关。这种普遍性意味着前震图象对于预报大震发生的时间将是有用的识别。然而，我们发现在能量释放的图象中存在值得考虑的差异。如果人们具有描述障碍体强度和几何形态的“先验”信息，就有希望根据前震序列事件的震级预报大地震的震级。     

动力UH模型

针对砂土在动力荷载作用下所表现出的应力诱导各向异性,以改进后的UH超固结土模型为基础,采用旋转硬化规则将其扩展为可考虑与砂土应力应变关系的动本构模型。主要改进有3方面:(1)将形状固定的椭圆屈服面改变为可变屈服面,椭圆的形状由β来刻画,而β本身是椭圆旋转轴的大小,表示应力诱导各向异性程度的大小;(2)引入旋转硬化规则,使椭圆屈服面可围绕原点旋转以反映反向加载条件下的本构响应;(3)对统一硬化参数进行了修正,首先对潜在强度公式增加了一个参数α用来调节超固结应力比参数R对于潜在强度值的影响,其次针对应力诱导各向异性建立起能反映旋转硬化与等向硬化相协调的扩展统一硬化参数。模型预测与试验结果的对比以及有限元模拟表明:提出的动力统一硬化(DUH)模型能够简单、合理的描述与砂土在动力载荷下的本构关系,验证了所提模型的合理性。     

模型地震学简介

业余地震研究的爱好者们对模型地震学也许是陌生的。模型地震学是地震学实验研究领域的一个重要分支,是一门用模型模拟研究问题的学科。 为什么会产生这样一门学科呢?这是因为人们在研究地震学中的一些问题时,往往会遇到许多复杂的难题。它们很难或不可能用数学的方法去描述和解决。如地震波在各种复杂地质构造中的传播问题,各种地震成因假说的验证问题,这些问题既复杂又重要。能不能把这些复杂问题恰当地理想化,用小的实验模型模拟大的地质构造,在实验室再现各种地震现象呢?回答是肯定的。模型地震学正是为了解决这些问题而产生的。     

基于褶积模型的地球物理反演模型增强

地球物理数据在采集和处理过程中,由于存在噪声、模型误差、以及数据离散化误差等系统误差,导致了异常体边界模糊和模型分辨率降低等一些不可避免的不良系统退化效应的产生.本文提出了一种新的地球物理反演模型增强方法,通过消除反演估计模型中的系统误差,压制模型中的不良系统退化效应,增强反演模型的分辨率.文章从理论上分析了数据中存在的系统误差对模型求解的影响,提出了一个新的系统误差褶积退化模型,并根据该模型提出了一种基于混合范数总变分正则化的盲反褶积模型增强算法.最后,文章通过1D线性反演增强试验和2D大地电磁反演增强试验,验证了所提出的地球物理系统退化模型的正确性,以及盲反褶积增强算法的有效性.试验结果表明,方法可以有效地提高反演参数模型的分辨率.     

论速率—状态破裂模型和库仑破裂模型

考察了库仑破裂应力模型和速率－状态磨擦模型的预测效果。我们研究由于阶跃应力扰动（即地震引起的静态应力增加）以恒定速率在时刻t0时叠加到“背景”应力（如构造加载）上而引起的破裂时间的变化△t（时间提前）。△t的可预测性就意味着地震活动速率r(t)/r0的可预测性，r0是取决于构造应力的一恒定速率，地震活动速率可用地震目录来检验。符合余震序列一般特性的r(t)/r0模型必须能预测出符合大森定律的地震活动性衰减速率，序列的持续时间长度应少于主震轮回周期时间长度的百分之几，并能直接返回到背景活动速度。库仑模型要求一个断层在加载期间保持为闭锁状态，破裂瞬时发生，△t与t0无关。这些特性意味着地震活动速率会出现瞬时的无限增长，而持续时间为零。对不同的状态演变规则所作的r(t)/r0的数值计算表明，在主震发震时刻非常接近于破裂状态的断层上会发生余震，这些断层特性必定是“库仑式”的，从而使滑动演变规则可被排除。实际余震的数量特征可以制约速率－状态本构关系的参数；α也许会低于实验值，刚度也许会高，正应力也许会低于静岩压力。我们同时对库仑模型和速率－状态模型作了理论上的比较。当本构关系参量α相对于参量b减少时，速率－状态模型的断层特性就更接近于“库仑式”。这是因为滑动开始是减速的，表明断层接触状态初始是愈合的。当参量α数值较小时，减速更为明显，则断层表现为更加接近于闭锁状态。即使当速率－状态模型的△t具有库仑式特性时，它的大小仍然可能差－常数，常数大小与b有关。在这种情况下，速率－状态模型的特性类似于一个修正的库仑破坏模型，即弱化使破裂应力临界值降低，从而增加了时间的提前量。与非库仑式响应的偏离也与加载速率、弹性刚度、初始条件以及状态演变规则的假设等有关。     

