一阶弹性波方程数值模拟中的混合吸收边界条件

Liu和Sen（2010和2012）在地震波场数值模拟中提出一种混合吸收边界条件. 该方法具有计算量小、容易实现及吸收效果好等优点. 但现有的混合吸收边界条件是针对二阶位移-应力方程设计的,存在稳定性问题. 本文首先推导了两种速度-应力单程波方程：二阶Higdon单程波方程和一阶Higdon单程波方程. 进而提出基于一阶弹性波方程的混合吸收边界条件方法. 在内部区域和边界之间引入一个过渡区域,通过单程波与双程波方程平滑过渡来消除人工边界反射. 为了改善混合吸收边界条件的吸收效果和稳定性,我们采用了能同时吸收纵、横波反射的一阶单程波方程和与变量位置有关的加权系数. 为了验证混合吸收边界条件的有效性,将其与常规分裂完全匹配层（PML）方法进行了比较. 数值模拟结果表明,与PML边界条件相比,混合吸收边界条件在耗用更小计算时间和存储量的前提下,可以获得更好的吸收效果. 另外,本文提出的两种混合吸收边界条件中,混合一阶Higdon吸收边界条件具有更好的稳定性.     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏模式研究

南海北部陆坡神狐海域是我国海洋天然气水合物勘探开发研究的重点靶区,独特的水合物成藏特征,难以利用当前观测到的沉积速率和流体流动条件对其成藏机理进行解释和量化说明,对其形成演化模式和控制因素尚不明确.本文构建了海洋天然气水合物形成演化过程的动力学模型,模型的主控参量为海底沉积速率和水流速率,以此计算了神狐海域天然气水合物聚集演化过程,并与饱和度的盐度测试值进行对比.最后,在研究神狐海域地质构造活动和水合物成藏动力学基础上建立了神狐天然气水合物形成演化模式.认为神狐海域当前的天然气水合物是在上新世末—更新世早期断裂体系水合物基础上继承演化而来的,神狐海域天然气水合物形成演化具有典型的二元模式.第一阶段水合物形成发生在距今1.5 Ma之前构造活动形成的断裂体系中,高达50 m/ka的孔隙水流动携带了大量的甲烷进入水合物稳定带,导致了水合物的快速生成,在4万年内形成了饱和度达20%的甲烷水合物;第二阶段发生在1.5 Ma以来,泥质粉砂沉积使沉积体渗透率骤减,0.7 m/ka的低速率水流使甲烷供给不足,在海底浅层新沉积体中无法生成水合物,仅在水合物稳定带底部有缓慢的水合物继承增长,并因此形成了神狐海域当前观测到的水合物产出特征,而且水合物资源量仍在减少.     

分段光滑曲线边界波动方程数值模拟研究

矩形网格有限差分法在地震波传播数值模拟方面具有计算速度快的显著优势,但该方法在处理复杂边界问题上存在着效率低的严重缺陷.本文针对分段光滑曲线边界定义了尖点处的一种正则导数,给出了矩形网格情形分段光滑曲线网格边界点法向导数的一种插值计算方法.采用矩形网格有限差分法对复杂边界地球介质模型进行地震波场数值模拟,并采用波场系列快照技术揭示地震波在起伏地表和复杂介质中的传播规律.模拟结果表明：法向导数插值计算方法为矩形网格有限差分法处理复杂边界提供了有效途径,采用波场系列快照技术可以清晰地展现地震波在反射界面的反射和透射规律、在尖点的绕射规律以及在自由表面的直达波和多次反射规律.     

利用PETSc和FEPG编制海啸数值模拟程序的研究

海啸的数值模拟是海啸研究的一个重要领域, 它对于帮助理解海啸的基本物理特性和预防减灾具有重要意义。 海啸数值模拟程序的编制是一项繁杂的工作, 该文介绍了利用两种功能强大的通用软件(PETSc和FEPG)来进行海啸数值模拟程序编写的研究。 PETSc和FEPG采用有限差分、 有限元、 有限体积等多种离散方法, 可以对数值问题给出稳定的求解。 该文采用了直角坐标系下的非线性浅水波方程作为海啸波传播的控制方程进行离散求解, 并将其结果与TUNAMI N1模型进行了比较, 表明这两种方法方便而且有效。     

海南岛4—9月短时强降水的天气型和环境参数特征

利用海南岛加密自动站逐小时降水资料、ERA5再分析资料,对海南岛短时强降水日环流配置进行了天气学分型,并进一步探讨了各天气型下海南岛短时强降水的时空分布、环流形势和关键环境参数特征。结果表明：(1)海南岛短时强降水有明显的日变化特征,呈单峰型,主要出现在15:00—19:00。(2)海南岛短时强降水的天气型主要有南海低压槽、华南沿海槽、西南低压槽和冷锋型。(3)南海低压槽、华南沿海槽、西南低压槽和冷锋型短时强降水分别占37%,31%,16%和16%。南海低压槽和华南沿海槽型主要出现在7、8和9月;西南低压槽型除9月外,其余各月份均可能出现;冷锋型绝大多数出现在4、5月。(4)南海低压槽和华南沿海槽型整层湿度条件都较好,不稳定能量较大,垂直风切变较弱。西南低压槽型不稳定能量较大,湿度条件一般,垂直风切变较弱。冷锋型存在明显的上干下湿特征,垂直风切变最大,0～6 km风速差75%分位大于10 m/s,不稳定能量最小。     

