DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 5.总结 本研究针对海河流域水土保持决策实践需求，收集海河流域多年积累的水土保持监测数据资料，按照一定的标准对海河流域多年积累的水土保持数据进行整理和规范，并运用数据库等技术和二次开发方法，建立了流域水土保持监测数据管理系统。该系统可以满足各级水土保持部门的管理与分析需求，为水土保持监测数据管理中的各类问题，提供多要素、多层次、多功能、多时态的空间信息查询与分析功能。本文建立的流域水土保持监测数据管理系统实现了对海河流域水土保持数据的共享和统一管理，对流域水土流失面积、分布状况和流失强度，水土流失造成的社会危害及发展趋势，水土流失防治情况及其效益有一个全面的掌握，这对于海河流域水土保持整体规划部署和决策具有重要的现实意义。该系统 图9. 时态对比 图10. 查询统计 图11. 站点查询 的成功应用不仅为海河流域水土流失监测、水土保持治理提供了成熟、先进的信息平台载体，同时也为其他流域的水土保持管理的信息化建设提供示范与借鉴。
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user: 摘 要 本文以三种不同的方法，使用地球同步卫星向日葵8号的影像，进行侦测过冲云的测试，采用现有的水汽频道减红外窗区频道法与IRW-texture方法，并提供局地最小值法进行测试，此法结合上述二法的特点，但试图不要使用IRW-texture法中所需的数值预报的产品，且不要如水汽频道减红外窗区频道法，产生过多的过冲云像元。三个方法的实验结果与红绿蓝三色合成的侦测深对流产品、可见光和红外线色调强化影像比对，初步实验发现本文提供的局地最小值法是一个可行的尝试。 关键词 :过冲云，水汽频道，红外窗区频道
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user: 1. 引言 过冲云对气候变化、剧烈天气与飞航安全有着一定程度的关联。就对气候的影响而言，过冲云的强烈上升气流将对流层的水汽、云冰带入平流层且达到中性浮扬层之上，其主要的几制是由过冲云所在的对流风暴之上的重力波破裂与乱流混合过程。而达到平流层的水汽影响气候的方式有：1) 扮演温室气体 [ 1 ] ，2) 平流层内水汽增加，使得无机氯的自由根造成臭氧含量的减少 [ 2 ] 。由于过冲云会产生乱流，因此直接测量过冲云中上升到平流层上的水汽，是比较困难的，但仍有证据显示透过对流，传送水汽到平流层是常见的现象，且常可达到对流层顶以上5公里之地区(例如： [ 3 ] 与 [ 4 ] )。而过冲云的砧状云上的羽状卷云，也是证明对流可将水分输送到平流层的观测左证(例如： [ 5 ] 与 [ 6 ] )。至于飞航安全与剧烈天气方面， [ 7 ] 指出，飞航乱流与云对地面间的闪电现象集中在靠近过冲云的地方。过冲云与地面剧烈天气，如冰雹、豪雨及龙卷风等亦有关联， [ 8 ] 研究欧洲地区过冲云与剧烈天气现象的关系发现，其相关性对大冰雹(53%)与强风(52%)较大，对龙卷风较小(14%)， [ 9 ] 指出侦测过冲云可以帮助在缺乏天气雷达的地方增加剧烈天气警告的时间。 侦测过冲云的方法有两种，一为过冲云之上的水气进入较过冲云顶层更高的地方，而此处的平流层温度较高于过冲云顶所在之温度，因此水气频道减红外窗区频道的亮度温度值会大于0，例如： [ 10 ] 与 [ 11 ] ，但这种方法用于向日葵8号观测影像时常指出除过冲云外，也将其附近对流强盛的像元判为过冲云，而较难精确指出过冲云的位置。另一方法为IRW-texture法，此法为Bedka于2010年所提出 [ 7 ] ，此法以红外窗区频道观测到过冲云温度低于其附近砧状云均温为基础，以二者温差作为判断之标准，此法可较精确指出过冲云位置，但须依赖数值预报之产品之准确度，因此本文提供局地最小值法，此法结合二者的特性，试图只用卫星数据产生精确地过冲云侦测。以上三个方法的详细内容于2.节中详细叙述。
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user: 2. 方法 介绍侦测过冲云的方法之前，首先了解先前研究，对过冲云特征所得的认知，过冲云顶在多频道的卫星影像上的特征表现：在可见光观测显示出多块的如花椰菜的影像，在红外线观测，例如11微米的窗区频道，表现为成簇的的低亮度温度影像。 [ 12 ] 与 [ 13 ] 指出过冲云顶进入低平流层时仍维持7~9度每公里的降温率，造成其比附近砧状云的温度低，砧状云的温度接近对流层顶的温度 [ 13 ] 。而过冲云顶之上的水汽可到达平流层更高的位置，因此较过冲云顶处于较高温度的大气之中 [ 11 ] 。 而以飞机挂载光达观测过冲云顶，显示过冲云顶的高度约比其周围砧状云高出2公里 [ 14 ] 。若由Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM)降雨雷达的观测则显示，过冲云顶的高度约比其周围砧状云高出0.67公里，两者的差异可能来自光达所观测到的是冰晶反射，而TRMM则为较低层的降雨粒子。 2.1. 水汽频道减红外窗区频道法 使用6.7微米水汽频道亮度温度减去11微米红外窗区频道亮度温度的差值侦测过冲云顶的技术，在过去许多的研究中被提出， [ 7 ] 指出他们主要是基于下列的假设：1) 低平流层的温度随高度增加而升高；2) 因伴随过冲云顶的上升气流将水汽带到较高的高度，致使水汽的高度在过冲云顶的高度之上；3) 水汽频道接收来自较高温度的水汽放射，而红外窗区频道接收来自较低温的过冲云顶的云顶放射；4) 因此水汽频道亮度温度减去11微米红外窗区频道亮度温度在过冲云发生时为正值，可用于侦测过冲云顶的存在。但需注意的是，由于水汽的平流，可能造成最大正值区，不一定在过冲云顶的正上方。 然而侦测过冲云顶使用6.7微米水汽频道减去11微米红外窗区频道的方法，其阀值的设定会随下列的参数而变化，例如：卫星观测仪器的分辨率，频道光谱的范围，上升气流的强度，平流层温度的垂直变化率，水汽在平流层存在的时间等。以4公里分辨率的GOES-12影像为例，水汽频道减红外窗区频道的差值大于+1度时，显示有过冲云顶存在 [ 10 ] 。而对1公里分辨率的MODIS影像而言，若采用+1度则除了侦测到过冲云顶的像元外，也误判部分砧状云为过冲云顶，而+2度的值似乎比较适用于高分辨率的影像数据 [ 7 ] 。本次实验结果为差值大于2.5度之情形。 2.2. IRW-Texture方法 另一方法是利用过冲云顶与砧状云平均亮度温度差值做为判断过冲云顶的条件，此法称为IRW- texture法。 [ 15 ] 观察指出，由1979到2003美国的平均对流层顶温度的区间为由佛罗里达的202度到缅因州的218度。 [ 10 ] 使用215度为深对流的基准点。 [ 7 ] 由 [ 16 ] 收集的450大雷雨个案分析AVHRR与MODIS 1公里可见光与红外光云图，发现最大的过冲云顶半径是12公里，这比 [ 17 ] 指出的1到10公里直径为大，但比 [ 18 ] 描述的一些极端个案为小。基于对过冲云的观察，在IRW-texture方法中，假设过冲云的直径小于15公里，因此对每个冷(亮度温度小于215度和小于数值预报对流层顶温度)的过冲云候选像元，使用12公里为半径寻找计算砧状云均温的像元。