基于伪谱和有限差分混合方法的兰州盆地强地面运动二维数值模拟

利用伪谱和有限差分混合方法对兰州盆地进行二维强地面运动模拟.假设3个不同的震源深度5、10、20 km的同一地震下,以一个5层的二维剖面作为模型,以此来研究地震波传播过程并分析复杂的二维非均质路径效应,以及局部地下速度构造对强地面运动振幅加乘的影响,从而了解路径效应对强地面运动最大峰值位移的影响程度.研究结果显示:伪谱和有限差分混合方法模拟地震波场结合了有限差分法和伪谱法的优点,弥补了二者的不足,能较好地处理介质不连续面的计算,同时保证了和伪谱法相当的计算精度.通过地震波场模拟可知沉积盆地的强地面运动较基岩相比具有放大效应,震源深度的不同对兰州盆地垂直分量地面最大峰值位移影响较大,在震源深度为5 km时最小,为0.06 cm;震源深度10 km时在水平剖面30～55 km范围内峰值位移最大,达到0.14 cm;但对水平分量的峰值位移影响较小.     

西-亚北极锋季节及年际特征分析

基于1982-2016年的OISST资料分析了西-亚北极锋(The Western Subarctic front,WSAF;37°N-45°N,146°E-152°E)强度与位置的季节及年际变化特征,结果表明:冬季WSAF强度最大,平均位置最靠南;夏季WSAF强度最小,平均位置最靠北;春秋两季WSAF强度、平均位置相当,位于冬夏之间;1982-2016年,WSAF强度逐渐增强,分布位置逐渐缓慢南移;各季节WSAF强度最大值稳定位于149°E附近,WSAF平均位置自西向东不断北移。在此基础上,分析了不同季节WSAF强度与黑潮-亲潮交汇区(The Kuroshio-Oyashio Confluence Region,KOCR)内水体性质的关系:KOCR内黑潮水特征显著时WSAF强度小,黑潮水特征不显著时WSAF强度大;利用EOF分析探寻了WSAF强度年际变化与KOCR内海温的关系:不同季节内WSAF年际变化与KOCR内海温相关性不显著,春、夏、秋季,随着KOCR内海温升高,WSAF强度减弱,而冬季WSAF强度随KOCR内海温升高而增强。     

藻类生长对沉积物上磷迁移转化的影响

通过模拟中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和沉积物共存体系,探究了富营养化条件下,藻类与沉积物对无机磷的吸收/吸附作用的相互影响。采用自制的金汞伏安微电极测定了藻与沉积物共存体系中溶解氧(DO)的含量变化,分析了体系中溶解氧含量变化与磷消耗速率以及沉积物中磷形态分布变化之间的关系。结果表明,在本课题研究范围内,共存的藻类与沉积物互相影响彼此对磷的消耗过程,1.0×10^4、5.0×10^4和1.0×10^5 cells/mL三种初始藻密度的中肋骨条藻(Skeletonema costatum)48 h后对磷的吸收百分比分别达54.7%、73.4%、93.8%,添加沉积物后分别降至21.3%、34.1%和51.9%;沉积物对培养基介质中的无机磷的吸附百分比为42.5%,加入三种不同藻密度的藻体后分别降至9.1%、2.8%及0.3%。高密度藻与沉积物共存体系的耗磷速率与体系DO含量呈显著负相关(p<0.05)。体系中DO浓度降低会促进沉积物中Fe-P向水体中释放,从而导致沉积物中铁结合态磷(Fe-P)含量的降低。可交换态磷(Ex-P)、有机磷(OP)和Fe-P是藻类存在时沉积物向水体中较易释放的形态。     

表层沉积物特性对地震地面运动的影响研究

建立包含震源、沉积盆地和表层低速沉积层的二维模型,采用交错网格有限差分/伪谱混合方法求解地震波传播,讨论沉积层厚度和速度对地震地面运动的作用。结果表明:沉积层内产生的地震波的多重反射以及转换会引起地面运动持续时间的延长,它们的相干叠加会造成地面运动峰值的放大;随着沉积层速度的增加,多重反射与转换波的能量减小,地面运动持续时间减小,但是不同速度或者不同厚度的低速层模型均显示出一致的地面运动峰值放大特征。结果说明,在包含震源、沉积盆地和沉积层的模型中,沉积层对地面运动的作用机理更复杂。在实际应用中有必要同时考虑这些因素的综合作用。     

煤层气钻井井壁失稳机理及防塌钻井液技术

针对沁水盆地煤层气钻井中存在的井壁稳定技术难题,采用X射线衍射、扫描电镜、泥页岩膨胀实验、页岩分散实验测试了泥页岩和煤岩体的组构及理化性能,分析了井壁失稳机理。依据"多元协同"防塌原理,研选出了高效包被抑制剂、封堵防塌剂和活度平衡剂,构建了泥页岩地层防塌钻井液体系QSFT和煤层钻开液QSMZ。评价结果表明,QSFT体系的粘度、切力适中,滤失量低、泥饼薄,对200 μm裂缝的封堵承压能力达3.0 MPa;QSFT和QSMZ具有较强的抑制水化能力,并能显著增加岩样单向抗压强度,对煤岩体岩心湿测渗透率的损害均低于30%,干测渗透率恢复值达到95%以上,可作为沁水盆地煤层气井的钻井液和储层钻开液。      

