An improved CESE method and its application to steady-state coronal structure simulation

This paper presents an improved space-time conservation element and solution element(CESE)method by applying a non-staggered space-time mesh system and simply improving the calculation of flow variables and applies it to magnetohydrodynamics(MHD)equations.The improved CESE method can improve the solution quality even with a large disparity in the Courant number(CFL)when using a fixed global marching time.Moreover,for a small CFL(say<0.1),the method can significantly reduce the numerical dissipation and retain the solution quality,which are verified by two benchmark problems.And meanwhile,comparison with the original CESE scheme shows better resolution of the improved scheme results.Finally,we demonstrate its validation through the application of this method in three-dimensional coronal dynamical structure with dipole magnetic fields and measured solar surface magnetic fields as the initial input.     

可压缩流体饱和孔隙介质中孔隙压力波传播数值分析

首次将高精度时空守恒元/解元方法推广到可压缩流体饱和孔隙介质中孔隙压力波传播的数值计算中。将孔隙度梯度从源（汇）项中分离,直接引入流通量,改进了理论模型。通过对孔隙介质激波问题的数值模拟,验证了方法的精度和有效性。在此基础上,提出了孔隙介质中二维黎曼问题,并揭示了孔隙压力波存在接触间断、激波、膨胀波、压缩波等复杂的结构特征。该成果对二氧化碳地质封存、二氧化碳提高石油采收率、页岩气压裂开采以及地震破裂过程的研究具有重要的理论与应用意义。     

城市地震应急处置方案技术研究

地震应急预案作为地震应急的核心文件之一,存在操作性不强,针对性不足等问题。在分析地震应急预案特点的基础上提出一种地震应急处置方案技术。地震应急处置方案是地震发生后,为指导地震应急救援,针对具体应急事件的应急处置工作方案。阐述了地震应急处置方案的特点及其与地震应急预案的关系。论述了地震应急处置方案的组成,包括:处置方案框架、应急决策知识和信息技术支撑平台。介绍了地震应急处置方案的工作原理,在信息技术支撑平台上应用地震应急决策知识修正应急处置方案框架并动态生成处置方案。以地市级为例论述了地震应急处置方案框架,并介绍地震应急决策知识的组成。从而为地震应急处置方案的生成与应用奠定基础,该方案试图在一定程度上改进地震应急预案的不足。     

基于保辛算法的声波叠前逆时偏移

叠前逆时偏移是目前成像精度最高的地震偏移方法之一,其实现过程中的一个重要步骤是数值求解全波方程,所以快速有效求解全波方程的数值算法对逆时偏移至关重要. 四阶近似解析辛可分Runge-Kutta (NSPRK) 方法是近年发展的一种具有高效率、高精度的数值求解波动方程的保辛差分方法, 能在粗网格条件下有效压制数值频散, 从而提高计算效率, 节省计算机内存需求量. 本文利用四阶NSPRK方法构造的基本思想,发展了具有六阶空间精度的NSPRK方法,并对新的六阶NSPRK方法进行了详细的稳定性和数值频散分析,以及计算效率比较和波场模拟. 同时将该方法用于声波叠前逆时偏移中, 得到一种时间上保辛、空间具有六阶精度、低数值频散、可应用大步长进行波场延拓并能长时计算的叠前逆时偏移方法,对Sigsbee2B模型进行了偏移成像, 并和四阶NSPRK方法、传统的六阶差分方法、四阶Lax-Wendroff correction (LWC) 方法进行了对比. 数值结果表明, 基于六阶NSPRK方法的叠前逆时偏移能得到更好的成像结果, 是一种优于四阶NSPRK方法、传统的六阶差分方法、四阶LWC叠前逆时偏移的方法, 尤其是在粗网格情况下具有更明显的优越性.     