计算砧状云温度的像元必须小于225度，寻找计算砧状云均温的16个轴对称方向中必须至少有5个方向合于条件，以防止砧状云为非圆型对称的情形，若冷的过冲云候选像元的附近平均砧状云温度若能被计算出，若候选像元温度低于平均砧状云温度6.5度以上，则被选为过冲云顶的像元。 在使用IRW-texture方法时，本文目前计算过冲云顶像元的程序情形如下，我们定义过冲云顶候选像元与砧状云像元采用的方式：若像元11微米亮度温度小于215度且小于数值预报对流层顶温度加2.5度时，则定义为过冲云顶候选像元，加2.5度的原因，是考虑地球同步卫星的分辨率比绕及卫星分辨率小，尤其在北方，因此在此区若要求小于对流层顶温度时，才定为过冲云像元候选者，可能遗漏部分像元，尤其较弱的过冲云 [ 8 ] 。若像元11微米亮度温度小于225度及对流层顶温度加12.5度，且非过冲云候选像元，则定义砧状云像元。当过冲云顶候选像元与砧状云像元决定后，计算每个过冲云顶候选像元8至24公里环状内平均砧状云温度，至少需25%以上的环状内像元用于计算，若过冲云顶候选像元温度低于平均砧状云温度6.5度则判定为“真的”过冲云顶像元。 2.3. 局地最小值法 在这个程序中，结合IRW-texture与水汽频道减红外窗区频道法，并且以划定小区块中11微米频道观测最小值作为选取过冲云的参考，而不以数值预报的对流层温度为参考，处理的程序如下：首先将处理影像像元画分为数个小区块(如图1)，并计算出每一小区块中11微米亮温的最小值，过冲流云顶候选像元为小区块中11微米亮温小于亮温最小值加4度，并小于215度，则定义这一像元为在此小区块影像中的过冲云顶的候选像元；如果一个像元它的11微米亮温小于亮温最小值加15度，及11微米亮温小于225度，且未被定义为过冲云顶候选像元者，则被定义为在此小区块影像中的砧状云像元。当过冲云顶候选像元与砧状云像元决定后，决定判为过冲云的方法如2.2.节所述。经此决定的过冲云像元，最后以水汽频道减红外窗区频道值大于1度之像元，及以此像原为中心的3乘3像元，设为筛选屏蔽。只有落在屏蔽内的过冲云像元，最终定义为真正的过冲云像元。 2.4. 深对流红绿蓝三色合成影像 制作深对流红绿蓝三色合成影像时，红、绿、蓝各分量将各自选取物理量转成0到255色阶的方法如公式(1)： (1) 公式中各参数设定列于表1。这个合成影像指出重要的对流微物理特征，例如小的冰粒子，存在小的冰粒子标志着强烈上升气流与可能发生剧烈的天气现象。其色彩显示的意义：大部分背景为蓝/洋红色，高层厚的冰云，包括积雨云为红色，黄色通常暗示对流云顶有小的粒子存在。相较许多其他卫星影像，深对流红绿蓝三色合成影像优点在于它能指出高强度的对流胞，有助于区分新的与消散中的对流，它的缺点在于只适用于日间、对于深对流以外的天气型态分辨率不佳、且黄色并非只代表小冰粒子存在，也可能是非常低温而由大的冰粒子组成的云顶。本次实验所有方法是以Interactive Data Laguange (IDL)程序语言完成。
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user: 3. 资料 本次实验使用日本卫星向日葵8号的先进向日葵影像(Advanced Himawari imager)中的水汽频道(6.2微米)与红外窗区频道(11.2微米)进行测试。向日葵8号卫星自2015年7月7日02时00分世界标准时开始作业，先进向日葵影像包含16频道，其各频道参数如表2。每10分扫描全球一次，另外也较高频率的扫描包含：区域1 (日本东北地区；扫描频率2.5分)、区域2 (日本西南地区；扫描频率2.5分)、区域3 (目标区；扫描频率2.5分)、区域4 (地标区；扫描频率0.5分)、区域5 (地标区；扫描频率0.5分)，区域1与2是固定的而其它区域是可变动的，详内容可参看2015年使用手册 [ 19 ] 。我们的实验是使用全球扫描的数据。另外用于计算地表辐射与对流层顶辐射所需的温度数据，是由美国国家环境监测预报中心的全球预报系统的分析场数据。
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user: 4. 实验结果 在此将实验结果显示于图2中，实验资料是2015年10月8日06世界标准时的向日葵8号卫星影像与对应时间的全球预报模式的分析场，图2(a)~(c)分别为水汽频道减红外窗区频道法、IRW-texture法及局地最小法的过冲云像元的侦测情形。图中红点为被侦测为过冲云的像元，图2(c)中，粉红色为2.3节所述水汽频道减窗区频道所提供的筛选屏蔽区域。比较三者，水汽频道减红外窗区频道法认定的过冲云像元最多，IRW-texture法较少，局地最小法介于中间。但三者侦测的位置，基本上而言是一致的，且比对卫星可见光云图(图2(d))与红外线色调强化云图(图2(e))发现，侦测的位置落于对流较强的云系中，可见光显示较白且红外线云图亮度温度较低的地方。再与深对流红绿蓝三色合成影像(图2(f))比对，在合成影像中黄色部分所代表强的烈对流区域，与实验中侦测到的过冲云位置是契合的。 Table 1 The parameters used in formula (1) to create deep convection RGB mag 分量 物理量 MIN MAX GAMMA 红 6.2 − 7.3微米频道 −35 5 1 绿 3.9 − 10.4微米频道 −5 60 0.5 蓝 1.6 − 0.64微米频道 −75 25 1 表1. 公式(1)用于制造深对流红绿蓝三色合成影像的各个参数设定 Table 2 The parameter for 16 channels of Advanced Himawari imager on Himawari- 频道序号 中心波长(微米) 分辨率(公里) 扫描像元数 1 0.46 1 11，000 2 0.51 1 11，000 3 0.64 0.5 22，000 4 0.86 1 11，000 5 1.6 2 5500 6 2.3 2 5500 7 3.9 2 5500 8 6.2 2 5500 9 7.0 2 5500 10 7.3 2 5500 11 8.6 2 5500 12 9.6 2 5500 13 10.4 2 5500 14 11.2 2 5500 15 12.3 2 5500 16 13.3 2 5500 表2. 日本向日葵8号各个频道参数 图1. 局地最小值法，小区块分割的情形 图2. (a)是以水汽频道减红外窗区频道所得结果，红点代表过冲云的位置，(b)与(c)分别为以IRW-texture及局地最小值法侦测的结果，(d)可见光影像，(e)色调强化红外线影像，(f)是深对流红绿蓝的合成影像 我们放大观察在雷州半岛附近侦测到的过冲云，比较三个方法侦测过冲云结果的异同，图3(a)~(e)分别是红外线色调强化影像、可见光影像、水汽频道减红外窗区频道法、IRW-texture法及局地最小值法的过冲云像元的侦测结果。由图中可以发现，水汽频道减窗区频道法侦测到的过冲云像元位置比较零乱，且有时并非在过冲云正上方，可由比对图3(c)与图3(a)及图3(b)得知，例如图3(a)中亮度温度最低的像元位置并未与图3(c)中的红点位置完全对应，这是因上层气流会将水汽带离原先上升位置所致，而IRW-texture法与局地最小法就显得较为合理，与红外线色调强化云图的低温区是一致的。另外观察热带海洋上的对流个案，位置在菲律宾东方海上，参看图2(b)。这个例子的放大观察显示在图4中，图4(a)~(e)分别是红 图3. 