Band-limited functions on a bounded spherical domain: the Slepian problem on the sphere

The Slepian problem consists of determining a sequence of functions that constitute an orthonormal basis of a subset of ℝ (or ℝ²) concentrating the maximum information in the subspace of square integrable functions with a band-limited spectrum. The same problem can be stated and solved on the sphere. The relation between the new basis and the ordinary spherical harmonic basis can be explicitly written and numerically studied. The new base functions are orthogonal on both the subspace and the whole sphere. Numerical tests show the applicability of the Slepian approach with regard to solvability and stability in the case of polar data gaps, even in the presence of aliasing. This tool turns out to be a natural solution to the polar gap problem in satellite geodesy. It enables capture of the maximum amount of information from non-polar gravity field missions. Received: 10 June 1998 / Accepted: 20 May 1999     

内核地球模型的形变场和地球参考系

讨论了内核地球模型的形变场（ 位移、速度） 和地球参考系的确立, 为内核地球动力学的研究提供了依据。     

C-RESPONSE OF GEOMAGNETIC DEPTH SOUNDING ON A 1D THIN SHELL MODEL

This paper tries to formulate the C-response of geomagnetic depth sounding(GDS)on an Earth model with finite electrical conductivity. The computation is performed in a spherical coordinate system. The Earth is divided into a series of thin spherical shells. The source is approximated by a single spherical harmonic P₁⁰ due to the spatial structure of electrical currents in the magnetosphere. The whole solution space is separated into inner and external parts by the Earth surface. Omitting displacement current, the magnetic field in the external space obeys Laplacian equation, while in the inner part, due to the finite conductivity, the electromagnetic fields obey Helmholtz equation. To connect the magnetic fields in the inner and external space, the continuity condition of magnetic fields is used on the Earth surface. The external magnetic fields are expressed by the inner and external source coefficients, from which a new parameter called C-response is computed from the inner coefficient divided by the external coefficient, thus normalizing the actual source strength. The inner magnetic fields in each layer can be recursively derived by the continuity boundary condition of both normal and tangential components of the magnetic field from the initial boundary condition at core-mantle-boundary. The consistency of our C-responses with that from a typical 1-D global model validates the accuracy of the proposed algorithm. Numerical results also show that the C-response estimated from the geomagnetic transfer function method will deviate exceeding 5%from the actual response at longer periods than about 10⁶s, which means that ignoring the curvature of the Earth at extreme long periods will make inversion result unreliable. Therefore, an accurate C-response should be computed in order to lay a solid foundation for reliable inversion.     

15km3天然气球罐设计研究及优化

天然气的广泛应用,促进存储容器向大型化发展。以已投产使用的10km³天然气球罐为设计基础,设计建造完全国产化的15km³天然气球罐,利用计算参数建立有限元模型,验证模型的可靠性。建立双层拉杆模型,施加地震荷载及风载,进行动力响应分析及应力分析。为讨论双层拉杆最优位置及直径,建立了5种上下拉杆比例不同的模型,另外每种比例模型设计3种不同拉杆直径。结果表明:在8度设防二类场地地震波的情况下,上层和下层拉杆比例为0.618∶1,直径为50mm的模型对于球罐优化方面优于其他模型,球罐各项参数均显著减小且应力无放大效应。     

砂土颗粒三维形态的定量表征方法

颗粒形态是影响砂土力学特性的重要因素,特别是影响砂土在低应力状态下的抗剪强度、剪胀效应和临界状态行为,以及高应力状态下的颗粒破碎行为。因此,准确地重构砂粒的三维形态,并量化计算其形态表征参数是研究砂粒形态效应的前提工作。借助于高精度的CT扫描技术和图像处理技术,获得近海石英砂和风化花岗岩残积砂这两类砂土颗粒的三维形态信息。采用球谐函数序列实现两种砂颗粒三维形态的准确重构,并通过球谐函数分析计算砂土颗粒的体积来验证该方法的有效性。基于球谐重构的三维砂粒表面,提出了实用性的方法来计算砂粒的表面积、表面曲率和三维尺寸等,进而计算砂粒的三维球度、圆度和伸长率等形态表征参数。结果表明,当球谐函数阶达到15时,其重构的砂粒基本形状和表面纹理均与真实砂粒非常接近;近海石英砂在水流搬运和磨蚀的作用下颗粒形态较为规则和圆滑,球度和圆度较大,而风化花岗岩残积砂则在物理风化和剥蚀作用下颗粒形态较为复杂和粗糙,球度和圆度较小;而这两种地质作用对砂土颗粒的伸长率则没有明显的影响。     

由GOCE高低卫卫跟踪数据反演地球重力场的模拟研究

根据调和分析法、最小二乘法,建立利用扰动位数据解算地球重力场的实用数学模型。结果表明,采用不同数据量和不同采样率的观测数据对重力场模型解算结果有一定影响,不同分辨率的观测数据恢复重力场模型的精度差异较大,调和分析法精度优于最小二乘法。     

全球扰动的结构、演变及其球面Rossby波包表示

利用按谱函数展开的方法,计算和分析了正压球面Rossby波的连续谱和离散谱的波包结构、演变和传播特征,发现无论是结构、演变还是传播,连续谱波包和离散谱波包都很不相同.连续谱波包的传播速度不仅大小而且方向都随纬度变化;离散谱波包的传播速度只有大小随纬度变化,其方向在任何纬度上都是向西的.连续谱的波包和离散谱的波包在初始时刻虽然都表现为子午圈上不规则的波动,但随着时间的增加,二者的变化规律不同,连续谱的波包具有局部特征,主要表现在两个半球的中高纬地区,且随时间振幅迅速衰减;而离散谱的波包具有全球性质.将二者与整个扰动波包进行比较,发现:在中高纬度地区,连续谱波包的结构与扰动波包的结构相似,而在赤道地区,离散谱的波包与扰动波包相似.     

在地磁学与地球重力学中的球谐分析

球谐分析在地磁学与地球重力学中得到广泛的应用.由于地球磁场与地球引力场的不同,球谐表述有所不同.地磁场的高斯分析（球谐分析）的结果表明,地磁场没有单极子,而引力场有,地磁场有内外源场之分,而地球引力场只有内源场,地磁场的球谐级数收敛快,地磁场高斯级数所用的蒂合勒让德函数是Schmidt半标准化的,而地球引力场中用的是全标准化的,地磁场的高斯系数随时间变化快,每5年产生一个IGRF（国际地磁参考场）, 而引力场的变化是与地质变化有关,相对于地磁场来说,是缓慢的. 地磁场的高斯分析还存在一个唯一性问题.     

数字拓扑研究现状及其在GIS中的应用

数字拓扑主要研究栅格空间中离散几何对象的拓扑性质,这些性质在GIS空间分析和栅格数据处理中非常重要。该文从图论、混合拓扑和公理型3方面对数字拓扑的研究现状进行了分类和综述,并讨论数字拓扑在GIS领域的应用,指出三维数字拓扑和球面数字拓扑是数字拓扑在GIS中的两个发展趋势和研究热点。     

一类球谐函数与三角函数乘积积分的计算

本文根据球谐函数的跨次递推公式和三角函数的性质,详细推导了在重力梯度调和分析中出现的一类球谐函数积分的跨次递推公式和递推初始值的计算公式。数值试验表明,球谐函数跨次递推算法具有快速、稳定的优点。该类积分的跨次递推实现,为卫星重力梯度调和分析奠定了算法基础。