Pleistocene ice and paleo-strain rates at Taylor Glacier, Antarctica

Ice exposed in ablation zones of ice sheets can be a valuable source of samples for paleoclimate studies and information about long-term ice dynamics. We report a 28-km long stable isotope sampling transect along a flowline on lower Taylor Glacier, Antarctica, and show that ice from the last glacial period is exposed here over tens of kilometers. Gas isotope analyses on a small number of samples confirm our age hypothesis. These chronostratigraphic data contain information about past ice dynamics and in particular should be sensitive to the longitudinal strain rate on the north flank of Taylor Dome, averaged over millennia. The imprint of climatic changes on ice dynamics may be discernible in these data.     

青藏高原地磁场模型的研究

根据青藏高原地磁三分量绝对测量资料,使用泰勒多项式方法和冠谐分析方法,计 算了青藏高原地磁场（Ｘ, Ｙ,Ｚ ）的泰勒多项式模型和青藏高原地磁剩余场（△Ｘ,△Ｙ,△Ｚ）的冠谐 模型,并绘制了相应的理论地磁图．分析了磁异常点对地磁场模型的影响,对比分析了地磁 场的多项式模型和冠谐模型,讨论了地磁场模型的边界效应问题．     

基于改进泰勒级数法的总强度磁异常稳健向下延拓

位场向下延拓隶属于经典不适定问题,观测数据中细微的误差在向下延拓过程中都被严重放大,甚至会掩盖真实信息。如何精确地求解总强度磁异常（Bm）在垂直方向的各阶导数,是利用泰勒级数实现稳健向下延拓的关键。为此,本文首先分析了调和函数的相关性质,从理论上证明了Bm为准调和函数的结论,在精确计算各阶垂向导数基础上,提出利用改进泰勒级数实现磁场稳健向下延拓。为降低边界效应对向下延拓计算结果的影响,提出采用半余弦函数对磁场在4个方向上进行平滑扩边处理。通过球体与长方体仿真试验以及航空、船载实测磁场数据对提出方法进行了验证。结论表明,提出的技术方法可实现磁场稳健向下延拓,当观测数据无噪声时,计算结果精度要明显优于现行的FFT法、常规泰勒级数法以及积分-迭代法;当观测数据含有噪声时,本文方法和积分-迭代法计算结果精度相当。     

A two-grid method for coupled free flow with porous media flow

This paper presents a two-grid method for solving systems of partial differential equations modelling incompressible free flow coupled with porous media flow. This work considers both the coupled Stokes and Darcy as well as the coupled Navier-Stokes and Darcy problems. The numerical schemes proposed are based on combinations of the continuous finite element method and the discontinuous Galerkin method. Numerical errors and convergence rates for solutions obtained from the two-grid method are presented. CPU times for the two-grid algorithm are shown to be significantly less than those obtained by solving the fully coupled problem.     

数字合成X射线体层成像的小波-伽辽金重建算法

数字合成X射线体层成像技术的重建问题是在有限投影数据条件下的病态重建问题。本文通过分析数字合成X射线体层成像技术的系统模型,获得重建问题的系统方程。在对系统方程进行正则化改造的基础上,提出了一种新的重建算法——自适应小波-伽辽金重建算法。该算法融合了伽辽金方法的计算简洁和小波内在的多尺度特性,更好地适应了待重建图像的求解。仿真实验结果表明,与ART重建算法相比,自适应小波-伽辽金重建算法在保证重建质量前提下能加快收敛,从而大大地节省了计算时间。     

中国地区地磁场水平梯度的计算与分析

根据2000年中国地区156个地磁台站和复测点的实测数据以及国境外的6个地磁台站实测数据,加上国境外36个IGRF点,分别利用Taylor多项式模型和曲面Spline模型,建立了中国地区地磁场总强度(F)、磁偏角(D)和磁倾角(I)的地磁模型,通过对两种模型中各分量的φ(纬度)和λ(经度)进行微分,计算得到F、D、I的水平梯度值,并绘制相应分量沿南北方向和东西方向的水平梯度图,将其与2000年IGRF10的水平梯度图作比较,最后对水平梯度的空间分布以及三种梯度图进行了分析比较.结果表明:F和I的水平梯度主要随纬度变化,F随纬度增加,变幅约为7.0～6.0 nT/min,在中部地区(25°～35°N,90°～120°E)强度达到最大;I随纬度的增加,变幅约为2'/min～1'/min;D的水平梯度随纬度和经度而变化,随着经度和纬度的增加,变幅分别约为0.4'/min～-0.3'/min和-0.1'/min～-0.4'/min.     