雷州半岛附近过冲云的个案，(a)色调强化红外线影像、(b)可见光影像、(c)是以水汽频道减红外窗区频道所得结果，红点代表过冲云的位置，黄色部分是水汽频道减红外窗区频道值在1.5到2.5之间的像元、(d)与(e)分别是以IRW-texture及局地最小值法侦测的结果，红点代表过冲云的位置，绿色线所围的范围是过冲云候选像元，黄色线所围的范围是设定为砧云的像元 图4. 如图3但为菲律宾东方海上个案 外线色调强化影像、可见光影像、水汽频道减红外窗区频道法、IRW-texture法及局地最小值法的过冲云像元的侦测结果。由图中可以发现，IRW-texture法与局地最小法的结果，如上个例子比较接近，与云图比较也较合理，而水汽减红外线频道法，则显示出大范围过多的过冲云，这现象在本次实验中热带强对流云中都有显示类似的情形(未全部展示)，这可能是热带地区对流强且时间比较久，造成较多较长时间的水汽存在于过冲云附近所致。由此次实验可以发现，三种方法中IRW-texture法与局地最小值法较能明确指出过冲云所在位置，是适于向日葵8号卫星影像监测过冲云的。而热带与非热带云系性质的不同对求取过冲云可能造成的影响，也是应注意观察的。
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user: 5. 结论 此次实验测试三种侦测过冲云的方法于向日葵8号卫星影像，初步结果显示IRW-texture法与本文提出的局地最小值法是可以明确指出过冲云像元的，因IRW-texture法使用的数值预报场是可能有误差存在的，且水平分辨率目前是不如卫星观测，局地最小值法试图全部使用卫星数据来侦测过冲云，实验结果也显示这样的想法是具可行性的。另外对云的特性也是需要多加观察的，因为较多的研究是以中纬度的过冲云为对象而得的，而它是选取过冲云候选像元与砧状云像元的参考依据，会影响到IRW-texture与局地最小法的侦测过冲云的最终结果。在未来的工作，将收集足够的过冲云个案，进行三种方法结果的统计分析，得到三者侦测的准确率、虚报率(没有过冲云却侦测为有)、及漏报率(有过冲云却侦测为没有)，作为改进方法之依据，和天气分析者使用此产品时的参考。
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user: 摘 要 位于中国黄海北部青岛以东约80 km的千里岩岛发育有透镜状和层状榴辉岩。通过千里岩岛与中国苏鲁大别造山带两地榴辉岩在矿物特征、形成年代、变质峰值温压条件等地质环境方面的对比，表明千里岩岛是苏鲁大别造山带海上的延伸。根据岩相学和矿物学研究千里岩岛榴辉岩主要经历了三个变质阶段：以榴辉岩中Grt-Omp-Ph-Rt矿物组合为标志的第一变质阶段，T = 775℃，P = 2.6 GPa；以取代绿辉石的Amp + Ab后成合晶结构为标志的第二变质阶段，T = 740℃~790℃，P = 1.60~1.75 GPa；以出现阳起石，进入绿片岩相阶段为标志的第三变质阶段。千里岩岛榴辉岩的变质年代约为222 Ma的晚三叠世，与苏鲁–大别造山带榴辉岩变质年代一致。推测千里岩岛是苏鲁大别造山带东向海上的延伸，并且是韩国洪城与中国苏鲁大别造山带之间的连接部分。 关键词 :千里岩岛，榴辉岩，温压条件，P-T轨迹，地质年代
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user: 1. 前言 大别–苏鲁造山带位于华北板块与扬子板块之间， 属秦岭造山带的东延部分，大致呈东西向延长，在华中地区分布宽广，是三叠纪时南方扬子板块俯冲到华北板块的产物，具有碰撞造山性质和两个阶段退变质作用 [ 1 ] 。根据地质产状和围岩组合，大别苏鲁造山带可区分3种类型的榴辉岩 [ 2 ] ：1) 主要被包裹在花岗质正片麻岩中；2) 与大理岩互层或被包裹其中；3) 与超镁铁岩共生。张泽明 [ 3 ] 将该带的榴辉岩分为形成温度 < 550℃的高压榴辉岩，以石榴石中含前榴辉岩相的矿物包体和具典型的进变质作用成分环带为特征，形成压力 > 2.8~3.3 GPa的超高压榴辉岩，以含柯石英为特征。 纪壮义在1992年的山东地质学调查报告中首次提到千里岩岛榴辉岩。韩宗珠认为千里岩岛榴辉岩的原岩为华南陆块与华北陆块间的古岛弧拉斑玄武岩 [ 4 ] 。根据Han et al.的调查 [ 4 ] ，千里岩岛的主体构造是一条切割千里岩岛屿的西南西–北东北的剪切带，地质调查表明是一个构造基岩岛 [ 5 ] (与构造相关的岛屿)，榴辉岩的露头位于岛的中部，靠近主剪切带(图1)。该岛在构造上属于千里岩隆起，是胶东地区的东南向延伸隆起 [ 4 ] - [ 49 ] 。野外研究工作表明，薄层榴辉岩岩层及各种类型的片麻岩岩层发生变形具有局部褶皱(图2)。通过对新鲜榴辉岩样品矿物学与岩石学研究，确定千里岩岛发育有高压变质岩，其形成时的温压条件与相邻的苏鲁–大别造山带和韩国造山带中高压变质岩形成时的温压条件接近。 千里岩岛地质简图在图1和图2中给出，矿物缩写根据Whitney & Evans (2010) [ 7 ] 。 图1. 朝鲜半岛及中国东部黄海地质概要图 图2. 千里岩岛取样地理位置图。榴辉岩的地理位置用五角星标出
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user: 2. 地质背景概述 千里岩岛位于中国东部黄海中部西岸的大陆架上。北纬36˚15'56东经121˚23'10，岛形似哑铃状，南北长约0.82 km，东西宽约0.24 km，占地面积约为0.2 km 2 ，最高点海拔93.5米。千里岩岛属于苏鲁超高压变质带的北带 [ 12 ] ，因受郯庐断裂带(图1)南北走向的影响而呈NEE走向 [ 13 ] ，北界为烟台–青岛–五莲断裂，南界为嘉山–响水断裂(图1)。千里岩岛由前寒武纪变质岩系组成，其基底主要为早元古界地层，是一套强烈韧性变形的片麻岩 [ 14 ] 。岛内发育断层，横切千里岩岛隆起，与泗阳–连云港断层相连。 大别岩层在构造上可划分为北大别山地带(NDZ)、中大别山地带(CDZ)和南大别山地带(SDZ)。北大别山地带发育以榴辉岩为代表的高压/超高压变质岩，中大别山地带发育超高压变质岩，南大别山地带又可再分为北部含柯石英超高压岩区和南部高压蓝片岩区(或称为宿松单元) [ 15 ] - [ 20 ] (图1)。苏鲁地块划分为北西方向的超高压带(与大别中心岩区相似)和南东方向的高压带(与大别南部高压蓝片岩区相似)；这两岩区被泗阳–连云港断裂(图1)所分隔。
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user: 3. 榴辉岩岩相学 苏鲁–大别地区榴辉岩多呈透镜状、团块状、条带状或似层状产出 [ 5 ] ，与周围的花岗片麻岩一起发生了强烈的塑性变形。据张泽明统计，产自大别、东海和胶南变质杂岩中的榴辉岩大多具有相同的围岩和矿物组合特征，并多含有柯石英或金刚石 [ 5 ] 。在研究区内，榴辉岩呈较小的扁豆体或透镜状产出，并与花岗质片麻岩整合接触，围岩片麻理产状150˚∠60˚ [ 21 ] 。核部榴辉岩相对新鲜，发生中等程度的角闪石化和绿泥石化，榴辉岩边缘退变质强烈。榴辉岩中主要和次要矿物依次为石榴石(40%~45%)、绿辉石(35%~40%)、多硅白云母(~10%)、绿帘石(~5%)、角闪石(<5%)和钠长石(<5%)；副矿物有磷灰石、金红石、榍石、方解石，这与李敏测定结果基本一致 [ 22 ] 。
