具微结构地壳中非线性地震波的演化

非线性地震波在地壳中传播及演化规律的研究具有重要实际意义.利用有限差分方法, 对非线性地震纵波和横波在具微结构地壳中的演化过程进行了详细的数值模拟.结果表明,非线性地震纵波和横波在具微结构地壳中可以逐渐演化成一个孤立波或两个孤立波或孤立波列或消失.地震波的初始幅度、频散系数和体力因子对演化过程和结果都有重要影响.研究结果揭示了非线性地震波在一种微结构地壳中的演化规律,这有助于在理论上解释一些特殊地震波现象.     

各向异性黏弹性介质伪谱法波场模拟

当地震信号通过复杂地球介质时，地层除了表现为各向异性，还表现为内在的黏弹性特征 因此，为准确描述地震波在地球介质中的传播特征，理想的地球介质模型应该能够模拟岩石 的各向异性特征和衰减特征.给出了各向异性黏弹性介质模型的波动方程，推导了伪谱法波场正演模拟的递推公式，并利用伪谱法实现了地震波波场数值模拟.表明了该介质模型中地 震波场特征与各向异性主轴方位和介质的黏滞性参数之间的关系. 关键词： 黏弹性 各向异性 伪谱法     

方位各向异性黏弹性介质波场有限元模拟

随着裂缝性储集层的地位越来越重要，黏弹性各向异性介质中地震波传播理论的研究也越来越受到重视.在弱黏滞性条件下，针对标准线性黏弹性体模型，采用时间增量法，在每一个时间步长确定黏弹性变形及载荷，并在计算下一个时间步长的黏弹性变形时把它加载进去，建立类似于解弹性问题的黏弹性方位各向异性介质波动方程的有限元递推公式.数值模拟给出了黏弹性波在地球介质中的波场传播特征. 关键词： 黏弹性 方位各向异性 有限元 时间增量法     

微结构固体中的孤立波及其存在条件

根据Mindlin理论,考虑宏观尺度非线性效应、二次和三次微尺度非线性效应以及微尺度频散效应,建立了描述一维微结构固体中纵波传播的一种新模型.用动力系统定性分析理论,分析了微结构固体中孤立波的存在条件及其几何特征,证明了当介质参数和孤立波传播速度满足适当条件时,在二次微尺度非线性效应的影响下微结构固体中可以形成一种非对称孤立波,在三次微尺度非线性效应的影响下微结构固体中可以形成一种对称孤立波.最后,用数值方法进一步验证了上述结论.     

用转移矩阵法研究LNN型非线性平面光波导

用转移矩阵法数值分析了芯区和衬底为非线性介质、覆盖层为线性介质结构平面光波导的传播特性,包括TM的模场分布和功率与有效折射率之间关系的分析.解析地表达了模式本征方程和功率分布,对非线性介质中电场强度与介质非线性系数的关系进行了研究.计算结果表明,TM的模场分布和功率与有效折射率及介质的非线性系数有关.     

各向异性粘弹性孔隙介质地震波场伪谱法正演模拟

地球介质各向异性、粘弹性以及孔隙特征是地震资料描述油气储层时应综合考虑的. 建立了各向异性粘弹性孔隙介质模型，导出了各向异性粘弹性孔隙介质的弹性波波动方程，采用伪谱法正演模拟了各向异性粘弹性孔隙介质地震波，进行了其波场特征分析. 该研究有益于加深对地震波在实际地球介质中传播规律的认识.     

双相各向异性随机介质伪谱法地震波场特征分析

各向异性、双相孔隙以及非均匀性是描述油气储层时应综合考虑的. 结合随机介质理论和双相介质模型建立了双相各向异性随机介质模型,采用伪谱法模拟了双相各向异性随机介质地震波场,结果表明：双相各向异性随机介质地震波场存在散射波、旅行时扰动等复杂的波场特征,这些特征强烈依赖于随机介质模型参数. 在大非均匀空间尺度下,非均匀幅度主要影响波的旅行时扰动;在小非均匀空间尺度下,非均匀幅度主要影响波的散射. 该研究使人们有可能在统计意义下反演油气储层的非均匀特征,有益于加深对地震波在油气储层中传播规律的认识. 关键词： 双相各向异性 随机介质 伪谱法 地震波     

梯度折射率非局域介质中空间孤子振荡行为研究

应用等效粒子近似方法研究了光学空间孤子在带有局域和非局域非线性横向非均匀介质中的传输动力学行为.发现孤子在传播过程中横向的周期性振荡.折射率调制幅度和波导的归一化宽度决定了振荡周期的大小.介质的非局域对振荡振幅有着较小的影响.模拟了孤子传输过程,所得数值结果与理论分析符合很好.此外,模拟传输还发现多孤子束缚态能够在这个模型中稳定传播.这种振荡特性或许可以应用于光学路由器、转换器、开关等.     

