模拟地震波传播的优化质量矩阵Legendre谱元法

波动方程的数值求解是地震波正反演的重要环节,而数值算法的计算精度直接关系到地震波的模拟结果和成像质量.当前,谱元法由于同时具备有限元法的网格灵活性与谱方法的高精度性已被成功应用于不同尺度模型中的地震波模拟.然而,常见的Legendre谱元法在求解地震波运动方程时采用Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)数值积分计算质量矩阵所包含的积分项,由于GLL数值求积无法对积分项精确估计,从而造成谱元法精度损失.针对谱元法精度上的不足,本文提出一种优化算法用于提升其精度.首先构造关于GLL数值求积积分权与质量矩阵对角线元素精确值的最小二乘目标函数,然后利用共轭梯度法求解目标函数得到优化权系数,该权系数能减小质量矩阵的离散误差最终提高谱元法的计算精度.通过数值频散分析、数值算例证实了本文给出的优化算法用于提升谱元法数值模拟精度的可行性和有效性.     

强震记录的采样与插值研究

本文从频域和时域两方面对强震记录的采样和插值过程进行了研究。研究中将采样与插值当作一个信号转换系统,通过数值计算,求得和各种常用的采样和插值过程相对应的传递函数。通过对传递函数的进一步研究表明:采样和插值方式对强震记录数据处理的结果有重要的影响,发现采样过程相当于一个低通滤波器,可以滤除信号中的某些高频信息,而插值过程犹如一个高频噪声源,会在数字记录中引入某些伪高频分量。分析结果还表明:在相同的采样密度下,不等距采样方式具有较高的精度,而等间距采样方式能给出更宽的平坦的频率特性曲线;抛物线插值给出的传递函数结果要比线性插值的结果更精确,这对恢复数字信号中的高频成分具有重要的意义。     

基于广义正交多项式褶积微分算子的地震波场数值模拟方法

地震波场模拟方法研究对于与波动现象有关的地震学问题的重要性是不言而喻的.就目前现有的各种正演算法来说,精度较高的算法（如有限元法、谱元法、高阶有限差分法等）,其计算速度较慢;计算速度较快的算法（如低阶有限差分法、付氏伪谱法等）计算精度却比较低.为了兼顾地震波场模拟的精度与速度,本文推出了一种快速的、高精度地震波场模拟方法（基于Forsyte广义正交多项式的褶积微分算子法）,该方法是以计算数学中的Forsyte广义正交多项式插值函数为基础,构建一个新的褶积微分算子,并将该算子引入到地震波动方程的一阶速度-应力方程的空间微分运算中去,采用时间交错网格有限差分算子替代普通的差分算子以匹配高精度的褶积微分算子,从而构造一种全新的地震波场数值模拟方法.该方法同时具有广义正交多项式方法的高精度和短算子低阶有限差分算法的高速度.通过对算子长度的调节及算子系数的优化,可同时兼顾波场解的全局信息与局部信息.复杂非均匀介质模型中的波场数值模拟实验证实了该方法的可行性及优越性.     

强震记录仪器响应失真校正的权函数方法—时域离散序列数值分析方法与应用研究之二

简要评述了现有强震记录仪器响应失真校正方法的优点和存在的不足。在文献[1]的基础上，提出了对强震记录进行仪器响应失真校正的权函数方法，并推导建立了相应的计算公式。通过设计真实地震动为已知的算例，对加速度摆和速度摆强震仪的未校正记录，和用不同方法获得的校正记录的精度（或误差）进行了对比分析。理论和算例分析表明，本文方法简单、实用，具有很高的计算机精度且无稳定性问题。     

GPS卫星轨道三维坐标插值算法比较

在高精度的GPS事后数据处理过程中,准确获取卫星轨道至关重要,插值是获取任意历元卫星坐标的重要手段.本文简要介绍拉格朗日多项式插值、牛顿多项式插值、内维尔逐次线性插值以及多项式系数求解法的基本原理,分析并比较不同阶次多项式的插值精度以及各算法的理论浮点乘除法运算量和实际运行时间.分析表明:只要插值节点选择合理,各算法均能取得满意的结果,并且13阶多项式插值精度最高;在进行三维坐标插值时,牛顿插值和多项式系数求解法的计算效率是拉格朗日和内维尔插值的10倍左右.     