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user: 5. 变质阶段划分 根据岩相学特征及矿物之间的结构关系，该类榴辉岩具有3期变质矿物组合。 5.1. 第一变质阶段 以Grt-Omp-Ph-Rt的峰期矿物组合代表首次记录的变质事件。对石榴石中绿辉石和多硅白云母包裹体与相邻的石榴石进行电子探针分析，分析矿物的成分，还原各矿物形成的温压环境。峰期温压条件的计算使用Berman (1988)的热力学内部一致数据，石榴石和单斜辉石的活度模型采用Berman (1990)；多硅白云母的活度模型采用Massonne & Szpurka (1997)，用PTAX软件计算出KFMASH体系中的4个纯变质反应方程(如图4(b))，估算出第一阶段的峰期变质温压条件约为775℃，2.6 GPa (图4(a))。 5.2. 第二变质阶段 钠长石与角闪石的退变质矿物组合代表第二期变质阶段。使用石Grt-Cpx地质温度计 [ 28 ] 和Jd-Ab-Qtz Table 4 Electron microprobe analyses of amphiboles from the eclogite， Qianliyan Islan Amp-3 Amp-5 Amp-6 Amp-7 Amp-14 Amp-15 Amp-16 Amp-17 Amp-19 Amp-22 Amp-25 Amp-26 SiO 2 39.47 40.34 41.14 52.66 49.36 52.04 50.98 41.74 38.84 52.52 51.08 50.63 TiO 2 0.35 0.26 0.17 0.10 0.17 0.13 0.15 0.38 0.09 0.06 0.09 0.10 Al 2 O 3 16.10 14.07 14.39 3.24 6.90 4.61 4.63 14.12 18.65 3.07 3.42 3.23 Cr 2 O 3 0.02 0.02 0.01 0.01 0.03 0.02 0.02 0.02 0.00 0.02 0.03 0.04 FeO 20.46 21.05 19.87 11.28 11.86 10.85 10.86 16.09 20.07 13.44 14.50 15.08 MnO 0.11 0.10 0.10 0.09 0.08 0.11 0.02 0.05 0.09 0.23 0.16 0.23 MgO 6.17 6.59 7.30 16.36 14.38 16.10 15.28 9.84 5.02 14.88 13.63 13.25 CaO 9.01 8.70 10.16 12.68 11.87 12.31 13.60 11.12 9.47 12.37 12.55 12.90 Na 2 O 3.82 3.75 2.94 0.77 1.60 0.87 1.08 2.50 3.34 0.49 0.49 0.50 K 2 O 0.88 0.77 0.65 0.12 0.38 0.22 0.25 1.33 0.98 0.12 0.16 0.15 Total 96.39 95.65 96.73 97.31 96.63 97.26 96.87 97.19 96.55 97.2 96.11 96.11 Si 6.18 6.27 6.37 7.69 7.25 7.47 7.45 6.34 6.04 7.71 7.52 7.65 Al 1.83 1.74 1.63 0.31 0.75 0.53 0.56 1.66 1.96 0.29 0.48 0.36 Fe 3+ 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Ti 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Fe 2+ 2.39 2.35 2.35 1.33 1.49 1.15 1.31 1.84 2.22 1.38 1.48 1.88 Ca 1.53 1.51 1.67 2.02 1.90 0.00 2.19 1.78 1.49 1.87 2.05 2.09 Na 1.23 1.22 0.90 0.28 0.57 0.28 0.28 0.88 0.90 0.00 0.00 0.29 K 0.20 0.20 0.20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.19 0.20 0.00 0.00 0.00 表4. 千里岩岛榴辉岩中角闪石电子探针分析 地质压力计 [ 29 ] ，估算出第二阶段的峰值变质条件为1.60~1.75 GPa和740℃~790℃。所得峰值温压条件低于毛北岩体超高压榴辉岩的峰期变质条件800℃，4.5 Gpa [ 30 ] ，同时也低于张泽明等学者测定的柯石英榴辉岩的形成条件820℃~1000℃，2.8~3.1 Gpa [ 5 ] ，表明榴辉岩样本未达到超高压变质阶段(图4(a))。利用石榴石，绿辉石边缘组分的最大和最小值(石榴石边缘成分:Prp 17.50 Alm 56.59 Grs 15.57 Sps 1.25 Adr 8.63 和Prp 17.46 Alm 52.31 Grs 23.40 Sps 1.07 Adr 5.71 ；绿辉石边缘成分：Jd 44.62 ，Jd 44.90 )绘制出图4(a)中的曲线。 5.3. 第三变质阶段 榴辉岩中阳起石和方解石的出现表明变质阶段进入到绿片岩相，从而得到了一条顺时针P-T轨迹。
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user: 6. 苏鲁高压/超高压岩石与千里岩岛高压变质岩形成的温压条件比较 苏鲁造山带与千里岩岛地理位置相近，根据榴辉岩和围岩花岗质片麻岩之间的紧密联系，以及千里岩岛上的三种岩石类型(榴辉岩、二云绿帘斜长片麻岩、花岗质围岩片麻岩)都含有多硅白云母，表明苏鲁高压/超高压变质带与千里岩岛变质带发生的是同一个时代的原地高压事件 [ 39 ] 。此外，李敏通过对千里岩岛榴辉岩主量元素与微量元素特征值的分析，得出千里岩岛榴辉岩兼具岛弧玄武岩和洋中脊玄武岩的性质，形成的构造环境为弧后盆地 [ 22 ] 。 就变质温压条件方面分析，山东半岛荣成地区陶航榴辉岩中发现含有柯石英(Yao et al.， 2000 [ 33 ] )， 图3. 千里岩岛榴辉岩的显微照片 图4. (a) 千里岩岛高压榴辉岩P-T轨迹。GC-T代表石榴石-单斜辉石温度计(据Ellis & Green [ 31 ] )；AP-T表示角闪石–斜长石–石英温度计(Holland & Blundy [ 32 ] )；Jd硬玉等压线(据Carswell & Harley [ 29 ] )。P-T轨迹：苏鲁荣成源于Yao et al. [ 33 ] ；威海(Z) (苏鲁)源于Zhang et al. (1995) [ 34 ] ；威海(W)根据Wang et al. [ 35 ] ；朱家冲根据Castelli et al. [ 36 ] ；Bibong 根据Oh et al. [ 37 ] 。(b) 利用Berman (1988) [ 38 ] 数据和PTAX软件计算出的峰值变质条件 其最低峰值变质条件为2.8 GPa和876℃。陶航榴辉岩温压曲线，与千里岩岛温压曲线平行(图4(a))，但温度略高100℃，变质峰值位于柯石英的稳定域。Liu et al. (2006b) [ 40 ] 对苏鲁地块南部不同岩性的高压蓝片岩锆石包裹体进行详细的研究，虽发现有多种高压变质矿物，但未在锆石包裹体中发现存在类似柯石英的超高压变质矿物，测得温压为500℃~600℃，1.2~2.5 GPa，表明苏鲁南部岩层未达到超高压变质条件。 笔者将南大别地区朱家冲榴辉岩及相邻的蓝晶石–黝帘石–石英脉的温压曲线(图4)与千里岩岛榴辉岩做出对比。朱家冲榴辉岩的峰值变质条件约为2.4 GPa和700℃，稍低于千里岩岛榴辉岩。由于朱家冲榴辉岩内部含有大量的早期包体而不含柯石英及其假象，石榴石自形或呈环礁状且环带结构明显的特征，表明了该类榴辉岩俯冲深度较小，在峰期变质阶段反应进行不彻底，未达到柯石英相 [ 49 ] 。千里岩岛榴辉岩与朱家冲榴辉岩的变质条件、岩性特点相近，推测千里岩岛榴辉岩形成时俯冲深度较小，未达到超高压变质条件。