交错网格任意阶导数有限差分格式及差分系数推导

交错网格有限差分算法以其高效、精确、实用等优点在地震波数值模拟中得到广泛应用。目前交错网格有限差分的精度已达到时间4阶、空间2N阶;然而在求空间三次导数时,差分格式实际上并未达到所谓的2N阶精度,而是采用了低阶的差分格式及差分系数,这样有利于提高大尺度空间正演时的计算效率;但从计算精度的角度考虑,有必要推导出准确的满足2N阶精度的交错网格有限差分格式及差分系数,以得到更高精度的正演结果。笔者利用Taylor公式展开首次推导出了可导函数任意次导数的任意偶数阶精度的差分近似式及相应的差分系数,从而完善了常规高精度交错网格有限差分算法。采用新推导的交错网格有限差分格式得到的正演波形与解析解进行了对比,证明了新推导的差分格式的正确性,并与常规差分格式的正演波形进行了比较,结果显示,新推导出的交错网格有限差分格式模拟结果稳定性好,精度更高。     

黑河流域额济纳绿洲生态保护措施及其效应分析

讨论黑河流域水资源开发利用以及引起的生态环境问题,分析额济纳绿洲生态保护措施及其效应。流域调水等治理措施使下游天然绿洲萎缩和生态退化的趋势得到一定程度的遏制;拟建的正义峡水库和输水渠道等水利工程可保护额济纳绿洲核心地带生态,但带来外围天然生态植被的退化,需要进行大时空尺度的生态影响分析论证。提出中游地区地表水和地下水联合开发利用,以提高水资源利用率,同时修建山区水库是提高水资源利用效率的理想方式;下游地区实施生态移民安置工程。     

一种新水平网格的Rossby波计算特性

提出了一个新的水平跳点网格（LE网格）,这种网格将h放置在格点上,u,v同时放置在x方向和y方向格点中间.并采用一种推导频散关系的通用方法,研究在该LE网格上与Arakawa A E网格上描述Rossby波产生误差的情况,分可分辨和不可分辨两种情况.采用二阶中央差或四阶紧致差分格式从频率和群速度两个方面进行对比分析,结果表明不论在可分辨或不可分辨情况下,还是采用二阶中央差或四阶紧致差分格式,在频率和群速度两方面,LE网格在描述Rossby波产生的误差均较Arakawa A E网格要小,同时也表明不论在可分辨还是不可分辨的情况下,采用高精度的四阶紧致差分格式,LE网格和Arakawa A_E网格在描述Rossby波时产生的频率误差和x、y方向群速度误差并非必然减少.     

二维扩散输移问题的一种新的有限体积算法

从空间离散格式上比较了有限元格式与有限体积格式的异同处,证明有限体积格式是有限元格式的一种特例,有限元格式也是一种守恒型格式。并根据有限元格式与有限体积格式的比较,提出了一种新的高精度、稳定性好的有限体积格式。通过模拟非定常的纯对流方程和二维对流扩散方程,证明了有限体积格式的优点。     

WAAS系统下单频GPS用户电离层延迟改正新方法

对于现有WAAS等差分GPS系统而言,在电离层活动激烈及系统不能正常发送或用户无法正常接收电离层延迟改正信息时,如何确保其所服务区域内单频GPS用户的电离层延迟的实时改正效果,是需要进一步解决的问题。本文提出一种能够同时克服这些不足的单频GPS电离层延迟实时改正方案,并用算例初步验证了其有效性。     

完全非内插半拉格朗日格式在一维 Burgers方程及二维浅水波方程上的应用

在作者过去提出的完全非内插半拉格朗日格式的基础上,针对半拉格朗日格式由于内插带来预报场人为的光滑性问题,进一步发展了这种计算格式,证明了此格式的计算稳定性。为检验这种新的计算格式的性能,在一维和二维问题上进行了应用。在一维问题中采用了一维无粘Burgers方程（方程中有突变点）;二维问题采用了浅水波方程,同时将这些计算结果与Ritchie方案及欧拉方案或一般半拉格朗日内插方案的计算结果进行了比较,发现新格式消除了内插和预报场的人为光滑,并且计算精度有一定程度的提高,这为以后将此格式推广到全球谱模式打下了基础。