界面二次源波前扩展法全局最小走时射线追踪技术

以Moser方法为代表的最短路径射线追踪算法可以快速稳定地获得整个追踪区域的全局最小走时和路径,但它存在两个缺陷：一是射线大多由折线呈锯齿状相连,长度和位置偏离真实射线路径;二是在低变速区容易出现射线路径多值现象．本文提出的界面二次源波前扩展法全局最小走时射线追踪技术（以下简称界面源法）旨在解决上述两个问题．不同于Moser方法,界面源法只在物性分界面上设置子波源点,子波出射射线可以到达任何不穿越物性界面而直接到达的空间点和界面离散点,在均匀块体内或层内地震波以精确的射线路径传播．显然,界面源法的子波出射方向数远远大于传统方法,算法的追踪误差主要由界面离散引起的,因此,界面源法很好地解决了Moser法存在的问题,大大提高了追踪的精度．同时,由于界面源法的子波源点数远远小于Moser法,因而效率也很高．模型实算证实了该算法的高效性．     

复杂地形对对流混合层的影响

用发展后的混合层模式研究下垫面（地形和地面热力）的不均匀性对混合层结构的影响。数值实验表明,在保持了混合层模式简便和实用等特点的同时,发展后的混合层模式能够很好地反映复杂地形对混合层厚度和风速的影响。     

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325m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.     

最优化辛格式广义离散奇异核褶积微分算子地震波场模拟

将波动方程变换至Hamilton体系,构造了一种新的保结构算法,即最优化辛格式广义褶积微分算子(OSGCD). 在时间离散上,首先引入了Lie算子设计二级二阶辛格式,基于最小误差原理得到了优化的辛格式. 在空间离散上,引入广义离散奇异核褶积微分算子计算空间微分,提出了一种有效方法优化GCD并得到了稳定的算子系数. 针对本文发展的新方法,给出了OSGCD稳定性条件. 在数值实验中,将OSGCD与多种方法比较,从精度和计算效率两方面分析了OSGCD的计算优势,计算结果也表明OSGCD长时程以及非均匀介质中地震波模拟亦具有较强能力.     

电阻率成像在堤坝勘察中的应用

利用日本OYO公司MCOHM - 2 1型浅层地电仪 ,采用 pole pole方式高密度电阻率探测系统 ,对山东跋山、大冶、会宝岭等几个存在病险需要加固的大中型水库大坝进行了电阻率CT探测。坝体内的断层、破碎、薄弱结构以及人工埋设的暗排水洞在CT断面上反映的非常清晰     

频率域粘弹性声波透射波形速度反演

在用稀疏矩阵的LU分解技术对频率域粘弹性声波方程进行直接求解的基础上,根据失配函数二范数最小准则, 用预条件梯度类方法对粘弹性声波介质的速度结构进行了逐频反演. 局部非均匀介质模型和层状介质模型速度结构反演的实验结果表明,不同频率能够反映地下介质的多尺度物性结构（低频数据对应与介质物性的大尺度结构）,用低频反演结果作为高频反演的初值逼近这一顺序模式,能大大改善反演过程中解的非唯一性. 而且,在反演过程中用Hess矩阵的对角线元素来做梯度类方法的预条件算子,能够吸收了高斯牛顿法的二次收敛优势, 使得本文算法具有较快的收敛速度.      

一种改进的二阶弹性波动方程的最佳匹配层吸收边界条件

在分析前人有关二阶波动方程的最佳匹配层(PML)吸收边界条件的构建方式的基础上,讨论了这些PML吸收边界条件在计算效率和计算精度方面的不足,并给出了一种新的改进PML吸收边界条件.本文的核心思想是在频率域引入一个中间变量,避免了褶积运算,对该变量做傅里叶逆变换得到时间域的精确解.通过模型试算,把本文的改进算法与前人的算法的计算精度和计算时间进行比较.对比分析表明,本文提出的PML吸收边界条件计算量小且精度较高,并且是一种稳定的算法.     

三角网格有限元法声波与弹性波模拟频散分析

本文对声波与弹性波方程进行有限元法离散,构造有限元法频散关系的一般特征值问题,分析了时间离散格式为中心差分的三角网格有限元法声波与弹性波模拟的频散特性. 比较了三种质量矩阵即分布式质量矩阵、集中质量矩阵和混合质量矩阵对有限元法频散的影响;选取四种典型三角网格,分析了混合质量矩阵有限元（MFEM）频散的方向各向异性;数值频散、方向各向异性随插值阶数的增加逐渐减弱,当空间为三阶插值时,频散主要表现为随采样率的变化而几乎无明显方向各向异性, 其频散幅值也较小. 控制其他影响因素不变的情况下,研究了不同波速比介质中弹性波的数值频散. 最后给出了三角网格MFEM的数值耗散性.     

Model analysis of influences of aerosol mixing state upon its optical properties in East Asia

The air quality model system RAMS (Regional Atmospheric Modeling System)-CMAQ (Models-3 Community Multi-scale Air Quality) coupled with an aerosol optical/radiative module was applied to investigate the impact of different aerosol mixing states (i.e., externally mixed, half externally and half internally mixed, and internally mixed) on radiative forcing in East Asia. The simulation results show that the aerosol optical depth (AOD) generally increased when the aerosol mixing state changed from externally mixed to internally mixed, while the single scattering albedo (SSA) decreased. Therefore, the scattering and absorption properties of aerosols can be significantly affected by the change of aerosol mixing states. Comparison of simulated and observed SSAs at five AERONET (Aerosol Robotic Network) sites suggests that SSA could be better estimated by considering aerosol particles to be internally mixed. Model analysis indicates that the impact of aerosol mixing state upon aerosol direct radiative forcing (DRF) is complex. Generally, the cooling effect of aerosols over East Asia are enhanced in the northern part of East Asia (Northern China, Korean peninsula, and the surrounding area of Japan) and are reduced in the southern part of East Asia (Sichuan Basin and Southeast China) by internal mixing process, and the variation range can reach 5 W m－2. The analysis shows that the internal mixing between inorganic salt and dust is likely the main reason that the cooling effect strengthens. Conversely, the internal mixture of anthropogenic aerosols, including sulfate, nitrate, ammonium, black carbon, and organic carbon, could obviously weaken the cooling effect.     

东亚地区春季硫氧化物浓度分布及其收支研究

利用一个耦合的区域化学输送模式系统,模拟了2001年3~4月间东亚区域二氧化硫(SO2)和硫酸盐(SO42-)气溶胶浓度的时空分布,并分析了它们的来源、输送、转化和沉降过程在浓度形成中的作用。为了检验模拟结果的合理性,侧重分析了4月9~12日SO2的输送和转化过程。在这一期间,SO2浓度观测资料显示,日本的观测站Happo、Oki和Hedo周围及日本海部分海域先后经历了一次SO2浓度高值。模拟结果表明,日本东京附近的三宅岛火山喷发严重影响了日本列岛和周边海域SO2和SO42-气溶胶的分布,是引起观测站周围及日本海部分海域SO2浓度高值的主要原因。3月1日至4月31日间的硫收支分析显示,气相与液相化学过程在SO2的氧化过程中具有同等的重要性,模拟区域排放的硫氧化物中有约42%(其中约25%为SO2)被输送到模拟区域以外,约57%(约35%为湿沉降)沉积在模拟区域内。