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user: 7. 地质年代研究 前人对苏鲁–大别峰期变质年代进行过详细的研究，五庙柯石英榴辉岩的锆石U-Pb年龄为214.2 ± 9.6 Ma；石马附近毛屋榴辉岩的锆石U-Pb年龄为225.5 ± 3~6 Ma和230 ± 4 Ma；朱家冲榴辉岩锆石SHRIMP年龄为231.6 ± 9.7 Ma。Chavagnac & Jahn (1996) [ 41 ] 和Li et al. (1993 [ 42 ] ， 2000 [ 43 ] )利用Sm-Nd同位素测得峰期变质年龄分别为221 ± 5 Ma和225 ± 7 Ma；Cheng et al. (2008) [ 44 ] 对大别超高压榴辉岩Lu-Hf和Sm-Nd进行研究，并确定其超高压事件年代为220~230 Ma。以上年代数据均表明苏鲁–大别榴辉岩形成于220~230 Ma的高压–超高压变质事件，这与韩国Bibong变基性岩石Sm-Nd全岩年龄225~258 Ma接近 [ 37 ] 。 张贺等测得千里岩岛榴辉岩继承性锆石SHRIMP U-Pb加权平均年龄为(747 ± 19) Ma [ 46 ] ，说明榴辉岩的原岩经历过晋宁期热事件(约800 Ma)，推测千里岩岛隆起区代表扬子板块的基底 [ 13 ] 。
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user: 8. 千里岩岛与韩国京畿地块关联性 朝鲜半岛自北向南依次为狼林地块、京畿道地块和岭南地块(图1)三个主要的前寒武纪单元。平南盆地(PB)和临津江带(IB)位于狼林和京畿地块之间；京畿地块和岭南地块被沃川带OB分隔 [ 31 ] (图1)。 朝鲜半岛西南部京畿地块发现有榴辉岩及其相关的高压变质岩石 [ 10 ] [ 31 ] [ 37 ] 。通过岩石学和地质年代学的研究分析，认为韩国狼林地块、京畿地块和岭南地块的基底与中国华北板块基底有密切的成因联系 [ 47 ] ；吴福元等 [ 47 ] 和侯泉林等学者 [ 9 ] 根据其相似的构造、变质过程和地史年代演化，推断，从朝鲜半岛北部的临津江带(IB)到南部的沃川带(OB)中生代造山运动与苏鲁–大别造山运动具有一致性。韩国的临津江带被认为是苏鲁造山带在朝鲜半岛的延伸 [ 4 ] [ 8 ] 。 韩国京畿地块西南部前寒武纪片麻岩中发育有洪城杂岩(图1)，Oh et al. [ 37 ] 在洪城杂岩的石榴石中发现有绿辉石残留，划分出三个变质阶段，得到榴辉岩相阶段变质峰值条件为17.0~20.9 kbar， 835℃~860℃。高压麻粒岩相温压条件为11.5~14.6 kbar， 830℃~850℃，角闪岩相阶段为6.7~11 kbar， 570℃~740℃。其温压轨迹与千里岩岛榴辉岩相似，但温度稍高70℃~100℃，与中国大陆科学钻探主孔获得榴辉岩700℃~890℃ [ 26 ] 的峰值变质温度基本一致，以上证据均表明韩国洪城经历过与苏鲁高压/超高压带相似的变质温压条件。此外，千里岩岛榴辉岩峰期变质年龄与韩国Bibong变基性岩Sm-Nd全岩年龄 [ 37 ] 以及与退变质榴辉岩中变质锆石的U-Pb同位素SHRIMP年龄(Kim et al.， 2006) [ 10 ] 相一致。以上证据均表明朝鲜半岛与苏鲁–大别造山带有密切的联系，苏鲁–大别造山带可能延伸到朝鲜半岛。
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user: 9. 结论 根据岩石学、矿物学研究，笔者识别出三期变质矿物组合，第一期以Grt-Omp-Ph-Rt的峰期矿物组合代表首次记录的变质事件，估算出第一阶段的峰期变质温压条件约为775℃，2.6 GPa；第二期以钠长石与角闪石的退变质矿物组合为代表，估算出第二阶段的峰值变质条件为1.60~1.75 GPa和740~790℃；第三期以榴辉岩中阳起石和方解石的出现为代表，表明进入到绿片岩相。通过苏鲁–大别造山带、千里岩岛和韩国洪城三地在岩石学、年代学、变质峰值温压条件等方面的对比，得出苏鲁–大别高压/超高压变质带、千里岩岛变质带、韩国洪城高压杂岩变质带应该是同时代的原地高压变质事件。此外，通过千里岩岛榴辉岩和朱家冲榴辉岩变质温压条件的比较，千里岩岛榴辉岩与朱家冲榴辉岩的变质条件相近，二者均未达到超高压变质阶段，且千里岩岛原岩属于扬子板块。进一步得出苏鲁–大别造山带东北向通过千里岩岛一直与朝鲜半岛相连。为进一步得到千里岩岛与苏鲁–大别造山带和朝鲜半岛详细的连续性关系，需对千里岩岛及其周边进行更详尽的地质填图。
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user: 摘 要 按照地震地热说关于壳内强震与火山预测的方法，本文采用北加利福利亚地震数据中心的ANSS地震目录和日本气象厅的震源月报，对西北太平洋滨海地区的地震活动与地震柱构造进行广泛研究，通过两套地震目录的对比，进一步印证和确立了研究区内的地震柱构造结构，表现为一种稳定的框架结构，仔细鉴别了鄂霍茨克地震柱、日本地震柱和台湾及琉球地震柱的多边形区域，并对中国珲春地震柱构造做出特别的论证，进而列举了若干应用研究的例子，包括2011年日本9级地震、2016年日本熊本7.3级地震、1995年日本阪神6.8级地震，台湾地震柱的活动性，以及相关地区的火山活动的态势与成因，台湾地震与九州地震的关系，等等，做出了全面的分析，同时介绍了一些预测的方法，对于研究区内的地震预测和火山预测研究都是有意义的，或许对全球也有用。地震地热说的原理与方法，以及地震柱构造的概念，提出多年了，作者一直致力于壳内强震与火山活动的预测思路研究，希望能对人类的防灾事业有所贡献。 关键词 :地震地热说，地震柱，壳下地震，壳内强震，火山，西北太平洋
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user: 1. 引言 西北太平洋的滨海地区是全球地震与火山活动极为频繁的地区之一。人们对该地区地震与火山的成因通常是以板块的“碰撞”和“俯冲”来解释。但是，长期的经验表明，这种解释千篇一律，很难解决地震的预测问题。本文采用作者所提出的地震地热说原理与方法 [ 1 ] - [ 4 ] ，根据中深源地震活动的三维分布状态，将该地区划分为若干个地震柱构造，研究地震柱内部的地震与火山活动规律，并介绍了一些应用研究的例子，试图为壳内强震与火山的预测研究打开一条新的思路。
