积云动力和电过程二维模式研究 Ⅰ．理论和模式

提出了一个模拟积云动力和电力发展的二维时变轴对称模式。考虑了１０种主要微物理过程，它们包括凝结（凝华）、蒸发、自动转换、粒子间的碰撞以及冰晶核化，次生冰晶等。在起电过程中除了考虑常规的扩散和电导起电外，重点引入了感应和非感应起电，以及次生冰晶起电的作用。作者认为后三个过程是形成积云电结构的主要物理因子。     

气溶胶对雷暴云电过程影响的数值模拟研究

本文在已有的三维雷暴云起、放电模式中加入了一种经典的气溶胶活化参数化方案,结合一次长春雷暴个例,进行了雷暴云起放电数值模拟试验.研究显示气溶胶浓度改变对雷暴云微物理、起电及放电过程都有重要影响.结果表明：（1）污染型雷暴云中气溶胶浓度增加时,云滴数目增多,上升风速加强;云中冰晶与霰粒子数浓度增加但尺度减小;（2）相对于清洁型雷暴云,污染型雷暴云非感应起电过程弱,感应起电过程强,起电持续时间长;（3）污染型雷暴云中首次放电时间延迟,闪电持续发生的时间长,总闪电频次增加,正地闪频次增加明显.

     

点源二维电场中纵剖面上电位的计算

将总电位ν分解为正常电位．ｕｏ和异常电位ｕ·本文绘出点源二维电场中,异常电位ｕ的傅氏变换Ｕ的变分方程,以及点源二维电场地形影响的异常电位ｕ的傅氏变换Ｕ的积分方程,前者可用有限单元法求解,后者可用边界单元法求解．根据电源点的Ｕ的傅氏反交换,解决了前人尚未解决的直接计算点源二维电场中纵剖面（通过电源点、平行走向的剖面）的电位问题．     

点源二维电场中纵剖面上电位的计算

将总电位ν分解为正常电位．ｕｏ和异常电位ｕ·本文绘出点源二维电场中，异常电位ｕ的傅氏变换Ｕ的变分方程，以及点源二维电场地形影响的异常电位ｕ的傅氏变换Ｕ的积分方程，前者可用有限单元法求解，后者可用边界单元法求解．根据电源点的Ｕ的傅氏反交换，解决了前人尚未解决的直接计算点源二维电场中纵剖面（通过电源点、平行走向的剖面）的电位问题．     

动电测井实验研究Ⅱ:伴随动电场和界面动电场

动电效应指孔隙介质中与固/液界面的双电层和孔隙流体渗流有关的弹性-电磁耦合现象,探索基于动电效应的勘探和测井新方法则是石油工业重点关注的研究方向之一.本文对流体饱和孔隙介质中的动电效应进行了实验测量研究,记录到了不同模型井中伴随声波的动电转换信号和界面动电转换信号,对比分析了这两种动电信号的产生条件及传播特性,验证了理论分析结果,并进一步研究了动电信号的分波成分及其与声波信号的关系,探讨了声源激发模式、电极接收方式及数据处理方法对动电信号的影响,为动电测井仪器设计奠定实验基础.     

单元畸变对动力有限元方法计算精度的影响

在有限元分析中,由于求解区域或边界的不规则,有限单元的划分会产生畸变单元。本文通过数值试验分析了有限单元畸变对动力有限元计算精度的影响,结果表明:长宽比畸变对动力有限元计算精度没有影响;当斜交角不小于30°时,斜交角对动力有限元计算精度的影响可忽略;锥度对动力有限元计算精度有影响,锥度越大,锥度对动力有限元计算精度的影响越大。     

地震反应谱数值计算方法的研究

本文把具有解析递推格式的地震反应谱数值计算方法归结为单步法和两步法,并且给出了说明这两种方法传递算子具有不变特性的两个定理。利用这两个定理,本文较为简便和完善地推导了新的地震反应谱数值计算递推公式。文末通过计算对比研究,给出了同时计算绝对加速度、相对速度和相对位移反应谱的快速方法及相应的计算程序。     

基于多重网格有限元法的大地电磁二维正演计算研究

为提高大地电磁正演计算速度,开展了基于多重网格有限元法的大地电磁二维正演模拟计算研究.将稳定双共轭梯度算法作为多重网格法的细网格松弛迭代算法,插值算子采用完全加权算子,限制算子设计基于网格单元面积率,使多重网格法更适于求解大型复系数方程组.二维均匀半空间模型、低阻体模型和高阻体模型的大地电磁正演模拟结果表明:当计算量较小时(网格剖分数量少),多重网格法在计算效率方面并未有优势,网格剖分数量较大时,多重网格有限元算法在收敛速度方面的优势明显,多重网格有限元法的大地电磁正演精度优于一般数值算法.这为三维多重网格有限元的大地电磁正演研究奠定了基础.     