裂隙介质中纵波地面地震记录模拟及特征

利用纵波检测地层中的裂隙是油气勘探、工程探测等领域中的主要方法，也是地球物理领域中的难点，在各向同性介质的背景上，因存在裂隙而形成的散射作用，使接收的波场复杂化，为了正确认识裂隙介质中地震波场特征，以声波方程为基础，为了提高计算精度，应用高阶(十阶)有限差分法求解数值解，给定裂隙介质地质模型和均匀层状介质地质模型，通过数值模拟得到地质模型的地面地震响应．在此基础上，进行分析对比，总结了裂隙介质中地震波场特征，在裂隙发育带顶、底，纵波地面地震记录波形特征均有明显的变化，这表明利用纵波动力学特征作裂隙检测是可行的。     

裂缝诱导TTI双孔隙介质波场传播特征

本文在考虑油藏内流体影响的基础上, 进一步讨论了裂缝诱导各向异性的极化角和方位角的影响, 对裂缝诱导TTI (tilted transverse isotropy)双孔隙介质模型进行了研究. 在裂缝诱导HTI (horizontal transverse isotropy)双孔隙介质理论的基础上, 用Bond变换推导了裂缝诱导TTI双孔隙介质的柔度系数矩阵和耗散系数矩阵, 从而建立了介质的一阶速度应力方程. 采用交错网格高阶有限差分法及PML边界条件, 对xoz平面内的2.5维矢量波动方程进行了数值模拟. 结果表明,裂缝的极化角和方位角的存在都会导致横波分裂, 而在双层裂缝诱导TTI双孔隙介质模型的分界面上,又会产生转换波的分裂和横波的再分裂现象, 这就增加了波场的复杂性, 从而为进一步研究实际地球介质的地震波场传播特征奠定了基础. 关键词： 裂缝诱导TTI 双孔隙 裂缝极化角 裂缝方位角     

Finite amplitude waves in ion-beam plasma systems

Several types of solitary waves can exist in an ion-beam plasma system. Their velocity is determined as a function of the beam velocity and the wave amplitude θ₀. The region of existence is limited for θ₀ → 0 by the linear modes, and for finite θ₀ by the trapping of the beam or background ions.     

Instability of Waves in Magnetized Vortex-Like Ion Distribution Dusty Plasmas

A modified Zakharov-Kuznetsov equation for small but finite dustic waces in a magnetized votex-like ion distribution dusty plasma is obtained in this paper.It seems that there are instability for a soliton under higher-order transverse perturbations in this system. There is a certain critical value 4λ0. If the ratio of the wave length of the higher-order perturbations to the width of the soliton is larger than this critical value, the solitary wave is unstable, otherwise it is stable.     

阈值附近撕裂模的非线性行为

电阻率型m≥2的撕裂模在线性不稳定性阈值附近的非线性演化方程可以表示为 ?-Q²A+K²/2A²à-Q²(δ△_1e)/(△_1e)A³=0。这里A为模的幅值,Q为线性增长率,K为模的波矢,△_e为线性模匹配计算中的外区解的对数微分差,δ△_1e为非线性效应对于对数微分差的贡献。本文除在拟线性近似下推导出该方程外,还仔细讨论了该模的非线性行为。在对称电流分布sheet pinch模型的特例下,可以证明δ△_1e=0,不存在新的平衡点。 关键词：     

有限深两层流体中内孤立波造波实验及其理论模型

将置于大尺度密度分层水槽上下层流体中的两块垂直板反方向平推, 以基于 Miyata-Choi-Camassa (MCC)理论解的内孤立波诱导上下层流体中的层平均水平速度作为其运动速度, 发展了一种振幅可控的双推板内孤立波实验室造波方法. 在此基础上, 针对有限深两层流体中定态内孤立波 Korteweg-de Vries (KdV), 扩展KdV (eKdV), MCC和修改的Kdv (mKdV)理论的适用性条件等问题, 开展了系列实验研究.结果表明, 对以水深为基准定义的非线性参数ε 和色散参数μ, 存在一个临界色散参数μ₀, 当μ < μ₀ 时, KdV理论适用于ε ≤μ 的情况, eKdV理论适用于μ < ε ≤√μ 的情况, 而MCC理论适用于ε > √μ 的情况, 而且当μ ≥μ₀ 时MCC理论也是适用的.结果进一步表明, 当上下层流体深度比并不接近其临界值时, mKdV理论主要适用于内孤立波振幅接近其理论极限振幅的情况, 但这时MCC理论同样适用.本项研究定量地表征了四类内孤立波理论的适用性条件, 为采用何种理论来表征实际海洋中的内孤立波特征提供了理论依据. 关键词： 两层流体 内孤立波 双板造波 临界色散参数     

Solitary waves and rogue waves in a plasma with nonthermal electrons featuring Tsallis distribution

In this Letter, we discuss the electron acoustic (EA) waves in plasmas, which consist of nonthermal hot electrons featuring the Tsallis distribution, and obtain the corresponding governing equation, that is, a nonlinear Schrödinger (NLS) equation. By means of Modulation Instability (MI) analysis of the EA waves, it is found that both electron acoustic solitary wave and rogue wave can exist in such plasmas. Basing on the Darboux transformation method, we derive the analytical expressions of nonlinear solutions of NLS equations, such as single/double solitary wave solutions and single/double rogue wave solutions. The existential regions and amplitude of solitary wave solutions and the rogue wave solutions are influenced by the nonextensive parameter q and nonthermal parameter α. Moreover, the interaction of solitary wave and how to postpone the excitation of rogue wave are also studied.     

