对流尺度集合预报中模式地形扰动对其预报技巧的影响研究

基于在重庆市气象局业务运行的对流可分辨尺度(3 km)集合预报系统,在已有初值扰动、模式物理过程扰动和侧边界扰动的基础上,对不同集合成员采用不同地形插值方案和地形平滑方案实现对模式静态地形高度的扰动,体现数值模式中地形转换过程的不确定性,开展集合预报批量平行试验。结果表明:(1)实现对模式静态地形高度的扰动后,各集合成员地形高度的离散度与实际地形的起伏程度对应关系较好,两者空间分布特征非常相似,地形较平坦的平原地区离散度较小,而地形较复杂的高原地区或山区离散度较大;(2)加入模式地形扰动方案后,集合扰动能量总体上有所增大,且低层比中、高层更明显,能量增幅在较短预报时效(12 h)内最显著,随着预报时效延长呈逐渐减小趋势,且能量增幅大值中心主要出现在地形较复杂、集合成员地形高度离散度较大地区;(3)模式地形扰动方案一定程度上能提高降水概率预报技巧及改进集合平均降水预报,在对高空要素和2 m温度、10 m风场等近地面要素的集合平均均方根误差和集合离散度无负面影响的前提下,能一定程度上优化集合分布。     

形变场多重分形谱异常与强震关系研究

以平均形变速率梯度概率为变量, 研究了唐山地区、甘肃河西地区和北京地区多期垂直形变场图像的动态多重分形特征及其与强震的关系。结果表明, 震前一至数年形变场图像的多重分形谱Dq 值域变宽, 即- q 区上翘, + q区下降现象, 在强震孕育发生的过程中, 形变场时空表现出从准均匀到不均匀的演化趋势。结合地震活动和岩石力学实验结果认为, 形变场不均匀化可能是中长期地震复杂性前兆的一个重要标志。     

连续缺失地震数据的高阶流式预测滤波插值方法

由于观测系统实施以及经济因素的限制,采集到的勘探地震数据在空间方向上总是不规则分布的,并且往往会出现数据的大范围连续缺失情况.许多后续地震数据处理方法（例如：多次波压制和波动方程偏移等）都需要空间上规则分布的数据.插值技术是一种解决地震数据缺失问题的有效手段,但是传统的数据插值方法在进行连续缺失数据重建时往往会出现失效的情况,尤其在处理非平稳地震同相轴时精度不高,并且大多数的方法需要迭代计算,在处理高维大规模数据时效率较低.针对连续缺失地震数据的快速插值问题,本文提出了一种非迭代的时空域高阶流式预测滤波插值方法,通过使用高阶限制条件来提高连续缺失数据的滤波器估计精度,提高局部约束条件的稳定性,改善低阶流式计算由于滤波器系数无法连续更新所造成的插值失效情况.同时,空间非因果滤波器和蛇形插值路径的设计方案可以有效减小大范围连续缺失数据和数据边界对于预测滤波器的计算误差,本方法能够有效处理包括近炮检距缺失情况在内的连续缺失数据插值重建.通过与工业标准傅里叶凸集投影（POCS）方法进行比较,理论模型和实际数据处理结果表明,本文提出的高阶流式预测滤波插值方法对高维连续缺失地震数据有较好的重建效果,在插值精度和计算效率两个方面有更好的平衡性.

     

信息缺失条件下的海上区块地应力三维分布综合研究

地应力是油气勘探开发过程的重要参数.受到设备、技术水平和自然条件等因素的影响,某些区块勘探钻井信息获取困难;同时存在深水钻井数量少、取心代价高、地应力实测难度大、成本高等困难,使得新勘探区块的地应力相关信息缺失严重、认识程度还比较低.针对上述问题,本文在信息缺失条件下利用多种方法开展地应力研究:通过单井计算建立单井地应力一维剖面;结合区域地质概况,运用Petrel软件和Abaqus软件,利用空间插值法和有限元数值模拟法分别建立地应力模型,通过一维单井地应力计算重构三维地应力分布.通过分析对比发现,利用有限元数值模拟法建立的模型与实际结果相比误差较小,地应力三维分布趋于合理,该研究方法能够为该区块的地应力研究提供一定的参考意义.     

