频率域声-弹耦合地震波波动方程有限差分方法

本文针对声-弹耦合介质,为尽可能的减少频率域正演模拟的计算内存,提高计算效率,在一阶非均质位移-应力波动方程的基础上,借助等效交错网格思想并充分考虑密度参数空间变化对地震波传播的影响,推导了声-弹耦合地震波波动方程.在流相介质和固相介质中分别采用非均质情况频率域二阶声压标量波、二阶纯位移控制方程,为保证流、固相介质间地震波能量的稳定传输和有效交换,提出了声-弹耦合界面转换过渡层方法,并详细阐述了过渡层与上下介质空间差分具体耦合方法.在与非均质纯位移波动方程正演结果对比分析的基础上,首先采用各向同性单层流相介质模型进行正演模拟验证了声-弹耦合方程数值模拟中过渡层策略的有效性和准确性,随后又数值模拟了地震波在声-弹耦合介质简单模型和复杂Marmousi2模型中的传播,验证了本文方法稳定性和准确性,同时该方法可以简单的推广到三维情况.     

Spatial and temporal patterns of sediment storage over 45 years in Carnation Creek,BC, a previously glaciated mountain catchment

The movement of sediment through mountain river networks remains difficult to predict, as processes beyond streamflow and particle size are responsible for the entrainment and transport of bedload sediment. In deglaciated catchments, additional complexity arises from glacial impacts on landscape organization. Research to date indicates that the quantity of sediment stored in the channel is an important component of sediment transport in systems which alternate between supply and transport limited states, but limited long-term field data exist which can capture storage-transfer dynamics over a timescale encompassing episodic supply typical of mountain streams. We use a 45-year dataset with annual and decadal-scale data on sediment storage, channel morphology, and wood loading to investigate the spatial and temporal organization of storage in Carnation Creek, a previously glaciated 11 km² catchment on Vancouver Island, British Columbia. Sediment is supplied episodically to the channel, including additions from debris flows in the early 1980s just upstream of the studied channel region. Analyzing the spatial and temporal organization of sediment storage along 3.0 km of channel mainstem reveals a characteristic storage wavelength similar to the annual bedload particle travel distance. Over time, two scales of variation in storage are observed: small-scale fluctuation of 3–10 years corresponding to local erosional and depositional processes, and larger scale response over 25–35 years related to supply of sediment from hillslopes. Complex relationships between storage and sediment transfer (i.e., annual change in storage) are identified, with decadal-scale hysteresis present in storage-transfer relations in sites influenced by hillslope sediment and logjams. We propose a conceptual model linking landscape organization to temporal variability in storage and to storage–export cycles. Collectively, our results reaffirm the importance of storage to sediment transport and channel morphology, and highlight the complexity of storage–transport interactions. © 2019 John Wiley & Sons, Ltd.     

1967—2017年甘肃省小麦需水量和缺水量时空特征

基于甘肃省28个气象站点1967—2017年的逐日气象数据,采用Penman-Monteith公式和作物系数计算了小麦的需水量,结合美国农业部土壤保持局推荐的方法计算了有效降水量,进一步得出小麦缺水量,并分析了小麦需水量与缺水量的变化趋势和空间分布特征,探讨了小麦需水量影响因子重要程度。结果表明:1967—2017年甘肃省春、冬小麦全生育期的年平均需水量分别为517.03 mm和436.70 mm,年平均缺水量分别为468.24 mm和301.54 mm;在时间上,51 a来春小麦种植区内的需水量与缺水量整体上无明显的趋势变化,而冬小麦种植区内的需水量与缺水量整体上呈明显上升趋势;在空间上,春小麦种植区内需水量和缺水量大致由西北向东南递减,冬小麦种植区内的需水量和缺水量大致由西向东递减。甘肃省小麦生育期内日照时数和日平均气温是影响小麦需水量的主要因素。     

