土壤碳储量计算中不同插值方法对比研究——以吉林省大安市为例

土壤碳储量问题是大气温室效应和全球变化研究的热点问题。本文采用“单位土壤碳量”方法,计算了吉林省大安市表层土壤有机碳总储量和平均土壤有机碳储量,以为全球碳循环研究提供精确的基础数据。分析和比较了反距离加权、全局多项式、局部多项式、径向基函数和普通克里格等不同插值模型对表层单位土壤有机碳储量空间插值结果的影响,结果表明全局多项式插值的均差最小,径向基函数中张力样条法的平均绝对误差最小,普通克里格法的标准差最小。综合分析来看,普通克里格的有理二次方程式模型插值精度最高。      

向读者推荐

编者按：《地学前缘》编辑部将不定期推出“向读者推荐”栏目。根据一些论文评价指标和专家评审意见,重点推出一些文章的评价意见、主要内容和创新点提示,以期获得读者更多的关注,提升学术论文的影响力,更好地发挥学术导向作用,促进论文成果为科技创新服务。     

泥石流排导结构耦合磨损随机过程建模及分析

泥石流排导结构对于减轻泥石流对周围建筑物的损毁起到了显著作用,但目前大多数排导结构难以抵御泥石流的强烈侵蚀磨损和周围环境恶劣时伴随产生的腐蚀磨损。首先,通过分析泥石流排导结构侵蚀和腐蚀磨损机理,应用相关磨损量计算公式,提出了考虑侵蚀和腐蚀的泥石流排导结构耦合磨损计算公式。然后,以此为基础,针对磨损过程的动态性和随机性,建立了泥石流排导结构耦合磨损随机过程模型,推导了任意时刻磨损量的分布函数,实现了评估泥石流排导结构的动态可靠性和概率失效时间。最后,通过具体算例分析验证了模型的实用性,可为今后泥石流排导结构的磨损定量评估提供理论参考。     

影响大西洋热带风暴Debby（2006）的干空气源地分析

干空气影响热带气旋活动的研究受到越来越多的重视。大西洋地区热带气旋的活动不仅受撒哈拉干暖空气层（SAL）的影响,还受副高下沉干空气的影响。通过模拟2006年大西洋地区SAL的活动以及热带风暴Debby等热带气旋的活动,着重研究影响Debby三个不同发展阶段的干空气源地。研究发现,从对流层中层进入热带风暴内核地区的干空气,除了以上两个源地外还包括来自中纬度对流层低层的干空气,以及来自中高纬度下沉气流的干空气。在Debby生成之初,中层有35.7%的格点气团来自干空气,其中51.9%来自SAL的干空气,剩余的干空气分别来自副高下沉气流及中纬度对流层低层运动的干空气。随着Debby逐渐向西北方向移动,来自SAL的干空气逐渐减少,来自中高纬度下沉气流的干空气逐渐占主导。      

致密砂岩水压瞬态致裂液化格子波尔兹曼及有限元数值研究

水压瞬态致裂液化在地应力测量、 地震破坏评估和机理研究、 油气(天然气、 页岩气)及地热资源开发等地学领域都具有重要的理论和应用价值。 自20世纪60年代至今在理论和实际应用方面取得了一些奠基性和开创性成果, 但鉴于问题复杂性, 瞬态致裂液化机理至今尚不清楚。 本研究应用格子波尔兹曼及有限元多孔介质流固耦合物理模型, 对地震波载荷作用下致密砂岩水压瞬态致裂液化过程进行数值模拟研究。 首先, 以鄂尔多斯盆地某油田延长组致密砂岩为例, 利用X射线CT断层成像技术, 应用基于量子力学第一性原理格子波尔兹曼方法, 建立致密砂岩数字岩芯模型。 进而, 推导格子波尔兹曼及有限元多孔介质流固耦合数值模型公式, 建立致密砂岩水压致裂液化物理模型。 最后, 应用地震波载荷边界和初始条件, 模拟瞬态致裂液化流固耦合过程, 讨论了地震波载荷幅值、 频率及作用时间对致密砂岩孔隙结构(孔隙度大小及连通性)、 致密砂岩破裂最大主应力之间关系, 得到了地震波作用下致密砂岩致裂液化准则。     

