广义WKB法在波场模拟中的应用研究

针对地震勘探中的波场模拟和反演困难等问题,本文从二维波动方程出发,采用Fourier变换得到了赫姆霍兹方程,并创造性地提出了一种全新的近似解法－广义WKB法;该法可以更加近似赫姆霍兹方程,且它的解中包含WKB的近似值.数值模拟显示了WKB法与广义WKB求解的异同.结果表明：广义WKB法是WKB法的一种推广,在求解非线性波数问题时具有更好的优势.     

n维非线性波动方程对应的线性方程Cauchy问题解的一个估计式

对于地震波在地球介质中传播的传播非线性而言，在求解n维非线性波动方程Canchy问题时，需要求解其对应的线性波动方程Cauchy问题和建立一些解的估计式。我们已经求得了其对应的线性波动方程Canchy问题解的表达式。在此基础上，本文应用函数空间L^1(R^n)、L^∞（R）的范数，建立了n维非线性波动方程对应的线性波动方程Cancny问题解的一个估计式，为求解n维非线性波动方程莫定了基础。     

瞬变电磁场时域格林函数解

近源时间域电磁场具有信号强、探测深度大、精度高等优点,但传统勘探电磁场理论中偶极子近似在近源会引起较大误差,导致这一优势的发挥受到了制约.开展直接时间域电磁场解析式研究,是解决这一问题的途径之一.本文提出在点电荷微元假设下,引入时域格林函数,求取瞬变电磁场时间域解析解.采用积分运算法,把电磁场阻尼波动方程的求解问题转化为求其格林函数积分形式解的问题;建立辅助路径解决奇点问题,利用复分析中的约当引理、留数定理和广义函数等理论和方法,推导计算出时间域格林函数的时空四重广义积分.得到达朗贝尔方程的直接时域格林函数精确解析式,与传统方法“比拟”出的公式具有相同的形式,验证了本文推导的时域格林函数解析公式的正确性;推导出扩散方程的直接时间域解析解.通过与时变点电荷源时间域的电磁响应近似表达式进行对比,得出本文所推导的公式计算精度较高的结论;建立了全空间回线源瞬变电磁场问题的直接时间域求解公式.为解决全场区瞬变电磁场精细探测直接时域解析问题提供了基础理论.     

二维波动方程参数反演的微分进化算法

利用微分进化算法进行二维波动方程参数反演的研究.微分进化算法属于全局最优化算法,具有鲁棒性强、收敛速度快、计算精度高的优点.把参数反演问题转化为非线性优化问题,通过保持在解空间不同区域中各个点的搜索,以最大的概率找到问题的全局最优解.同时还进行了数值模拟,结果令人满意.     

雅可比椭圆函数在大气和海洋动力学中的应用:二维非线性Rossby波研究

提出了扩展雅可比椭圆函数方法,来求得Petviashvili方程的精确解析解.Petviashvili方程被视为正压准地转位涡度方程的非地转扩展,应用该方法可以得到很多二维非线性Rossby波的周期波解,在取极限情况下,也可以得到二维Rossby孤立子解.     

高精度有限差分地震波正演方法

三维地震模拟不仅可以更精确地研究地震波的传播规律,而且是三维地震资料处理和解释的工具。本文采用精细积分法用于求解波动方程.对波动方程在空间采用差分格式,时间域采用积分法求解析的方法。文中详细论述了精细积分法的数值方法,并给出了计算公式。理论分析和数值算例的结果表明了用这种混合方法得到的解与精确解十分吻合,比有限差分法具有更高的精度。文中给出的地震波正演模拟算例说明了该方法适用于复杂地表和复杂构造地质体。     

结构随机地震响应分析的复模态法

本文对多自由度基础平动结构随机地震响应问题进行了系统研究。针对用第1振型近似代表上部结构所得方程为非经典阻尼和非对称结构情况。用复模态法解耦。获得了以第1振型表示的结构地震响应的解析解。对单自由度体系。此解即为结构响应的精确解。本文方法也可用于带TMD减震结构等的随机地震响应分析与优化设计。     

FMM射线追踪方法在地震学正演和反演中的应用

FMM(Fast Marching Method)射线追踪方法是一种求解非线性程函方程数值解的射线追踪方法.本文在FMM射线追踪算法流程的基础上引入一个数据链表,方便求解射线路径,另外还引入一个与解精度有关的方向参数,可以更好的控制解的精度.然后在一些理论模型中对FMM方法的正演和反演计算做了若干验证,结果表明,FMM方法可以较快而且稳定地得到令人满意的结果.     

一维有耗散波动方程的奇性分析与小波

对系数有强奇性（间断）的波动方程,用通常的线性化简的方法时往往会将数值小但奇性强的项略去,导致结果严重失真。利用小波变换这一工具,可以在化简时保留奇性的主要部分,使所得的结果从奇性分析的观点看来更为精确。此方法曾被用来处理系数有间断的一维波动方程,得到了与精确解的奇性主部完全一致的解．在本文中,我们改进了用小波变换作奇性化简的方法,对系数有间断的一维有耗散波动方程求得了与精确解奇性主部完全一致的解。这说明利用小波分析作奇性化简的方法对高频近似及奇性分析问题是普遍适用的．     

散射波积分方程的Adomian分解解法

在背景模型基础上,求解模型扰动后的地震波散射场,这是目前地震反演中的一个关键步骤.本文将计算数学中求解非线性积分方程的Adomian分解方法,应用到求解标量波散射场的Lippmann-Schwinger积分方程和Ricatti积分方程中,分别得到了散射场的Born序列解和Rytov序列解.通过一维和二维数值算例说明:在满足一定的条件下,散射场的这两种序列解稳定收敛,与传统的Born和Rytov近似解相比,引入散射序列中的高阶项可以更精确地描述地震波散射场.     

