人工神经网络在海浪数值预报中的应用

探讨将人工神经网络技术和传统的数值模式相结合,以期得到一个更有效的海浪预报方法.以第3代海浪模式的模拟结果作为输入,浮标观测资料作为输出,采用人工神经网络进行训练,训练的初步结果显示,人工神经网络可以改进海浪数值模式的预报精度,但在波高比较大时,改进的效果并不令人满意.为此,对观测值大于1.5m时的有效波高进行再训练,从而结果有了进一步的改善.研究结果证明人工神经网络技术可以提高海浪数值预报的精度.     

Modelling flash flood propagation in urban areas using a two-dimensional numerical model

This paper reports on the numerical modelling of flash flood propagation in urban areas after an excessive rainfall event or dam/dyke break wave. A two-dimensional (2-D) depth-averaged shallow-water model is used, with a refined grid of quadrilaterals and triangles for representing the urban area topography. The 2-D shallow-water equations are solved using the explicit second-order scheme that is adapted from MUSCL approach. Four applications are described to demonstrate the potential benefits and limits of 2-D modelling: (i) laboratory experimental dam-break wave in the presence of an isolated building; (ii) flash flood over a physical model of the urbanized Toce river valley in Italy; (iii) flash flood in October 1988 at the city of Nîmes (France) and (iv) dam-break flood in October 1982 at the town of Sumacárcel (Spain). Computed flow depths and velocities compare well with recorded data, although for the experimental study on dam-break wave some discrepancies are observed around buildings, where the flow is strongly 3-D in character. The numerical simulations show that the flow depths and flood wave celerity are significantly affected by the presence of buildings in comparison with the original floodplain. Further, this study confirms the importance of topography and roughness coefficient for flood propagation simulation.     

关于深水环境下内波、内潮汐沉积分类的探讨

深水环境下内波、内潮汐沉积从在地层记录中被发现已过去20年,在这20多年里虽然积累了不少资料,但至今未对内波、内潮汐沉积进行细分。本文以地层记录中已发现的内波、内潮汐沉积为基础,结合内波、内潮汐的破碎过程和海洋物理学中内波的研究现状,对深水内波、内潮汐沉积的分类进行了探索。将其分为3个层次下的9种类型,分别为：正压内潮汐沉积、斜压内潮汐沉积、正压短周期内波沉积、斜压短周期内波沉积、等深流叠加内波沉积、低密度浊流叠加内波沉积、长周期内波叠加沉积、驻波沉积和其他内波叠加沉积。地层记录中已发现的内波、内潮汐沉积分别归为：正压内潮汐沉积、正压短周期内波沉积和长周期内波叠加沉积3类,其余类型尚未被发现。这样的分类较合理地解释了为什么在现代海洋中内波、内潮汐无处不在,但地层记录中的内波、内潮汐沉积却少得可怜的现象,同时将内波、内潮汐沉积研究和海洋物理学中对内波的研究结合起来,并能将内波、内潮汐沉积研究置于更为广阔的研究背景之中,使之可以和大洋突发事件、天文旋回及大洋环流等联系起来。     

浅水波浪数值模型SWAN的原理及应用综述

概述了模拟海岸、河口的浅水波浪数值模型研究现状、存在的问题以及用能量平衡方程预报海浪的发展历史。介绍了基于当代最新波浪理论研究成果的第三代浅水波浪数值模型SWAN模型,对模型的适用性、数值特性、功能及局限性进行了阐述。介绍动谱平衡方程数学模型、方程离散要求、边界条件的处理和源项(包括能量输入、损耗及波与波之间非线性相互作用)的处理方法,重点介绍三相波非线性相互作用。模拟海安湾有效波高、波周期场,并分析波与波之间非线性相互作用对波浪要素预报的影响,最后对SWAN模型的应用前景和研究趋势进行了展望。     

Xu-White模型预测横波速度的不确定因素分析

自Xu和White (1995)建立了泥质砂岩的有效介质模型(Xu-White模型)后,很多地球物理学者用此模型或改进的模型进行岩石横波速度的预测,但至今很少有人对Xu-White模型预测过程中的不确定因素进行详细总结。介绍了Xu-White模型及其预测流程;对预测过程中的不确定因素进行了分析,指出在使用中可以根据实际地质情况合理的取舍参数,从而能更有效地进行纵横波速度预测。     

Estimation of urban mixed layer height in Zanjan using LIDAR observations and numerical modeling

Air pollution predictions often require the height of atmospheric mixed layer in time especially in big cities. Here, the variation of the height of this layer is estimated from direct measurements and also from a numerical forecast model with a high resolution boundary layer scheme. The height of the daytime mixed layer for the city of Zanjan (48.5°N, 36.7°E, 1700m above sea level) is measured using a LIDAR (532 nm) system, which works based on aerosols scattering of laser light. The mixed layer height (z _i ) for Zanjan city, well above mean sea level compared to other major cities in the world, is found to be between 1.4 km typically in spring and 2.2 km in summer, for synoptic calm conditions. Also, the MM5 forecast model with a proper boundary layer scheme (MRF) is used to estimate z _i which shows rather good agreement with direct observations using the LIDAR system. The entrainment zone of the mixed layer was also found to undergo some occasional temporal growth that may be attributed to shear instability that led to more mixed layer growth.     

