人工边界高频振荡失稳机理的一点注记

进一步完善了人工边界高频振荡失稳机理的解释. 解析证明了对于一维波动模型的离散模型, 当人工波速大于1.5倍的离散空间步距与时间步距的比值时, 则在某一高频段内, 其稳态波动解在人工边界上反射系数的模大于1的命题. 在此基础上对失稳的高频段作了进一步的讨论, 揭示了高频振荡失稳发生于对波动数值模拟无意义的高频段.      

数字地震波时频分析

选取具有较高分辨率和较低交叉项的赵—阿特拉斯—马克斯(ZAM)方法,进行数字化地震波时频处理。结果显示:(1)S波高能量密度区域处于低频段,其频带比P波高能量密度区域窄,且S波能量密度比P波大1个数量级;(2)天然地震的高能量密度分布较为离散,爆破的高能量密度分布较为集中。     

A generation mechanism for chorus emission

A chorus generation mechanism is discussed, which is based on interrelation of ELF/VLF noise-like and discrete emissions under the cyclotron wave-particle interactions. A natural ELF/VLF noise radiation is excited by the cyclotron instability mechanism in ducts with enhanced cold plasma density or at the plasmapause. This process is accompanied by a step-like deformation of the energetic electron distribution function in the velocity space, which is situated at the boundary between resonant and nonresonant particles. The step leads to the strong phase correlation of interacting particles and waves and to a new backward wave oscillator (BWO) regime of wave generation, when an absolute cyclotron instability arises at the central cross section of the geomagnetic trap, in the form of a succession of discrete signals with growing frequency inside each element. The dynamical spectrum of a separate element is formed similar to triggered ELF/VLF emission, when the strong wavelet starts from the equatorial plane. The comparison is given of the model developed using some satellite and ground-based data. In particular, the appearance of separate groups of chorus signals with a duration 2–10 s can be connected with the preliminary stage of the step formation. BWO regime gives a succession period smaller than the bounce period of energetic electrons between the magnetic mirrors and can explain the observed intervals between chorus elements.     

消除多次透射公式高频振荡失稳的一种措施

多次透射公式（MTF）物理概念简单,便于在计算机上实现时空解藕的高精度波动数值模拟。然而,MTF与其它局部人工边界条件类似,存在数值模拟失稳问题,如高频振荡便是可能出现的失稳现象。本文在分析MTF高频振荡失稳机理的基础上,提出了在波动有限元数值模拟中消除MTF高频振荡失稳的一种措施,即在整个有限元数值模拟区内施加与应变速率成正比的较小粘性阻尼;同时,讨论了这一稳定措施的有效性及其对数值计算精度的影响,并通过数值试验检验了这一稳定措施的可行性。结果表明,消除高频振荡失稳的措施行之有效,且只对波动有限元数值模拟中无意义的高频分量具有抑制作用,而对有意义的较低频段内的波动有限元数值模拟精度影响较小。     

Barotropic instability of coastal flows as a boundary-value problem: linear and non-linear theory

The barotropic instability is traditionally viewed as an initial-value problem wherein wave perturbations of a laterally sheared flow in a homogeneous uniformly rotating fluid that temporally grows into vortices. The vortices are capable of mixing fluid on the continental shelf with fluid above the continental slope and adjacent deep-sea region. However, the instability can also be viewed as a boundary-value problem. For example, a laterally sheared coastal flow is perturbed at some location, creating perturbations that grow spatially downstream. This process leads to a time periodic flow that exhibits instability in space. This article first examines the linear barotropic instability problem with real frequency and complex wavenumber. It is shown that there exists a frequency band within which a spatially growing wave is present. It is then postulated that far downstream the spatially unstable flow emerges into a chain of identically axisymmetric vortices. Conservation of mass, momentum and energy fluxes are applied to determine the diameter, spacing and the speed of translation of the vortices.     

有限元离散模型中的出平面运动形式

波动在有限元离散模型中传播时,会出现许多不同于连续介质中波动的现象.本文引用经典物理学中晶格动力学的分析方法,由有限元离散形式的出平面波动方程得到频散关系,在此基础上,讨论了集中质量有限元模型中各种可能的出平面运动形式,并分析了考虑时域离散化影响下各种形式可能存在的频率范围.     

