任意各向异性介质三维有限元航空电磁响应模拟

在航空电磁探测方法应用中,地下探测环境复杂,地下介质物性参数存在各向异性特征。如果采用常规各向同性介质模型,在资料解释过程中会产生严重的偏差。本文基于矢量有限元法开展三维任意各向异性频率域航空电磁响应模拟计算研究。首先,将总场分解成一次场和二次场,对空气介质的均匀全空间进行一次场解析计算,同时利用矢量有限元法对二次电场的双旋度方程进行求解。为提高求解速度,采用共享内存直接求解器PARDISO对大规模稀疏矩阵并行计算,大大提高了三维模型的计算速度。之后开展了4种典型目标模型的三维各向异性介质模拟：围岩各向同性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向同性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型。对比分析了不同模型在不同旋转角度情况下,磁场实虚分量的变化特征,进而总结了各向异性参数对航空电磁响应的影响规律和识别方法。     

一次西南印度洋热带气旋过程发展机制的数值研究

本文利用尽可能多的观测资料和WRF-3.4.1模式(Weather Research and Forecasting Model)对2012年1月19日至28日发生在西南印度洋上空的1次强热带气旋进行了研究,并分析其时空结构和发展机制。对该热带气旋的移动路径、强度及内部结构的数值模拟结果与实际符合较好。分析表明,感热和凝结潜热贯串于热带气旋发展的整个过程,其中感热对气旋发展的影响较弱,凝结潜热是气旋发展的主要能量来源,CISK机制可解释该热带气旋的发展过程。     

台风“海马”对吕宋海峡附近暖涡的影响及其动力机制

台风和海洋涡旋相互作用,对台风路径和强度的预报和预警具有重要的意义。本文根据2016年第22号超强台风"海马"登陆前后在吕宋海峡附近海域的水文要素现场观测,结合卫星遥感资料,分析了台风过境前后位于吕宋海峡北部的中尺度暖涡内海洋物理要素的分布及其对台风的响应特征。结果表明,处于台风边缘的暖涡并没有因为台风过境产生的强冷抽吸作用而被削弱;反而因台风边缘产生的较强的负风应力旋度异常,导致此区域上层暖海水辐聚下沉、混合层厚度增加,从而增强了该暖涡。台风过境前后,暖涡内热含量的变化也证实了该涡旋的增强。而离台风中心较近的暖涡,则受到强的正风应力旋度产生的冷抽吸作用而被削弱。此次观测研究丰富了台风和涡旋的相互作用物理机制探索,为台风预测预警提供了现场观测数据支持。     

基于磁偶极子的频率域电磁系统几何误差分析

基于磁偶极子模型的频率域电磁法仪器在进行大地探测的过程中,由于收发线圈的安装误差、晃动以及材料的几何形变等因素影响,收发线圈的位置及姿态角发生变化,从而产生几何误差,而几何误差的定量分析对频率域电磁法仪器在制作、野外实验操作以及校正方面均具有很强的指导意义。本文根据误差来源的不同,将几何误差分为一次场误差和二次场误差两类;通过引入一次场张量矩阵和二次场张量矩阵,基于均匀大地模型正演得到9种线圈架构接收线圈接收到的一次场及二次场,并以微分的方式定量地分析了9种线圈架构收发线圈位置及姿态角变化引起几何误差的变化特征。对9种线圈架构的几何误差分析可知:在几何形变引入的一次场误差中,仅有PERyz、PERzy线圈架构不包含位置变化的一次项误差,仅有VCA、VCP及HCP线圈架构不包含姿态角变化的一次项误差;在几何形变引入的二次场误差中,PERzx、PERxz线圈架构最大,而VCA、VCP及HCP线圈架构受高度及收发距变化的影响很大,需要实时测量并进行校正,VCP线圈架构受收发距变化以及姿态角变化的影响最小。     

频率慢度域自适应迭代反演算法压制海上倾斜缆鬼波方法及其应用

海上倾斜缆采集技术具有多样的陷波特征,通过去鬼波处理可获得宽频数据.针对海水面波浪起伏及缆深误差引起的鬼波延迟时间估计误差以及崎岖海底和目的层深度变化使得鬼波和一次反射波的振幅差异系数随偏移距的变化而难以给定一个固定值的问题,本文推导出频率慢度域中鬼波滤波算子以及自适应迭代反演求解上行波算法,该鬼波滤波算子与不同水平慢度对应的鬼波和一次反射波的振幅差异系数以及鬼波延迟时间有关.并基于计算出的理论下行波与实际下行波之间的平方误差最小理论实现自适应反演迭代最优计算该振幅差异系数和鬼波延迟时间.合成的及某海上采集的倾斜缆数据去鬼波处理结果表明,频率慢度域自适应迭代反演算法能较好地去除海上变深度缆鬼波,能达到拓宽地震记录频带目的.     