雷暴电活动对冰雹增长影响的数值模拟研究

利用三维强风暴动力-电耦合模式,数值模拟了风暴演变过程 中电活动对冰雹增长及地面降雹的影响. 结果指出,带电冰雹与云内强电场作用使地面降雹 量增加约50[HTK]髎[HTSS],雹块直径增大0.7mm,降雹时间滞后约3min. 文中还讨论了强电 场通过对水成物降落速度的调制来影响冰雹微观增长过程,即主要是影响碰并过程和冰雹融 化过程. 电活动使冰雹源、汇总量都减少,但汇总量减少更多,总体效果使冰雹总量增加, 数目减少,冰雹长得更大,更易降落到地面.     

典型干扰对岩体裂隙优势方位计算结果的影响研究

应用平凉台地电场NS、 EW方位大地电场的分钟值, 其矢量合成结果表明, 该场地的大地电场强度、 方向变化都具有日周期性, 并且其方位与应用潮汐谐波振幅计算的岩体裂隙优势方位α角一致。 在该场地, 来自空间的磁暴干扰对α角的计算结果基本不产生影响; 模拟加入脉冲、 电阻率观测人工供电、 地铁等典型干扰, 在干扰幅度小于平凉台日变波峰值时, α角的计算结果基本不受影响; 模拟加入直流阶跃干扰时, 干扰加入当天会影响α角的计算结果, 但从第2天起不再影响α角的计算结果。     

鄱阳湖二维水动力和水质耦合数值模拟

针对大型通江湖泊水位变化剧烈,地形起伏多变,岸线复杂,湖泊内部窄小洪道与大面洲滩和洼地连接复杂,湖泊洲滩出露、淹没频繁交替等湖泊水情和地貌特征,基于二维浅水方程和对流扩散方程组构建了鄱阳湖二维水动力和水质耦合模拟模型.模型采用非结构网格有限体积法进行离散,以HLLC算法计算单元界面的水量、动量和物质输运通量.水陆边界通...     

贵阳地区红黏土动力参数计算模型研究

利用室内SDT-20动三轴试验机对贵阳原状红黏土进行循环荷载作用下动力特性试验,探究不同围压、固结应力比和振动频率对红黏土动力学参数的影响,结合实验数据及参数模型拟合贵阳红黏土动应力应变关系、动弹性模量及阻尼比经验公式,结果表明：贵阳红黏土动本构关系仍符合H-D双曲线增长模型,动弹性模量随动应变增长非线性衰减,阻尼比随动应变增长非线性增加。围压及固结应力比对红黏土动力学参数具有显著影响,围压及固结应力比增大,动变形减小,动弹性模量增加,阻尼比降低,同等条件下,提高振动频率,动力学参数显示出与围压及固结应力比相同规律,但不显著。基于H-D模型,给出了贵阳原状红黏土双曲线模型参数,通过多元回归分析,拟合并提出针对贵阳红黏土的在不同试验条件下动弹性模量衰减及阻尼比经验公式,给出相应的拟合参数。     

CPU/GPU协同计算在频率域二维全波形反演中的应用

全波形反演利用波场的运动学和动力学信息重建地下物理参数,是建立高精度速度模型的有效手段,巨大的计算量是制约其实用化的瓶颈之一。本文针对全波形反演中频率域正演的复杂计算问题,采用粗细结合的并行策略,将MPI技术应用于多炮间并行计算,同时利用GPU技术加速正演过程中大型稀疏线性代数方程组的求解,以提高频率域全波形反演的计算效率。通过理论模型验证本文方法的正确性和有效性,给出不同数据量与GPU计算效率的相关分析结论,提出频率域全波形反演CPU/GPU协同并行计算的制约瓶颈和发展方向。     

水库触发地震研究中二维与三维有限元模拟结果比较

紫坪铺水库蓄水载荷引起的库仑应力变化以及是否可以触发汶川M_S8.0地震是地学界关注的一个热点问题。 已有较多研究均建立在二维有限元模拟基础上, 然而二维与三维结果存在较大差异, 本文定量给出了该差异的大小。 首先比较了有限元方法与解析方法求解半无限空间点载荷下弹性问题结果, 确认了三维有限元计算在百万网格下具有足够的计算精度; 然后数值计算并比较了二维、 三维模型中紫坪埔水库蓄水的弹性力学及渗流效应。 结果表明, 总体上弹性加载会造成逆断层更趋安全, 而水压渗透使其趋于危险, 两者叠加仍然没有导致增加汶川地震危险性; 但现有的二维有限元模拟夸大了真实结果, 在汶川震源位置三维计算的应力大小仅为二维计算的1/3到1/4, 因此在严格的讨论中必须使用三维建模。     

