基于量子蒙特卡罗的地球物理反演方法

本文将量子蒙特卡罗全局优化方法引入地球物理反问题,进而发展了一类新的地球物理非线性反演方法.量子蒙特卡罗方法是基于量子力学机制的随机方法,包括变分蒙特卡罗方法、格林函数蒙特卡罗方法、扩散蒙特卡罗方法、路径积分蒙特卡罗方法.本文简要回顾了量子蒙特卡罗方法的发展,阐述了其方法理论;随后的数值试验结果表明,量子蒙特卡罗方法应用于地球物理反问题的求解是成功的,它适合于非线性、多极值的地球物理反演问题,在收敛速度和避免陷入局部极小等方面有着一定的优势,且该方法也适用于其他领域非线性最优化问题的求解,其算法具有较强的通用性;最后就量子蒙特卡罗方法在地球物理反问题中的应用前景以及存在的问题做了简要概述.     

改进的高精度拟谱微分方法及其在三维非均匀介质地震传播研究中的应用

改进了用于模拟地震波场的傅里叶拟谱微分方法,改进后的方法精度是常规拟谱方法的4倍,称为改进的傅里叶拟谱方法.在较高数值精度的一阶应力-速度弹性波动方程的基础上,采用该方法和常规拟谱方法对Marmousi模型进行数值求解,结果表明,该方法的数值频散效应明显比常规拟谱方法弱.将该方法与有限元方法在各向异性介质中进行模拟比较,发现该方法的精度接近有限元方法,数值频散效应比有限元方法明显减小,而且可在较大空间网格间距下进行计算,从而提高计算效率.在3-D非均匀介质中的地震波传播数值模拟结果表明,该方法是一种研究复杂非均匀介质中地震波传播问题的高效方法.     

南亚高压与偏北风急流出口区的暴雨生成机制

利用MM4中尺度模式,模拟了1998年7月21日08：00~22日08：00(北京时),一次西北风急流的暴雨过程。分析发现,西北风高空急流与南亚高压环流形成的辐散辐合场导致一对中尺度正反环流的生成,使暴雨得以维持与加强。在暴雨区北部,中高层条件性对称不稳定可使下沉运动加速,对北支环流的维持起关键作用;雨区南部,南支环流圈的维持与高层北风中心的加强有关。北支环流圈的加强以及动量下传使暴雨区北部低层的北风分量维持。该北风分量与雨区南部环流的南风分量形成低层辐合。     

北京冬季不同污染情况下PM2.5传输特征模拟研究

近年来北京空气质量持续得到改善,但仍未达国家二级标准,且在减排效果良好情况下,2019年冬季仍有严重的细颗粒物污染发生,所以还需对现阶段北京PM_2.5来源进行有针对性的研究。因不同污染阶段,污染物来源和构成均会发生变化,所以本研究利用耦合了源解析模块ISAM的空气质量模式RAMS-CMAQ对2019年12月北京PM_2.5来源进行解析,并从非污染、轻度污染和中重度污染3种情况分析PM_2.5和其组分及相应前体物的区域传输特征。结果表明,现阶段北京冬季PM_2.5以外来输送为主,其比例可由非污染天的69.7%增至中重度污染天的75.7%,主要来自河北和内蒙古自治区。非污染天以偏西风长距离输送为主,当同时有持续的偏南方向气团输入时,北京将出现污染并持续加重。二次无机气溶胶在北京冬季PM_2.5中的占比较大,其比例随污染加重而增加,中重度污染天比非污染天高6.7%。其中硫酸盐贡献随污染加重而降低,硝酸盐贡献却持续增加,是污染加重的主导组分。除硝酸盐外,硫酸盐、铵盐、有机碳、一次尘和黒碳均以外...     

地震波散射研究的若干重要进展

本文从地球介质的复杂性与非均匀性的普遍性以及地震波在其中的传播过程的复杂性出发,对地震波散射理论及方法研究的历史进行了简要的回顾,并对该领域从20世纪90年代以来的某些进展作了简要的介绍与评述.本文分两大部分进行阐述.(1)．历史回顾：简介并回顾了地震波散射理论几十年的发展历程、存在的问题及对解决这些问题的潜在的基本途径.(2)．20世纪90年代以来的若干进展：简要介绍了弱散射理论体系的形成及强散射问题研究的部分成果,提出了散射理论未来发展的可能方向之一,即在无近似的拟微局部分析理论的基础上,建立并发展可处理高度复杂的地球固体介质中地震波传播问题的地震波散射及全波理论.     

