温度各向异性电子束流和电子环束流引起的电磁辐射特征

利用一维三分量完全电磁粒子模拟方法研究了由温度各向异性电子束流和电于环束流引起电磁辐射特征,结果表明它们都能激发高频宽带电磁不稳定性,其中环束流不稳定性（RBI）的非线性饱和水平比温度各向异性束流不稳定性（TABI）强,对RBI波在系统发展的线性增长阶段呈右旋极化,在非线性饱和阶段则主要呈左旋极化,而对TABI波在系统发展的整个阶段均享右旋极化．这些结果可应用于磁化星磁层射电暴的解释中．     

温度各向异性电子束流和电子环束流引起的电磁辐射特征

利用一维三分量完全电磁粒子模拟方法研究了由温度各向异性电子束流和电于环束流引起电磁辐射特征,结果表明它们都能激发高频宽带电磁不稳定性,其中环束流不稳定性（RBI）的非线性饱和水平比温度各向异性束流不稳定性（TABI）强,对RBI波在系统发展的线性增长阶段呈右旋极化,在非线性饱和阶段则主要呈左旋极化,而对TABI波在系统发展的整个阶段均享右旋极化．这些结果可应用于磁化星磁层射电暴的解释中．     

2.5维地震波数值模拟评述：声波模型

本文的目的是对基于声波模型的2.5维地震波数值模拟工作进行评述,以便能够找出其存在的问题和解决这些问题的可能途径,根据定义,2.5维问题是三维问题中的一种特殊情况,其特点是:(1)介质参数沿走向保持为常数;(2)场源具有球对称性;(3)场源和接收点均位于垂直于走向的直线上,与三维数值模拟问题不同,2.5维数值模拟问题分为两部分:(1)在垂直于走向的平面内用数值方法解相应的微分方程,这在实质上是二维问题;(2)采用积分变换或其他方法处理来自于计算平面外的影响,这实际上是将一个特殊的三维问题转化成为了无限多个(在离散情况下是有限多个)二维问题的叠加,与二维模型相比,2.5维模型能得到计算平面内的精确地震波振幅信息,鉴于声波模型是反射地震偏移成像理论和应用研究中的基本数据模型,所以对2.5维声波数值模拟的研究具有重要的意义,根据对计算平面外传播效应的处理方式可以将到目前为止提出的2.5维声波数值模拟方法分为四类:(1)几何射线法;(2)滤波校正法;(3)Fourier变换法;(4)近似波动方程法.其中,几何射线法具有直观、快速的特点,但是在焦散区内失效,滤波校正法只在均匀介质条件下严格成立,在一般条件下只是一种精度难以估计的近似,Fourier变换法是一种经典方法,其研究程度已经相当深入,该方法的基本思想是通过沿走向的Fourier变换将2.5维问题转化为有限多个二维问题,从而,对反变换的数值实现直接影响到该方法的精度和效率,近似波动方程法的宗旨是针对2.5维波动问题建立专门的波动方程,与Fourier变换法相比,近似波动方程法等同于一个二维数值模拟,因此可以大大地降低计算量,但是,根据笔者所掌握的资料,到目前为止提出的几个近似波动方程不是具有很大的振幅误差,就是难以进行数值计算,因此,有必要对近似波动方程的形式进行进一步的研究.     

极隙区电子束流模电磁不稳定性

解析地研究了中高度（离他心3－4个地球半径）极隙区极低密度上行电子束流引起的沿磁力线传播的电磁个稳定性,上行电子束流和背景等离子体都考虑成冷等离子体．结果表明,上行电子引起的左旋和右旋圆偏振电磁来流模是不稳定的,当它与离子回旋模耦合时增长率达到最大值,频率色散关系仍为电子束流模特征这此结果对解释权隙区纬度地面站低频电磁波观测资料和理解极隙区动力学过程是很有益的．     

伪谱算法在声波数值模拟中的数值频散分析

本文推导了声波方程频散函数, 分析了伪谱法的空间网格大小和采样周期对数值频散的影响, 通过数值模拟实验得到了最佳空间参数选择方法。 结果表明: 伪谱方法稳定数值模拟的最大空间采样间距选取原则是使中波长(奈奎斯特频率的一半)的采样点数为2个; 对于所有维度, 稳定性随空间采样间距的增加而增加, 但不易变化太大, 变化太大时需要适当减小震源子波的主频, 以满足空间合理采样; 空间采样间距的大小设置, 需要考虑满足采样定理和稳定性计算条件, 并且稳定性条件对空间采样间距的要求更加严格; 伪谱法数值模拟的最佳(数值频散最小)空间参数选择为中波长2个采样点, 对应主波长约6~7个采样点。 以上研究对于采用伪谱法进行声波方程数值模拟过程中, 如何合理选择模拟参数提供一些参考。     