全球创新城市优势产业耦合协调发展研究

科技发展与产业发展始终密不可分,厘清科技创新城市产业发展的一般特征和趋势,对于建设具有全球影响力的科技创新中心十分重要。为了考量全球创新城市产业之间的协同发展程度,引入耦合理论构建研究逻辑和路径,以创新优势明显的36个美国大都市区作为研究对象,选取信息业、专业与商业服务业、制造业、金融业4个优势产业。基于2007和2012年的产业截面数据,确定各产业系统的评价指标体系,采用耦合协调模型对样本城市4个产业系统的耦合发展态势进行实证分析。研究结果表明,样本城市的产业发展类型可分为单业、混业、同步三大类,其中,单业的样本数有所减少,产业协同发展趋向明显。具体到产业,制造业的主导地位十分突出,专业与商业服务业、信息业以及金融业的优势并不明显,半数以上的城市属于制造导向的单业发展类型和制造导向的混业发展类型。具体到城市,高阶同步发展类型的城市始终只有纽约1个,产业发展水平和耦合协调程度均有较好表现,绝大多数城市产业系统中既有优势也有短板,但并不影响其创新的整体实力。总体而言,创新排名靠前的城市,产业之间的耦合协调程度更高,产业发展协同性相对较好;样本城市的产业发展类型大致呈现出从单业向混业和同步演化的趋势,制造业仍然是创新城市发展的基石。因此,中国创建全球科技创新中心的实践中,要立足于城市本身的产业优势,也要重视制造业的关键作用,采取有效举措推动和促进多产业的协同发展。     

湖南省城市现代化与生态化耦合协调发展研究

通过构建湖南省城市现代化与生态化耦合效应评价指标体系及其数学运算模型,计算得出湖南省14个地州市2010年和2015年城市（经济、社会、生活、空间）现代化与生态化的耦合度和耦合协调度。研究结果表明：（1）全省总体城市现代化与生态化耦合效应较为良好,且五年来基本实现稳中有进,但存在东部、北部地区耦合效应强于中部、南部和西部地区的地域分布差异;（2）湖南省城市现代化与生态化耦合程度受经济创新度、高层次人才结构、社会开放程度、生产单位能耗和生态产业结构等影响较大,受限于城市经济总量和建设规模等传统指标较小;（3）可按耦合协调效应将全省城市分为三类,即一类耦合城市现代化建设与生态发展处于紧密联系、良好共进的发展程度,二类耦合城市现代化建设和生态建设均在提速发展但发展程度不充分不协调,三类耦合城市现代化建设与生态化发展两大层面均有待提高。     

基于逆Vening-Meinesz公式的测高重力中央区效应精密计算

为提高利用逆Vening-Meinesz公式反演测高重力中央区效应的精度,视中央区为矩形域,将垂线偏差分量表示成双二次多项式插值形式,引入非奇异变换,推导出了重力异常的计算公式。以低纬度区域2′×2′的垂线偏差实际数据为背景场进行了计算,结果表明,当中央区包含4个网格时,传统公式与推导出的重力异常计算公式误差的最大值大于1 mGal。推导出的公式可为高精度测高重力中央区效应的计算提供理论依据。     

粤港澳大湾区建设用地扩张与城市热岛扩张耦合态势研究

深入研究粤港澳大湾区建设用地扩张与城市热岛扩张的耦合态势,对改善大湾区生态环境、实现城市化的健康发展,具有重要的意义和科学价值。本文以粤港澳大湾区为研究区域,选取2000、2008和2016年的遥感影像数据和地表温度数据,提取大湾区的建设用地、划分城市热岛强度等级、识别城市热岛区域;在此基础上,使用总体耦合态势和空间耦合特征两种模型揭示大湾区在不同时期建设用地扩张和城市热岛扩张的耦合关系。结果表明：① 2000-2016年,粤港澳大湾区的建设用地扩张和城市热岛扩张趋势具有同步性;② 城市热岛区域面积不断增加,在珠江口两岸逐步形成了连接中山-佛山-广州-东莞-深圳-香港,大范围分布的倒“U”形城市热岛条带;③ 大湾区建设用地与城市热岛的总体耦合态势处于不断加强的过程,至2016年,两类指标的重心距离达到研究期内的最小距离,此时的总体耦合态势最强;④ 研究期内,大湾区未出现建设用地扩张和城市热岛扩张严重失调情况,建设用地扩张和城市热岛扩张耦合类型以耦合型、基本耦合型以及轻度不耦合型为主,空间耦合程度高。     

