用折线逼近法计算余弦变换的频率范围讨论

要想提高余弦变换的精度,可以减小折线区间,增加折线的数量,最大限度地达到折线代替函数曲线的目的,然而在实际应用过程中我们发现,合理正确的选择变换的频率范围对余弦变换的计算精度会产生决定性的影响,本文目的就是为了减小因频率区间选取的不同而造成余弦变换结果的误差,使瞬变响应的计算精度达到最高.本文以大回线和磁偶极子为例,在电阻率、线圈半径、收发距不同因素的影响下,求其频率域响应,利用余弦变换计算其瞬变响应,通过与解析解的对比,来讨论使余弦变换结果达到最高精度所需要的最佳fH、fL.结果发现,随着电阻率的增加,余弦变换精度对频带的依赖性增强;线圈半径、收发距增加,余弦变换精度对频带依赖性减弱.无论哪种情况,最佳的频率范围基本上都是在10-6~107 Hz,而且当频宽不变时(logfH-logfL≥12),固定频带fH,大回线源的计算精度可以得到保证,固定fL,磁偶极子的计算精度可以得到保证.从而我们总结出一个在不同因素影响下的余弦变换的频率选取规律,大大降低了余弦变换结果因频段的选取而造成的误差.     

基于幂强化本构模型的轴对称圆巷弹塑性解

轴对称圆巷的弹塑性求解的关键是选择合适的屈服准则。已经有诸多学者选择Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则和Hoek-Brown准则等,进行了相应的求解。为了探讨更符合工程实际需要的准则和求解,在考虑岩石材料的应变强化效应的条件下,建立了轴对称圆巷的幂强化本构模型和基于Drucker-Prager屈服准则的幂强化-理想塑性模型,并进行了弹塑性求解。以工程实例为计算条件,将幂强化-理想塑性模型的计算结果与基于Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则的理想塑性模型和幂强化模型的计算结果分别进行了对比,分析幂强化参数对围岩弹塑性解的影响。研究表明,应变强化效应对围岩稳定性有较大影响,对于应变强化效应较强的岩石材料,采用幂强化模型分析更接近工程实际。     

深水半潜式平台锚链倾角监测的自容式传感器的设计

深水半潜式平台系泊锚链的倾角变化是评价平台系泊状态与锚链受力的重要指标,是半潜式平台重要的监测内容。目前,深水锚链的测量主要是采用自容式的传感器,针对其水下长时间测量的应用特点,要求它的设计必须具有低功耗、高可靠性、大存储量、体积小、防水耐压等指标。根据我国南海流花平台的锚链监测需要,设计与制作了专用的水下自容式倾角传感器,并在实际应用中进行了检验。     

汶川地区震后钢筋混凝土框架结构的地震易损性研究

以汶川地震为研究背景,针对震后典型钢筋混凝土框架结构进行地震易损性研究。基于Cornell理论框架结合汶川地质资料,拟合出考虑场地特点的地震危险性模型,同时定义损伤水平状态及限值指标,以概率解析易损性研究方法为基础,运用考虑地震动参数的解析易损性评估方法绘制汶川地区钢筋混凝土框架建筑的地震易损性曲线。研究结果表明:考虑地震动参数的概率解析易损性研究方法是一种有效的地震易损性评估方法;以PGA作为地震强度输入指标的结构反应,随自振周期的增大体系最大响应的相关性降低,结构各个损伤状态的失效概率均随之增大。     

准全球陆表干旱严重程度的多传感器遥感监测方法研究

在全球气候变暖的背景下,持续的干旱事件将对生态系统和人类社会产生不利影响。尽管存在多源卫星遥感资料及多种干旱指数,然而区域和全球尺度干旱事件的监测仍具有挑战。采用TRMM（Tropical RainfallMeasuring Mission）数据量化降水异常、MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）和陆表温度（Land Surface Temperature,LST）数据表征植被生长异常,构建了一种兼顾降水异常和植被生长状况异常的多传感器陆表干旱严重程度指数（Multi-sensorsDrought Severity Index,MDSI）。结果表明:MDSI 能够准确检测准全球范围（50°S～50°N,0°～180°～0°）的气象干旱事件,如亚马逊流域2005 和2010 年干旱、中国川渝地区2006 年干旱、中国云南2010 年干旱、非洲东部2011 年干旱、2012 年美国中部干旱等;MDSI 与PDSI（Palmer Drought Severity Index）呈现出大致相同的干湿空间格局,并且MDSI 有助于湿润地区干旱程度的检测。     

