小振幅大气重力波传播的数值研究

应用二维可压大气全非线性动力学模型, 模拟了小振幅中频重力波波包的非线性传播. 并与相应线性模型的模拟结果作了比较. 结果表明在等温大气中非线性效应对小振幅重力波传播的影响是可以忽略的. 而在非等温大气中, 非线性效应对于重力波波包传播的影响显著, 主要表现在非线性相互作用将显著地减小波包能量传输速度; 波振幅增长率也小于线性传播结果, 但波动量仍能保持守恒. 中层大气的观测也给出了非等温大气导致的波非线性相互作用的证据.     

南海南部末次冰期浊流沉积的高分辨率沉积学和地球化学研究

通过对南海南部巽他陆坡底部MD05-2895孔末次冰期发育的浊流沉积物进行激光粒度和XRF岩芯元素扫描分析, 试图揭示其沉积学和地球化学特性, 进而对理解浊流形成过程提供帮助. 研究结果显示, 浊流沉积层中的碎屑颗粒粒径比正常深海沉积物有大幅度增加, 在地球化学成分上表现为Si, K, Ti, Fe 等元素异常富集, 表明浊流发生时有大量粗颗粒陆源碎屑物质输入. 显微观察发现, 这些粗颗粒碎屑物质主要由石英、长石、火山玻璃、以及少量含铁含钛重矿物组成, 推断应来源于巽他陆架上部的残留沉积, 可能与末次冰期时古巽他河输送的陆源物质有关. 分析认为这些浊流活动的发生可能与末次冰期时海平面快速变化造成的海岸线大幅移动及沉积物供给不稳定有关, 而在单次浊流活动中浊流沉积物的形成主要是受重力(对不同比重、粒级颗粒的)分选的控制.     

台风螺旋雨带的数值模拟研究

螺旋雨带是台风的基本特征之一. 近年来螺旋雨带发生机理的涡旋Rossby波理论已得到普遍的认同, 但对螺旋雨带的内部结构还没有详细的研究. 利用MM5(V3)对2002年8月给厦门带来特大暴雨的强热带风暴Kammuri的螺旋雨带作了数值模拟. 结果表明, 模拟螺旋雨带沿方位角的移速与涡旋Rossby波的理论波速一致, 并伴随着能量在径向的频散. 从模式输出的高分辨率的多种物理参数数据集中分析出的螺旋雨带结构表明, 台风中的气旋式涡度、垂直运动、水平动量等都高度集中在螺旋雨带中. 并进一步指出, 螺旋雨带的水汽主要来自1 km以下, 而且来自外侧的空气具有明显的对流性不稳定, 它为螺旋雨带中对流的发展提供了不稳定能量. 螺旋雨带内侧空气的层结是中性的, 说明不稳定能量已经释放. 螺旋雨带的外侧存在风速高达30 m/s以上的中尺度强风带, 它的产生和外侧的空气向螺旋雨带流入时气压梯度力所起的加速作用有关.     

理想海底地形的南海海洋经向翻转数值模拟

利用一个z坐标刚盖近似海洋环流模式, 分别在吕宋-台湾以东的闭边界和开边界两种情况下, 模拟了理想海底地形(1000 m平底)南海冬季和夏季上层环流的经向翻转(meridional overturning), 目的是为了分析黑潮入侵南海的可能影响范围及其对南海上层环流经向翻转的改变, 并比较这种影响的季节性差异. 模式采用气候平均的海面风场驱动, 热盐强迫采用基于向Levitus气候海面温度和盐度张弛的边界条件. 从模拟结果来看, 黑潮影响南海上层经向翻转的范围可达到10°N左右, 从而驱动南海上层海洋形成一个不闭合的经向翻转. 在冬季(1月份), 海水从大约400 ~ 500 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部; 在夏季(6月份), 也有类似的情形, 海水从大约150 ~ 200 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部. 该经向翻转描述了南海中、上层水的运动路径, 为研究南海风生-热盐环流动力学提供了理想化的参考依据.     

准平衡条件下的游荡河型及其形成机理

目前国内外学者大都认为,游荡河型是在输沙不平衡、河道发生强烈淤积的情况下形成的。Thornes更将游荡性分汉作为河流不平衡的标志。我们在研究中发现,丹江口水库     

ECOMSED模式及其在海洋数值模拟方面的应用

文章主要介绍了ECOMSED模式的发展、功能等.ECOMSED模式是一个具有发展前景的水动力和沉积物输移模型,能较好地拟合岸线和较为方便地处理浅海变化的海底地形,在海洋数值模拟方面得到了广泛应用.     