岩土体渗流自由面问题的重心插值无网格方法

岩土体的渗透破坏、地下工程的防渗设计等无不与渗流计算有关。针对渗流自由面问题,提出一种重心拉格朗日插值的配点型无网格方法。由于渗流自由面问题的求解区域是不规则区域,该方法通过将不规则求解区域嵌入一个正则矩形区域,在正则区域上采用重心拉格朗日插值近似未知函数,利用配点法离散渗流问题的控制方程,将重心拉格朗日插值的微分矩阵离散成代数方程表达的矩阵形式。将自由面上的边界条件通过重心拉格朗日插值离散,通过置换方程法和附加方程法施加边界条件,利用正则区域上的重心插值配点法,通过迭代确定最终自由面的位置。数值算例表明所提出的无网格方法对于求解渗流自由面问题的正确性和高精度。     

垃圾体内部与衬里界面组合破坏稳定分析方法研究

垃圾填埋场沿底坡和背坡衬里界面发生平移破坏的工程实例较多,也有破坏面沿垃圾体内部和底坡的组合破坏形式,相应的计算分析方法有待完善。对组合破坏,根据垃圾体内部破坏面为库仑主动破坏面和组合破坏面上各点安全系数相同的假设,由刚体极限平衡条件,建立组合破坏的稳定计算方法。运用双楔体和组合破坏稳定分析方法对算例和Kettleman Hills填埋场工程实例进行计算分析。结果表明：双楔体法计算得到的最危险平移滑动破坏安全系数大于组合破坏最小安全系数;最危险破坏面是组合破坏面;对Kettleman Hills填埋场,组合滑动面也是可能的滑动破坏面。由此可见,组合破坏是垃圾填埋场可能的破坏形式之一,在进行垃圾填埋体滑动稳定分析计算时应进行组合破坏形式的计算分析。     

青藏高原山区某公路滑坡滑动机理及其稳定性分析

以青海省南部省道红土山段滑坡为例,在分析区域地质概况和滑坡特征的基础上,对滑坡机理及影响滑坡的因素进行分析,确定滑坡滑动模式;选取合理的计算参数进行滑坡稳定性计算,根据计算结果对滑坡稳定性进行分析。得到以下结论:产生滑坡体病害的主要原因是滑坡所处区域冻土深度较大,区域冬夏温差大,地表水下渗后冻胀,次年夏初消融,这使粘性土及泥岩泥化,粘聚力降低,周而复始,滑体不断蠕动下滑。采用传递系数法对滑坡在不同工况下的稳定性进行计算,结果表明,在天然状态下滑坡浅层滑面处于蠕动变形状态,深层滑面基本稳定;在考虑暴雨和地震的条件下,滑坡处于不稳定状态。      

Calculation of seismic transmission speed of HTI medium

During the seismic wave propagation process, as for the anisotropic lower medium, the speed is a function of the propagating direction. This article focuses on solving the problem how to get the transmittance angle and speed, knowing the upper seismic wave propagation velocity and the angle of incidence conditions. The main theories used Snell law, Christoffel equation and speed characteristics. Taking the HTI medium as an example, the authors give the detailed solving process and draw the space velocity characteristic curve.     

改进的HASM-AD算法及在空间变量模拟的应用分析

高精度曲面建模(HASM)可以显著提高空间曲面模拟的精度,但是计算速度低限制了该模型的进一步应用。为了提高HASM模型的计算效率,本文对HASM-AD算法作了改进,通过在计算过程中为采样点添加索引,避免了计算过程中对采样点信息的重复查找操作;同时,在遍历独立计算单元时实时计算第一类、第二类基本量及克式符号,避免了全局存储上述变量所需要的额外内存消耗。数值试验表明,由于将全局线性方程组求解问题转化为局部独立计算单元(5×5栅格)内的方程组求解,改进的HASM-AD算法显著提高了计算效率,同时降低了模型运行过程中的内存消耗。最后,本文以全国陆地降水空间分布模拟分析作为实例,验证改进的HASM-AD算法模拟精度及计算效率,模拟结果表明,改进的HASM-AD算法模拟结果精度优于其他HASM算法(以HASM-PCG为例),并且计算效率优势更为明显,实现全国10km分辨率的降水分布模拟耗时仅为4s。表明改进的HASM-AD算法提高了计算速度,并且适于大尺度的空间变量模拟应用。