一种模拟非均匀介质中弹性波传播新的k-space方法

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.     

考虑转捩影响的潮流能水轮机翼型水动力学性能数值模拟

为了更准确地模拟潮流能水轮机的水动力学性能并研究边界层转捩对水轮机翼型水动力学特性的影响,本文采用κ-ε湍流模型以及γ-Re_θ转捩模型对水轮机翼型水动力学性能进行了考虑转捩的数值模拟。在进行转捩模拟时通过CFD软件的UDF接口将转捩经验关系式导入求解器中,在-5°～25°攻角范围内对水轮机翼型的水动力学性能进行了数值模拟。比较湍流模拟与转捩模拟下水轮机翼型的升阻力系数以及流场特征,结果表明:对水轮机翼型水动力学性能进行全湍流模拟时在小攻角范围内忽略了转捩前的层流状态,导致湍流模拟所得到的升力系数小于使用γ-Re_θ转捩模型的转捩模拟所得的升力系数;阻力系数则大于转捩模拟所得的结果;相比于全湍流模拟,转捩模拟时会更早的进入深失速状态。     

西昌市泸山地区典型火后泥石流特征与成因机制研究——以响水沟左岸3#支沟为例

2020年3月30日,四川省凉山州西昌市经久乡发生森林大火,山火燃烧后形成的山火灰和烧焦土体在强降雨作用下极易启动形成泥石流,给西昌市泸山、琼海景区生态环境及当地百姓生命财产安全带来潜在地质灾害风险。以西昌市安哈镇响水沟左岸3^#支沟为例,采用野外调查、无人机航拍、地球物理探测、现场及室内实验等手段,对2020年5月1日该沟发生的火后泥石流流体特征、动力学参数及成因机制等开展研究,系统分析了山火及降雨过程对该次火后泥石流形成的影响机制。该成果可为系统认识西昌泸山“3·30”山火地区火后泥石流的运动特征、物源规模、激发雨量及其发展趋势研判提供科学参考。     

页岩储层叠前密度稳定反演方法

密度参数是页岩储层评价的重要敏感参数,但通常认为准确获得密度信息难度较大.本文探索提出了一种稳定的基于弹性阻抗的叠前密度反演方法,以提高优质页岩的识别精度.首先,基于不同的参数化弹性阻抗方程开展密度敏感性分析,优选了敏感性最高的Aki-Richards近似弹性阻抗方程作为反演方程.然后,在弹性阻抗方程线性化的基础上,假设反演方程系数矩阵的逆存在,将密度(取对数)表示为多个角度弹性阻抗(取对数)的加权和,通过井旁道弹性阻抗反演结果与测井数据的回归求取加权系数,避免了常规反演方法对大型系数矩阵的求逆计算,从而提高了密度反演的稳定性,同时由于利用测井资料作为匹配目标,密度反演的精度也得到了提高.模型试算和涪陵页岩气田的实际资料应用实践均表明了该方法能够有效地提高密度反演的精度与稳定性.     

大地水准面起伏对国际地磁参考场计算的间接影响

在利用国际地磁参考场模型计算主磁场时，往往采用海拔高而非大地高，并且忽略了大地水准面起伏的间接影响。通过全球的实际计算表明，若忽略大地水准面起伏，可引起地表主磁场的北向、东向、垂向与水平分量以及总模量的误差范围分别为-2.37~1.59 nT、-0.51~0.33 nT、-1.95~2.09 nT、-2.37~1.59 nT与-2.39~1.82 nT。     

城市湿地景观生态规划设计:以湖南郴州秧溪河湿地为例

城市湿地系统在现代城市生态系统中占据重要位置,将生态理念融汇于景观设计方案中以实现城市湿地景观的可持续发展。以湖南郴州秧溪河湿地公园为例,提出城市湿地景观建设的原则。郴州秧溪河湿地规划的主要内容包括"一带七区"的建设,在城市湿地规划中融入城市建设所特有的海绵城市和绿色屋顶的理念,以植物富集和生态浮岛的形式降低土壤及水质的污染程度,并结合森林生态旅游新概念,突出强调地域文化在城市湿地设计中的独特性。旨在探索一种适合城市居民发展需求以及符合湿地景观生态规划要求的设计优化方案。     