极隙区电子束流模电磁不稳定性

解析地研究了中高度（离他心3－4个地球半径）极隙区极低密度上行电子束流引起的沿磁力线传播的电磁个稳定性，上行电子束流和背景等离子体都考虑成冷等离子体．结果表明，上行电子引起的左旋和右旋圆偏振电磁来流模是不稳定的，当它与离子回旋模耦合时增长率达到最大值，频率色散关系仍为电子束流模特征这此结果对解释权隙区纬度地面站低频电磁波观测资料和理解极隙区动力学过程是很有益的．     

太湖风生流的三维数值模拟

建立了太湖三维风生流数值模型,并用差分法求解;垂直方向上采用了坐标变换技术,把任一节点的水深转换成无量纲水深,从而有效地消除了因风力作用造成的自由水面波动和湖底不规则的影响;水平面上采用锯齿网格处理,对于四周以闭边界为主的湖泊水域,显得比较合理。计算结果表明,湖泊风生流沿垂直、水平方向都有较大变化,流向上下、水平也并不一致,这是湖泊水流区别于其它水域水流之所在。计算模拟显示所建模型的有效性和可操作性。     

洪泽湖吞吐流二维数值模拟

吞吐流是湖泊中湖水运动的主要形式之一。它通过水体交换,进而对湖泊污染物质扩散,迁移,泥沙冲淤以及湖水浓度场的变化产生影响。根据洪泽湖的具体特点,本文构造了一个二维开边界数值模拟,对洪泽湖吞吐淮河的特征进行数值实验,研究其吞吐流过程。     

非饱和流问题的数值模拟研究

利用有限元方法 ,建立了非饱和土壤水流动的数值计算模型 ,用以模拟均质土壤 ,地下水埋藏很深且在不同的初始和边界条件下的水分运动 .对于入渗或蒸发问题 ,用通常的离散方法容易产生振荡非物理解 .我们采用有限元集中质量法 ,将质量矩阵的非对角元集中到主对角元 ,避免了这种非物理解的产生 ,并且较好地处理了这类边界条件 .     

海底冷泉气泡羽流地震波数值模拟

海底冷泉广泛分布于全球大陆边缘海域,是未来能源勘探的重要领域.本文根据海底冷泉羽流特征,设计多个典型2D冷泉气泡散射地球物理模型并观测其数值模拟的地震响应特征.冷泉正演模拟的关键是建立典型地震海底冷泉散射模型,本文首先构建了平稳随机散点模型,设计了符合实际的气泡半径和气泡体积分数的参数模型,通过参数填充和计算得到了等效速度模型.由此建立的模型在适应性和灵活度上凸显出很大优势,极大地提升了地震响应的可靠程度.单炮地震记录显示冷泉羽流区散射能量最强,地震波场散射清晰,散射波场沿冷泉延伸方向具有明显的方向性.复杂冷泉气泡散射模型的正演模拟结果表明地震响应能够准确描述海底冷泉羽流,对冷泉羽流的研究和寻找海洋天然气资源具有重要意义.

     

声波介质一次散射波场高斯束Born正演

Born正演是一种常用的地震波场正演模拟方法,也是线性化地震反演的理论基础.在实际应用时,Born正演通常结合常规的地震射线方法进行实现.为了克服常规地震射线方法的弊端,并且保证地震波场的模拟精度和计算效率,本文提出了一种基于高斯束的一阶散射波场Born正演方法.该方法分为两个环节：首先,我们利用高斯束的走时和振幅信息将地下散射点处的反射率映射为地表束中心位置处的局部平面波;然后,我们利用逆倾斜叠加将局部平面波转化为接收点处的时空域散射波场.在具体的实施过程中,我们提出一种以wavelet-bank方式实现的局部平面波合成方法,同现有的算法相比,可以在保持计算精度的同时,大大减少计算时间;此外,我们还利用最速下降法优化了高斯束的迭代循环过程,进一步提高了Born正演的计算效率.两个模型的应用效果证明,本文所提出的高斯束Born正演方法可以精确、高效的实现声波介质一次散射波场的正演模拟,为三维大规模地震波场的正演问题提供了一种切实可行的实现方案.