2007年3月3—5日辽宁省暴雪和大风天气的中尺度分析

使用中尺度数值模式WRFV2.2.1对辽宁省2007年3月3-5日的暴雪和大风天气过程进行了数值模拟,结合10min一次的地面自动观测站资料和数字化多普勒天气雷达探测资料,研究了中尺度重力波的结构及其环境场特征,探讨了波动的激发机制.对流层上层中尺度重力波生成在350-250 hPa(约9-11 km),周期为2-3h,水平波长30-40 km,波动沿水平方向传播约9h.地面气压扰动振幅约为2 hPa,周期为2-3 h,波动由西南向东北方向传播,方向与地面风向相反.沿波的传播方向,地面观测的逐时降水量呈波动特征,周期约为2h.对流层上层中尺度重力波减弱后,雷达降水回波强度出现显著的波动特征.对流层上层中尺度重力波生成在朝向脊区传播的高空急流出口区下方,300 hPa环境场具有显著的切变不稳定特征.波动生成在理查逊数小于0.25的地区,在中尺度重力波生成的高度上,暖平流强,风速低,风切变大.中尺度重力波生成地区出现显著的不平衡气流,拉格朗日罗斯贝数大于0.7,水平散度倾向出现明显的大值,其中-▽w·(e)v/(e)v的量级明显大于其他各项,表明对流层上层重力波的生成及发展与环境场的显著风切变有关.     

显式分形插值在有限元叠前逆时偏移成像中的应用

以分形理论为基础,借助于压缩映射原理和不动点理论及实变函数理论,给出了分形插值函数的显式表达形式,同时给出了垂直比例因子的局部显式表达式.利用该显式分形插值方法对稀疏采样的地震记录进行了插值加密处理,并对原始记录和分形插值重建记录进行了叠前逆时偏移处理.数值重建实验表明,显式分形插值重建的剖面与原始地震剖面非常类似,单道地震记录则表明显式分形插值重建的地震道是原始地震道的良好近似,缺失道的振幅和相位都得到了很好的估计.叠前偏移结果则表明,分形插值叠前偏移剖面是原始记录偏移剖面的良好近似,二者的分辨率几乎一样.     

珠峰绒布河谷大气边界层结构的数值模拟

利用中尺度气象模式RAMS对2006年6月12～16日珠峰绒布河谷地区大气边界层结构进行了模拟,并将模拟的风温时空分布与风廓线仪LAP3000的观测资料进行了对比分析.结果表明,绒布河谷地区的局地环流具有明显的日变化(午后至夜间盛行山风,可持续12h,且风速较大;在山风盛行期间,山风的影响高度可达400～700m左右),其中下垫面不均匀性导致的温度差异是引起局地环流的主要因素;RAMS模式较好地反映了绒布河谷地区局地环流的时空变化特征.     

水汽螺旋度及其在一次江淮暴雨分析中的应用

构造了新的诊断量--水汽螺旋度,并对影响水汽螺旋度变化的因子做了分析.利用MM5模式输出资料对2003年7月4日的暴雨过程进行诊断分析,结果表明:水汽螺旋度与暴雨强度和暴雨落区都有较好的相关,螺旋度通量散度和湿螺旋散度对暴雨也有比较明显的指示作用,其中螺旋度通量散度对暴雨落区和强度的指示作用都很好,而湿螺旋散度与暴雨落区对应得稍差.     

多尺度空气质量模式系统及其验证 II.东亚地区对流层臭氧及其前体物模拟

利用一个多尺度空气质量模式系统对东亚地区2001年春季对流层臭氧及其前体物的输送与演变过程进行了模拟。为了检验模式系统模拟臭氧演变过程的能力,将模拟的臭氧浓度及其与之紧密相关的化学物种浓度,如OH自由基、HO2自由基、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、乙烷和乙烯,与TRACE-P期间两架飞机在西北太平洋上空获取的大量观测资料进行了比较。比较结果表明,模拟值的平均值与相应的观测值具有相当好的一致性,且绝大多数模拟值在相应观测值的2倍范围之内;模拟的化学物种浓度的时空分布与观测结果基本相符;模式系统对于非甲烷烃中不同化学物种的输送与转化过程的处理是基本合理的,反映了光化学生成和平流层输送等过程对对流层臭氧浓度分布的影响。