Two-dimensional modeling of fine sediment transport with mixed sediment and consolidation: Application to the Gironde Estuary,France

In order to optimize ship navigation in the macrotidal Gironde Estuary, a recent project funded by the port of Bordeaux aims at better understand and forecast hydrodynamic and fine sediment transport within the estuary. In the framework of this project, a two-dimensional hydro-sedimentary model is built. The model includes hydrodynamic forcings, mixed-sediment transport, and consolidation processes. The harmonic analysis of the astronomical tides reveals a strong distortion of the tidal wave inducing the growth of overtide constituents and the non-significant effect of tide-surge interactions in annual-scale prediction. Depending on hydrological conditions, river discharge can considerably alter the model accuracy due to the migration of the turbidity maximum zone modifying the bottom roughness. Comparison with measurements shows the ability of the model to reproduce suspended-sediment concentrations in the central Estuary. Sensitivity of the model to sediment features has also been discussed in regard of suspended-sediment concentrations and fluid mud deposits. The model will be further coupled with ship squat predictions and a morphodynamic model.     

我国中部地区自动站与人工站气温的差异及原因分析

在我国,地面自动气象观测系统正在取代常规主要气象要素的观测,即人工观测的器测项目,新旧两种观测系统之间存在一定的差异。从气候科学的观点来看,这种差异会造成均一性数据集的开发以及极端天气事件的分析的误差甚至错误,所以将两种系统所获取的资料进行对比是非常必要的。计算了我国中部地区21个气象站2005年的年平均差值,对其中的6个国家基准气候站逐小时数据按照云量、风速、白天和黑夜进行分类对比,并将仪器所处环境、太阳辐射（夜间为辐射冷却）、仪器原理及观测方法的变化认为是气温差异产生的主要因素。研究表明：两种仪器观测的气温年平均差值基本上在±0.2℃之内。在上述差异因素中,大多数的台站仪器差异基本在±0.1℃之间,观测方法差异、仪器环境差异也比较小,而与太阳辐射有关的差异最大。     

地基微波辐射计探测在黄河上游人工增雨中的应用

利用2003、2004年夏秋季在青海省河南县的地基双频段微波辐射计连续观测资料,在实施系统探测实验以进行辐射亮温值(TB(23.87),TB(31.65))与大气汽态总水汽含量(Q)和云中积分液态水含量(L)值反演处理的基础上,分析了黄河上游河曲地区的云水特征,并进行了降水预测及人工增雨作业指标的探讨。结果表明:在黄河上游河曲地区,7—9月纯晴天无云天气条件下,L值基本为0,表明了统计回归反演的显著性。多云条件下Q值和L值分别在3.76~4.75g·cm-2、227.34~859.42g·m-2的范围内。可降水云天气,Q值在5.23~8.65g·cm-2间,L值在421.18~1016.37g·m-2的范围内;积雨云个例分析表明,在降雨开始前近5小时的降雨酝酿期内,Q及L的增加有明显的波动,但在对流云出现并发展时,Q和L总是急剧上升,在降雨前达到一峰值;由河南站和西安站的Q、L值比较差异可以看出,Q、L值受水汽输送、地形等因素的影响,黄河上游河曲地区的人工增雨潜力有显著的优势;所计算出的降水预测阈值,可作为该地区人工增雨作业指标的参考。     

自动建模客观分型方法在非汛期人工增雨中的应用

根据安徽省人工影响天气业务系统需要,利用NCEP 500 hPa高度场和风场格点资料及安徽省81站10年非汛期逐日降水资料,在客观分析天气形势基础上,结合预报员实践经验给出的不同系统影响安徽省时的关键区,计算机自动建模,形成逐日天气型日历,实现环流分型客观化。此方法识别条件实用,模型物理意义明确,自动化程度高,自动生成的逐日天气型日历,为安徽省非汛期人工增雨作业指挥系统提供了很好的天气预报参考依据。     

南平市气象局视频会商系统建设

南平市气象局基于政务网的可视化视频会商系统,将不同型号的省—地和地—县间视频会商系统级联在一起,把省—市会商面向辖区内县市局实时转发,降低会商系统的成本。通过此系统,地区气象台可以与省气象台及下属台站预报员及时的进行充分的天气预报交流,举办电视电话会议和业务培训等。