基于Weka的地震数据挖掘系统的设计与实现

基于开源的数据挖掘系统Weka,使用Java语言及面向对象的思想,设计并实现了地震数据挖掘系统。根据地震数据资料的特点,将数据挖掘的核心技术（聚类分析、关联规则分析等）引入到该系统中,其中聚类分析选用DBSCAN作为核心算法,关联规则分析选用Apriori作为核心算法。用户使用该系统只需在交互界面选择相关参数,即可实现调用数据挖掘算法来分析地震数据,发现探索其隐含规律。     

地形追随坐标系下埃特尔位涡的计算

随着数值天气预报模式的日益普及以及位涡在不同天气、气候时、空尺度上的广泛应用,对采用模式输出资料计算的埃特尔（Ertel）位涡的精度提出了更高要求。将气象要素从中尺度模式普遍采用的地形追随坐标系向定义位涡的z或p坐标系的插值过程（插值法）,是导致埃特尔位涡计算误差的主要原因。文中利用地形追随坐标系与z（p）坐标系的变换关系,导出了z坐标系定义的埃特尔位涡在地形追随坐标系中的表达形式,实现了直接在模式格点上计算埃特尔位涡（直接法）,在提高计算精度的同时,保留了其在z坐标系中的物理意义,方便了分析与应用。为了进一步分析直接法在减少计算误差方面的作用,使用WRF模式对2016年7月发生在华北地区复杂地形背景下的一次黄淮气旋爆发过程进行了模拟,利用模式输出资料对此次天气过程中强降水时段插值法计算误差的分布进行了分析。结果表明,利用直接法计算位涡可有效减少插值法引入的计算误差,中低层均方根误差可达0.5 PVU,中高层可达0.3 PVU。将其应用到中小尺度对流性天气精细化结构的分析及气候统计研究中,可以有效减少插值法误差对结果产生的不良影响,提高计算和分析准确度。      

非线性土层地震反应分析的一种方法

本文利用作者给出的土的剪切动力本构关系的动态骨架曲线模型,结合显式差分数值逐步积分方法,给出了一种分析非线性土层地震反应的方法。反应计算中,地震效应视为基底剪切波垂直入射,且考虑了上部土层中能量向弹性基底辐射的效应。文章最后给出了本方法应用的一个算例,并给出了相应的等效线性化方法的计算结果。     

基于大涡模拟的小区气候态精细化风环境模拟试验

对具有复杂下垫面的小区精细化风环境进行数值模拟是当前城市气象研究的热点,而针对具有复杂地形的山地型城市（如重庆）的研究还比较匮乏。本文采用能显式分辨下垫面陡峭地形和复杂建筑物的计算流体力学（CFD）模式对重庆市渝北区龙湖社区气候态下的精细化风环境进行高分辨率的数值模拟。结果表明,下垫面能显著调节小区内风场的分布,风速大值区主要出现在九龙湖等开阔区域以及与中尺度背景入流方向一致的街道中。在夏季,小区整体风场以东南风为主,而其他3个季节则以偏东风为主。4个季节中,夏季小区内的风速最大,平均风速为0.3 m/s左右,局地能出现大于背景风的风速,可达0.8 m/s;其他3个季节的风速则较弱,区域平均的风速在0.2 m/s左右。不同的建筑物布局对局地风环境的影响也不同:单个孤立高层建筑迎风面的近地面存在明显地绕流,局地风速有所增加,而在背风面则形成尾流区,水平风速较低;在低矮分散的建筑群,建筑物的整体高度不高,区域内流场相对来说比较一致,风速较大,有利于小区的通风;在密集高层建筑群内,由于建筑物群本身的布局比较封闭,加之不同建筑物的环流场存在相互干扰及影响,使得小区近地面风速几乎为零,不利于小区通风和污染物扩散。建筑物的这些影响在城市冠层内尤为明显,高度越高这种影响越弱。     

Adaptation of Pressure Based CFD Solvers for Mesoscale Atmospheric Problems

General purpose Computational Fluid Dynamics (CFD) solvers are frequently used in small-scale urban pollution dispersion simulations without a large extent of ver- tical flow. Vertical flow, however, plays an important role in the formation of local breezes, such as urban heat island induced breezes that have great significance in the ventilation of large cities. The effects of atmospheric stratification, anelasticity and Coriolis force must be taken into account in such simulations. We introduce a general method for adapting pressure based CFD solvers to atmospheric flow simulations in order to take advantage of their high flexibility in geometrical modelling and meshing. Compressibility and thermal stratification effects are taken into account by utilizing a novel system of transformations of the field variables and by adding consequential source terms to the model equations of incompressible flow. Phenomena involving mesoscale to microscale coupled effects can be analyzed without model nesting, applying only local grid refinement of an arbitrary level. Elements of the method are validated against an analytical solution, results of a reference calculation, and a laboratory scale urban heat island circulation experiment. The new approach can be applied with benefits to several areas of application. Inclusion of the moisture transport phenomena and the surface energy balance are important further steps towards the practical application of the method.     

发展方程的非线性计算不稳定问题

进一步讨论了有关非线性不稳定的一些问题,其主要内容有： １．考察了有代表性的三类发展方程,指出其对应的差分格式是否出现非线性计算不稳定,与原微分方程解的性质密切相关。 ２．进一步讨论了带周期边条件的守恒型差分格式的非线性计算稳定性问题,总结了克服非线性不稳定的有效措施。 ３．以非线性平流方程为例,着重分析了带非周期边条件的非守恒差分格式的非线性计算稳定性问题,给出了判别其计算稳定性的“综合分析判别法”。     

提高任意广角波动方程计算效率及压制倏逝波干扰方法

任意广角波动方程（Arbitrarily Wide-angle Wave Equation,AWWE）是一种高精度的时空域单程波动方程,与其他时空域单程波方程相比,具有更大的成像倾角,因此是偏移成像的有力工具之一.本文改进了现有的AWWE有限差分计算方案,避免了原计算方案中对矩阵反复求逆的过程,同时减少了矩阵相乘的次数,显著地提高了AWWE数值计算的效率.数值实验证实,采用改进之后的计算方案,其计算结果与原方案完全一致.此外,本文采用了一种方法,在有倏逝波干扰的情况下,能在频率-波数（f-k）域区分出倏逝波与非倏逝波,为设计f-k滤波器提供合理的视速度门槛信息.偏移实验证实,在深度延拓时仅仅进行数次f-k滤波就能很好地抑制倏逝波干扰,提高偏移成像质量.     

基于计算岩石物理方法的页岩储层弹性参数提取

发展了应用数值计算方法获取页岩储层的速度、各向异性参数的计算岩石物理系列方法.该系列方法包括了大尺度精细地质模型数值建模、计算网格尺度的地球物理建模和地震波数值模拟提取岩石物理弹性参数.本文方法利用储层的统计数据而不是具体岩心的测量数据,可获得储层岩石物理弹性参数的变化规律.相比于基于岩心测试的岩石物理方法,本文方法可精细考虑实际储层的非均匀特征,可得到岩心测试难以求取的与尺寸效应高度相关的弹性参数,也避免了求取弹性参数变化规律时获取不同地质特征岩心的困难.本文发展了计算岩石物理方法,为计算岩石物理面临的大尺度地质建模和计算能力限制问题提供了有效的解决方案.文中以胜利罗家的页岩储层为例,求得了储层TOC含量从3%到21%变化情况下储层的P波、S波速度以及各向异性参数变化规律.