全球地磁感应测深数据三维反演

全球地磁感应测深能获得地幔转换带及下地幔上部的导电结构.但目前稀疏的地磁台站分布及部分台站的观测数据稳定性较差,影响了三维反演对地下电性结构的分辨力和反演可靠性.为此,区别于传统的L2-范数反演方法,本文提出并实现了基于L1-范数的地磁测深响应三维反演技术.在反演中,利用L1-范数度量数据预测误差,降低"飞点"数据的影响,将相关系数较小的C-响应估计也纳入反演数据中.三维正演模拟采用球坐标系下的交错网格有限差分法,反演采用有限内存拟牛顿法.文中利用指数概率密度分布函数构造非高斯噪声的合成数据,并采用棋盘模型对反演方法的可靠性进行了验证.之后,我们将本文提出的三维反演方法用于全球129个地磁观测台站的C-响应数据反演,结果表明在地幔转换带深部,中国东北地区为高导电异常,南欧和北非则均为高阻;夏威夷在900km以下为高导;菲律宾海及以东地区在转换带表现为明显的高阻,这些结果与前人研究结果一致.由于采用了更多的台站数据,我们的反演结果还发现一些新的异常:南美洲南端,转换带表现为明显的高导;澳大利亚东南部,地幔转换带深部,也存在一个明显的高导异常,这些异常分布和地震层析成像的低速区一致.因此,L1-范数三维反演能够充分利用全球C-响应数据信息,提高地磁测深对地球深部电性结构的分辨能力,更好的研究全球地幔电性结构.     

海洋效应对中国沿海地磁观测影响——以广州台站为例

以广州台站为例,研究海洋效应对中国沿海地磁观测C-响应的影响.海洋效应的三维正演模拟采用球坐标系下交错网格有限差分方法,假设磁层环形电流源,正演电阻率结构模型采用"地表3-D电导+1-D层状背景"复合模型.数值模拟结果表明,中国地区沿海C-响应受海洋效应影响明显.在空间上,沿海岸线方向,受海洋效应影响,单周期的C-响应由无海洋效应的常值变形为平行于海岸线的等值线密集梯度带;在垂直海岸方向,海洋效应影响向内陆减小,其影响可达哈尔滨-贵阳一线.海洋效应影响采用比值法进行校正,以广州台站为例,在比值曲线上发现海洋效应对C-响应的影响最大周期可达20天左右,并且就中国沿海而言,相对全球平均一维模型,利用中国地区平均一维电导率模型作为背景模型的海洋效应校正结果更加合理.进一步对广州台站海洋效应校正前后的C-响应进行了1-D反演,由于校正前的C-响应在小周期时受海洋效应特别大,直接反演无法拟合数据;但校正后反演拟合明显变好,得到的1-D导电模型表明广州地区上地幔及地幔转换带的电阻率比中国平均电阻率高约一个量级,推测中国华南地区南部的地幔转换带可能处于相对冷的环境,该模型可能成为菲律宾海板块西向俯冲并滞留到华南大陆下方地幔转换带的电性证据.     

黄海海雾WRF数值模拟中垂直分辨率的敏感性研究

基于WRF模式探究不同垂直分辨率下模式对黄海海雾的模拟表现。将3种垂直分层方案（35η、44η与63η）和2种边界层方案（YSU、MYNN）组合,对10次海雾做模拟研究。统计分析了水平雾区与雾顶高度对垂直分辨率的敏感性,并利用1次典型个例剖析了雾顶长波辐射与雾体湍流的作用。统计结果显示,提高垂直分辨率能显著改进水平雾区的模拟效果,改善明显的个例在不同垂直分辨率试验下的雾顶高度差异也较大;YSU方案相比于MYNN方案更敏感,从35η层增至44η层其试验个例的击中率（POD）和公正预兆得分（ETS）的平均改进率分别提高了13.29%和10.22%。典型个例研究结果揭示,模式对雾顶长波辐射和雾体湍流作用的模拟程度强烈依赖垂直分辨率：粗垂直分辨率给出的湍流强度很弱,导致模拟失败;雾顶存在“云水含量增多→长波辐射增强→降温加大→云水含量增多”的正反馈过程,细垂直分辨率比粗垂直分辨率更容易维持与增强此反馈;只有细垂直分辨率才能模拟出雾顶长波辐射冷却产生的贯穿雾体直抵海面、强度不弱于近海面机械湍流的浮力湍流,它导致雾体降温而出现符合观测事实的海温高于气温的现象。     

浅部约束的地磁测深C-响应一维反演

地磁测深研究的周期范围通常为10~5~10~7s,缺少反映浅部电性结构的短周期信息,而C-响应受浅部电阻率影响明显,因此本文提出在反演中增加浅部(约200 km)电阻率约束以提高深部反演的稳定性和可靠性.在磁层环状电流满足P_1~0假设的条件下,球坐标系中一维导电薄球层状地球的C-响应和电导率分布关系由边界条件通过递推的方法计算得到.反演采用有限内存拟牛顿(L-BFGS)法;浅部电阻率约束通过将目标函数对模型参数的梯度设为零来实现;通过置信区间分析评价约束反演结果的可靠性.合成数据的无约束反演虽然最终的拟合效果很好,但浅部电阻率受初始模型影响,差异较大;采用浅部约束后,反演结果对初始模型依赖性明显减小,同时还能显著提高200~600 km范围内反演结果的准确性.对全球近地轨道卫星观测的C-响应数据约束反演后结果与前人一致,表现为地幔电导率整体上随着深度的增加而增加.参数置信区间分析表明,由于约束反演加入了浅部信息,电阻率的变化范围更加紧致,说明反演结果更加可靠.因此,有必要通过其他地球物理方法,如长周期大地电磁测深等获得浅部电阻率分布,作为先验信息参加反演,进行浅部约束的C-响应反演,获得更可靠的一维全深度电性结构,为地磁测深数据解释奠定基础.