近磁尾TC-1观测到伴随有高速流的ULF波及不稳定性分析

2004年8月3日近地TC-1卫星在磁尾X_GSM~－12R_E的等离子体片内,观测到了伴随着高速流的低于离子回旋频率的波,即超低频波(ULF,Ultra Low Frequency).该波垂直分量的振幅在高速流及其振荡减速期间大致相当;而平行分量振幅在高速流时明显大于其振荡减速时. 利用一个扰动双流模型对完全磁化离子横场漂移驱动的电磁不稳定性计算后,预测结果表明:(1)对于垂直分量来说,横场漂移速度与Alfvén速度的比值影响不稳定性增长率和激发波频率,随其比值增加,增长率变大,激发波频率从负值增加到正值.(2)对于平行分量来说,温度各向异性时等离子体热速度与Alfvén速度比值只影响不稳定性增长率和激发波频率,未改变不稳定性模类别;而温度各向同性时离子横场漂移速度与Alfvén速度比值既影响不稳定性模的种类及其分支,又影响激发波频率.进一步将卫星观测到的等离子体密度、温度、整体流速和磁场代入模型方程,进行数值计算与上述预测结果对比后发现:卫星观测中垂直分量的功率谱密度(PSD,Power Spectrum Density)增强时间和频段与理论模型中由β_//、β_⊥和v_⊥/V_A引起不稳定性激发的波一致;卫星观测中平行分量的功率谱密度增强时间与理论模型基本相符,但是前者的频率明显地低于后者.因此,除了需考虑平行磁场的离子整体流速对不稳定性激发波频率的可能影响,还需要统计上进一步核实伴随有高速流的ULF波与不稳定性的相关性.     

不同地区人工爆炸与天然地震记录特征及识别研究

本文分析了河北怀来多次爆炸、河北三河采石场多次爆炸和低震级天然地震事件的记录特征和时频差异。结果显示:河北怀来爆炸的P波能量强、衰减快、S波发育弱;河北三河采石场爆炸的P波、S波主频均低于怀来爆炸,S波与面波混淆,不同震中距的台站记录低频发育明显;而天然地震的有效频带更宽,频率成分更为复杂。将Pg/Sg谱比判据应用于小震级地震与爆炸的识别中,探索交叉频带谱比对不同地区爆炸的识别。结果表明:高频（＞5 Hz）Pg/Sg谱比判据可将研究数据中的爆炸与小震级地震完全区分;与Sg低频（0—2 Hz）有关的交叉频带谱比可对两个不同地区的爆炸进行识别,交叉频带的谱比判据较传统的单一频带谱比判据能够更好地反映出不同类型事件的特征差异。      

The “fan” instability as a possible generating mechanism of vlf quarter-gyrofrequency emissions during the recovery phase of a magnetospheric storm

Summary VLF quarter-gyrofrequency emissions, whose experimental characteristics differ from those of discrete plasmaspheric emissions usual during active times, have been observed by low-altitude Intercosmos 24 and Magion 2 satellites within the plasmasphere during periods of quieting geomagnetic activity. A new kind of instability is proposed which could lead to the production of these emissions. It is shown that quasi-electrostatic whistler waves can be generated in the eqquatorial region due to the fan instability, with maximum growth rate and spectral energy density in a frequency band below one half of the equatorial electron gyrofrequency. The observations of low-energy electrons and plasma waves in the equatorial region within or in the vicinity of the plasmapause, which could support our hypothesis experimentally, are discussed.     

土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验研究

以南京地铁为背景,开展了深厚软弱场地土-地铁地下结构动力相互作用的大型振动台模型试验研究。在试验中获得的主要数据有:模型体系的加速度反应时程、模型结构的应力反应时程和结构表面的土压力时程等。本文对试验反映的地铁车站结构的动力反应规律及其周围模型地基的地震反应规律进行了分析。结果表明:车站结构的中柱应变反应明显大于别的构件,同时,深厚软弱地基上车站结构侧墙底部的应变反应也明显大于侧墙顶部的反应,其中,车站结构顶板、中间层楼板和底板的应变反应都很小;输入地震动的频谱特性对车站结构应变反应的影响是不同的,在同一加载情况下,在台面输入傅氏谱频宽最大的南京人工波时车站结构应变反应最大。     