在大西洋海底进行模拟太空任务

两位宇航员,一位老练的水下工程师以及另一位经验丰富的科学家即将在佛罗里达州东海海岸模拟在极端环境下执行太空任务和新的探索理念。     

南海海底天然地震台阵观测实验及其数据质量分析

长期的海底天然地震观测由于技术上的困难而极富挑战性.为了在这一领域积累经验,同时揭示南海中央海盆残留洋脊下的岩石圈结构,在南海深海区进行了一次较大规模的被动源海底地震仪(OBS)台阵观测实验.本文简述了此次实验的仪器、OBS的布放和回收状况,着重从多个角度分析了所收集的海底地震记录的数据质量.地震波形分析表明回收的OBS记录质量良好,来自远震、区域性地震和马尼拉俯冲带内的小震的主要震相都清晰可辨.海底背景噪音频谱分析显示OBS记录的噪音水平要高于全球平均噪音模型,且水平和垂直分量的数据质量存在差异,反映了洋流对于OBS各分量的不同影响及各分量与海底的耦合状况;在5~10 s周期范围内,多个OBS台站存在着一个噪音低值区,且水平分量和垂直分量在此频段噪音水平很接近.这一特征与开放大洋的噪音特征不同,说明南海这一边缘海的双频微噪音(double frequency microseism,DFM)的能量来源并不是远源.还利用瑞雷面波的偏振方向规律确定了OBS台站水平分量的方位,并对典型地震的瑞雷面波进行了频散分析.此外,还总结了这一实验对于在南海进行长期的海底天然地震观测的经验和教训.     

ECOMSED模式及其在海洋数值模拟方面的应用

文章主要介绍了ECOMSED模式的发展、功能等。ECOMSED模式是一个具有发展前景的水动力和沉积物输移模型,能较好地拟合岸线和较为方便地处理浅海变化的海底地形,在海洋数值模拟方面得到了广泛应用。     

金属材料疲劳性能的数值模拟

金属广泛地用于生产生活中,所以金属的疲劳也渐渐被人们关注.采用有限元软件(Fatigue)对金属材料在不同轴向栽荷条件下进行疲劳性能模拟并进行了分析,分析表明,交变应力的应力幅值一定时,疲劳寿命随着平均应力的增大而减小,且拉应力更容易产生疲劳破坏;在交变载荷平均应力一定的情况下,随着应力幅值的增加,疲劳寿命逐渐减小.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川变化的数值模拟及其对气候变化的响应分析

冰川变化的数值模拟及其预测是冰冻圈科学的前沿方向.本文介绍了对山地冰川进行数值模拟的原理和方法,并以天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)为研究对象,通过数值求解二维的冰川流动方程,对1号冰川的流场进行了模拟.同时通过线性分析构建了一个未来升温情景:2010～2070年1号冰川地区升温速率为0.17℃/10a,而降水量保持不变.在此气候情景下,从冰川变化的物理过程,预测了2010～2070年期间1号冰川的变化趋势,结果表明在2040年以前,冰川末端退缩比较缓慢,但消融区厚度减薄较快.2040年以后,冰川末端退缩加剧,最终于2070年左右退缩为冰斗.从冰川流动原理证明在全球变暖背景下,山地冰川退缩将会越来越剧烈.     

金属材料疲劳性能的数值模拟

金属广泛地用于生产生活中,所以金属的疲劳也渐渐被人们关注。采用有限元软件(Fatigue)对金属材料在不同轴向载荷条件下进行疲劳性能模拟并进行了分析,分析表明,交变应力的应力幅值一定时,疲劳寿命随着平均应力的增大而减小,且拉应力更容易产生疲劳破坏;在交变载荷平均应力一定的情况下,随着应力幅值的增加,疲劳寿命逐渐减小。     

末次冰期南海表层环流的数值模拟及其验证

边缘海在冰期旋回的环境变迁中,可以产生“放大效应”.如南海北部的冬季表层水温,间冰期可比冰期高6～9℃,远远超出太平洋同纬度区的温差.我们曾经推测:南海这种“放大效应”,应与冰期时表层环流的根本改组有关,但这种推测有待论证.数值模拟就是可以采用的一种方法.     

煤中微量元素和矿物富集的同沉积火山灰与海底喷流复合成因

煤中常量、微量元素和矿物的富集往往是多种地质因素共同作用的结果. 运用低温灰化、X射线衍射分析、带能谱仪的扫描电子显微镜、逐级化学提取、电离耦合等离子体质谱等方法对云南砚山晚二叠世煤的矿物学和地球化学特征进行了研究, 提出了煤中微量元素和矿物富集的同沉积火山灰与海底喷流复合模式(或成因类型). 研究发现, 砚山矿区M9煤层硫分含量很高(S_t,d = 10.65%), 属于超高有机硫煤(S_o,d = 9.51%). 矿物组成主要有b-石英副像、透长石、钠长石、白云母、伊利石、黄铁矿以及少量的高岭石、斜长石、钙镁黄长石、金红石和片钠铝石. 煤中高度富集的微量元素有F(841 μg/g), V(567 μg/g), Cr(329 μg/g), Ni(74 μg/g), Mo(204 μg/g)和U(153 μg/g). 该煤中的矿物质主要有3个来源: (1) 高温石英、透长石、白云母和伊利石等是泥炭聚积期间酸性火山灰降落到泥炭沼泽后的产物; (2) 钠长石和片钠铝石以及以上超常富集的微量元素是在泥炭聚积期间, 基性-超基性海底喷流侵入到闭塞缺氧的泥炭沼泽中所致; (3) 稀土元素, Nb, Y, Zr和TiO₂等亲石元素来源于盆地南部的越北古陆. 除了物源供给以外, 砚山矿区煤的矿物学和地球化学异常是同沉积酸性火山灰和基性-超基性海底喷流共同作用的结果.     