插值与计算方法对高频反应谱计算精度的影响

基于线性插值得到的高频段反应谱,存在不可忽视的误差。通过采用数字加速度荷载在Δt时段内按抛物线变化的反应谱精确计算方法,以及对数字荷载的基于改进权函数算法的“精确“插值方法,可以显著改善高频段反应谱的计算精度。     

利用单程波算子进行叠前时间偏移走时计算(英文)

传统的叠前时间偏移公式都是基于水平层状模型的假设而推导而来,在速度横向变化剧烈的介质中则不能够达到理想的聚焦效果。本文基于李代数积分方程以及拟微分算子等理论推导了非对称走时公式,计算公式由于包含有速度横向导数项,在速度横向变化大的介质中,也能有较高的聚焦效果,而且也为走时计算提供了精确的相对振幅保持权系数。本文对推导的方法进行模型测试并进行实际数据的试算,其结果证明非对称走时方法的成像精度远高于对称走时计算方法。     

强震加速度记录仪器失真校正计算方法的改进

本文对中国制造的电流计记录式加速度仪RDZ1-12-66记录的振幅失真校正方法进行了改进,针对微分-积分运算过程,提出:第一,用一种新的微分变换公式代替目前通用的中心差分法,对于采样率为100点/秒的等间距离散化加速度记录,校正频率可以高达45赫兹,并具有较高的精确度;第二,在进行仪器失真校正运算之前,对积分所得位移数据先进行一次基线修正,消除长周期误差对仪器修正计算的影响。实际处理结果表明,该方法能更有效地校正仪器的失真和充分保留记录中有价值的高频分量。     

单程波李代数深度积分的精度分析和算法改进

本文在利用拟微分算子和象征理论研究单程波传播规律的基础上,详细分析了单平方根算子李代数深度积分存在的问题,利用改进的算法对单平方根算子进行大步长延拓,计算其李代数积分和指数映射,得到地震波走时的解析表达式.对方法改进前后李代数积分象征中系数校正情况和线性横向变速介质中走时的计算误差进行了对比,数值算例表明,改进后的方法收敛更快,减少了计算时间且提高了计算精度.     

Lebedev网格改进差分系数TTI介质正演模拟方法研究

本文采用一种新的交错网格-Lebedev网格（LG）进行TTI介质的正演模拟研究,避免了Virieux标准交错网格（SSG）算法在处理TTI、单斜等各向异性介质时波场插值引入的数值误差,提高了模拟精度.在方法实现过程中,本文针对有限差分正演模拟面临的网格频散与边界反射两个关键性问题分别做了优化,并通过模型试算验证了它们的有效性与可行性：（1）结合最小二乘思想推导出新的频散改进差分系数（DIC）,该系数比Taylor系数更能有效地压制粗网格引起的数值频散,可以节约内存,提高计算效率;（2）将分裂的多轴完全匹配层（M-PML）吸收边界条件引入到LG算法中,解决了传统PML边界条件在某些各向异性介质中的不稳定现象并且具有较好的边界吸收效果.     

国家测震台网中心强震动数据处理系统的设计与实现

为满足国家测震台网海量强震动观测数据的处理时效性、格式标准化、产品丰富度等需求,开发了兼容多类强震动观测站点且具备数据快速汇集、处理及归档等功能的强震动数据处理系统。该系统提供地震波形人机交互数据预处理界面,对加速度记录进行预处理,进一步分析预处理后的加速度事件波形数据,计算得到地震动各项参数,包括峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、峰值位移(PGD)、仪器烈度、持时、傅氏谱、反应谱和三联谱等,可以导出地震元数据、地震记录波形,对各类数据进行归档存储。该系统具有平台统一性、功能集成性、数据完备性等特点,有效提升了日常数据处理和管理能力,能在地震应急、震害评估和科学研究中发挥实效。     

云南强震动台网中心应用系统的设计与实现

云南数字强震动台网硬件系统建设完成后,有效的强震动台站维护和强震动数据处理应用是面临解决的首要问题。该文实现了云南强震动台网中心应用系统一系列的强震动业务系统应用,使得云南强震动台站自动检查和实时扫描、震动图自动生成（ShakeMap）、强震动台站建设资料、台站维护日志等系统通过应用系统实现无逢对接和集成,系统具有安全认证、信息发布、业务信息处理、外部系统接口4大类功能,为仪器维护人员和数据开发处理提供了一个强有力的平台支撑。该系统经过实际地震考验,有效地提高了强震动数据的处理。     

