水牛蹄型深海集矿机履齿设计及牵引性能研究

作为深海采矿系统的重要组成部分,深海集矿机的技术研究和开发一直是许多国家的难题。为了提高深海集矿机在稀软沉积物上的牵引性能,基于水牛蹄的曲面结构特征和特殊几何结构,设计了一款仿水牛蹄蹄型履齿。以该款履齿的结构参数为研究对象,通过对朗肯被动土压力理论的优化,得到了仿水牛蹄蹄型履齿的牵引力解析解,建立了对应的履齿仿生参数对履齿牵引力的影响公式。结合正交试验方法进行了不同形式履齿在沉积物上运动的单、多履齿剪切试验,将仿水牛蹄蹄型履齿与直型履齿、仿水牛蹄轮廓履齿（另一种仿生履齿）进行对比试验,并通过模型车试验验证了该款履齿的可行性。结果表明：3种履齿中,仿水牛蹄蹄型履齿提供的最大牵引力最高。研究可为进一步优化仿水牛蹄蹄型履齿结构参数和提高深海稀软底质机械的牵引性能提供参考依据。     

球谐分析及合成并行计算

本文介绍了球谐合成和分析问题的数值计算原理,研究分析了其内在的并行性,提出了区域划分和聚合通信的并行计算策略。基于傅立叶变换技术,应用MPI(消息传递接口)并行编程模式,实现了球谐分析及合成计算的并行化。实验结果表明,较之串行实现,并行实现大大缩短了计算时间,获得了近似线形加速比,取得很高的并行效率。     

500hPa气候异常高度场强度及谱结构的季节变化与半球际差异

用半球气候异常场强度及球函数分析改进方案，分析了北、南半球500hPa气候异常高度场的环流特征，得到如下主要结论：1)半球异常冬强于夏,北半球强于南半球。2)500hPa气候异常位势高度场具有低阶、低维的特征，它们主要由超长波及长波波段(0≤m、k≤6)的球函数构成。3)北半球500hPa气候异常位势高度场集的球函数谱结构较南半球复杂．夏季较冬季复杂。仅用超长波及长波波段的球函数拟合半球500hPa异常位势高度场，就可保证其有足够的精确度。     

洞庭湖区域雷暴大风分型及预报分析研究

使用S波段双偏振天气雷达资料,对2021年5月15日洞庭湖区一次强对流过程的多单体风暴阶段和飑线阶段分阶段进行了分析,并重点对前阶段的超级单体风暴I2进行了分时段分析,结果表明：(1) I2初始发展时段,水平反射率因子(Z_H)＞55 dBz区域、差分反射率因子(Z_DR)柱(＞2.5 dB)扩展至湿球零度层WBZ高度,对应区域差分相移率(K_DP)较大(＞1.7 °·km^-1)、相关系数CC在0.9~0.99,说明该时段降水相态是以夹杂着大雨滴的水凝物为主。(2) I2冰雹碰并增长时段,Z_H强度和发展高度急速增长,垂直液态水含量VIL出现明显跃增,Z_H强中心(＞60 dBz区域)扩展至-10℃高度以上,对应的Z_DR降至低于0,Z_DR柱(＞2.5 dB)扩展至-10℃高度;CC下降、K_DP出现“空洞”,说明该时段降水以固态粒子为主,且处于增大时段。(3) I2成熟降雹时段,Z_H强中心(＞60 dBz)底部降至WBZ高度以下、CC局部低至0.8、对应区域存在Z_DR负值区、K_DP空洞,说明冰雹下落的拖曳作用削弱上升气流的强度,预示冰雹即将落地。(4)飑线阶段和多单体风暴阶段不同,飑线阶段K_DP值异常偏大、Z_DR大于1。(5)飑线阶段的极端大风发生前,55 dBz强回波、27 m·s^-1速度大值区扩展至1 km以下,强回波区域K_DP明显偏大,与强下沉气流相对应。另外,高空降水粒子在下降过程中融化导致的强降水拖曳作用加剧了极端大风的产生。

     

非轴对称位移边界下球孔扩张挤土位移弹性解答

以现有半无限土体中球孔扩张挤土位移的解答为基础,分别对水平地表和非轴对称斜边两个位移边界进行应力修正,运用坐标转换法和叠加法的原理,改进现有的分析方法,得到较为简化的非轴对称位移边界下扩孔问题的解答,并对非轴对称斜边倾角以及球孔离斜边距离等因素对挤土位移的影响进行了分析。结果表明：倾斜边界条件的存在对球孔两侧的挤土位移有明显影响,且随着非轴对称边界倾角的增大,靠近倾斜边界侧的挤土位移也随之增大;球孔距自由边界的距离越大,自由边界对挤土位移的影响也越小。该解答对非轴对称边界条件下的静压沉桩以及相关扩孔问题的设计和施工具有一定的指导意义和实用价值。     

