安溪雷暴24h潜势预报模型研究

利用安溪县国家气象站2004年至2015年的雷暴观测资料,分析了安溪县雷暴的气候特征及环境背景分类。并根据雷暴活动特征及雷暴天气产生的环境场条件,诊断和分析T639数值模式输出产品与雷暴观测资料的相关性,对41个相关因子做显著性检验,挑选相关性较好的9个因子做分析。对9个预报因子进行0,1化处理并进行逐步回归,最后选取850hPa垂直速度、850hpa假相当位温、700hPa温度、K指数、850hPa比湿等5个因子,建立雷暴潜势预报方程。利用2015年至2017年T639模式资料进行回代分析评估,发现当雷暴概率预报Y值>0.6时,雷暴预报准确率最高,达85.60%,且漏报率、空报率很低。再以2018年T639数值模式资料对雷暴潜势概率进行计算评估,准确率为83.84%,漏报率为5.75%,空报率为10.41%。由此可见,基于T639数值产品的雷暴潜势方程可以为安溪县雷暴天气的预警预报和防雷减灾服务提供客观的参考和依据。     

水气相对运动方程

根据物理学中非均匀的混合气体的理论，本文得出了一个水汽相对运动方程和一个比湿方程。前者显示自由大气中的水汽会由于比湿、气压、温度分布的空晨不均匀和受力不等而产生相对于干空气的运动。这个方程还可以说明大气中层状云多，锋面附近、低压区、台风区多雨和台风眼中无雨等现象。比湿方程可用于计算由上述相对运动导致的空气比湿的变化。而承认本文提出的物理模型也就要求对已有的大气水分环流和降水机制作重要修正。     

双时间步法在二维浅水方程求解中的应用

针对传统算法效率低的问题,将隐式双时间步法应用于求解二维浅水方程,建立了非结构网格下高效的有限体积模型。在应用双时间步法时,虚拟时间层中的定常问题采用高效的隐式LU-SGS（Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel）方法进行迭代求解。通过模拟计算4个典型算例以及与传统显式算法进行比较,对模型精度、效率及处理实际问题能力进行检验,分析了时间步长、内迭代次数对模型性能的影响。结果表明,双时间步法放宽了稳定性对时间步长的限制,时间步长可取到显式格式10倍以上,计算耗时减少了50%以上,模型具有良好精度与适应性,具有较好的推广应用价值。     

工程地震勘探数值模拟研究

用傅氏变换法求解波动方程,对工程地震勘探进行了数值模拟计算,并研究了该算法的频散特性及其稳定性。     

大地电磁测深三维正演模拟及异常特征研究

为了实现大地电磁测深三维高效快速正演算法,本文研究了大地电磁测深积分方程三维正演模拟的理论与方法.首先详细地推导了Fredholm型积分方程;然后给出积分方程的离散方法、并矢格林函数积分的求解方法以及大型矩阵方程的存储与求解方法;最后,通过理论地电模型的计算检验了方法和程序编制的正确性,并展示了几种理论地电模型的数值计算结果,分析其异常特征.算例结果表明,该正演算法在CPU主频为1.81GHz、内存为1GB的计算机上能正确地模拟多个异常体的异常特征;地表电性不均匀体会使地表视电阻率曲线产生十分严重的畸变;TE模式相对TM模式纵向分辨率比较好,而TM模式的横向分辨率较好;随着异常体埋深的增加,反映异常的分辨能力进一步降低.     

沙漠地区地震勘探随机噪声建模及其在噪声压制中的应用

随机噪声是影响地震勘探有效信号的主要因素,其存在大大降低了地震记录的信噪比.在噪声压制方法不断被改进的同时,对随机噪声特性进行研究,了解噪声的产生机制是对其进行压制的先决条件,目前对噪声的研究主要是特性研究以寻找规律性,对其进行定性定量的分析还比较少.本文根据塔里木沙漠地区实际采集环境,考虑到噪声的连续性给计算带来的不便,假设各类噪声源以点源的形式分布在检波器周围,依据相应理论确定各类噪声源的源函数,其激发的噪声经由波动方程传播,将随机噪声作为各类噪声源共同作用的综合波场,建立随机噪声的理论模型.通过分析不同种噪声对地震记录的影响,选取合适的滤波方法对其进行压制,实验结果表明,通过建立沙漠地区随机噪声的理论模型,为选择有效的滤波方法,提高地震记录信噪比起到理论指导作用.     

辅助微分方程完全匹配层在声波方程数值模拟中的应用

在地震波数值模拟中,为提高算法精度,需要使用高阶时间更新格式,而普通的非分裂完全匹配层（PML）吸收边界局限于低阶时间格式。辅助微分方程完全匹配层（ADE PML）是一种可以适应任意阶时间格式的非分裂完全匹配层技术,且可以直接应用复频移拉伸算子以提高PML在高角度入射时的效果。作者将ADE PML应用于声波方程四阶Runge Kutta时间格式的数值模拟中,对其吸收效能进行了检验。数值模拟表明,复频移ADE PML在高角度入射时表现优于非复频移ADE PML。另外,不同辅助变量更新格式的吸收效果存在微小差异,显格式下计算结果与解析解吻合较好。长时间能量衰减计算表明ADE PML可以稳定至2 × 10⁵时间步。     

某硫铁矿尾矿库区土壤对Mn~(2+)、Fe~(x+)、Cu~(2+)的吸附性研究

尾矿库区土壤金属污染严重影响了库区的生态环境,而金属离子在土壤中的危害性大小取决于其进入土壤之后的吸附-解吸、形态转化、迁移等。为了进一步预测和防治土壤金属污染,取某硫铁矿尾矿库区土壤进行室内批淋滤实验,结果表明:淋滤液中金属离子初始浓度越大,越有利于土壤对金属离子的吸附;淋滤液的pH越小,越不利于土壤对金属离子的吸附。土壤对Mn2+的吸附规律更符合双常数方程,对Fex+、Cu2+的吸附规律更符合Elovich吸附速率方程。假设土壤中金属离子可全部溶出,在1∶25土液比的实验条件下金属离子Mn2+、Fex+、Cu2+的持续溶出时间分别为3.28,284.5,1.224d,实际中造成的污染将更加严重。吸附量、吸附速率及分配系数均与淋滤液中金属离子初始浓度及土壤中背景浓度呈正相关关系,土壤中金属溶出时间则与土壤中金属元素背景值呈正相关关系。     

渗透作用下多孔介质中循环浓度污染物的迁移过程研究

根据饱和多孔介质中考虑释放效应的一维渗透作用的可溶性污染物的迁移控制方程,通过Laplace变换和Fourier变换及其逆变换求得相应的通解形式。根据半无限体表面可溶性污染物点源注入情形下的基本解,通过积分方法得到半无限体表面圆形区域上作用循环浓度污染物后,在多孔介质内部污染物迁移过程的求解方法。作为一个典型算例,对渗透作用下循环浓度污染源引起的多孔介质中的迁移过程进行分析。算例表明,当污染源浓度为周期变化时,多孔介质内部污染物的浓度随时间增长由不稳定的周期变化过程逐渐过渡到稳定的循环过程,而某一深度处污染物浓度的相位则相应滞后。此时,稳定后的污染物浓度周期与污染源浓度周期相同。实际上,随多孔介质表面污染源浓度的周期变化,在靠近多孔介质表面一定深度范围内的污染物浓度在深度方向也呈增大或减小的交替变化过程。另一方面,在污染源循环变化过程中污染物不断向深处推进,而最终其影响范围限定在某一深度内。