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基于径向多项式密度Tesseroid体的大尺度重力场快速正演计算
1
作者
欧阳芳
陈龙伟
邵志刚
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第9期3556-3575,共20页
在大尺度重力模拟中,为了考虑地球曲率的影响,通常将质量体沿经度、纬度及径向方向剖分为多个Tesseroid体,然后根据叠加原理将所有Tesseroid体重力效应之和近似为质量体的总重力场.在现有大多数方法中,总重力场的计算一般通过将各Tesser...
在大尺度重力模拟中,为了考虑地球曲率的影响,通常将质量体沿经度、纬度及径向方向剖分为多个Tesseroid体,然后根据叠加原理将所有Tesseroid体重力效应之和近似为质量体的总重力场.在现有大多数方法中,总重力场的计算一般通过将各Tesseroid体的重力效应直接累加获得,尽管这种做法十分简单,但对于大尺度的复杂密度模型,其计算量十分巨大.为此,本文充分利用重力位、重力加速度及重力梯度张量核函数积分在经度方向的卷积特性,提出一种基于快速离散卷积算法和优化重力公式的高精度大尺度重力场模拟方法.该方法采用具有径向任意阶多项式密度的Tesseroid体来描述复杂密度分布,并以变密度Grombein优化公式为基础进行重力场正演模拟,从而有效克服经典球坐标系重力公式引起的极轴观测点奇异问题;同时联合Gauss-Legendre求积(GLQ)和水平方向的自适应网格剖分,实现重力积分的高精度计算,最后结合快速离散卷积算法获得质量体的重力效应.本文方法的加速策略通过如下途径实现:①假定经度方向的Tesseroid体具有相同尺寸,观测点位于同一高度且其采样间隔与Tesseroid体尺寸相等,由此建立与重力积分核对应的Toeplitz权系数矩阵,并利用Toeplitz对角线元素相等的特性,计算其第一列和第一行元素来复原完整矩阵,以此大大降低计算内存及计算时间;②利用基于FFT的离散卷积算法实现权系数矩阵与密度矩阵乘积的快速计算,从而进一步提高计算效率.数值算例表明,本文方法可实现近地表至卫星高度重力位、重力加速度及重力梯度张量的高精度计算,且其计算效率相较于直接累加法高出约3~4个数量级.该方法在WINTERC-G全球模型重力效应计算中的应用进一步证实了算法的可靠性和灵活性.本文快速算法是经典3D-GLQ方法的重要补充,对研究大尺度重力正反演问题、地形效应及地球内部结构等有重要意义.
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关键词
区域及全球尺度
重力效应模拟
FFT加速
径向多项式密度
tesseroid
体
球坐标系
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职称材料
沉积物埋藏深度和碳酸钙含量对南海沉积物干密度的影响
被引量：
1
2
作者
张新康
贾国东
《海洋地质前沿》
CSCD
北大核心
2022年第6期25-33,共9页
在古海洋学研究中,质量堆积速率是反映地质历史时期某种物质沉积通量变化趋势的重要指标。计算质量堆积速率的一个必要参数是沉积物的干密度(DBD)。但是,很多钻孔沉积物的干密度数据往往因采样间隔稀疏而分辨率太低,甚至没有实测数据,...
在古海洋学研究中,质量堆积速率是反映地质历史时期某种物质沉积通量变化趋势的重要指标。计算质量堆积速率的一个必要参数是沉积物的干密度(DBD)。但是,很多钻孔沉积物的干密度数据往往因采样间隔稀疏而分辨率太低,甚至没有实测数据,为后续研究带来一定限制。前人研究中曾经发现深海沉积物的DBD可以用沉积物中的CaCO_(3)含量进行估算,但这一方法在南海是否可行尚缺乏研究。笔者根据前人经验,对南海ODP184,IODP 349、367、368共4个航次17个站位的DBD、CaCO_(3)含量与样品埋藏深度数据进行了分析,发现沉积物埋藏深度是影响DBD的重要因素,DBD和CaCO_(3)含量仅在南海南部的ODP1143站位表现出良好的关系。而在南海北部及中部可能由于受到不同程度深层流活动的影响,导致沉积环境极不稳定,非碳酸钙组分来源复杂多变,故DBD与CaCO_(3)%的相关性差。在南海南部,以沉积物埋藏深度和CaCO_(3)%为变量,对ODP1143站位用二元多项式拟合出一经验公式,该公式适用于南海南部海域与1143站位有相似沉积环境的沉积物样品干密度的估算。
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关键词
南海
干密度
沉积物埋藏深度
碳酸盐
二元多项式拟合
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职称材料
题名
基于径向多项式密度Tesseroid体的大尺度重力场快速正演计算
1
作者
欧阳芳
陈龙伟
邵志刚
机构
中国地震局地震预测研究所
中国工程物理研究院流体物理研究所
桂林理工大学地球科学学院
出处
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第9期3556-3575,共20页
基金
中央级公益性科研院所基本科研业务费专项重点项目(CEAIEF2024030101)