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user: 2. 资料的选取与研究方法 图1为全球壳下地震的分布与地震柱和预测研究区的划分图。为了便于分析和资料比对，作者将全球划分为8个预测研究区(图1)，本文研究区域取12˚~65˚N，110˚~170˚E，即第IV预测研究区。 本文所采用的资料主要取自2个来源。一是来自美国北加利福利亚地震数据中心的ANSS (Advanced National Seismic System)地震目录，二是来自日本气象厅的震源月报。在讨论中国珲春地震柱时，也用到了中国地震台网的统一地震目录。 ANSS地震目录取1963年至2016年4月16日4级以上的地震参数，共计74，382个地震(图2)。日本震源月报取1997年10月1日至2015年7月31日1级以上的地震参数，共计1，285，361个地震(图3)。 由图1可以看到，如果剥去了震源深度为35 km以内的地震，大洋中脊就不能作为板块的边界了，因而可以理解为板块构造的边界只是以浅源地震的活动为标志划分的。 图1. 全球壳下地震的分布与地震柱和预测研究区的划分(1963.1.1~2016.4.16， M ≥ 4.0， h > 35 km)。地震柱编号及名称：01智利，02厄瓜多尔，03危地马拉，04海地，05白令海，06鄂霍次克海，07日本，08中国珲春，09北马里亚纳，10马里亚纳，11台湾及琉球，12菲律宾，13所罗门，14西汤加，15汤加，16印尼，17缅甸，18兴都库什，19地中海，20地中海西口，21南桑威奇，22马尼拉，23安达曼，24北美洲 图2. 研究区内ANSS地震目录的地震分布 图3. 研究区内日本震源月报的地震分布(1997.10.1~2015.7.31， Mv ≥ 3.0) 图2和图3的地震分布形态大体一致，说明这两套地震目录是可以比拟的，只是图3是以日本本土为中心，顾及不了日本以外的地区。 本文的研究方法，是根据区域内中深源地震活动的三维分布状态，将该地区划分为若干个地震柱构造，研究地震柱构造内部的地震活动规律，以寻找地震预测的可能途径。 地震地热说原理认为，全球的强震活动与火山活动由地球上的热机带和冷机带两大构造系统所制约；热机带由24个已知的地震柱组成，控制着全球的所有中、深源地震和92%以上的壳内强震以及83%以上的活火山，在全球呈M型展布，是全球地质灾害的能动带；冷机带主要沿大洋海底中脊出现浅源地震和少量火山活动，呈W型展布，表现为全球地质灾害的调整带(图1)。 地震柱构造的概念(seismic cone，曾被称为seismic cylinder或者地震地幔柱seismic mantle plume)由一个或多个地震柱单柱体复合而成，已知最大深度740 km。单个的地震柱柱体构造由中、深源地震的震源体密集而成倒立的圆锥体，具有独立的能动层(含恆热层及次级能动层)、储能层和影响区的耗散层，地震所标示的热能活动自下而上逐层驱动，由储能层内所积累的热能提供火山喷发所需要的热物质和热能，或转化为壳内强震所需要的机械能，推动地表构造活动。 所谓壳下地震，笼统地指深度小于35 km的地震。对于青藏高原地区，这个说法是不准确的。图1表明，35 km的深度界限，已经将壳内地震与深部地震截然分开了。所谓壳内强震，因为考虑到震源深度测定的不确定性，笼统地指深度小于35 km或者50 km的强震，视地震柱构造内部的活动状态而定。
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user: 5. 讨论和结论 本文没有给出地震与火山预测方面的直接结果，而是更多地给出了一些进行壳内强震与火山预测的思路。作者以为，预测研究的思路比起预测结果显得更为重要。 关于地震预测思路，人们通常习惯于从地表构造或者地表现象寻找答案。比如，板块构造学者习惯于碰撞与俯冲之说，活动构造学者习惯于地块或者活动地块之说，物探学者习惯于重力成因之说，地震学者习惯于地表地震分布的统计分析，大地测量学者习惯于地表形变之说，等等。而且，很多说法最后都以板块构造为成因的终结。 图22. 台湾地震柱的地震活动(1985.1.1~2016.4.16， Mv ≥ 4.0) 图23. 台湾地震柱的壳下地震分布(1985.1.1~2016.4.16， Mv ≥ 4.0) 图24. 北台湾地震柱的三维立体图像(1997.10.1~2015.7.31， Mv ≥ 1.0) 图25. 中国珲春地震柱深源地震活动的辨析 但是，按照地震地热说的观念，如果地震的成因不与地幔深部的构造挂钩，不与地震柱的构造相结合，试图用地表构造的活动来解释中深源地震和火山的成因，则地震的预测、火山的预测，都将劳而无功。因为，目前只有最为常规的地震信息，才能带领人类深入到地球的内部。地震柱的构造便是深入地下数百千米地学信息的代表和精华。人们如果见到了图5和图8、图6和图9的西北太平洋的地震柱构造结构，再将地表的什么日本海沟、琉球海沟、马里亚纳海沟等等延伸到地下三、四百千米，不免会让人觉得可笑。如果见到了图13日本地震柱构造的独立活动，再来谈论“碰撞”之类的神话，也会让人觉得乏味。再比如日本，如果人们对日本及其周边的3个地震柱，即07号日本地震柱、09号北马里亚纳地震柱和11号台湾及琉球地震柱，没有认识和研究，人们就不可能对日本的壳内强震和火山活动有所真正的了解，谈论预测也只能是盲目地宣称。 世间万事万物的产生和发展，内因是起决定作用的。目前人类对地球的内部依然不甚了了，但图5和图8、图6和图9给予了人们漂亮的地幔内部景观。这是一种全新的平台，或许能把人们引向中深源地震成因的新观察，从而以壳下地震活动的行迹来为壳内强震和火山的活动解套。人们既使把地壳板块的构造和运移推演得再漂亮，把活动地块划分到极为精致，也解决不了中深源地震的成因问题，因而也就难以解决地震与火山的预测问题。当然，地壳板块和活动地块或许有它们自己独特的作用，作者无意要否定某某学说，只是在地震和火山的预测方面就事论事。 因此，本文从地震与火山的预测思路出发，采用北加利福利亚地震数据中心的ANSS地震目录和日本气象厅的震源月报，按照地震地热说关于壳内强震与火山预测的方法，对西北太平洋滨海地区的地震活动与地震柱构造进行广泛研究，通过两套地震目录的对比，进一步印证和确立了研究区内的地震柱构造结构，表现为一种稳定的框架结构，仔细鉴别了鄂霍茨克地震柱、日本地震柱和台湾及琉球地震柱的多边形区域，并对中国珲春地震柱构造做出特别的论证，进而列举了若干应用研究的例子，包括2011年日本9级地震、2016年日本熊本7.3级地震、1995年日本阪神6.8级地震、台湾地震柱的活动性，以及相关地区的火山活动的态势与成因，台湾地震与九州地震的关系等，做出了分析，同时介绍了一些预测的方法，对于研究区内的地震预测和火山预测研究都是有意义的。地震地热说的原理与方法，以及地震柱构造的概念，提出多年了，作者一直致力于壳内强震与火山活动的预测思路研究，希望能对人类的防灾事业有所贡献。
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user: 摘 要 不同的工程学科采用二种不同的速度势函数来描述运动容器中理想流体的晃动，所得到的运动方程不尽相同，然而这二个速度势不加区分地都称为“速度势函数”，这会给跨学科的研究带来理论上的混乱，这一问题在现有文献中似乎并未得到澄清。本文采用“相对速度势”与“绝对速度势”分别建立了运动容器中液体的晃动方程，证明了二种速度势方程的等价性，对于地震工程而言，“绝对速度势”与“相对速度势”分别适用于容器的地震激励为速度与加速度的情形。 关键词 :地震作用，液体，二维晃动，速度势函数