套管井偶极弯曲波频散向高频偏移的特性

对套管井偶极弯曲模式波的频散特性进行了系统的数值考察、实例对比和分析.发现套管井弯曲波频散曲线随地层横波速度的降低,特别是地层横波速度小于2000 m·s^-1以下,会迅速移向高频区,偶极弯曲波基础模式主频散区（或截止频率）可出现在13 kHz以上,以致超出了现行低频偶极子声波测井仪的激发与接收频带,这是一过去没有被研究者注意到的现象,并进一步被现场实例所证实.研究表明控制套管井弯曲波频散曲线主频散区位置的主要是钢套管的厚度和地层横波速度.对地层横波速度大于井孔流体声速的快速地层,在钢套管壁厚一定（8 mm）的情况下,频散曲线主频散区可移至11 kHz以上,可能出现的最大可能频域位置是同一井孔内径,井外全钢时的频散曲线上等于、小于地层横波速度那一段,这对各种地层和套管参数都是适用的.对地层横波速度小于等于井孔流体声速（1500 m·s^-1）的慢速地层,弯曲波频散曲线随地层横波速度的降低移向高频区的特点更为明显,可能移至16 kHz以上;而套管厚度的影响,也比快速地层大的多,对地层横波速度小于1380 m·s^-1的慢速地层,无论用多高的频率激发,都不能在现行使用的各类套管井（壁厚6~12 mm）中用偶极声波测井仪测到弯曲模式波.     

波动方程模型和偏移的拟合解法

本文提出一个较差分法精确的波动方程的数值解法--拟合法,拟合法与差分法的区别在于方程的离散化方法.文章通过对差分离散化实现过程的分析指出差分离散化存在的不足,并进而给出了拟合离散化方法.与差分法比较,拟合法的算子系数具有方程整体统筹性,是在具体的采样间隔、步长条件下的最佳系数,因而能适应样点间隔、步长等条件的变化,精度较高.文中还给出了模型及实例.     

Analysis of high-frequency local coupling instability induced by multi-transmitting formula—P-SV wave simulation in a 2D waveguide

Local coupling instability will occur when the numerical scheme of absorbing boundary condition and that of the field wave equation allow energies to spontaneously enter into the computational domain. That is, the two schemes support common wave solutions with group velocity pointed into the computation domain. The key to eliminate local coupling instability is to avoid such wave solutions. For lumped-mass finite element simulation of P-SV wave motion in a 2D waveguide, an approach for stable implementation of high order multi-transmitting formula is provided. With a uniform rectangular mesh, it is proven and validated that high-frequency local coupling instability can be eliminated by setting the ratio of the element size equal to or greater than \(\sqrt 2 \) times the ratio of the P wave velocity to the S wave velocity. These results can be valuable for dealing instability problems induced by other absorbing boundary conditions.     

含流体砂岩地震波频散实验研究

为了研究孔隙流体对不同渗透率岩石地震波速度的影响,在实验室利用跨频带岩石弹性参数测试系统得到了应变幅值10-6的2~2000Hz频段下的地震波速度和1 MHz频率下的超声波速度,利用差分共振声谱法得到了频率600Hz岩石干燥和完全饱水情况下岩石声学参数.实验表明,在低饱和度下,致密砂岩在地震和超声频段下没有明显的频散;在高饱和度下纵波速度的频散变得明显.从干燥到完全水饱和条件,不同频率测量的致密砂岩的体积模量随岩石孔隙度增高而降低,且体积模量的变化量受岩石微观孔隙结构的影响较大.高孔、高渗砂岩无论在低含水度下还是在高含水饱和度下频散微弱,并且在地震频段下围压对于岩石纵横波速度的影响要大于频率的影响.高孔、高渗砂岩和致密砂岩不同含水饱和度下的频散差异可应用于储层预测,油气检测等方面,同时该研究可以更好地帮助理解岩石的黏弹性行为,促进岩石物理频散理论的发展,提高地震解释的精度.     