复杂构造区域的初至波走时计算

有限差分法初至波走时计算是一种十分快速、有效及实用的方法，而且不会碰到传统射线法的阴影区、焦散面等问题．文中指出了ＶａｎＴｒｉｅｒ方法存在的问题，并提出了解决的办法．计算结果表明，方法是有效可行的．对速度变化很大的介质模型，仍能得到较精确的解．     

声波方程逆散射反演的近似方法

我们在文献[1]里研究了介质参考波速沿某个方向线性变化时的三维声散射理论,导出了声波方程逆散射反演问题解的解析表达式.考虑到应用时的实际条件,本文根据上述反演方法导出2.5维模型的声波方程逆散射反演的波速扰动计算公式,给出该方法在“高频”近似条件下的波速扰动反演计算公式,从而使我们提出的“参考波速线性变化时的声波方程逆散射反演”理论更接近实际应用条件.本文给出的这些反演公式仍然具有原方法的优点,即不但可以使Born近似的假定在大多数情况下能得以满足,而且可以利用快速Fourier变换来快速实现介质波速扰动的反演成象.     

声波方程逆散射反演的近似方法

我们在文献[1]里研究了介质参考波速沿某个方向线性变化时的三维声散射理论,导出了声波方程逆散射反演问题解的解析表达式.考虑到应用时的实际条件,本文根据上述反演方法导出2.5维模型的声波方程逆散射反演的波速扰动计算公式,给出该方法在“高频”近似条件下的波速扰动反演计算公式,从而使我们提出的“参考波速线性变化时的声波方程逆散射反演”理论更接近实际应用条件.本文给出的这些反演公式仍然具有原方法的优点,即不但可以使Born近似的假定在大多数情况下能得以满足,而且可以利用快速Fourier变换来快速实现介质波速扰动的反演成象.     

波动方程反演的全局优化方法研究

复杂介质波动方程反演是地球物理研究中的重要问题,通常表述为特定目标函数最优化,难点是多参数、非线性和不适定性.局部和全局优化方法都不能实现快速全局优化.本文概述了地震波勘探反演问题的理论基础和研究进展,阐述了反演中优化问题的解决方法和面临的困难,并提出了一种确定性全局优化的新方法.通过在优化参数空间识别并划分局部优化解及其附近区域,只需有限次参数空间划分过程就能发现所有局部解（集合）;基于复杂目标函数多尺度结构分析,提出多尺度参数空间分区优化方法的研究方向.该方法收敛速度快,优化结果不依赖初始解的选取,是对非线性全局优化问题的一个新探索.     

低频大气声重波的非线性Schrdinger方程

本文采用多重时空尺度展开的方法,对于不可压缩等温大气,导出了二维情况下低频声重波的非线性Schrdinger方程,讨论了声重波的非线性性质.在垂直方向上,声重波具有可传播性和幅度随高度增长的特性;在水平方向上,声重波能表现为孤子包络调制的波列.     

Fundamental solutions to Helmholtz's equation for inhomogeneous media by a first-order differential equation system

Helmholtz's equation with a variable wavenumber is solved for a point force through use of a first-order differential equation system approach. Since the system matrix in this formulation is non-constant, an eigensolution is no longer valid and recourse has to be made to approximate techniques such as series expansions and Picard iterations. These techniques can accommodate in principle any variation of the wavenumber with position and are applicable to scalar wave propagation in one, two and three dimensions, with the latter two cases requiring radial symmetry. As shown in the examples, good solution accuracy can be achieved in the near field region, irrespective of frequency, for the particular case examined, namely a wavenumber which increases (or decreases) as the square root of the radial distance from source to receiver. Finally, the resulting Green's functions can be used as kernels within the context of boundary element type solutions to study scalar wave scattering in inhomogeneous media.     

KINEMATIC WAVE MODELLING OF VERTICAL MOVEMENT OF SNOWMELT WATER THROUGH A SNOWPACK

Vertical movement of snowmelt water through snowpacks is modelled by applying the kinematic wave theory. Analytical solutions are obtained for moisture flux, particle velocity, time history and velocity of meltwater front and total moisture content for a single melt event assuming that the melt rate is constant. These solutions are extended to the case involving more than one event. © 1997 by John Wiley & Sons Ltd.     

土中Love波弥散特性

利用有限单元法及解析法建立和求解了土中Love波特征方程以及位移计算公式．计算结果表明,这一计算方法比纯解析法优越,可以用来分析均质和非均质上中Love波弥散性．本文利用这一方法详细讨论了Love波在上软下硬地基及软夹层地基中的传播特性和弥散特性．上软下硬地基Love波具有弥散性,土层的剪切波及厚度对Love波弥散曲线影响较大,而质量密度的相对变化对Love彼弥散曲线影响较小．软夹层地基中低频时Love波以第一模态波为主,现场所测为第一模态波波速;高频时存在多个高模态波,土中传播的波为这几个高模态波的叠加波,现场所测波速随两传感器的位置不同而有波动．