基于Matlab的强震数据处理技术实现

强震动观测数据通常由强震仪原始二进制加速度记录组成,在国内外相关强震数据库下载的强震记录均为解码、处理后的ASCII格式文本文件,非原始文件,记录格式不同,但均由数据头段和数据区2部分组成。以我国未校正加速度记录(UA)数据格式为例,探讨基于Matlab程序的强震数据处理技术,并识别记录的地震动特性,为强震数据多领域应用提供技术支持。     

Advances in ground motion studies in China

This paper briefly summarizes the works in the processing of strong ground motion data, the factors affecting strong ground motion, the modeling of strong ground motion and the calculating of broad-band response spectrum which have been done recent years by engineering seismologists and seismologists of China. In addition, we think back to the international cooperation in strong ground motion of the recent years and make some expectations for the future.     

中国强地面运动研究进展

简要总结了近年来我国在强地面运动资料的处理、近断层地面运动的影响因素、强地面运动的模拟和宽频带反应谱等方面的研究工作．同时，回顾与展望了我国在强地面运动研究方面的国际合作进展．      

强震观测数据库建设与Internet服务

提出基于web的强震数据库建设目标、数据模型、web数据库设计；在建立web数据库的基础上进一步研究强震数据库数据源和质量控制，讨论入库数据的信息范围及标准、数据的常规处理和录人流程、数据分级方式、数据产品产生方法；介绍中国大陆强震观测数据和Internet服务内容。     

一种实时场地校正方法及其在地震预警中的应用

地震预警系统对地震数据处理的实时性要求极高。其系统数据来源除布设在基岩的测震台站外,还有大量非基岩场地的强震动台站和地震烈度仪台站,其场地影响不容忽视。为了考虑震级估算和地震动场预测中的场地影响,需实时对各种场地条件下的地震波形进行校正。目前处理一般使用某个标量来表征场地放大效应。本文采用一种实时的场地校正方法,首先计算目标场地与参考场地的谱比,然后通过最小二乘法、双线性变换将谱比转化为因果递归的无限冲激响应(IIR)时域滤波器,之后可以应用该滤波器进行实时场地校正。该方法考虑了场地放大系数的频率依赖性,相比于标量校正提高了准确度。应用我国四川和日本部分强震动台站记录,验证并讨论了这种实时场地校正方法在地震预警中的应用效果。     

Common problems in automatic digitization of strong motion accelerograms

Common problems encountered in automatic digitization of strong motion accelerograms, recorded on film, are presented and discussed. These include synchronization of the time scale for the three components of motion, non-uniform film speed, trace following in case of scratches or trace crossings, distortions from high contrast preprocessing of the scanned image, and trace “rotation” resulting from rotated position of the scanned film record. Procedures for correcting or eliminating these problems are suggested. The image processing hardware has developed so much during the past 20 years, that at present it exceeds the technical requirements for processing strong motion accelerograms. The problems described in this paper result from lack of training of the operators and lack of quality control in the process, which still seems to be esoteric and highly specialized. This situation may have been caused by the low demand by the engineering profession for high quality and large volume of strong motion data.     

基于小田原试验场地数据的不同基岩输入模型对预测地震动特征的影响研究

随着强震台网的密布及观测记录的增加,为研究各类局部场地地震反应预测模型的合理性提供了有效的参考依据,也使利用强震记录及场地条件研究地震动特征成为可能。选取场地地质参数资料和地震记录数据齐全的日本小田原（Ashigara Valley）盲测试验场地,通过对比不同地震动输入方式及场地反应分析模型,研究地震动特征,分析现有模型的优劣。基于1990年8月5日M5.1强震事件的地表基岩记录和地下基岩地震记录,采用地下台强震记录直接输入、地表基岩台强震记录减半为基底地震动输入、地表基岩台强震记录反演为基底地震动输入作为3种基岩地震动输入。基于局部场地条件分别建立一维等效线性模型、二维黏弹性模型及二维时域等效线性化模型等工程中常用的场地数值分析模型,进行局部场地地震反应分析,预测该盲测场地的地表地震动特征,并与对应的实测强震记录结果进行对比,分析不同基岩地震动输入方式对预测地震动特征及地表土层反应谱特征的影响,重点分析地震动输入、土体非线性、场地横向不均匀性及几何与非线性特征共同作用等因素对地表地震动特征的影响,以期为地表地震动的合理预测提供参考。