地震波反演方法研究的某些进展及其数学基础

以地震波反演为背景，对非线性反演问题的某些最新进展做了系统的分析和介绍，着重对地震波反演理论中一些主要方法发展过程中的数学、物理的基本理论和基本假设做了分析、讨论和总结，而非面面俱到的阐述地震波反演理论本身的发展状况，在此基础上，讨论了地震波反演问题的数学研究基础和所面临的问题及假设应注意的方面，并对较强烈地下介质物性异常所造成的非弱散射的反演问题做了分析和展望。     

城市化进程对近地层大气风温结构的影响

利用北京325 m气象塔不同阶段(第一阶段:1991—1995年;第二阶段:2004—2008年)风温梯度观测,北京地区气候站长期观测(1971—2008年,20站)和城市社会经济发展指标(1978—2008年),从城市化进程不同阶段对比的角度,分析研究北京近地层大气风温结构变化特征。结果表明,北京城市化进程已经导致该地区近地层大气特征发生明显变化。主要表现为:地面和近地层温度增加,热岛强度增强;地面风速和近地层低层风速明显减小;近地层低层(63 m以下)风向变得更为紊乱;近地层温度垂直递减率增加;近地层大气风温结构特征的变化表明:2004—2008年325 m气象塔,在63 m以下基本反映的是城市冠层流场特征,即气象塔周边地区城市冠层厚度约为63 m。     

ECAP等环境参数在强对流天气分析中的应用

引入大气热力学变量密度温度T_ρ,采取与实际大气较为相符的可逆饱和湿绝热抬升过程,利用MM5V3.5模式输出资料,计算了对流有效位能E_CAP。在此基础上,介绍了能量螺旋度指数I_EH。分析了2003年7月江淮梅雨暴雨等强对流天气发生过程中对流有效位能E_CAP及能量螺旋度指数I_EH的量值变化。结果表明:E_CAP、I_EH等参数对强风暴的发生发展有一定的指示作用,值得在业务工作中推广应用。     

复杂地形局地环流的数值模拟研究

采用一个三维中尺度动力学诊断模式,对重庆地区气象场进行了实例模拟,研究了复杂地形和不同下垫面型对流场的动力和热力作用,揭示了中尺度局地环流（山谷风、河陆风）的基本特征和变化规律,模拟结果与实测资料有好的一致性,表明该模式能够成功地模拟复杂地形局地环流。     

基于改进粒子群算法的地震标量波方程反演

针对标准粒子群优化(PSO)算法存在易出现早熟而陷入局部最优以及进化后期收敛速度慢等缺陷,通过考虑粒子所处位置间相互作用,提出了一种改进的并行粒子群优化算法.由于引入粒子位置间的相互影响,减少了粒子搜索过程盲目性,因此能有效提高算法的收敛速度.数值试验表明,这种改进的粒子群算法适用于二维标量波方程的速度反演,且算法具有对初始模型依赖性低、收敛速度快、反演结果稳定、抗噪能力强等特点,为进一步将该反演算法用于弹性波波动方程以及弹性参数反演提供了理论依据.     

含裂隙煤层的地震记录模拟

采用线性滑移(Linear Slip Deformation)裂隙介质模型、各向异性弹性波模拟方法,对含裂隙煤层进行了2D2C(二维二分量)单炮记录模拟与分析。结果表明:煤层含裂隙后与不含裂隙时相比,反射时差的变化已不足以识别,但由于波速的改变会使煤层顶底界面的波阻抗发生变化,从而引起波的动力学特征的改变,AVO现象尤其明显。当裂隙为非垂直时,炮点两侧的反射波能量和振幅出现不对称现象。x分量和z分量的特征明显不同,转换波主要记录在x分量上,横波在x分量上有不可忽视的能量。因此,应用各向异性理论、利用多分量转换波研究煤层裂隙的特征是可能的。     

东亚地区春季黑碳气溶胶源排放及其浓度分布

本研究收集整理了东亚地区一个黑碳气溶胶的排放源,并利用一个三维化学输送模式系统模拟研究了东亚地区春季黑碳气溶胶的输送和演变过程.黑碳气溶胶浓度的模拟值与地面观测站和观测船获取的监测值相比,模拟值与监测值具有良好的一致性,这表明本研究收集整理的黑碳气溶胶的排放量及其分布是基本合理的,模式系统较好地反映了黑碳气溶浓度的时空分布和变化趋势,再现了许多观测到的重要特征.模拟结果表明,东亚地区春季间隙性的长距离输送对于西北太平洋海域的黑碳气溶胶浓度分布具有非常重要的影响.     

一种基于卫星遥感AOT估算近地面颗粒物的方法

本文建立了一种基于卫星遥感AOT估算近地面颗粒物浓度的新方法.该方法考虑大气边界层厚度和近地面相对湿度的区域分布变化情况,基于大气边界层模式模拟结果和卫星遥感气溶胶光学厚度进行近地面颗粒物浓度估算.基于RAMS模拟结果和MODIS气溶胶光学厚度数据,利用该方法获得了华北地区近地面PM2.5质量浓度.并用研究区域中16个地面站点的颗粒物浓度监测数据对估算结果进行了评估.结果表明,遥感反演的近地面PM2.5与地面监测数据在趋势上基本一致,二者相关R2达到0.61.与此同时,又利用地面激光雷达和气象仪测量结果对MODIS气溶胶光学厚度数据进行了近地面颗粒物估算,并将估算的结果与新方法得到的估算结果进行了比较.比较结果表明,新方法获得的估算结果与地面监测数据具有更好的相关性,和常规方法相比,相关R2从0.32提高到0.62.     

东亚地区春季二氧化硫的输送与转化过程研究Ⅰ．模式及其验证

结合新近评估的东亚地区污染源资料，作者利用一个耦合的区域化学输送模式系统以探讨东亚地区春季期间气象过程、气相与液相化学过程、非均相化学过程、气溶胶过程和干湿沉降过程对二氧化硫输送及转化过程的影响，并研究二氧化硫和硫酸盐气溶胶的空间分布及变化特征。模拟的二氧化硫和硫酸盐气溶胶的浓度值与2001年春季飞机和地面获取的观测值进行了比较。比较结果显示，模拟值与观测值具有很好的一致性，模式系统很好地反映了二氧化硫和硫酸盐气溶胶的分布特征和变化规律，再现了许多观测到的重要特征，为进一步分析模拟结果奠定了基础。     

各向异性弹性波场的有限元数值模拟

研究了各向异性弹性波有限元正演系统的精度和效率问题，提出了一种透射加衰减的组合人工边界方案（吸收边办条件），它对各向异性波具有较好的吸收效果，并且有较好的稳定性能，均匀TI介质中的模拟获得了非常清晰的波场快照，其波场特征与理论分析能够准确吻合，各向异性介质模型的地表地震记录表明，各向异性波炮集记录在波的类型、同相轴形态、能量分布和相位等方面与各向同性波都有很大差别。