东亚地磁场模型的计算与分析

根据中国、前苏联和蒙古等地区的地磁复测点和地磁台站资料,使用泰勒多项式方法和冠谐分析方法,计算东亚地磁场(X,Y,Z)的泰勒多项式模型和冠谐模型,以及东亚剩余磁场(ΔX,ΔY,ΔZ)的冠谐模型和泰勒多项式模型,并绘制了相应的理论地磁图. 泰勒多项式模型的展开原点位于45°N和100°E,截断阶数为7.地磁场泰勒多项式模型的均方偏差为:X分量是133.0nT,Y分量是107.4nT,Z分量是14.0nT. 球冠极点位于45°N和100°E,球冠半角为42°,冠谐模型的截断阶数为10. 剩余磁场冠谐模型的均方偏差分别为131.2nT(ΔX),112.6nT(ΔY)和13.7nT(ΔZ). 对比分析了上述两种模型. 提出了确定区域模型截断阶数的判据.     

基于非结构网格求解三维D'Alembert介质中声波方程的并行加权Runge-Kutta间断有限元方法

间断有限元方法（Discontinuous Galerkin method,简称DGM）在求解地震波动方程时具有低数值频散、网格剖分灵活等优点,因此,为适应数值模拟对模拟精度和复杂地质结构的要求,本文提出一种新的加权Runge-Kutta间断有限元（weighted Runge-Kutta discontinuous Galerkin,简称WRKDG）方法,用于求解三维D'Alembert介质中声波方程.本文不仅详细推导了其数值格式,特别地,根据常微分方程理论给出了满足数值稳定性条件的一般经验公式,并首次对该方法的数值频散和耗散进行了深入分析,且考虑了耗散参数对结果的影响.同时,我们也对该方法进行了精度测试,并分析了3D情形下WRKDG方法的并行加速比,结果表明3D WRKDG方法具有良好的并行性.最后,我们给出了包含均匀模型、非规则几何模型以及非均匀Marmousi模型在内的数值模拟算例.结果表明,该方法不仅计算准确,能与解析解很好地吻合,且能有效模拟包含球体在内的非规则模型及非均匀Marmousi模型中的衰减声波波场.数值模拟实验进一步验证了WRKDG方法在求解三维D'Alembert介质中声波方程时的正确性和有效性,并获得了对这种强衰减介质中波传播特征的规律性新认识.

     

旋转球体上二维水体长波的一个典型驻波问题

通过分析等深矩形海湾里的潮波运动,研究了旋转球体（地球）上二维水体长波的一个典型驻波问题。分析对比该二维驻波和一维驻波,可以看出前者的图形比后者要复杂得多,但其规律性却是十分明显的;其中最主要的特征是空间上相间配置的无潮点和圆流点。由矩形海湾里潮波能量传播的分析可知,判断该二维驻波的运动学特征,主要应从波动的宏观结构着眼,而不是像一维的那样判断有无能量的传播。文章着重从理论上进行分析,但是在实际海洋中不乏这种潮波运动的广泛例证。     

Thermal convection in differentially rotating systems

Abstract

The onset of convection in a cylindrical fluid annulus is analyzed in the case when the cylindrical walls are rotating differentially, a temperature gradient in the radial direction is applied, and the centrifugal force dominates over gravity. The small gap approximation is used and no-slip conditions on the cylindrical walls are assumed. It is found that over a considerable range of the parameter space either convection rolls aligned with the axis of rotation or rolls in the perpendicular (azimuthal) direction are preferred. It is shown that by a suitable redefinition of parameters, results for finite amplitude Taylor vortices and for convection rolls in the presence of shear can be applied to the present problem. Weakly nonlinear results for transverse rolls in a Couette flow indicate the possibility of subcritical bifurcation for Prandtl numbers P less than 0.82. Heat and momentum transports are derived as functions of P and the problem of interaction between transverse and longitudinal rolls is considered. The relevance of the analysis for problems of convection in planetary and stellar atmospheres is briefly discussed.