不同非感应起电及感应起电参数化方案对青海东部一次雷暴云电荷结构影响的数值模拟研究

本研究利用加入起电、放电参数化方案的数值模式（Weather Research and Forecasting Model（Version 3.7.1）,WRF3.7.1_ELEC）,通过设计五组不同非感应起电及感应起电参数化方案敏感性试验,对发生在青藏高原东北部青海大通地区的一次雷暴过程进行模拟研究,对比分析了不同非感应起电机制及感应起电机制对雷暴云电荷结构的影响.结果表明：在雷暴云发展旺盛阶段,Saunders（S91）、Riming Rate（RR）、和Saunders和Peck（SP98）三种非感应起电方案模拟的雷暴云最低层均为负电荷区,而混合方案（Brooks and SP98,BSP）模拟的雷暴云最低层为正电荷区,主电荷区自下而上为"+-+-"排列的四层电荷结构.与甚高频辐射源定位法推算的结果对比,BSP方案模拟的本次高原雷暴云电荷结构更接近实际情况;几种不同非感应起电方案模拟的主电荷区外围与主电荷区电荷结构不同,说明在雷暴发展的不同阶段雷暴云的电荷结构是不同的;几种非感应起电方案模拟的电荷结构不尽相同,主要是由于霰、冰和雪粒子在不同高度所带电荷的极性及电量的大小不同,霰粒子的电荷密度对低层的影响较大,冰粒子和雪粒子的电荷密度对中上层的影响较大;加入感应起电机制后,雷暴云电荷结构分布几乎没有变化,但能使雷暴云发展旺盛阶段低层和中层的正负电荷区电荷密度有所加强.     

转换函数和磁场振幅比的水平源场效应的数值计算研究

本文用三维有限差分法研究转换函数和磁场振幅比的某些源场效应,这些物理量常用于地震预报的研究工作。我们研究了几种水平均匀源场的情况,其中包括圆偏振的源场和极化方向不同的几种线性枞化源场。结果表明,即使在最简单的均匀水平源场的情况下,磁场振幅比肯定受源场变化的影响。然而,单台转换函数就不受均匀水平源场性质变化的影响。因此,转换函数随时间的变化适用于监测地震前兆,尤其适用于中低纬度地区,因该地区的源场垂直分量比较小。     

层状介质井中电测数值计算及其应用研究

采用Gauss-Laguerre求积公式对层状介质井中电测地-井方式的ΔV1（电位梯度）、ρa参数进行了理论计算.大量的正演数据揭示在层状介质情况下,井中电测地-井方式观测可以获得台阶异常,与相应的地电层相对应;低阻覆盖层和中间低阻层对井中电测影响很大,厚层覆盖区对地-井方式观测不利;水槽模拟和应用实例表明,分析实测资料时,要考虑层状介质ΔV1、ρa的正常场特征,对实测数据进行正常场改正,分析正常场改正后的ΔV″1异常效果较好.     

大规模数值计算的层分布物理参数研究

随着计算机技术的飞速发展和地震台网的建设对大城市的地震动数值模拟变成可能。应用地质．地貌以及地球物理勘探等资料建立的三维层结构是保证地震动计算准确性的基础。提出并论证了关于三维层分布模型的建模思路和相关数据处理方法。据此所建立的三维模型符合研究目标区的实际情况,同时,所提供的方法还便于模型的修改和升级。     

开挖过程中遮帘式板桩码头结构变形二维数值模拟

借助大型通用有限元软件ABAQUS,以京唐港区32#通用散货泊位为工程实例,根据现场原型观测试验,对代表性断面进行选取、简化,建立相应的二维模型进行数值模拟计算,给出了遮帘式板桩码头开挖过程中变形形式的模拟方法,并将数值模拟结果与现场原型观测实验数据进行了对比。研究结果表明：1在不考虑剩余水头和堆载影响的情况下,数值模拟计算的变形结果与现场原型观测的变形结果比较接近,基本可以反映这种新型结构构件在水平向与竖向的变性特性;2两者对比的结果验证了本文所提出的开挖模拟方法的合理性。