     

Heating of beam ions by ion acoustic waves

Satellite measurements show that ion beams above the auroral acceleration region are heated to hundreds of eV in a direction perpendicular to the magnetic field. We show that ion acoustic waves may be responsible for much of this heating. Even in the absence of a positive slope in the velocity distribution of the beam ions, ion acoustic waves can be generated by a fan instability. We present analytical estimates of the wave growth rate and ion beam heating rate. These estimates, which are confirmed by particle simulations, indicate that the perpendicular temperature of the beam ions will increase by 30 eV/s, or by 1 eV in 20–25 km. From the simulations we also conclude that the heating saturates at a perpendicular temperature around 200 eV, which is consistent with observations.     

相控声源与声束的形成

用多个声源,按照一定的规律排列,分别用不同的时间激发,使每个声源激发的声波在介质中传播时有一定的相位差,这种产生声波的方法叫相控方法,这多个声源统称为相控声源．用相控声源的主要目的之一是产生一个可以控制其方向的声束．相对于点声源激发的球面波来讲,声束的能量比较集中,在介质中传播的比较远,对小的障碍物散射比较强．这样可以使声波传播的比较远,对那些声衰减比较大的介质进行一些精度比较高的探测．本文讨论相控声源在固体中激发的声束．     

贴井壁声波测井仪的有限差分模拟研究

贴井壁声波测井仪在石油勘探开发中具有广泛的应用.它能够避开泥浆的影响而直接检测井壁附近的地层性质.但目前对此进行的数值模拟研究还仅局限于比较简单的模型.有限差分法可以模拟比较复杂的井眼模型,然而贴井壁声源的频率较高（80kHz左右）,使有限差分法计算量过大.本文应用局部加密交错网格有限差分方法解决了这类数值模拟中计算精度和计算量之间的矛盾.用这种算法模拟了井中有仪器时贴井壁声源激发的声场,并将其与无仪器时的声场作了比较.对模拟结果的验证和分析显示,该有限差分方法能够正确模拟贴井壁声源激发的声场.通过考察井中仪器本体对贴井壁声源激发声场的影响发现,测井仪器本体能够对直达波进行衰减而对环绕井壁传播的面波影响不大.     

颅颌面外科与三维重建技术

目的 探讨电子束ＣＴ三维重建技术在颅颌面外科的适应症和应用价值。方法 采用美国Ｉｍａｔｒｏｎ公司的电子束ＣＴ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ＣＴ,以下简称ＥＢＣＴ）Ｃ－１５０,对７６例严重颅颌面病人实行薄层ＣＴ容积扫描。将所获ＣＴ 象经数字接口传至加拿大ＩＳＧ公司生产的Ａｌｌｅｇｒｏ工作站进行三维重建。结果 ＥＢＣＴ成像技术能立体的、详尽和精确的显示机体组织三维解剖结构极其相互关系。其再现畸形或病体     

台风“梅花”诱发平流层重力波的数值模拟与AIRS观测

为了分析台风这类强对流诱发平流层重力波的过程,本文利用中尺度数值模式WRF-ARW(V3.5)和卫星高光谱红外大气探测器AIRS数据对2011年第9号强热带气旋"梅花"的重力波特征进行了分析.首先,针对模式输出的垂直速度场资料的分析表明,台风在对流层各个方向上几乎都具有诱发重力波的能量,而在平流层内则呈现出只集中于台风中心以东的半圆弧状波动,且重力波到达平流层后其影响的水平范围可达1000 km.此外,平流层波动与对流层雨带在形态、位置以及尺度上均具有一定的相似性.其次,对风场的分析结果表明,不同高度上波动形态的差异主要是由于重力波垂直上传的过程中受到了平流层向西传的背景风场以及风切变的调制作用,揭示了重力波逆着背景流垂直上传的特征.随后,基于FFT波谱分析的结果表明,"梅花"诱发的平流层重力波水平波长中心值达到了1000 km,周期在15~25 h,垂直波长主要在8~12 km.最后,利用AIRS观测资料分析了平流层30~40 km高度上的大气波动,得到了与数值模拟结果相一致的半圆弧状波动.对比结果也验证了WRF对台风诱发平流层重力波的波动形态、传播方向、不同时刻扰动强度的变化以及影响范围的模拟效果.此外,也揭示了多资料的结合对比有助于更加全面地了解台风诱发平流层重力波的波动特征.     

