基于迭代反演的层间多次波压制方法

层间多次波与有效波在走时、频率和叠加速度上差异较小,因此层间多次波压制常难以获得理想效果.本文提出一种基于迭代反演的层间多次波压制方法（MSI,Multiple Suppression Inversion）,该方法以共聚焦点（CFP,Common Focus Point）层间多次波压制理论为基础,通过构建卷积因子,将层间多次波压制转变为迭代反演的问题,直接利用观测的地震数据进行迭代反演计算,进而完成多次波压制.MSI方法避免了共聚焦点方法中构建CFP道集的聚焦运算,大幅降低层间多次波预测的计算成本;同时该方法为全数据驱动方法,无需地下介质任何先验信息,算法容易实现.模型数据测试表明,本文提出的方法可有效压制层间多次波,而且对有效波也具有很好的保幅性.

     

长江口附近海域台风浪的数值模拟--以鹿沙台风和森拉克台风为例

利用SWAN波浪模型计算长江口附近海域的台风浪,鉴于长江河口岸界和地形复杂,拟采用曲线网格.为证实曲线网格下的SWAN模型对于复杂地形的有效性,首先选用美国特拉华大学波浪水池实验资料对SWAN模型进行检验,结果表明利用曲线网格能不过多增加计算量而提高关键区域的计算精度.以0215号鹿沙台风和0216号森拉克台风为例,将SWAN模型应用到长江口附近海域,进行台风浪的数值模拟.通过浮标测站实测资料验证,表明有效波高计算值与实测值符合良好.通过综合分析模型计算的波浪场,说明SWAN模型能合理地反映长江口附近海域台风浪的分布.     

Dynamic response of an offshore pile to pseudo-Stoneley waves along the interface between a poroelastic seabed and seawater

A coupled model is developed to investigate the dynamic interaction between an offshore pile, a porous seabed and seawater when subjected to the pseudo-Stoneley wave along the seabed and the seawater interface. The pile and the seabed are treated as the porous medium governed by Biot's theory, while the seawater is considered as an acoustic medium and is described by the conventional Helmholtz equation. The free field solution of the incident pseudo-Stoneley wave is obtained using Biot's theory and the potential method. Based on the boundary element method (BEM) for the porous medium and the acoustic medium, three BEM formulations are constructed for the pile, the seabed and the seawater, respectively, which are combined together using the continuity conditions between the pile, the seabed and the seawater to formulate the coupled model for the system. As shown in numerical examples, when the system is subjected to the pseudo-Stoneley wave, the maximum pore pressure of the seabed usually occurs at the region near the interfaces between the seabed and the seawater.     

南海北部台风海浪谱的双峰性和成长性

本论文通过对南海北部三次台风过境期间基于浮标观测的海浪谱进行分析,发现虽然大部分成熟的台风海浪谱为单峰结构,但实际上在台风海浪的成长和衰减阶段,双峰谱占据了很大的比例。双峰谱的形成主要是由于风浪和涌浪的叠加以及不同波分量之间的非线性相互作用,我们可以通过能量密度的成长率对谱型变化进行高效的预报。此外,台风海浪的主要波向依赖于台风中心相对观测点的位置,而波向的分散情况在相距台风中心较远的区域无明显规律。本文提出了一个新的六参数波浪谱型拟合双峰谱,其拟合效果相较于前人的谱型更好。通过验证,形状参数和谱宽度之间的理论关系依然适用于单个谱峰。通过分析谱参量的变化特征,证明了谱参量不仅与台风强度和台风路径相关,还存在很强的交互相关。最后通过拟合海浪谱数据,本文得到了台风影响下海浪有效波高和有效周期之间的成长关系,这对海洋工程实际应用具有重要意义。     

Effect of wave nonlinearity on fatigue damage and extreme responses of a semi-submersible floating wind turbine

Floating wind turbine has been the highlight in offshore wind industry lately. There has been great effort on developing highly sophisticated numerical model to better understand its hydrodynamic behaviour. A engineering-practical method to study the nonlinear wave effects on floating wind turbine has been recently developed. Based on the method established, the focus of this paper is to quantify the wave nonlinearity effect due to nonlinear wave kinematics by comparing the structural responses of floating wind turbine when exposed to irregular linear Airy wave and fully nonlinear wave. Critical responses and fatigue damage are studied in operational conditions and short-term extreme values are predicted in extreme conditions respectively. In the operational condition, wind effects are dominating the mean value and standard deviation of most responses except floater heave motion. The fatigue damage at the tower base is dominated by wind effects. The fatigue damage for the mooring line is more influenced by wind effects for conditions with small wave and wave effects for conditions with large wave. The wave nonlinearity effect becomes significant for surge and mooring line tension for large waves while floater heave, pitch motion, tower base bending moment and pontoon axial force are less sensitive to the nonlinear wave effect. In the extreme condition, linear wave theory underestimates wave elevation, floater surge motion and mooring line tension compared with fully nonlinear wave theory while quite close results are predicted for other responses.     