非自治物质畸形波的传播操控

研究了(1+1)维的变系数Gross-Pitaevskii方程, 获得了该方程的精确畸形波解. 基于该精确畸形波解, 深入研究了非自治物质畸形波在随时间指数变化的相互作用下的传播动力学行为, 发现非自治畸形波除具有“来无影、去无踪”的不可预测特性外, 也可实现完全激发、抑制激发以及维持激发等操控. 研究表明, 畸形波操控的关键是对累积时间的最大值T_max 与峰值位置T₀ (或T_I,T_II)值大小关系的调节. 当T_max > T₀ (或T_I,T_II)时畸形波被快速地完全激发, 热原子团中的原子增加到凝聚体中. 当T_max = T₀ (或T_I,T_II) 时畸形波激发到最大振幅, 可以维持相当长的时间而不消失, 热原子团中的原子增加到凝聚体中. 当T_max < T₀ (或T_I,T_II)时畸形波没有充足的时间来激发而被抑制甚至消失, 凝聚体中的原子减少. 这些结果在理论和实际应用上具有启迪意义.     

层结流体中在热外源和β效应地形效应作用下的非线性Rossby孤立波和非齐次Schrödinger方程

在层结流体中, 从带有地形、热外源耗散的下边界条件以及带有热外源的准地转位涡方程开始, 使用小参数展开方法和多尺度时空伸长变换推导出了具有热外源、β效应和地形效应的强迫Rossby孤立波方程, 得到孤立Rossby振幅满足的带有地形与热外源的非齐次非线性的Schrödinger方程. 通过分析Rossby孤立波振幅的变化, 指出了热外源、β效应和地形效应都是诱导Rossby孤立波产生的重要因素, 给出了切变基本流下地形、热外源和层结流体中Rossby的相互作用.     

Higher-Order Rogue Wave Pairs in the Coupled Cubic-Quintic Nonlinear Schrödinger Equations

We study some novel patterns of rogue wave in the coupled cubic-quintic nonlinear Schrödinger equations. Utilizing the generalized Darboux transformation, the higher-order rogue wave pairs of the coupled system are generated. Especially, the first-and second-order rogue wave pairs are discussed in detail. It demonstrates that two classical fundamental rogue waves can be emerged from the first-order case and four or six classical fundamental rogue waves from the second-order case. In the second-order rogue wave solution, the distribution structures can be in triangle, quadrilateral and ring shapes by fixing appropriate values of the free parameters. In contrast to single-component systems, there are always more abundant rogue wave structures in multi-component ones. It is shown that the two higher-order nonlinear coefficients ρ₁ and ρ₂ make some skews of the rogue waves.     

Effect of a high-frequency field on the reflection of ion acousticwaves from the sheath at a grid

Experiments are described which show that the reflection coefficient for ion acoustic waves (IAW) from the sheath at a grid is affected by an HF electric field with a frequency f_HF≲5f_pi(f_pi =ion plasma frequency). For peak-to-peak amplitudes of the HF voltage drop across the sheath Φ₀≲k_B T_e/e and f_HF>f _pi, the energy distribution of the ions passing through the grid develops a hot tail and the reflected wave suffers enhanced Landau damping. If Φ₀≳k_BT_e/e and f_HF<f_pi, a large-amplitude IAW is excited at the grid; a well-defined ion beam is formed; and local growth of the reflected wave is observed. Test waves launched from the grid show the same propagation characteristics as the reflected waves     

一维非线性声波传播特性

针对一维非线性声波的传播问题进行了有限元仿真和实验研究. 首先推导了一维非线性声波方程的有限元形式, 含有高阶矩阵的非线性项导致声波具有波形畸变、谐波滋生、基频信号能量向高次谐波传递等非线性特性. 编制有限元程序对一维非线性声波进行了计算并对仿真得到的畸变非线性声波信号进行处理, 分析其传播性质和物理意义. 为验证有限元计算结果, 开展了水中的非线性声波传播的实验研究, 得到了不同输入信号幅度激励下和不同传播距离的畸变非线性声波信号. 然后对基波和二次谐波的传播性质进行详细讨论, 分析了二次谐波幅度与传播距离和输入信号幅度的变化关系及其意义, 拟合出二次谐波幅度随传播距离变化的方程并阐述了拟合方程的物理意义. 结果表明, 数值仿真信号及其频谱均与实验结果有较好的一致性, 证实计算方法和结果的正确性, 并提出了具有一定物理意义的二次谐波随传播距离变化的简单数学关系. 最后还对固体中的非线性声波传播性质进行了初步探讨. 本研究工作可为流体介质中的非线性声传播问题提供理论和实验依据.