Time domain scattering of acoustic plane waves by vertical faults

Acoustic plane wave scattering at a vertical fault structure represents the simplest two-dimensional model of geophysical exploration that can be investigated by analytical techniques. The exact and complete solution, in the time domain, for the scattering of the pressure field of an acoustic plane wave normally incident on a vertical fault structure is determined adapting previous results given for the frequency domain. The wave form of the pressure field of the incident plane wave is expressed by a causal time function that decays exponentially with time at every point above the fault (z<0). The zero-order term of the scattered pressure field has been computed above the fault. This zero-order term consists of an inverse Fourier transform which reduces to a closed expression forx=0, and contains an integral of a Hankel function forx#0. The high frequency part of the inverse Fourier transform forx#0 is computed employing asymptotic expressions for the Hankel function. The integral of the asymptotic expression of the Hankel function reduces to: (i) a Fresnel integral which contains a plane wave term for |x||z|; and (ii) a stationary point plane wave term plus an upper limit term for |x|=O(|z|). For the latter case the plane wave term cancels, leaving a cylindrical wave emanated from the edge of the fault. The wave front is well defined in shape, in phase and in amplitude. The amplitude of the scattered field is discontinuous atx=0, presents a jump and is well defined for |x| small and is rather smooth for |x| large.     

弹性各向同性介质一次散射波场高斯束Born正演

本文提出了一种弹性波一次散射波场的正演方法——弹性波高斯束Born正演.该方法以线性散射理论为基础,通过Born近似建立起地下散射点处不同波型的反射率同弹性波主分量波场之间的数据映射关系,利用高斯束所包含的走时、振幅和极性信息进行不同波型的局部平面波的合成,进而通过逆倾斜叠加将所合成的局部平面波转化为时空域的多分量地震记录.该方法不但保持了射线类方法高效的优点,还具备了处理多次走时波场的能力,从而保证了复杂构造的波场模拟的精度.文中两个数值模型的应用效果表明,本文所提出的弹性波高斯束Born正演算法具有近似于波动方程有限差分法的波场模拟精度以及高得多的计算效率.

     

Tutorial on the numerical modeling of edge diffracted waves by the ray method

Summary The concept of diffracted rays introduced by Keller (1962) opened the way for a ray approach in the numerical modeling of the diffraction phenomena frequently seen in the seismic field records. Unlike the computation of travel times, which has never caused any difficulties being governed by the same eikonal equation as are the rays of ordinary seismic body waves, the evaluation of the diffracted ray amplitude has been another story. In this paper we give a tutorial account of a highly promising technique for the computation of the ray amplitude of seismic waves diffracted by linear edges on seismic interfaces originally presented by Klem-Musatov (1980, 1995). We demonstrate the adequacy of this technique on a series of SH synthetic traces containing diffracted arrivals, some of them diffracted more than once. Our computer program is based on a successful combination of Klem-Musatov's approach with the zero order approximation of the Asymptotic Ray Theory (Červeny and Hron, 1980). We showed in the paper that both techniqúes are ideally suited for such a combination, since the ray amplitude evaluation in each of them is based on the same transport equation. In our tutorial review we present all formulae which are needed for a practical implementation of the method and provide their physical interpretation, wherver possible, by using the numerical examples presented in the paper.     

低纬地区电离层电流的人工调制数值模拟

利用高频泵波能对低电离层进行有效的人工扰动.采用ELF/VLF调幅高频电波对电离层进行加热,电子温度会随着调制频率振荡,并引起电导率周期性变化,从而使加热区内电离层电流周期性变化,形成等效的ELF/VLF电离层虚拟天线,辐射调制频率范围内的无线电波.早期的电离层人工调制研究主要集中在高纬和极区,本文讨论低纬地区电离层人工调制的可能性.本文的理论研究和数值模拟结果表明,低纬地区低电离层电导率在周期性加热的条件下能有效地被调制,使加热区域形成ELF/VLF波的电流辐射源,并分析了不同加热参数和入射条件对调制效果的影响.