地球物理学中的分形几何特征

应用分形理论和方法来研究地球物理中的实际现象,是近年来地球物理学研究的新方法和新思路。本文介绍了分形与分维的基本概念,并综述了这些方面的最新进展。     

雷暴云内闪电双层、分枝结构的数值模拟

试验了一种逃逸启动、双向随机发展的放电参数化改进方案, 并进行了12.5 m的高分辨率、二维雷暴云数值模拟试验, 模拟再现的雷暴云内闪电特征在通道扩展范围和双层、分枝结构以及与位势阱位置的相互配合等方面与实际VHF源定位观测资料分析结果是一致的. 进一步发现: (1) 闪电在雷暴云内相邻的正、负电荷区边界附近触发后, 负先导向正电荷区发展、正先导向负电荷区发展. 存在正负两种极性的云闪, 他们的极性由云中相邻正、负电荷累积区位置的上下配置决定. (2) 电荷累积区的空间分布制约着闪电的空间范围. 云闪几乎遍及其所传播的电荷堆, 遭遇到局域性、与通道极性相同的电荷堆时, 通道将转向、绕开该电荷堆. (3) 电位的空间分布形态同样制约着闪电通道传播方向和几何结构: 先导通道进入正或负位势阱之前沿着最大电位梯度方向传播; 当先导通道穿过它们的中心之后通道更趋于电位变化缓慢的地方发展. (4) 云闪通道在穿过电荷累积区中心以前, 有较好的分形特征, 幂指数约为1.45; 而其后向低电荷浓度地区延伸时, 幂指数随着半径增加而减小. (5) 放电结束后通道感应生成的异极性电荷沉积在正、负先导通道经过的区域, 形成新的、复杂的云内电荷空间分布, 位势极值可由200下降到20 MV.     

鲜水河断裂西北段的断层泥特征及其地震地质意义

对鲜水河断裂的断层泥样品进行原样的结构、构造和碎砾的显微构造、刻蚀形貌结构的观测统计,断层泥的粒度分析和分形研究,认为,断裂处于强烈的定向应力场作用之下,其运动方式是以粘滑运动为主,且晚更新世和全新世时期断裂仍有活动。从断层泥的粒度分布和分形分析可将断层分为：甘孜－格篓、格篓－恰叫、恰叫－乾宁３段,这与前人的地形变分析的分段结果相一致     

空间域位置相关法道间插值

为了消除地震资料空间采样不够造成的空间假频现象,在ｃｌａｅｒｂｏｕｔ空间２－Ｄ预测误差滤波器的启示下,本文提出了空间域位置相关法道内插值,在地面实际资料处理中都取得了良好的效果。     

基于双二次插值的探地雷达有限元数值模拟

从探地雷达(GPR)满足的波动方程出发,详细介绍了二维GPR模型单元剖分、二次插值、数值积分和有限元刚度矩阵总体合成的GPR有限元求解过程.为解决数值模拟时截断边界处的超强反射,采用Clay Bout透射边界条件对雷达波进行衰减,进而压制了来自截断边界处的反射波.在满足时间步长与空间网格差分稳定性前提下,采用中心差分法对GPR有限元方程进行离散,并用不完全LU分解预处理的BICGSTAB算法求解系数方程组,然后编制了基于双二次插值的GPR有限元正演模拟matlab程序.运用该程序分别对矩形和"V"字形两个典型地电模型进行正演计算,得到了正演剖面图,将该正演剖面图与基于线性插值的FEM算法的正演剖面图做了对比分析.结果表明基于双二次插值FEM算法相比基于双线性插值FEM算法异常响应更明显,具有更高的模拟精度,更有利于指导雷达剖面的数据解译.