SWAN浅水波浪模式在渤海的应用研究--Phillips线性增长比例系数的改进

将国际上通用的SWAN波浪数值模式应用到渤海,以检验其适应性。通过对由风引起的波浪的增长和耗散作用源函数的实验研究,发现SWAN中所采用的Phillips线性增长部分的比例系数和波浪成长有较大的关系,此比例系数随摩擦速度变化(原模式取此系数为一常数)。基于模式试验,引入了一个新的Phillips线性增长项公式,并且利用3个风过程对模式的改进进行了验证。3个风过程的计算结果和实测值比较表明,计算结果在3个过程当中都得到了明显的改进。     

基于地下水压力波传播过程的泉水流量灰色系统模型

根据岩溶地下水的运动特征,提出了岩溶地下水压力波形成与传播的概念模型,运用灰色系统理论建立了岩溶地下水的水文模型,包括泉水流量对降水量水力响应时间的求解方法及泉水流量对降水量的响应模型,并以山西柳林泉为研究对象,建立了泉水流量对泉域内不同区域降水量的水力响应时间求解模型。结果表明,泉域南部岩溶裸露区的水力响应时间为1年;泉域北部岩溶覆盖区的水力响应时间为7年,所得结论与泉域地质构造一致。基于南、北二区的水力响应时间,建立了带有时滞的描述泉水流量与降水量关系的GM(1,3)模型,模型回代检验的平均误差为6.05%;模型预测检验的平均误差为12.19%。研究证明,岩溶地下水的运动过程是压力波的形成与传播过程,泉水流量是地下水系统对大气降水的响应;水力响应时间是反映岩溶地下水压力波特性的主要参数,通过它可以实现对岩溶地下水过程的定量化描述和含水层的非均质性识别,基于岩溶地下水压力波传播原理建立的泉水流量对泉域内降水的响应模型可以比较准确地模拟泉水流量,为岩溶地下水资源的开发利用和保护提供了基础资料。     

基于土壤属性的VIC模型基流参数估计框架

"异参同效"现象是水文模型参数率定过程中的一个难题。为了减少需要率定的模型参数个数,从而降低模型参数的相互作用,构建了利用土壤属性直接估计VIC(Variable Infiltration Capacity)模型3个基流参数的框架,并在3个位于不同水文气候条件下的典型流域中作了实例研究。传统的VIC模型参数估计方法需要率定6个参数;而在新的参数估计框架下,需要率定的模型参数从6个减少为3个。蒙特卡罗模拟结果表明新的参数估计框架提高了参数的敏感性。同时,新的参数估计方法模拟的径流过程和之前通过率定得到的径流过程差别很小。GLUE(Generalised Likelihood Uncertainty Estimation)方法分析得到径流模拟的不确定性结果表明:新的参数估计框架计算径流的90%置信区间要明显小于传统方法,而且对于低流量的模拟效果更加明显,也就是说采用新的参数估计框架可以显著降低径流模拟的不确定性。这种基流参数估计方法可以被应用于其他相似的水文模型中。     

Effect of estuarine flow on ocean circulation using a coupled coastal-bay estuarine model: an application to the 1999 Orissa cyclone

A coupled coastal-bay estuarine numerical model is described and applied to investigate the combination of wind-estuarine driven circulation off the Orissa coast. The model is based on coupling of a 2-dimensional estuarine model with a 3-dimensional coastal-bay model. The models are linked through the elevation at the interface. Using the coupled model, the numerical experiments are carried out to elicit the dynamical linking between the estuarine outflow and the coastal ocean to simulate the ensuing adjoining coastal circulation. During the southwest monsoon, it is noticed that the estuarine discharge from the northern head-bay river system and the river systems that join the Bay of Bengal along the Orissa coast would sufficiently modify the coastal circulation along the coast. Numerical experiments are also carried for the model simulation of surges generated by the 1999 Orissa cyclone. It is shown that the estuarine system would influence significantly on surge development and associated inundation through the rivers.     

