非均匀介质弹性波动方程的不规则网格有限差分方法

从弹性波动方程出发，提出了一种新的空间不规则网格有限差分方法，并用于求解非均匀各向异性介质中的弹性波正演问题。这种方法简单易行，对于复杂几何结构，例如低速层、套管井和非平面界面等，在较细的不规则网格上进行离散，计算时间和占用内存更少。与多重网格差分方法相比，该方法不需要粗、细网格之间的插值，所有网格差分计算在同一次空间迭代中完成。具有复杂几何交界面的模型计算，包括地下透镜体、套管井眼等，在确定弹性常数和密度后，用不规则网格的差分方法更易实现。该方法使用了Higdon吸收边界条件解决人工边界反射问题，引入了新的稳定性条件和网格频散条件，很好地消除了非物理散射波。理论模型的效值计算表明，该方法具有良好的稳定性和计算精度，在模拟非均匀介质弹性波传播时，比相同精度的规则网格有限差分方法计算速度更快。该方法易于推广到非结构网格和三维问题中。     

基于蛋白质晶体结构的残基相互作用势能函数研究进展

阐述了基于蛋白质晶体结构的残基势能函数的研究进展, 从平均作用力场势能函数的基本物理假设、势能函数性质和影响势能函数准确性的因素3个方面出发, 分析了导出残基相互作用势能的方法, 给出了残基对之间和3个残基之间的平均作用力势能函数计算过程, 并介绍了残基势能函数在蛋白质结构研究领域的应用. 基于蛋白质晶体结构的残基相互作用势能研究表明, 蛋白质结构稳定是多种作用力相互竞争、相互协调进而达到平衡状态的结果. 未来对于残基团簇及其相互作用网络能量分布的研究, 能够建立介于原子尺度和蛋白质整体结构尺度之间的作用力物理模型, 为蛋白质结构宏观尺度研究提供重要的微观力学机理.      

双相各向异性介质弹性波场有限差分正演模拟

从双相各向异性介质模型出发,以Boit理论为基础,推导了斜方晶系各向异性介质-阶弹性波动方程,引入固、流体密度比和孔隙几何参数,将Biot方程系数简化为测量简单、物理意义明确的物理量,采用交错网格技术建立了各向异性孔隙介质波动方程的高精度差分格式,并首次对这类差分格式的频散特性和稳定性作了详细分析讨论,解决了计算稳定性和边界反射问题,与解析解的对比以及理论模型的数值模拟都表明,该方法不仅大大降低了计算量,提高了正演速度,并且具有良好的稳定性和精确性。     

蛋白质结构动力学研究进展

蛋白质是生物体赖以存在和生长的重要大分子有机化合物,由20种不同的氨基酸通过肽键连接成线性高分子链,具有特殊的三维空间结构. 蛋白质生物功能与结构动力学特征紧密相关,不同结构运动模式决定了蛋白质在生化过程中的不同生物功能.给定一种蛋白质的空间结构, 通过建立结构动力学模型,进而得到蛋白质结构的运动轨迹,或者将结构整体运动分解为不同频率振动模态的叠加,能够帮助进一步理解蛋白质生物活性点在配体结合、催化过程中的运动特征.阐述了蛋白质结构动力学研究的最新进展,分析了3种蛋白质结构动力学的物理模型和求解方法,详细讨论了谐波模型中的原子模态分析、弹性网络模型等动力学方法,并介绍了蛋白质结构动力学在生物研究领域的应用.蛋白质结构动力学方法的研究和发展表明,从物理原理和简化模型出发的理论分析方法,能够为生物学前沿研究提供有力帮助,是蛋白质折叠和结构预测中的一个重要研究方向.      

地形构造中地震波传播的非对称交错网格模拟

提出了一种新的三维空间对称交错网格差分方法,模拟地形构造中弹性波传播过程．通过具有二阶时间精度和四阶空间精度的不规则网格差分算子用来近似一阶弹性波动方程,引入附加差分公式解决非均匀交错网格的不对称问题．该方法无需在精细网格和粗糙网格间进行插值,所有网格点上的计算在同一次空间迭代中完成．使用精细不规则网格处理海底粗糙界面、 断层和空间界面等复杂几何构造, 理论分析和数值算例表明, 该方法不但节省了大量内存和计算时间, 而且具有令人满意的稳定性和精度．在模拟地形构造中地震波传播时,该方法比常规方法效率更高．     

Seismic propagation simulation in complex media with non-rectangular irregular-grid finite-difference

This paper presents a finite-difference (FD) method with spatially non-rectangular irregular grids to simulate the elastic wave propagation. Staggered irregular grid finite difference operators with a second-order time and spatial accuracy are used to approximate the velocity-stress elastic wave equations. This method is very simple and the cost of computing time is not much. Complicated geometries like curved thin layers, cased borehole and nonplanar interfaces may be treated with nonrectangular irregular grids in a more flexible way. Unlike the multi-grid scheme, this method requires no interpolation between the fine and coarse grids and all grids are computed at the same spatial iteration. Compared with the rectangular irregular grid FD, the spurious diffractions from “staircase” interfaces can easily be eliminated without using finer grids. Dispersion and stability conditions of the proposed method can be established in a similar form as for the rectangular irregular grid scheme. The Higdon‘s absorbing boundary condition is adopted to eliminate boundary reflections. Numerical simulations show that this method has satisfactory stability and accuracy in simulating wave propagation near rough solid-fluid interfaces. The computation costs are less than those using a regular grid and rectangular grid FD method.     

蛋白质折叠的统计热力学基础 ————- 非共价作用的统计热力学原理

蛋白质折叠是一个复杂的物理、化学和生物过程,涉及热力学、统计力学、高分子动力学等多个领域的相关知识,单独从宏观或微观角度出发,试图建立蛋白折叠物理模型,都面临着巨大的困难. 统计热力学方法是研究蛋白质分子运动规律的重要途径,本文从溶液环境下蛋白质折叠的非共价作用出发,介绍了疏水作用、氢键、静电力和范德华力的统计热力学机理,并探讨了这些作用力对蛋白质结构稳定性的影响.通过深入理解微观结构相互作用与系统熵、焓、自由能之间关系,有助于我们发展蛋白质折叠的统计热力学理论,进而为蛋白质结构宏观热力学研究提供重要的微观统计力学机理.      

Simulation seismic wave propagation in topographic structures using asymmetric staggered grids

A new 3 D finite- difference ( FD ) method of spatially asymmetric staggered grids was presented to simulate elastic wave propagation in topographic structures. The method approximated the first-order elastic wave equations by irregular grids finite difference operator with second-order time precise and fourth-order spatial precise. Additional introduced finite difference formula solved the asymmetric problem arisen in non-uniform staggered grid scheme, The method had no interpolation between the fine and coarse grids. All grids were computed at the same spatial iteration. Complicated geometrical structures like rough submarine interface, fault and nonplanar interfaces were treated with fine irregular grids. Theoretical analysis and numerical simulations show that this method saves considerable memory and computing time, at the same time, has satisfactory stability and accuracy.