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user: 1. 引言 工程中存在许多贮液结构物，如：大型的液化气罐、水塔、渡槽、水库(水坝)、反应堆冷却水柜等，在地震作用时，液体容器整体随大地一起作(加速)牵连运动，容器的运动成为液体晃动的激励源，从而引发结构物内含液体的晃动，贮液结构设计需要了解液体晃动对结构的作用效应，需要研究作用在容器壁上的液动压力、自由表面上的波高反应等，液体的强迫晃动分析是贮液结构设计中不能回避的问题。 在研究容器内液体晃动时，通常将描述液体运动的坐标系固定在容器上，这样观测液体运动更为直观、方便，这个牵连运动坐标系称为加速坐标系，或非惯性坐标系，运动容器内晃动的液体可假设为不可压缩的、无旋的理想流体，因而液体的运动可采用速度势函数来描述 [ 1 ] - [ 3 ] 。由于众多的研究者所处的工程学科不同，研究者通常按照二种不同的速度势函数来描述理想流体运动，一种采用绝对速度势函数，另一种采用相对速度势函数，所得到的方程具有不同形式。然而不同学科的研究者将两个不同的速度势函数不加区分地统称之为“速度势函数”，这容易引起理论上的混乱，使得跨学科的液体晃动问题研究者迷惑不解，这一问题在现有文献中似未得到澄清。在地震工程领域，现有文献 [ 4 ] - [ 7 ] 通常直接给出液体晃动控制方程，而一般并不说明控制方程是如何得到的，这不利于研究者(读者)对液体晃动问题的深刻理解。本文将区分二种速度势函数，并分别采用相对速度势与绝对速度势函数详细给出理想液体的晃动方程，并证明二种速度势描述的等价性，同时指出二种速度势适合应用的范围，为液体晃动动力学的研究者提供参考。
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user: 2. 相对速度势描述运动(牵连)坐标下的流体运动 如图1所示，设静止不动的绝对坐标系为，固定在容器上的运动坐标系为，设坐标平面与液体静止自由表面相重合，地震作用时，容器上的牵连坐标系随大地一起运动，与绝对坐标系为产生一个相对平动，假定初始时牵连坐标与绝对坐标相重合，即：牵连坐标的三个坐标轴始终与绝对坐标对应的三个坐标轴相平行，设运动坐标系原点在下所观测到的矢径为，在绝对坐标系下所观察到的牵连坐标系的平动速度和加速度为，它们可以分别表示为： 图1. 绝对坐标系o'x'y'z'与牵连(运动)坐标系oxyz (1) 式中： 与 分别为牵连平动速度在 方向上的三个分量； 与 分别为牵连平动加速度的三个分量， 与 为绝对坐标下的基向量，由于牵连坐标与绝对坐标的三个坐标轴相互平行，因此牵连坐标 下的基向量也可由 与 表示。对于液体晃动的地震响应分析而言， 可分别看成x、y方向的水平加速度作用分量， 看成竖向(z方向)加速度作用分量。在牵连坐标系下的所观察到液体粒子的相对速度与加速度分别为 及 ，于是液体粒子的绝对速度 与加速度 可以分别表达为： (2) 相对加速度 可以由相对速度 表示为： (3) 那么绝对加速度可以表示为： ，于是牵连相对坐标系下的理想流体的Euler方程可以表示为： (4) 其中： 为液体压力， 为液体密度，g为重力加速度， 表示由液体重力产生质量力。在牵连相对坐标系下，不可压缩的理想流体的连续性方程依然成立 [ 6 ] ： (5) 这里： ， 与 表示相对速度 沿坐标 的三个分量。牵连相对坐标系下的液体可看成无旋流体(势流)，其相对速度可表达为： (6) 这里 为相对速度势函数， (7) 这里 为相对速度势函数，将(6)式代入(5)式，得： (6) 将(6)式代入(5)式，得： (7) 上式为相对速度势所表示的液体运动控制方程，在牵连相对坐标系下，将(6)式代入方程(4)，通过积分得到Bernoulli方程为： (8) 注意到，上面的推导过程中，应用了矢量分析公式： (9) 在液体与结构的湿交界面 上，有下列关系： (10) 其中： 表示在牵连相对坐标系下所观察到的弹性容器表面的法向速度。设在牵连相对坐标系 下所观察到的液面波高函数为 ，则液体自由表面的运动学边界条件可由相对速度势函数 与波高函数 表示如下： (11) 根据Bernoulli方程(8)，设自由表面压力为零： ，于是液体自由表面的动力学边界条件可以写为： (12) 以上方程(7)与方程(10)、(11)及(12)分别为相对速度势 所表达的液体运动控制方程与完整的边界条件。从这些运动方程可以看出，驱动液体晃动的外部激励仅在自由表面动力学边界条件(12)中反映，外部激励表现为容器的三向加速度 与 ，由于地动加速度通常作为地震的激励源，因此采用相对速度势的描述方法进行地震反应分析显得非常方便，在许多贮液容器的地震反应分析中，例如文献 [ 4 ] - [ 7 ] ，一般均采用相对速度势的表述方法。
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user: 3. 绝对速度势描述运动(牵连)坐标下的流体运动 在运动坐标系 下观测液体的绝对速度，则绝对速度可以表示为： ，其分量为 、 及 ，液体的绝对加速度分量可以表达为 [ 6 ] ： (13) 根据速度合成定理： (14) 将(14)式代入方程(13)，绝对加速度可以表示为： ，于是牵连相对坐标系下理想流体的Euler方程可以表示为下列形式： (15) 注意到牵连速度 仅为时间 的函数，利用矢量分析公式： ，(15)式可进一步写为： (16) 液体绝对运动速度 在牵连相对坐标系下可看成是无旋的，于是可采用绝对速度势函数 来表示绝对速度 ，即： (17) 在牵连相对坐标系下观察液体绝对速度 ，液体的连续性方程依然成立 [ 8 ] ，即有： (18) 将(17)式代入(18)式，得： (19) 上式为绝对速度势所表示的液体运动控制方程。将(17)式代入(16)式并进行积分，可得到Bernoulli方程为： (20) 在牵连相对坐标系下，在液体与结构的湿交界面 上，有下列关系： (21) 其中： 表示湿交界面的法向量， 表示在牵连相对坐标系下所观察到的弹性容器壁的法向速度，(21)式表明液体在交界面上的法向绝对速度等于该方向上的牵连速度加上其相对速度。设牵连相对坐标系 下所观察到的液面波高函数为 ，则任一时刻的液体自由表面(曲面)可由下列方程表示： (22) 根据微分学原理，液体表(曲)面上的单位法线向量 由函数 的梯度确定，即： (23) 其中： (24) 在牵连坐标系里，观察到自由表面 上液体粒子的速度为 ，同时由自由表面波高函数 计算得到的液体粒子的速度为 ，这个速度指向坐标轴 的正向，它的方向可由单位向量表达为 ，于是这个速度可以写为 ，描述同一点的两个速度值在曲面上的法向投影(或分量)应相等，即： (25) 将(23)式代入(25)式，得到由绝对速度势函数 表述的自由表面运动学边界条件为： (26) 根据Bernoulli方程(20)，得绝对速度势函数 表述的自由表面动力学边界条件为： (27) 方程(19)与方程(21)、(26)及(27)分别为绝对速度势 所表达的液体运动控制方程与完整的边界条件。由以上运动方程可以看出，驱动液体晃动的外部激励在边界条件(21)、(26)与(27)中反映，外部激励表现为容器的牵连速度 ，在航天与船舶工程中 [ 1 ] - [ 3 ] [ 8 ] ，一般都采用绝对速度势 的表述方法。对于地震工程而言，若已知地震动三个方向的速度分量 ，则采用绝对速度势 来描述液体晃动将更为方便。
