辅助微分方程完全匹配层在声波方程数值模拟中的应用

在地震波数值模拟中,为提高算法精度,需要使用高阶时间更新格式,而普通的非分裂完全匹配层（PML）吸收边界局限于低阶时间格式。辅助微分方程完全匹配层（ADE PML）是一种可以适应任意阶时间格式的非分裂完全匹配层技术,且可以直接应用复频移拉伸算子以提高PML在高角度入射时的效果。作者将ADE PML应用于声波方程四阶Runge Kutta时间格式的数值模拟中,对其吸收效能进行了检验。数值模拟表明,复频移ADE PML在高角度入射时表现优于非复频移ADE PML。另外,不同辅助变量更新格式的吸收效果存在微小差异,显格式下计算结果与解析解吻合较好。长时间能量衰减计算表明ADE PML可以稳定至2 × 10⁵时间步。     

High-order compact MacCormack scheme for two-dimensional compressible and non-hydrostatic equations of the atmosphere

This study is devoted to application of the fourth-order compact MacCormack scheme to spatial differencing of the conservative form of two-dimensional and non-hydrostatic equation of a dry atmosphere. To advance the solution in time a four-stage Runge–Kutta method is used. To perform the simulations, two test cases including evolution of a warm bubble and a cold bubble in a neutral atmosphere with open and rigid boundaries are employed. In addition, the second-order MacCormack and the standard fourth-order compact MacCormack schemes are used to perform the simulations. Qualitative and quantitative assessment of the numerical results for different test cases exhibit the superiority of the fourth-order compact MacCormack scheme on the second-order method.     

Properties of High-Order Finite Difference Schemes and Idealized Numerical Testing

Construction of high-order difference schemes based on Taylor series expansion has long been a hot topic in computational mathematics, while its application in comprehensive weather models is still very rare. Here, the properties of high-order finite difference schemes are studied based on idealized numerical testing, for the purpose of their application in the Global/Regional Assimilation and Prediction System(GRAPES) model. It is found that the pros and cons due to grid staggering choices diminish with higher-order schemes based on linearized analysis of the one-dimensional gravity wave equation. The improvement of higher-order difference schemes is still obvious for the mesh with smooth varied grid distance. The results of discontinuous square wave testing also exhibits the superiority of high-order schemes. For a model grid with severe non-uniformity and non-orthogonality, the advantage of high-order difference schemes is inapparent, as shown by the results of two-dimensional idealized advection tests under a terrain-following coordinate. In addition, the increase in computational expense caused by high-order schemes can be avoided by the precondition technique used in the GRAPES model. In general, a high-order finite difference scheme is a preferable choice for the tropical regional GRAPES model with a quasi-uniform and quasi-orthogonal grid mesh.     

淮南矿区新集二矿1煤地面排水钻孔的设计施工

新集二矿的主采煤层位于山西组的底部,受到下伏太原组岩溶裂隙含水层的威胁。为缓解井下的防治水压力．采用了在地面施工排水孔的防治水思路。根据钻孔的位置及地层情况,采用了泥浆循环钻进与空气潜孔锤钻进相结合的方法。由于在钻孔施工过程中,发生了泥浆向巷道渗漏的情况,为保证钻孔施工安全及井下生产安全而对钻孔设计深度进行了调整,从而顺利的完成了该孔的钻探施工任务。此孔的成功,可为类似地区施工矿井防治水钻探工程提供借鉴。     

黄河“八七”分水方案的适应性评价与提升策略

黄河"八七"分水方案是流域水资源管理的重要依据。颁布30余年来,黄河流域自然环境、经济社会等发生了显著变化,亟需科学认识分水方案对环境变化扰动的适应性。运用动力系统原理构建分水方案适应性的动力微分方程和综合评价模型,从敏感性、稳定性、抗力和恢复力4个方面建立包含20个指标的适应性评价指标体系,定量评价1999年以来分水方案的适应性,并采用HP（Hodrick-Prescott）滤波识别适应性变化趋势。结果表明:分水方案对环境变化的适应性良好,19年中63.2%的年份适应性值大于1;适应性先升后降,2005年达到峰值,之后逐渐降低,2014年起适应性值小于1,表现为不适应。分析影响分水方案适应性的主要因素,提出分水方案调整策略,为支撑流域水资源管理提供方向参考。     

双参数云物理方案中谱形参数作用分析和数值模拟试验

云物理参数化方案中,各种粒子通常采用Г谱分布函数n(D)=N0Dαexp(-λD)。双参数方案中谱参数截距N0和斜率λ通过预报给出,谱形参数α设为固定值。为了讨论谱形参数的作用,理论上分析了谱形参数取值对沉降过程和微物理源汇项的影响。利用MM5模式中增加的双参数显式云物理方案模拟了西北地区一次层状云降水过程,模拟针对雨滴谱的谱形参数rα不同取值分别做了试验。模拟结果基本符合理论分析,谱形参数rα变化时模拟出的地面降水和云的宏微观特征有差异。     

应用泉水均衡法分析四川省兴文县新坝水库岩溶渗漏问题

岩溶地区水库渗漏是碳酸盐岩地区兴建水利枢纽的主要工程地质问题之一,尤其是在可溶岩广布、岩溶发育强烈、地形复杂地区。拟建兴文县新坝水库地处岩溶地区,存在岩溶渗漏的可能性。通过对该水库库区地质概况、岩溶水系统进行分析研究,论证了水库潜在的三条岩溶渗漏途径均不会发生渗漏;并利用库区降雨量与泉流量进行水均衡计算,计算结果进一步论证了该水库不存在岩溶渗漏问题。     

有限差分格式与物理量守恒性

为了成功地开展大气数值模拟,如何构造相应的离散格式是一项十分重要的工作.本文以大气球面浅水方程为例,从不同形式的微分方程组出发,分别构造了能量守恒格式、准辛格式和多守恒格式,并作相应的数值检验和比较,从中可以清楚地看到三类格式的优劣.这三类格式构造方法不同,所保持的物理守恒性不完全相同,数值计算时所需机时也不同,这些比较结果为实际工作的不同使用需求提供了选择依据.     

应用综合勘查方法分析平朔安太堡三号井工矿突水原因

平朔公司安太堡三号井工矿2007年3月在首采工作面辅运顺槽掘进时,迎头冒顶突水,初期突水量达6000～8000m^3/d,将1289．16m标高以下淹没。在分析研究区地层、构造及水文地质条件的基础上,对沙沟河道进行了渗漏观测,对地表排污水、沟水和井下突水点的水质进行了分析化验,有针对性的布置了6条物探线,最后进行了钻孔验证,综合分析认为突水水源主要为大沙沟河道的侧向补给,突水通道为NW向的强风化带。提出了加大井下排水,地表对大沙沟河进行土工膜防渗处理的综合治理措施。     

化探渗滤异常找矿方法探讨--以云南巧家茂租铅锌矿区为例

传统的化探异常提取方法对埋深较大的隐伏矿床的弱异常难以突现,文章选择云南巧家茂租铅锌矿区作为研究试验区,将遥感影像信息与勘查地球化学方法相结合,通过对渗滤异常特征进行研究,选择有利的指示元素,运用地球化学多元分析,实现对渗滤异常的弱异常信息进行增强。该方法对主攻矿床类型明确,探测深度及找矿难度较大的地区的找矿工作有较好的指导作用。