青藏高原东部和周边地区地壳速度结构的背景噪声层析成像

利用连续地震背景噪声记录和互相关技术获得瑞利面波格林函数,进而反演获得了青藏高原东部和周边地区的地壳三维速度结构.地震数据源于北京大学宽频带流动观测地震台阵,国家数字测震台网数据备分中心提供的部分固定台站的连续记录及INDEPTH IV宽频带流动观测地震台阵.首先对观测数据进行处理和分析取得所有可能台站对的面波经验格林函数和瑞利波相速度频散曲线,反演得到了观测台阵下方周期从6~60s的瑞利波相速度异常分布图像.并且进一步反演获得研究区域三维剪切波速度结构和莫霍面深度分布.短周期(6~14s)相速度异常分布与地表地质构造特征吻合较好,在青藏高原和四川盆地之间存在一个明显的南北向转换带.而本文最重要的结果是周期大于25s的相速度异常分布图像显示,以昆仑断裂带为界,柴达木盆地和祁连山脉地区呈现与青藏高原截然不同的中地壳速度结构,反而与青藏高原东缘地区和川滇菱形块体速度结构相似.反演获得的剪切波速度在27.5~45km深度的切片也明显地揭示:青藏高原的松潘—甘孜地块和羌塘地块呈现均一的低速层;然而,柴达木盆地和祁连山脉地区则呈现较强的横向不均匀性,尤其是柴达木盆地的高速异常和四川盆地的高速异常相对应.这些结果为前人提出的青藏高原东北向台阶式增长模式提供了重要的地震学观测证据.与全球一维平均速度模型(AK135)相比较发现,本文测量和反演获得的研究区域内平均相速度和剪切波速度都比AK135模型慢很多,尤其是青藏高原的中地壳(25~40km)剪切波速度显著低于全球平均速度模型.进一步的层析成像反演证实松潘—甘孜和羌塘地块中地壳(27.5~45km)呈现大范围均一的低速层,为青藏高原可能存在大规模中下地壳"层流"提供地震学观测证据.在祁连山脉的27.5~45km深度观测到的明显低速异常体可能对应于该造山带下地幔岩浆活动导致的底侵作用,表明引起该地区地壳增厚的主要机制可能是来自地幔岩浆的底侵作用.     

VDRAS产品在奥运气象服务中的应用

着重分析了VDRAS要素在奥运会期间对流天气形成过程中的演变特征。典型对流天气个例分析表明,阵风锋之间的碰撞对雷暴天气的形成具有指示意义,其中VDRAS强梯度的存在能够预示将要分离出阵风锋;冷中心的加强意味着降水还将发展,减弱意味着降水要减弱。应用风廓线和自动气象站资料对VDRAS的信息做检验,表明在0.18～1.6km高度上风向基本一致,但是风速有时偏小2m/s;1.6～2.8km高度上,风向和风速大体一致;2.8～3.5km高度上,风向基本一致,但风速有时偏小2m/s。VDRAS气温高于地面自动站的气温约3～4℃。     

渤海湾地区碰撞型海风锋天气过程的资料诊断分析

利用多普勒雷达资料和地面自动站以及再分析资料对近年来7次典型的渤海湾地区碰撞型海风锋天气过程进行了分析。资料分析显示对流系统正面碰撞海风锋时(偏东西向碰撞)得到显著发展,而追赶碰撞海风锋时(偏南北向)则没有明显加强。海风锋移动沿途近地面出现明显的降温和风切变可以帮助判断海风锋的移动位置。高层稳定的偏西风有利于引导对流系统与西进海风锋发生正面碰撞。而低层的风场辐合则有利于碰撞过程中对流运动的发生,同时副高西北侧的水汽输送为降水的形成提供了有利条件。渤海湾地区地形的热力效应形成的低层偏中性层结有利于对流运动的发生,另外,在高空偏西风环境下地形可能对与海风锋碰撞的对流系统的触发或加强有促进作用。     

混合递阶遗传径向基网络及其在副热带高压预报中的应用

采用遗传算法与径向基网络结合的方法建立了副热带高压特征指数的预报优化模型.针对径向基网络结构和初始参数难以客观确定的不足,引入混合递阶遗传算法同时优化网络结构和参数.该优化方法结合了递阶遗传算法和最小二乘法的优点,具有较高的学习效率.将混合递阶遗传径向基网络用于副高数值预报产品的预报试验和效果比较,结果表明:混合递阶遗传算法优化的径向基网络模型具有较好的收敛效果和泛化能力,对副高指数的预报效果有较明显的改进和提高.