内蒙古中部地区形变主要干扰的时频响应特征分析

选取内蒙古中部地区定点形变观测中受降雨、大风、气压干扰以及地震波影响的典型数据,采用S变换,对该地区形变观测中4种主要干扰信号的时频响应特征进行分析与讨论。结果表明,降雨干扰信号主要集中在低频区域,其频率先增大后减小;大风干扰表现为高频干扰,时频域能量强度与观测曲线受风扰影响变化幅度成正比;气压干扰信号的优势频率分布在低频段内;地震波影响中VP垂直摆和JCZ地震计记录的地震波较为相似,但VP垂直摆记录的频段要小于JCZ地震计,VP垂直摆主要记录的是低频地震波。同时,4种干扰信号的时频域频率、能量强度随时间变化趋势与数据观测时域变化趋势相一致。     

Significance of ground motion time step in one dimensional site response analysis

The discrete nature of the numerical methods utilized in 1D site response analysis and calculation of the response spectra (e.g., frequency domain, Duhamel integral, and Newmark β methods) introduces time-step dependence in the resulting solution. Using an input ground motion with too large of a time-step leads to under-prediction of high-frequency characteristics of the system response due to limitations in the numerical solution of single and multiple degree of freedom systems. In order to reduce potential errors, using a sampling rate at least ten times greater than the maximum considered frequency is recommended. The preferred alternative is selection of input ground motions with a sufficiently small time step to avoid introducing numerical errors. However, where such motions are not available, then the time step of the ground motion can be reduced through interpolation. This paper demonstrates that the use of Fourier transform zero-padded interpolation is the preferred approach to obtain a ground motion with an adequate time step for the calculation of the elastic acceleration response spectra, and to analyze site response using either frequency or time domain methods.     

多次透射公式实用形式稳定性分析

本文以二维出平面波动方程为例,利用数值方法研究了多次透射公式的实用形式的稳定问题,结果表明：多次透射公式的实用形式与波动方程的集中质量显式有限元结合,不但存在零频漂移,而且同样存在高频振荡失稳,而与中心差分方法结合仅存在零频漂移失稳。     

桩身材料阻尼对波传播特性影响的小波分析方法

理论计算及实测资料表明,反射波法基桩动测激振信号近似为半周期正弦波,不同激振方式产生的桩顶速度脉冲信号宽度不同,相应频率成分也就不同。桩身内阻尼对不同频率谐波的幅值衰减及频散规律不同,使得不同激振方式产生的复合脉冲在同一桩中会有不同变化规律,为了使不同激振方式测试资料具有可比性,应采用相同频带进行对比。为此利用小波分析的时-频特性,通过对测试信号进行时频分解,就桩身内阻尼对不同频带信号的吸收系数及波速的影响规律进行了研究。对实测资料分析的结果表明,预制桩不同频带信号波速变化不大,但衰减系数随频率增大近似线性增加。     

大地电磁测深远参考处理原理及效果分析

介绍了大地电磁方法中远参考观测方式的基本原理。通过实例证明了远参考方式的有效性 ,并给出了不同频段远参考点和本地测点之间的一个合理的距离。在高频段远参考点至本地点相距 10～ 2 0km为好 ,中频段 50～ 10 0km比较合适 ;低频段应大于 10 0km     

一种自适应增益限的反Q滤波

地层的Q吸收会造成地震波振幅衰减、相位畸变,分辨率和信噪比明显降低.反Q滤波可消除由于地层Q吸收造成的振幅衰减和相位畸变,从而提高地震资料的分辨率;但反Q滤波振幅补偿的数值不稳定性问题会严重降低地震资料的信噪比,并产生很多假象.截止频率法和稳定因子法反Q滤波振幅补偿方法虽可控制数值非稳定性问题,但振幅补偿函数的增益限为一个时不变的常数,且与地震数据动态范围无关,其经常会压制深层地震波的高频成分,反而降低地震资料的分辨率;因此,本文在研究截止频率法和稳定因子法的基础上,结合地震数据的动态范围对地震记录分辨率的影响,提出了一种自适应增益限的反Q滤波振幅补偿方法,其增益限和稳定因子都是时变的,且都自适应于地震数据有效频带的截止频率.合成数据和实际数据试算表明,本文的自适应增益限的反Q滤波方法可恢复地震信号有效频带范围内的能量,且能较好地控制数值非稳定性问题,最终获得高分辨率和高信噪比的地震数据.