青藏高原东南缘壳幔力学耦合及其动力学意义

现代大陆动力学及构造学研究认为,壳内软弱带控制着地壳与地幔间相互作用的强弱,制约岩石圈层间的耦合关系,同时也影响地块的相互作用方式。这种耦合作用可以通过比较不同深度的形变和应力的相关特征来分析。青藏高原东南缘20～35 km的深度广泛存在低速带,有可能在现今地震及构造活动区内由壳内部分熔融承担了潜在的解耦功能。基于1999～2015年GPS坐标时间序列数据得到速度场,结合前人给出的SKS剪切波分裂数据,分析该区水平方向形变耦合特征;同时搜集莫霍面和岩石圈底面形变数据,给出垂向上的形变耦合特征。利用EGM2008重力模型的11～36阶球谐系数计算青藏高原东南缘岩石圈底面地幔对流应力场;搜集并整理2000年至今的1 131个震源机制解数据,采用区域应力张量阻尼反演法得到该区多震层应力场;进一步分析两种应力场的相关性。在ABAQUS软件中建立青藏高原东南缘岩石圈三维粘弹性有限元模型,同时加入上地壳的边界位移约束条件和底面地幔对流拖曳力加载条件,分别对水平方向和垂直方向的应力应变作分析,并给出强震剖面结果,探讨壳幔耦合强震孕育机制,据此分析青藏高原东南缘各个断层的地震危险性。研究认为,应力的不均匀发展是应变能积累的关键,同时垂向上圈层间的耦合关系极大地影响块体间的作用方式;壳内软弱带广泛发育的块体应力出现分层现象,边缘区域横向纵向应力变化明显,与之接触的上伏地壳地震危险性较高。     

新型圆筒型FPSO垂荡抑制结构优化设计

针对传统圆筒型FPSO垂荡运动剧烈的特点,提出一种带有垂荡抑制结构的圆筒型FPSO。采用1∶77.8的缩尺比制作模型,进行垂荡纵摇衰减试验,得到带有不同垂荡抑制结构模型的固有周期和无因次阻尼系数,进而选取最优的垂荡抑制结构型式。之后计算并对比传统圆筒型FPSO和新型圆筒型FPSO垂荡纵摇运动的固有周期和幅频响应函数。在此基础上,结合我国南海海洋环境条件,设计新型圆筒型FPSO的系泊系统,计算分析自存工况下的耦合动力响应,并与传统圆筒型FPSO进行对比。结果表明,文中提出的垂荡抑制结构可以有效增大系统垂荡纵摇运动的固有周期,改善运动性能,提高系泊的安全性。     

基于双缸耦合原理的阀控式能量回收系统原理设计与仿真分析

针对小规模海水淡化需要解决能量回收装置的能回效率与空间问题,将能量回收装置与压力提升泵进行集成一体化设计,研究了一种双缸耦合阀控式能量回收系统。系统两液压缸内活塞各由一个电动推杆推动,叠加高压浓海水压力实现压力交换,同时进行活塞推力的耦合控制,避免了压力交换过程中活塞的压力脉冲波动,保障了反渗透膜工作压力稳定;基于小型海水淡化装置,根据压力能流反渗透工艺节点压力流进行了计算分析,得出电动推杆推力压力0.5 MPa左右的补偿压力曲线。通过AMESim进行液压仿真分析,结果表明在系统回收率为30%,高压浓海水进口压力为4.8 MPa,增压海水压力4.6 MPa的情况下,通过压力补充增压海水压力可增压到5.0 MPa,反渗透膜压力与流量波动较小,满足反渗透海水淡化的压力需求。