磁性液体数值模拟研究进展

磁性液体(magneticfluid)是一种力学性能受磁场调控的磁流变智能材料,在医学与工业生产中有广泛应用.近年来,随着计算机性能的发展,数值模拟日益成为研究磁性液体力学行为细观机理的重要方法.本文综述并评价了磁性液体理论与数值模拟领域的最新研究进展,介绍了磁性液体在剪切、挤压和阀模式3种工作模式下的力学模型,对磁性液体的现有模拟方法进行了总结,讨论了磁性液体数值模拟的研究现状,并展望了数值模拟的发展前景.磁性液体的数值模拟亟待开展以下三方面研究:(1)建立涵盖多种微观相互作用的精细理论模型,研究颗粒表面包覆、添加剂等非磁性成分对磁流变效应的影响;(2)将不同数值模拟方法相结合,建立磁性液体的多尺度模型,进一步提高模拟精度,利用机器学习协调不同尺度的数值模拟,压缩计算量,已成为一种可行思路;(3)将力学模型与电、磁学模型相结合,发展多尺度、多物理场耦合的数值模拟方法,模拟磁性液体其他物理性能.最终为高性能磁性液体的研制及其应用研究提供技术和理论支撑.     

供水系统稳态运行计算数值模拟研究

文章提出了数值模拟计算的数学模型及其求解的方法，以期通过该研究为供水系统过渡过程计算提供初值，为优化调节提供基础，为自动化控制提供接口，并结合实际工程给出了稳态计算的结果。     

供水系统稳态运行计算数值模拟研究

文章提出了数值模拟计算的数学模型及其求解的方法,以期通过该研究为供水系统过渡过程计算提供初值,为优化调节提供基础,为自动化控制提供接口,并结合实际工程给出了稳态计算的结果.     

泥石流动力学模型与数值模拟

泥石流是介于崩塌、滑坡等块体运动和山洪水流之间的一种物理过程,既具有土体的结构性,又具有水体的流动性。从物质组成上看,泥石流是一种由水、岩土体和气体组成的多相介质,具有多种内部结构。其中的固相组分颗粒形状极其不规则,尺度跨越范围较大。浆体与固相颗粒以及颗粒间的相互作用非常复杂。因此,完全考虑各种因素建立全描述的泥石流动力学模型比较困难。从描述组成物质和运动的观点来看,目前泥石流的动力学模型可划分为连续介质、离散介质和混合介质模型。基于不同动力学模型的泥石流运动数值模拟,可广泛应用于流量过程反演、危险范围预测、风险评估、防治工程评估等方面;但泥石流本身启动和产汇流机理涉及多门学科,是需要进一步研究的重要课题。同时,泥石流形成过程和运动过程的数值模拟存在着时空尺度上的差异,如何实现两者的耦合求解仍需深入探讨。     

地震地面运动数值模拟中的土层增幅和波的多重干涉效应

阐述了在研究复杂地震灾害问题时不均匀介质中土层增幅率和地震波多重干涉效应对于用数值模拟方法研究地震地面运动的影响. 在数值模拟中, 首先分析了区域地质构造, 使用了由地表微动矩阵观测结果而得来的高精度地震波速度结构. 又运用地表浅层40 m深的钻孔岩(土)芯结构的地质和地震波速度资料, 进一步分析了浅地表土层对于地震波地面运动增幅率分布的影响. 揭示了重灾区地表土层对地面运动增幅率的非线形关系特征. 在地质结构特征分析基础上, 用数值模拟方法计算了日本神户地震灾区地面运动SH波分量加速度波形. 波动方程数值模拟解法中使用了错格实数傅里叶微分算子的拟Fourier谱微分法. 地面运动数值模拟结果表明地表土层的增幅率和地下速度结构特征对地面加速度波形及其最大振幅分布有很大影响. 由数值模拟地面运动结果与该区的1995年日本神户地震建筑物倒塌率关系的分析可知, 模拟所得地面加速度波形最大振幅与建筑物倒塌率的分布极为一致. 远离地震断层的建筑物的两重峰值倒塌率也和加速度的峰值吻合. 利用模拟的瞬间地震波不均匀多层介质中空间传播快拍图像分析了两重地面运动峰值与地质构造的关系. 结果表明两重峰值的地面运动可能是由基岩表面传入沉积层表层的次生面波和沉积层中体波干涉形成了第1次地面运动峰值; 表层下层通道波次生的面波与体波干涉形成了第2次波动干涉, 导致了第2个地面运动峰值. 这表明了波的多重干涉与地下结构有关. 由此可知详细分析土层增幅率和与地质结构相关的波的多重干涉现象对于用地面运动数值模拟方法研究地震灾害及建筑物倒塌率分布特征是十分有益的. 地质构造和结构的调查研究, 地面运动数值模拟分析对于地震波传播和抗震研究都是十分重要的.