对中国大陆区域地磁场提取的认识

本文从球谐函数理论的物理含义、中国地磁数据的分布情况及实际计算结果的分析,提出对当前用球谐函数拟合法提取中国大陆区域地磁异常的几点认识。     

海南石碌铁矿独居石的成因类型、化学定年及地质意义

海南石碌铁矿是我国最大的富赤铁矿矿床,同时伴生有钴、铜等多金属矿产。轴向北西-南东向的复式向斜是石碌铁、钴铜矿体的主要控矿构造,富铁矿和钴铜矿的形成与该褶皱变形及伴随的韧性剪切和高温塑性流动有着密切的关系。为获得该构造变形的年代学信息和证实构造变形对成矿物质的富集影响,本文开展了石碌铁矿近矿围岩—石碌群第六层透辉石透闪石岩中独居石的显微结构观察和电子探针化学Th-U-Pb定年(CHIME法)。显微结构观察发现独居石往往沿岩石面理定向分布,且具典型的球冠结构,表现为围绕独居石核部向外依次出现磷灰石、褐帘石、绿帘石同心环。电子探针分析结果表明这些独居石为Ce-La-Nd磷酸盐[(Ce,La,Nd,Th)PO4],具富钍独居石端元组分。ThO 2含量范围(0.78%~4.61%)、稀土特征以及独居石的产出特征均暗示了其为同构造变质成因。电子探针CHIME化学定年结果表明独居石的年龄变化范围为614~397Ma,并具有两个峰值年龄:即主峰值ca.455Ma和次峰值ca.564Ma。低的ThO 2(0.78%~1.65%),PbO(0.02%~0.04%)和CaO(0.50%~0.97%)含量,以及高的Th/U比值(23.06~53.11)暗示了构成ca.564Ma的独居石是早期剪切变形事件的产物。而在随后剪切变形过程中独居石在低角闪岩相变质条件下以及碱性变质流体诱导下发生了溶解-再沉淀,形成了具ca.455Ma年龄的补丁状成分区。该过程引起了U-Pb体系的局部重置,形成的独居石具有变化较大的ThO 2(0.92%~4.61%)、PbO(0.01%~0.08%)和CaO(0.28%~1.58%)含量范围以及Th/U值(24.83~52.86)。在剪切变形之后,早期变质成因的独居石在绿片岩相退变质作用过程中及富Ca、Fe、Si、Al流体参与的条件下,经不平衡反应形成了磷灰石-褐帘石-绿帘石球冠物,反应机制以独居石和球冠矿物间的元素扩散动力学为主。该反应暗示了REE、Y、Th等元素发生了迁移,并可能引起边部独居石的部分Pb丢失。结合华南的构造演化,年龄谱主峰值455Ma代表了与华南加里东造山运动有关的区域变质和动力变质作用事件年龄,是加里东运动在海南岛的响应;次峰值年龄564Ma对应着冈瓦纳泛非事件,暗示了华南在晚新元古代-早古生代与冈瓦纳大陆具有亲缘性,华南加里东运动引起陆内造山过程可能与冈瓦纳大陆的聚合碰撞事件有关。因此,晚新元古代-早古生代造山事件对海南岛构造演化历史具重要影响。此外,该构造运动使石碌群发生褶皱变形,伴随产生的变质流体使铁、钴铜成矿元素进一步活化和富集,对石碌铁、钴铜矿的富集有着重要影响。     

计算震磁背景场的数学方法

如何计算地磁场 (或地磁剩余场 )及其长期变化的趋势变化 ,是提取震磁异常的关键。文章简要介绍了计算震磁背景场的数学方法 :多项式方法、球冠谐和分析方法、矩谐分析方法和曲面样条函数方法     

卫星测高混合边值问题的球谐级数解法

研究了球界面下卫星测高问题的解法,利用有限逼近方法得到了下列结论：若陆地部分是球冠,则卫星测高问题的解可以转换成关于球谐级数位系数的线性方程组,并且位系数的阶和次是以分离形式出现的,从而确保该解法具有实用意义. 利用重力场360阶模型进行模拟计算的结果表明：该解法得到的位系数的相对精度达到了10－１１. 同时证明了常用的Stokes问题、Dirichlet问题、Neumann问题可以看成卫星测高问题的特殊情况.     

基于GPS探测汶川地震电离层TEC的异常

利用球谐模型和中国地壳运动观测网络及IGS（International GNSS Service）基准站的GPS观测数据,分别计算了中国区域及全球电离层电子总含量（Total Electron Content,TEC）,采用了不同的统计分析方法,对汶川震中上空及邻近区域的TEC进行检查.结果发现：震前后一个星期,孕震区上空连续出现电离层异常扰动,其异常形态具有共轭结构,且呈现向磁赤道漂移趋势.