基于Park三参数模型的剪切滞变模型

针对深梁、短柱和剪力墙等剪跨比较小的构件在结构非线性分析中需要考虑剪切效应的情况,在Park三参数滞变模型的基础上,参考大量文献后,建议了短柱、剪力墙和核心筒三种构件的剪力-剪切变形曲线本构关系特征点的参数取值,给出了剪跨比较小构件的剪切滞变模型。采用该模型分别对短柱、剪力墙和核心筒三个试验模型进行了模拟和分析,分析结果与试验结果的对比表明,所给模型可较好地模拟试件的剪切效应及实际抗剪承载力水平。该模型的建立可为结构非线性分析中有效考虑剪切效应提供参考。     

基于修正Park-Ang模型的PC框架结构损伤模型研究

为研究Park-Ang模型在预应力混凝土结构构件中的适用性,针对预应力混凝土构件,依据等效荷载法原理将构所受到的有效预压力作为轴向压力,并以此来计算预应力构件的轴压比;考虑有、无粘结预应力筋两种情况,基于预应力混凝土梁和普通钢筋混凝土梁的拟静力试验,利用1st Opt软件对Park-Ang模型参数β进行非线性拟合;最后,根据有、无粘结预应力混凝土框架结构的拟静力试验,利用本文修正的有、无粘结预应力混凝土构件的Park-Ang模型参数β计算其损伤,将计算结果与试验结果对比吻合良好,验证其适用性。     

区域高阶重力场模型与青藏地区局部位系数模型

根据当今全球模型研究的Ｍｏｌｏｄｅｎｓｋｙ理论，推导了相应的区域高阶重力场模型系数修正公式．考虑了球近似边值条件引起的各种偏差，使用了椭球坐标系，按椭球调和展开．并利用中国青藏地区地面重力资料对原始全球模型ＯＳＵ９１Ａ１Ｆ的高阶部分系数进行修正，获得该地区的局部重力场模型ＱＺ９３Ｇ（完整到３６０阶），它对实测平均重力异常的恢复精度为±１１．８×１０^－５ｍ／ｓ^２．     

雷云荷电模型研究

为得到自恰且适用性强的雷云激励源以满足主动防雷理论与技术研究的需要,在回顾上世纪以来雷云荷电模型研究成果的基础上,对Wilson的正偶极子模型与Amoruso和Lattarulo的带电圆盘模型进行了详细推导,给出了相应的解析表达式,分析了各种模型的优点与不足.以带电圆盘模型为基础,建立了雷云元线性加权组合的荷电模型,并提出权矩阵反演拟合思想,推导得到了反演表达式.新模型克服了带电圆盘模型荷电结构单一,不能有效模拟雷云中多层电荷结构的缺点.文中给出了一个简单但不失代表性的算例,得到地面处最高背景场强绝对值19 kV·m-1的结果与公认地面场观测数据相吻合,验证了新模型的合理性.     

地幔热动力学模型

地幔,特别是下地幔,远比人们先前的设想活跃.地球物理学、地质学和地球动力学的观测和地球热动力学模拟表明:(1)地幔底部与地核交界处有一厚度为200km 左右的D″层,这是一个非常活跃的区域,它的运动和变化直接与地核的行为有关,仅仅将其看成全地幔对流的以热传导为主体的热边界层是不够的,小尺度的热对流或许主导这一层内部的物质运动,它加热地幔同时又通过热柱将其部分热量输运到地球外层;(2)地幔热柱有可能源于地球初期不均匀的残存堆积,其存储的热量不断地或穿透整个地幔形成热点或消失在软流层中与该层中的次一级对流相耦合;(3)上地幔在670km 深度范围内广泛存在次一级对流体系。其尺度为500—700km 这一对流体系决定了岩石层板块内部的构造和动力活动,其活动周期远比全球规模的板块运动活动周期小得多;(4)全球规模的大尺度全地幔对流与板块构造动力学密切相关。它以不到10亿年左右的时间完成一个周期,它不断地更新地球表层,也搅拌着地幔,同时还输运地球内部的热能向外层空间散发;(5)地幔局部地区层状相互耦合的对流结构在地震层析剖面上有明显的显示,它表明了地幔对流结构的复杂性,仅管我们对此相知甚少,但它或许是无法避免的;(6)岩石层是人类熟知的赖以生存的方舟,它的运动和构造反映了上述所有运动信息,仅仅将其视为一对流体系的热边界层是不够的,它自身作为一个独立的力学单元影响了整个地幔的热动力学过程.因此,面对如此活跃的、复杂的地幔,用一个单一的模型去描述它是不合适的.上述各种热动力学单元及其运动均有自身的力学特征及运行机制和规律,但它们又是相互作用和影响而构成地幔整体,这就是一个真实的但又模糊不清的地幔热动力学模型.为了完善这一模型,需要更多的、细致的地球物理和地球动力学的观测资料以及需要我们更深刻地理解和更认真地解释这些资料的地幔热动力学背景.     