考虑风能输入的抛物型缓坡方程

在Radder和Kirby发展的波浪折射绕射缓坡方程抛物型模型基础上,对这种模型进行了改进,改进后的模型除可以考虑波浪传播过程中的底摩阻损耗、非线性作用外,加入了风能输入对波浪传播的影响。基于风能输入项的波浪模型数值计算结果表明,在纯风浪情况下的计算结果与传统的风浪计算方法结果一致,在波浪传播过程中由于风的作用,将导致波高比无风作用下计算的波高大。     

南亚高压区Rossby波能量向上穿越对流层顶传播的特征与机制

夏季平流层盛行强东风,Rossby波能量难以从对流层向上传播至平流层,而冬季平流层盛行西风,Rossby波能量容易上传,因此以往对Rossby波能量向平流层传播的研究多考虑冬季的情况.而事实上,因为夏季高原上空南亚高压反气旋环流,并非只有强东风存在,所以Rossby波能量也可能在南亚高压区向上传播,从而影响平流层的温度、风场及大气成分等.因此,本文利用ERA-interim逐日再分析资料,分析了1979-2015年夏季南亚高压区Rossby波能量穿越对流层顶传播的特征与机制.结果表明：Rossby波能量可以从南亚高压西北部的窗口区上传至平流层,最高可到达平流层顶,而在南亚高压的其他部分,Rossby波能量均不能穿越对流层顶上传或穿越对流层顶后无法继续上传.南亚高压西北区Rossby波能量可以穿越对流层顶传播的原因是盛行西风,且西风急流出现的频率很小,同时涡动热量通量异常引起的垂直分量的第一项对其上传有很大贡献.南亚高压东北区也盛行西风,然而Rossby波能量不能向上穿越对流层顶的原因是强西风出现频率较高,且温度脊与高度脊位相相近,不利于上传.南亚高压南部均盛行东风,在平流层中下层均为稳定层结,因此Rossby波能量很难上传.南亚高压西南区在对流层位于青藏高原环流的伊朗高原下沉区附近,层结稳定,并且温度脊超前于高度脊,所以Rossby波能量很难上传.而南亚高压东南区在对流层位于南海-西太平洋热带幅合带,层结不稳定,存在Rossby波能量较弱的上传,达到对流层顶后无法继续上传,该区域温度脊落后于高度脊的温压场配置也为Rossby波能量在对流层内的传播提供了条件.

     

基于分数阶时间导数的黏弹性衰减VTI介质中平面波传播

目前在地震勘探频带范围内通常假设品质因子Q与频率无关,且呈衰减各向同性.事实上,相比较速度各向异性,介质的衰减各向异性同样不可忽视.本文将衰减各向异性和速度各向异性二者与常Q模型相结合,建立了黏弹性衰减VTI介质模型,并基于分数阶时间导数理论,给出了对应的本构关系和波动方程.利用均匀平面波分析和Poynting定理,推导出准压缩波qP、准剪切波qSV和纯剪切波SH的复速度、相速度、能量速度以及品质因子的解析表达式.对模型的正确性进行了数值验证,并分析了qP,qSV和SH波在介质中的传播特性.数值试验结果表明：本模型能够实现理想的恒定Q行为,表现了品质因子和速度的各向异性特征,显示出黏弹性增强将导致能量速度和相速度的频散曲线变化剧烈;速度和衰减各向异性参数与传播角度之间的耦合效应对qP,qSV和SH波的速度和能量影响明显;qP,qSV和SH波的频散曲线和波前面随着衰减各向异性强度的改变发生显著变化,其中耦合在一起的qP和qSV波变化趋势相同,而SH波与它们呈现相反的变化规律.本研究为从常Q模型角度分析地震波在衰减各向异性黏弹性介质中的传播特征奠定了理论基础.

     

台湾东部海域沉积物波特征及其成因探讨

利用地震剖面对沉积物波的分布、形态和内部结构进行了分析,结合区域地质背景对沉积物来源和成因进行了探讨。识别出的沉积物波域主要位于台东峡谷与陆坡其他峡谷的交汇区,单个波形的波长为0.8～7.2 km,波高为18～75 m左右,呈NE—SW向展布。台东峡谷弯曲段内侧向上坡迁移的沉积物波,其底界发育块体流沉积,内部可细分为下部过渡单元和上部波形单元。弯曲段外侧的沉积物波呈垂向加积的特征,底部无块体流沉积。基于沉积物波的几何形态,估算整个波域的流体厚度在196～356 m之间,流体速度在15～21 cm/s之间。沉积物波的形态特征、内部结构、分布规律以及数值计算表明这些沉积物波为浊流成因。台湾东部海域沉积物波域的发育与台湾西南部的沉积物波域一样,是台湾造山运动的沉积响应。距今3.5 Ma以来花东海脊的形成以及广燠火山岛—绿岛—兰屿火山岛间闸口的抬升和封闭使得沉积物经由卑南溪及海下水道向南输送到绿岛西侧的台东海槽残留弧前盆地时受阻,转而沿台东峡谷及陆坡冲沟体系向东输送入花东海盆。浊流沉积物沿着峡谷/沟谷体系向下坡方向输送的过程中,在峡谷/冲沟的嘴部等地形限制性降低的位置卸载,或在台东峡谷的高弯曲段漫溢出来,从而形成沉积物波域。     

祁连山中东段地区中小地震震源机制和区域应力场

利用哥伦比亚大学 GCMT 目录给出的祁连山中东段地区中强地震震源机制资料,研究较大区域（34°-41°N,100°-106°E）的应力场;利用该地区布设的中法微震数字监测台网多年监测资料和甘肃数字监测台网资料,使用 P 波和 S 波初动及振幅比联合反演方法,反演中小地震震源机制解和发震应力场。结果表明,地区构造应力大致为北东40°-45°水平向压应力;景泰地区主压应力方向约北东45°,绝大多数地震为走滑型。天祝-古浪地区有相当部分的逆断层地震分布,主压应力方向约60°,P 轴仰角在10°左右优势分布,大致为水平应力场。这与大区域构造应力场和断层实际分布基本一致。