国家重点研发计划项目(2023YFC3007300)
国家自然科学基金项目(42374173,42304141)共同资助。
文摘
在大尺度重力模拟中,为了考虑地球曲率的影响,通常将质量体沿经度、纬度及径向方向剖分为多个Tesseroid体,然后根据叠加原理将所有Tesseroid体重力效应之和近似为质量体的总重力场.在现有大多数方法中,总重力场的计算一般通过将各Tesseroid体的重力效应直接累加获得,尽管这种做法十分简单,但对于大尺度的复杂密度模型,其计算量十分巨大.为此,本文充分利用重力位、重力加速度及重力梯度张量核函数积分在经度方向的卷积特性,提出一种基于快速离散卷积算法和优化重力公式的高精度大尺度重力场模拟方法.该方法采用具有径向任意阶多项式密度的Tesseroid体来描述复杂密度分布,并以变密度Grombein优化公式为基础进行重力场正演模拟,从而有效克服经典球坐标系重力公式引起的极轴观测点奇异问题;同时联合Gauss-Legendre求积(GLQ)和水平方向的自适应网格剖分,实现重力积分的高精度计算,最后结合快速离散卷积算法获得质量体的重力效应.本文方法的加速策略通过如下途径实现:①假定经度方向的Tesseroid体具有相同尺寸,观测点位于同一高度且其采样间隔与Tesseroid体尺寸相等,由此建立与重力积分核对应的Toeplitz权系数矩阵,并利用Toeplitz对角线元素相等的特性,计算其第一列和第一行元素来复原完整矩阵,以此大大降低计算内存及计算时间;②利用基于FFT的离散卷积算法实现权系数矩阵与密度矩阵乘积的快速计算,从而进一步提高计算效率.数值算例表明,本文方法可实现近地表至卫星高度重力位、重力加速度及重力梯度张量的高精度计算,且其计算效率相较于直接累加法高出约3~4个数量级.该方法在WINTERC-G全球模型重力效应计算中的应用进一步证实了算法的可靠性和灵活性.本文快速算法是经典3D-GLQ方法的重要补充,对研究大尺度重力正反演问题、地形效应及地球内部结构等有重要意义.
关键词
区域及全球尺度
重力效应模拟
FFT加速
径向多项式密度
tesseroid
体
球坐标系
Keywords
Regional and global scales
Gravitational modell
in
g
FFT-based acceleration
tesseroid with polynomial density in depth
Spherical coord
in
ates
分类号
P631 [天文地球—地质矿产勘探]
P312 [天文地球—固体地球物理学]
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职称材料
题名
沉积物埋藏深度和碳酸钙含量对南海沉积物干密度的影响
被引量：
1
2
作者
张新康
贾国东
机构
同济大学海洋地质国家重点实验室
出处
《海洋地质前沿》
CSCD
北大核心
2022年第6期25-33,共9页
基金
国家自然科学基金“南海浮游生态系统对上新世暖期气候的响应及其机制研究”(42030504)。
文摘
在古海洋学研究中,质量堆积速率是反映地质历史时期某种物质沉积通量变化趋势的重要指标。计算质量堆积速率的一个必要参数是沉积物的干密度(DBD)。但是,很多钻孔沉积物的干密度数据往往因采样间隔稀疏而分辨率太低,甚至没有实测数据,为后续研究带来一定限制。前人研究中曾经发现深海沉积物的DBD可以用沉积物中的CaCO_(3)含量进行估算,但这一方法在南海是否可行尚缺乏研究。笔者根据前人经验,对南海ODP184,IODP 349、367、368共4个航次17个站位的DBD、CaCO_(3)含量与样品埋藏深度数据进行了分析,发现沉积物埋藏深度是影响DBD的重要因素,DBD和CaCO_(3)含量仅在南海南部的ODP1143站位表现出良好的关系。而在南海北部及中部可能由于受到不同程度深层流活动的影响,导致沉积环境极不稳定,非碳酸钙组分来源复杂多变,故DBD与CaCO_(3)%的相关性差。在南海南部,以沉积物埋藏深度和CaCO_(3)%为变量,对ODP1143站位用二元多项式拟合出一经验公式,该公式适用于南海南部海域与1143站位有相似沉积环境的沉积物样品干密度的估算。
关键词
南海
干密度
沉积物埋藏深度
碳酸盐
二元多项式拟合
Keywords
South Ch
in
a Sea
dry bulk
density
sediment burial
depth
CaCO3%content
b
in
ary
polynomial
fitt
in
g
分类号
P736.2 [天文地球—海洋地质]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于径向多项式密度Tesseroid体的大尺度重力场快速正演计算
欧阳芳
陈龙伟
邵志刚
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
2
沉积物埋藏深度和碳酸钙含量对南海沉积物干密度的影响
张新康
贾国东
《海洋地质前沿》
CSCD
北大核心
2022
1
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职称材料
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