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user: 4. 二种速度势描述的等价性证明 从绝对速度势所描述的液体运动方程出发，可以导出相对速度势所描述的液体运动方程，将绝对速度势函数分解为牵连速度势 与相对速度势 之和： (28) 液体的牵连速度 与相对速度 可分别由牵连速度势 与相对速度势 表达为： (29) 注意到牵连速度 仅为时间 的函数，将(28)式代入(19)式，得： 所以： (30) 将(28)式代入(21)式，并利用条件 ，得到湿边界条件为： (31) 将(28)式代入自由表面运动学条件(26)式，并利用(23)、(24)及(29) 式，得： (32) 将 代入(16)式，并注意到 与坐标无关，展开得到： (33) 其中： (34) 注意到 仅为时间 的函数，所以： ，于是(33)式可以重写为： (35) 于是Bernoulli方程为： (36) 所以自由表面上动力学边界条件为： (37) 由此可以看出描述液体运动的基本方程(30)、(31)、(32)与(37)分别与相对速度势所描述的液体运动方程(7)、(10)、(11)与(12)完全相同，由此证明了二种描述方法的等价性。
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user: 5. 结论 本文采用相对速度势与绝对速度势函数分别建立了运动容器中液体的晃动方程，证明了二种速度势方程的等价性，对于地震工程而言，当已知容器的激励速度时，宜采用绝对速度势描述液体的运动，当已知容器的激励加速度时，宜采用相对速度势描述液体的运动。
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user: 摘 要 本文通过CFD数值模拟两栋前后串列的高层建筑之间的风荷载气动干扰，并对高层建筑附近压力分布以及流场特性进行分析。通过与单体建筑的计算结果进行对比发现，串列的两高层建筑，上游建筑受干扰小，而下游建筑受上游建筑的影响显著，尤其是顺风向阻力作用。 关键词 :高层建筑，气动干扰，数值模拟
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user: 1. 引言 随着社会经济的发展，人口数量的增加，土地资源的日趋紧张，高层甚至超高层建筑的发展如雨后春笋，如火如荼。然而，随着建筑高度的增加，结构刚度相对减小，加之轻质高强，小阻尼材料的应用，使得建筑对风荷载的作用效应尤为敏感。20世纪中后期，研究者们对单个建筑的风荷载响应做了大量的研究，为了解建筑截面形状对风荷载和响应的影响，Hayashida [ 1 ] 等人对不同截面形式的高层建筑分别进行了高频测力天平试验和刚性模型测压试验。顾明 [ 2 ] 等人也对方形、矩形、三角形以及Y形等10多个典型建筑截面模型进行了细致的刚性模型测压试验。Lin [ 3 ] 等人也对不同尺寸的长方形截面超高层建筑进行了刚性模型测压试验，并指出在特定的宽厚比下，建筑所受风荷载达到最大值。 随着人们对单体建筑风荷载特性的深人了解，越来越多的研究者意识到相近的高层建筑之间风荷载的相互影响同样十分显著。高层建筑间的风致干扰效应包括静力干扰效应和动力干扰响应。研究者们依托风洞试验对邻近高层建筑的风荷载干扰效应进行研究发现：邻近高层建筑之间流场相互干扰，受扰高层建筑的风荷载大小与单体建筑相比有很大差别，在某些情况下可能会远远大于单体时的风荷载，从而引起抗风设计中的安全问题。楼文娟，孙炳楠 [ 4 ] 等人进行了高层塔楼间干扰效应的试验，发现整体试验双塔的表面最大负压系数比单塔试验时增大约23%。当建筑物并列布置时，建筑物之间的干扰作用主要是由“狭缝效应”引起的，对相邻建筑物的侧面风压影响比较大；而当建筑物串列布置时，主要表现为“遮挡效应”，一般对下游建筑物影响较大，对上游建筑影响较小。周鲁敏 [ 5 ] 通过数值模拟研究了串联双塔超高层建筑之间的气动干扰效应，并对各风向角下的建筑表面压力系数做了详细分析。吴华英 [ 6 ] 等人采用标准的 模型计算了高层建筑表面的风荷载体型系数，研究了群体建筑的风荷载干扰效应。张琪 [ 7 ] 等人通过CFD数值模拟研究了群体烟囱之间的风压分布情况，探索了烟囱群之间的风荷载干扰效应。
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user: 2. 数值模型 本文通过CFD数值模拟研究前后串列的两栋高层之间的风荷载气动干扰。两栋矩形高层建筑大小、型体完全一致，长L = 50 m，宽B = 20 m，高H = 100 m。前后净距为100米。计算域宽1000 m，长4000 m (上游1000 m，下游3000 m)，高为500 m，计算域横向阻塞比为2%，满足阻塞度的要求(<5%)，因此，边界壁面对建筑物附近流场的干扰可忽略不计，如图1所示。入口边界条件为速度入口(Velocity Inlet)，采用均匀流，来流风速为10 m/s，出口采用“压力出口”，两侧与上部边界定义为“对称边界”，下部边界与建筑物表面应“无滑移壁面”。计算域网格在建筑物附近进行加密处理，尤其是建筑物表面第一层 网格高度严格控制为y+ <2，网格由内到外逐渐增大，计算域网格总数约500万。网格质量Determinant 3 × 3 × 3检测最小为0.937，网格最大长宽比(Aspect ratio)小于12.4。 数值模拟的湍流计算模型采用SST 模型，它综合了 模型在近壁区计算的优点和 模型在远场计算的优点，将 模型和标准 模型都乘以一个混合函数后再相加就得到这个模型。在近壁区，混合函数的值等于1，因此在近壁区等价于 模型，在远离壁面的区域混合函数的值则等于零因此自动转换为标准 模型。与标准 模型相比，SST 模型中增加了横向耗散导数项，同时在湍流粘度定义中考虑了湍流剪切应力的输运过程，模型中使用的湍流常数也有所不同，这些特点使得SST 模型的适用范围更广，比如可以用于带逆压梯度的流动计算和翼型计算等等。
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user: 3. 计算结果分析 图2为两串联高层建筑附近某一水平面的平均压力系数分布情况，与图3单一方形高层建筑相比，上游建筑表面地压力变化不大，迎风面大面积正压分布，侧面与背风面三面均为负压。下游建筑表面的压力发生了显著变化，由于下游建筑处于上有建筑的背风面负压区，以致下游建筑的迎风面正压区消失， 图1. 数值模型计算域 图2. 两串列建筑平均压力系数分布图 图3. 单体建筑平均压力系数分布图 图4. 建筑物一半高度处水平面涡量分布图 图5. 建筑物一半高度处水平面时均流线图 甚至出现迎风面压强小于背风面压强，从而导致下游建筑的名平均阻力系数小于零。图4为高层建筑附近尾流的涡量等值线图，从图中可以看出：由于下游建筑的阻碍作用，打破了原本应出现的“2S”尾流漩涡模式。图5为建筑物一半高度处时均流线图，由于下游建筑物的阻挡，两建筑之间的尾流宽大，两侧漩涡中心区相隔一定的距离。图6为建筑中心立面时均流线图，结合图5可以发现建筑附近三维流动明显， 图6. 建筑物中心立面时均流线图 排列规则的涡管难以形成。由于上游建筑尾流漩涡的影响，两栋建筑之间靠近下游建筑一端很大范围内受下冲气流影响明显。另外，由于上游建筑尾流漩涡对能量的耗散，下游建筑的尾流中漩涡尺度与漩涡强度明显减小。而由于下游建筑的阻挡，上游建筑尾流漩涡的发展也受到一定程度的限制。