基于变化轨迹分析方法的生态用地流失空间关联研究

针对现有研究割裂了生态用地流失这一基本变化过程的不足,本文基于变化轨迹分析方法,从过程完整性角度探求了京津冀城市群地区生态用地流失的空间关联特征。结果表明：① 京津冀城市群地区土地利用变化主要表现为林地、草地、水域和耕地的流失,流失面积的40%转为人工表面;② 林地、草地和水域流失的空间自相关性随空间尺度增大而增强,7 km×7 km空间尺度上3种生态用地流失空间正相关性较强,且随距离阈值增加而降低;③ 距离阈值为10 km时,林地、草地流失高发区集中分布在京津冀西北部地区,水域流失高发区集中分布在东部渤海湾附近,生态环境保护应从京津冀协同发展角度,打破区域发展不均衡,促进京津冀城市群全面发展。     

深渊着陆器坐底位置的精确测量和反演计算

深渊着陆器在下潜过程中,由于受到海流的影响,其坐底位置会偏离投放点,偏离量和偏离方向很难估计,而声学水下定位方法在深渊海区不太适用.通过在海面进行气枪十字放炮作业,利用炮点准确位置和时间信息,以及海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)记录的直达水波到时,对深渊着陆器的坐底位置进行精确测量可以提供有效定位数据.该方法对采集得到的数据进行预处理,使用蒙托卡洛方法结合最小二乘法,对万泉号着陆器实际坐底位置进行了反演校正,得到三个潜次的位置校正偏移量分别为211m、178m、861m,偏移方向各不相同,校正精度为±20m,比以往的定位精度大为提高.此外,该方法测量确定了三个海底标志物的精确位置,为未来万米无人或载人潜器提供了可靠的水下参考坐标.     

扬子陆块~2.0 Ga的区域变质事件对南北黄陵古元古代差异演化的启示

扬子陆核黄陵地区发育较为完整的太古宙—古元古代片麻岩、表壳岩组合(即崆岭杂岩),前人调查研究认为南北黄陵Ar-Pt1具有一致的物质组成和地质演化过程。笔者分别对南北黄陵太古宙花岗质片麻岩进行锆石年代学研究发现,北黄陵2件样品(HL013-1、HL013-2)均存在大量锆石发育岩浆核-变质边结构,都获得～2.8 Ga原岩结晶年龄和～2.0 Ga变质年龄;而南黄陵1件样品(HL005-3)以具振荡环带结构的岩浆锆石为主,仅获得～2.9 Ga原岩结晶年龄。结合前人研究成果发现,～2.0 Ga的变质年龄在北黄陵太古宙—古元古代的花岗片麻岩、表壳岩中广泛发育,而在南黄陵相似建造中均未获得,一定程度上说明北黄陵地区广泛遭受～2.0 Ga的区域变质作用而南黄陵不发育,南北黄陵在古元古代可能处在不同地块或者同一地块不同部位。2.1～1.6 Ga的构造岩浆事件的分布特点说明扬子陆块可能存在多条古元古代造山带,扬子陆块古元古代以多块体拼贴为特点,广泛记录2.1～1.6 Ga的构造岩浆事件说明扬子陆块是全球哥伦比亚超大陆的重要组成部分。     

冰盖消融的海平面指纹变化及其对GRACE监测结果的影响

全球变暖背景下的冰盖消融以及由此带来海平面上升日益明显，直接影响地球表面的陆地水质量平衡，以及固体地球瞬间弹性响应，研究冰盖质量变化的海平面指纹能够帮助深入了解未来海平面区域变化的驱动因素.本文基于海平面变化方程并考虑负荷自吸效应（SAL）与地球极移反馈的影响，借助美国德克萨斯大学空间研究中心（Center for Space Research，CSR）发布的2003年到2012年十年期间的GRACE重力场月模型数据（RL05），结合加权高斯平滑的区域核函数，反演得到格陵兰与南极地区冰盖质量变化的时空分布，并利用海平面变化方程计算得到了相对海平面的空间变化，结果表明：格陵兰与南极冰盖质量整体呈明显的消融趋势，变化速率分别为-273.31 Gt/a及-155.56 Gt/a，由此导致整个北极圈相对海平面降低，最高可达约-0.6 cm·a^-1；而南极地区冰盖质量变化趋势分布不一，导致西南极近海相对海平面下降，而东南极地区近海相对海平面上升，最高可达约0.2 cm·a^-1.远离质量负荷区域的全球海平面以上升趋势为主，平均全球相对海平面上升0.71 mm·a^-1，部分远海地区相对海平面上升更加突出（例如北美与澳大利亚），高出全球平均海平面上升速率将近30%.此外，本文也重点探讨了GRACE监测冰盖消融结果中由于极地近海海平面变化导致的泄漏影响，经此项影响校正后的结果表明：海平面指纹效应对GRACE监测格陵兰与南极地区2003-2012期间整体冰盖消融速率的贡献分别为约3%与9%，建议在后期利用GRACE更精确地估算研究区冰盖质量变化时，应考虑海平面指纹效应的渗透影响.