利用直达波导频信号的高频外辐射源雷达接收阵列校正方法

基于数字调幅广播(DRM)的特点,提出了一种利用直达波频率导频信号的高频外辐射源接收阵列幅相一致性校正新方法。首先介绍了DRM广播的信号结构,分析了其导频信号作为校正源的可行性;考虑到高频段电磁环境和传播环境的时变非平稳特性,提出了一种基于平移不变阵元偶在时间上优选直达波校正数据的方法;最后结合地波模式和天波传播模式高频外辐射源雷达实测多通道数据,比较了该方法与其他辅助定标源方法用于接收阵列校正的效果,分析结果证实了该方法的有效性。     

基于风云三号微波成像仪的热带气旋强度的多元统计估计方法研究

利用中国风云三号微波成像仪数据开展西北太平洋热带气旋强度多元统计估计方法研究。⑴ 分析各通道以热带气旋中心为圆心,不同半径的同心圆和同心圆环内的亮温参数与热带气旋最大风速之间的定量关系,结果表明:低频通道1.0 °和1.5 °以内亮温的最小值、大于某亮温阈值的象元百分比和平均值与最大风速之间的相关性最高。⑵ 利用主分量分析和多元回归方法建立适合于西北太平洋上的热带气旋强度估计模型,其独立样本检验的均方根误差为13 kt。此模型在热带气旋发展的初始阶段会出现最大风速的高估,而在热带气旋发展的成熟阶段会出现最大风速的低估,正负偏差的分界点出现在70 kt左右,偏差较大的个例大多是未形成规则的热带气旋云系结构,且具有非常明显的不对称性。因此估计热带气旋强度时考虑热带气旋的云系结构特征将有助于进一步提高估计精度,且随着热带气旋样本数的增多,精度也有望进一步提高。      

西北太平洋热带气旋生成数在1990年代中期发生突变的气候环境特征分析

利用CMA热带气旋(TC)最佳路径资料和NCEP再分析资料,分析1949—2013年西北太平洋(包括南海)TC生成数的变化特征,发现在1995年前后发生由偏多到偏少的显著突变。对影响TC生成的主要气候环境要素场进行对比分析表明,在1995年之后,虽然赤道西太平洋海表温度偏高,热带太平洋为类La Ni?a的异常海温型,但垂直上升运动减弱、对流层纬向风垂直切变幅度增大、海平面气压升高,均不利于TC的生成,其综合影响导致TC数目显著减少。对1995年前后两个时期TC生成多、少典型年份海洋大气环境场的对比分析表明,1995年以前热带海洋表面温度对TC生成有相对重要的影响,而1995年以后风场环境对TC生成的影响作用更重要。      

台风与中纬度槽的相互作用对其转向之后的路径的影响

选取三个台风个例(2004年“桑达”、2005年“彩蝶”、2009年“彩云”),分别以多个相邻时次作为初始时刻进行一系列的数值模拟,结果表明热带气旋(TC)与上游槽相互作用的关键区域的预报误差与TC转向后的路径预报误差表现出显著的相关性。以2010年“马勒卡”台风为个例的敏感性试验证实了中纬度下游环流的发展及TC转向之后的移动路径对TC的强度和TC相对于上游槽的位置很敏感,这个结果给出了TC路径对TC-槽相互作用的敏感性的一个例子或一种方式。若TC增强或更接近上游槽,TC与上游槽的相互作用增强,TC向中纬度输出低PV空气的能力增强,由此导致下游区域的PV梯度增大,同时TC对中纬度梯度的扰动也会加强,因而会引起中纬度下游环流发展增强,且偏经向,TC在转向之后的路径偏北偏西;反之则下游环流偏纬向,路径偏南偏东。      

浅部频率域电磁勘探方法综述

适用于近地表(2000m以内)勘探的频率域电磁法主要有音频大地电磁法(audio-frequency magnetotellurics,AMT),无线电大地电磁法(radio-magnetotellurics,RMT),可控源音频大地电磁法(controlled source audiofrequency magnetotellurics,CSAMT),广域电磁法(Wide Field Electromagnetic Method,WFEM).本文拟从最新的数据采集技术、数据处理技术、正反演算法、实例等四个方面,论述适用于浅部勘探的AMT,RMT,CSAMT和WFEM方法的国内外最新进展,总结目前AMT,RMT,CSAMT和WFEM方法遇到的困难,对潜在的发展方向提出建议.综述表明:(1)张量测量、多站阵列、多站叠加可提高AMT、RMT和CSAMT数据的质量.利用近区数据WFEM法可获得良好的效果.国产与国外仪器在质量方面的差距正在逐步缩小.(2)数学形态滤波技术、Hilbert-Huang变换等可有效分离出有用的数据,局部畸变仍然是亟待解决的难题,需要更为深入的研究.(3)矢量有限元与非结构网格的出现大幅度提高了有限元处理复杂电磁问题模拟的精度与应用范围,成为目前电磁正演的首选工具.完全非线性反演算法仍然局限于1D、2D问题,共轭梯度法和高斯牛顿算法等为解决3D问题的发展趋势.地质约束的引入和多数据联合反演可以减小反演的非唯一性.各向异性的反演为目前反演研究的热点之一.(4)野外数据解释的正确性严重依赖于对地下结构先期的维性判别,在2D特性不明显、3D特性明显时,需要采用3D进行反演解释.