滑坡次声信号简正波模型的匹配场超前定位算法

滑坡灾害发生前夕,滑体内的局部岩土体发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生次声波向外传播,基于次声信号的超前定位成为滑坡监测预警的关键技术。将波动方程通过傅里叶变换到亥姆霍兹方程,利用汉克尔变换得到波动方程的核函数,建立了基于简正波的地质声场模型,仿真分析了土层与空气、土层与岩层之间反射折射关系;提出滑坡次声信号的简正波模型匹配场超前定位算法,将垂直接收阵的测量次声信号与传播模型的拷贝次声信号进行相关匹配计算,搜索计算得到模糊函数最大值处的坐标定位为声源点,并采用12元垂直接收阵仿真分析3种匹配场算法性能,发现可变系数似然匹配场算法具有旁瓣小、定位准确的优点,可应用于滑坡定位技术;将垂直接收阵置于空气层中、土层中不同位置发现,土层中的垂直阵能够精确定位,而空气中误差较大;并将该算法应用于滑坡超前定位,定位了滑体的局部破坏位置和预测滑移线。该算法为滑坡超前定位技术提供了新的思路。     

水体交换周期模型的修正及其在黄河上游的应用

在考虑水体入流和出流不等的条件下,提出了水体交换周期的计算模型和相应的数值算法.并选取黄河上游兰州-下河沿、下河沿-石嘴山、石嘴山-头道拐三河段,在天然径流状态下和有水库调节作用下分汛期和非汛期分别计算了历年各河段水体的交换周期.结果表明:(1)在天然径流状态下,三河段非汛期历年的交换周期几乎均长于相应汛期的交换周期,而在水库调蓄作用下,则没有表现出这一特点;(2)无论汛期还是非汛期,在水库的径流调节作用下各河段水体的交换周期普遍长于天然径流状态下的交换周期,即水库的径流调节作用使得下游河段水体的交换周期普遍延长,从而减缓了该河段的水量循环速率,对相应河段的水资源的可再生量产生了制约作用.     

Application of a continuum numerical model for pile driving analysis and comparison with a real case

This paper presents the results of a so-called continuum numerical model for wave propagation analysis and soil-pile dynamic response during pile driving. An axisymmetric finite difference numerical model is developed having solid elements for both pile structure and the soil media surrounding and below the pile. Interface elements are used between the pile shaft and the soil to facilitate the sliding between the two media. The performance of the developed model is verified in two stages. First, a simple rod is subjected to a half sine-wave force function at the rod head and the corresponding reflections of force and velocity (multiplied by impedance) are presented for different boundary conditions at the rod tip. The model is then used for signal matching analysis of a real driven pile for which complete information of soil layering, dynamic test signals, and static load test results are available. The signal matching analysis was performed successfully and comparison between several other predicted and measured parameters proved the reasonably good performance of the developed continuum model.     

基于土体三维波动模型的饱和土中管桩竖向振动

基于土体的三维波动模型研究了饱和土中单个管桩的竖向振动。将桩周土和桩芯土视为两相多孔介质,管桩视为等截面的圆管杆单元。在考虑桩周饱和土和桩芯饱和土径向位移和竖向位移的情况下,建立了基于土体三维波动模型的饱和土-管桩竖向耦合振动模型。借助势函数和分离变量法并考虑土体边界条件,求解了考虑土体三维波动的桩周饱和土和桩芯饱和土的竖向振动。在此基础上,考虑管桩桩端边界条件,利用三角函数正交性求解了饱和土中单个管桩的竖向振动,得到了管桩桩顶的竖向复刚度。通过数值算例,对比分析了土体三维波动模型解和不考虑土体径向位移的简化模型解的计算结果,分析了主要桩、土参数对饱和土中管桩竖向振动的影响。研究表明：当管桩壁较薄时且低频时不应忽略土体径向位移的影响,在动态刚度因子和等效阻尼随频率变化曲线峰值峰谷处不宜忽略土体液相的影响,管桩壁不宜过薄。管桩壁厚、长径比、桩芯饱和土与桩周饱和土密度比、剪切模量比以及桩-土模量比对饱和土中管桩竖向振动有较大影响,在进行管桩设计时需要综合考虑相关参数。     