地球主磁场模型

主磁场建模是一项综合性的研究工作,它涉及主磁场理论、磁场测量、数据同化、模型表达、模型解释以及模型运用等多方面的研究.本文综述了近五十年来德国、丹麦和美英各国研究者提出的数十个地球主磁场模型,回顾了主磁场模型研究方面的进展,概述了模型的描述以及建模的理论基础和方法.     

地震灾害快速评估模型

利用云南发生的100多次地震的等震线资料作为不同烈度等震线的长、短轴统计模型。使用近10多年来的20多次地震灾害现场考察资料作成经济损失统计模型。把GIS与这两个模型结合进来进行快速地震灾害损失评估，能有效地减少地震后的工作强度并提高评估效率。     

前震发生的模型

我们建立了一个前震和前震序列发生的模型。假设前震及主震都是由于早已存在的裂纹的突然合并而发生的。如果裂纹端部的应力强度因子超过某临界值时就会发生合并。在亚临界状态下，每条裂纹都由于应力的侵蚀准静态经历着加速延伸，一直到临界状态时止，裂纹增长就是在此时刻变成灾变性的。当主震临近时，前震的发生率增加，可用时间的幂次律函数对它描述。幂次律中的指数与裂纹尺度、间距和破裂强度的分布无关。这种普遍意味着前震图象应当是预测大震发生时间的有用标志。可是我们发现能量释放图象之间有很大的差异。尽管如此，如果人们有描述障碍体强度和几何分布的先验资料，则根据前震序列中地震的震级来预测大震的震级还是有些希望的。     

电离层预报模型研究

当利用无线电电磁波进行远程通信、卫星导航时，传递信号要受到电离层的影响，因此，对电离层中电子含量的研究显得特别重要.虽然国际上有几种电离层的电子含量预报模型，但其预报只能精确到电子含量的50%～60%.本文提出了一种新的电离层电子含量预报方法:即用球谐函数对IGS(国际GPS服务)所给出的离地面450 km高的球面上的每一网点的电离层电子含量进行拟合，对不同的时间所得到的拟合系数所形成的时间序列用时间序列分析理论中的ARMA(p,q)模型进行预报，从而实现全球的电离层电子含量预报.利用本方法对2004年和2005年IGS所给电离层电子含量资料在地理框架中做了分析预报，5天内电子含量预报相对精度在90%左右.     

天津市地震经济损失模型和生命损失模型的预测研究

文中主要探讨了由地震引起的天津市经济损失和生命损失的预测问题。首先阐述了天津市震害预测的 5个背景特点 :建筑物特点、地质条件特点、建筑场地划分特点、基本设防烈度特点以及地震烈度衰减关系特点 ,根据这 5个特点将天津市划分为含有 7种建筑结构形式的 4个区域的震害预测模式。在此基础上 ,分析了天津市地震经济损失模型和生命损失模型 ,考虑了时间因素 ,然后与1976年唐山大地震的实际震害结果进行了对比及修正 ,给出了天津市 4个区域的建筑物地震经济损失率模型、社会财富损失率模型和建筑物毁坏率模型 ,并给出了计算天津市建筑物地震经济损失、天津市国内生产总值GDP地震经济损失和天津市地震生命损失的表达式 ;最后 ,将天津市地区划分为2 85 8个震害评估单元 ,以近百年来在天津市区域内曾经发生的最大地震作为假想地震 ,预测分析了天津市建筑物地震经济损失分布和地震生命损失分布结果