基于二元介质模型的砂类土剪切波速试验研究

为探究细粒质量分数Fc、相对密度Dr、初始有效围压σ′3c对饱和砂类土剪切波速Vs的影响,基于二元介质模型,对具有不同Fc、Dr和σ′3c的饱和砂类土进行了一系列均等固结弯曲元试验。结果显示：其他试验条件相同时,Vs随Fc的增大而减小;当Dr相同时,Vs与σ′3c的相关性不随Fc的增大而改变;而当Fc相同时,砂类土的Vs随固结后孔隙比ec的增大而减小的趋势与σ′3c的大小无关。研究表明,Vs与单一指标Fc、Dr、σ′3c或ec没有单一的相关性,总体上砂类土的Vs随等效骨架孔隙比e*sk的增大而减小,且两者呈较好的线函数关系,与Fc、Dr、σ′3c或ec值的大小无关,表明能综合反映砂类土颗粒组成、密实状态和粗细粒接触状态的e*sk是表征饱和砂类土Vs的一个有效物理特性指标。     

综合利用多道瞬态面波和微动探测分析斜坡内部结构

针对杭州部分地区残坡积层厚度薄、地形条件较差的特点,在余杭区鸬鸟镇典型斜坡段,开展了多道瞬态面波和微动探测工作,对这二项技术在斜坡内部结构调查中的适用性和有效性进行分析.分别基于频率—波数(F-K)和空间自相关(SPAC)法提取频散曲线,计算得到速度剖面,进而对表层含角砾粉质黏土、全风化凝灰岩、强风化凝灰岩及中—微风化...     

应用MODIS数据推估区域地表蒸散

通过热增强方法,充分利用MODIS数据的时间分辨率和空间分辨率的优势,基于对SEBAL模型改进的基础上,反演并验证了山东省的地表蒸散。结果表明,蒸散反演结果与实测值具有很好的一致性,日平均相对误差约为-11.34%。同时分析了研究区2005年和2006年不同土地利用/覆盖类型下蒸散的逐月变化规律,发现水域的月平均蒸散量最大,其次为水田,林地、旱田和草地基本相当,人工用地的月平均蒸散量最小。     

连续屈服节理模型对剪切地震波传播的影响

地震波在跨越岩体中节理时的透反射特性是岩石地下工程抗震分析问题中的重要基础,目前开展的研究工作中尚未有针对连续屈服（CY）非线性节理模型透反射特性的研究报导。在前人提出的非线性节理透反射系数时域递归法解答的基础上,将这一方法拓展至CY模型。并采用3DEC离散元软件,对比了CY模型的时域递归解与数值模拟结果的差异。在此基础上以时域递归解为手段,辅以离散元数值模拟,开展了CY模型的参数影响研究。最终比较了库仑（MC）模型与CY模型在正弦脉冲激励和真实地震动激励下表现的差异。结果表明：CY模型的时域递归解与3DEC数值模拟结果显示了良好的一致性,证明了时域递归解用以进行后续参数研究的合理性。法向应力、入射波幅值、节理初始刚度、节理间距等参数对CY模型具有显著影响。相比库仑模型,连续屈服模型可以更好地反映地震波穿越节理时发生的复杂力学现象,如切向刚度退化、抗剪强度劣化、法向应力依赖性、滞回现象等。研究成果可为岩石地下工程的抗震设计与分析工作提供一定参考。     

桩-土-承台结构在波浪力作用下的力学效应分析

在港口桥梁工程和海洋工程中,一般将桩从桩-土-承台结构中分离出来,单独计算波浪力对桩的作用。在提出波浪力作用下桩-土-承台结构相互作用模型的基础上,结合工程算例,进行了桩-土-承台结构在波浪力作用下桩的荷载和弯矩计算分析,结果表明：在不考虑波浪力的情况下,计算结果跟规范方法较为接近,验证了桩-土相互作用模型的适用性。在此基础上迭加波浪力,将波浪力和桩-土-承台作为一个完整的系统研究,随着承台所受外力、波浪力、桩侧地基土的变化,分析了桩-土-承台结构在波浪力作用下的受力效应。     

利用时间分裂的错格伪谱法模拟地震波在基于改进BISQ模型的双相介质中的传播

改进的BISQ(Biot-Squirt)模型中各参数具有明确的物理意义和可实现性,在不引入特征喷流长度的情况下可将Biot流动和喷射流动两种力学机制有机地结合起来;而高精度的地震波场数值模拟技术是研究双相介质地震波传播规律的重要手段。本文从本构方程、动力学方程和动力学达西定律出发,推导了基于改进BISQ模型的双相各向同性介质的一阶速度--应力方程组;采用时间分裂错格伪谱法求该方程组的数值解,模拟半空间及层状双相介质中的地震波场。数值模拟结果表明:①与传统方法相比,时间分裂错格伪谱法波场数值模拟的精度更高,压制网格频散效果更好;②在非黏滞相界情况下,慢纵波呈传播性,而在黏滞相界情况下,慢纵波呈扩散性,以静态模式出现在震源位置;③双相介质分界面处,各类波型复杂的反射透射规律可由数值模拟结果清晰展现。