مجله ژئوفیزیک ایران
سال:1397 | دوره:12 | شماره:1 |تعداد مقالات:11

استفاده از مدل های پیش بینی عددی وضع هوا برای پیش بینی پدیده های هواشناسی در مقیاس همرفتی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. بدین منظور استفاده از مدل های مختلف پیش بینی عددی وضع هوا و مقایسه نتایج شبیه سازی این مدل ها در درک بهتر مشکلات مرتبط با این مقیاس ها و شناخت خطاهای سامانمند مدل ها کمک بسیاری خواهد کرد. در این تحقیق شبیه سازی های مختلف با استفاده از دو مدل میان مقیاس WRF و HARMONIE و با شرایط اولیه و مرزی یکسان (ECMWF ERA-Interim) به مدت 15 روز در ماه دسامبر 2013 انجام شده است. تمامی شبیه سازی ها با تفکیک افقی در مقیاس همرفتی 5/2 کیلومتر و آغازگری شده در ساعت های 00UTC و 12UTC می باشند. اجرای مدل به مدت 72 ساعت در منطقه ای با کوهساری پیچیده در نیمه غربی ایران انجام شده است. نتایج نشان داد که دو مدل از عملکرد مشابهی در شبیه سازی متغیرهای مختلف برخوردار هستند. برای شبیه سازی بارش تجمعی، نتایج نشانگر عملکرد بهتر مدل WRF نسبت به مدل HARMONIE در دوره زمانی شبیه سازی است. برای بارش تجمعی 24 ساعته، مدل WRF دارای همبستگی اندکی بیشتر و خطای میانگین مربعات کمتر در همه زمان های پیش بینی بین مقادیر مشاهداتی و شبیه سازی شده است، اما برای اریبی بارش، HARMONIE دارای عملکرد بهتری است. به واسطه به کارگیری داده های بازتحلیل به عنوان شرایط مرزی جانبی، افزایش زمان پیش بینی اثر قابل توجهی بر امتیازهای ارزیابی بارش نداشت. برای متغیرهای هواشناسی سطح زمین، اختلاف قابل توجهی در ارتباط با اریبی رطوبت نسبی تراز 2 متر برای مدل WRF و HARMONIE وجود داشت (فراتخمین رطوبت برای HARMONIE و فروتخمین برای مدل WRF). برای متغیرهای ترازهای بالا، بیشترین شباهت ها در اریبی و انحراف معیار خطا مرتبط با نیم رخ های قائم دما و بیشترین تفاوت ها در اریبی رطوبت نسبی در تراز 850 هکتوپاسکال مشاهده شد.

شبیه سازی و پیش بینی نحوه پاشش (Dispersion) جوی مواد ناشی از ورود آلاینده ها به جو (مانند مواد خروجی از دودکش کارخانه های صنعتی و نیروگاه ها) دارای اهمیت بسیاری از دیدگاه های متفاوت از جمله پایش محیطی بلندمدت و محاسبات پرتوگیری (Dose Calculation) و نیز صدور هشدار مناسب در صورت بروز حادثه می باشد. یکی از راه های رسیدن به این هدف استفاده از یک سامانه جفت شده هواشناسی-پاشش می باشد. در واقع در سامانه مذکور یک مدل هواشناسی با یک مدل پاشش جوی جفت می شود. لذا هر چه دقت و قابلیت اعتماد خروجی مدل هواشناسی بیشتر باشد عملکرد سامانه جفت شده نیز بهبود خواهد داشت. در کار حاضر ابتدا عملکرد مدل WRF با ترکیب های مختلف طرحواره های پارامترسازی فیزیکی (خردفیزیک ابر، تابش طول موج بلند، تابش طول موج کوتاه، لایه سطحی، سطح زمین، لایه مرزی و همرفت کومه ای) برای پیش بینی پارامترهای هواشناسی منطقه ی مورد مطالعه مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور، تعداد 8 پیکربندی از دیدگاه پارامترسازی های فیزیکی مختلف انتخاب و پس از اجرای مدل WRF برای تعدادی تاریخ منتخب و انجام حساسیت سنجی و اعتبارسنجی نتایج خروجی مدل، پیکربندی مناسب انتخاب شد. ارزیابی عملکرد پیش بینی های مدل هواشناسی WRF به وسیله محاسبه پارامترهای آماری از جمله ضریب همبستگی (CC) و جذر میانگین مربعات (RMSE) و مقایسه با داده های مشاهدات گردآوری شده (برج هواشناسی و سودار نیروگاه و داده های ایستگاه های همدیدی در اطراف آن) در تاریخ های منتخب انجام گردید. بعد از تعیین پیکربندی مناسب برای مدل WRF، شبیه سازی پاشش و پیش بینی دُز مؤثر سالانه گروه سنی بزرگ سال با استفاده از مدل جفت شده WRF-HYSPLIT برای کارکرد عادی نیروگاه بوشهر انجام شد. برای این منظور پیش بینی های مدل WRF با استفاده از پیکربندی منتخب، به عنوان ورودی هواشناسی مدل پاشش به کار رفت و سپس شبیه سازی های پاشش و محاسبات دُز با مدل پاشش HYSPLIT انجام گردید. پیش بینی دُز معادل مؤثر سالانه توسط این مدل جفت شده برای سال های 2014، 2015 و 2016 میلادی به ترتیب Sv/y 8-10×8/5، Sv/y 8-10×7/6 و Sv/y 7-10×1/1 را به دست داد، در مقابل مقدار Sv/y 8-10×7/7، برای گزارش FSAR نیروگاه، نشان دهنده ی صحت پیش بینی های دُز معادل توسط مدل جفت شده WRF-HYSPLIT می باشد. همچنین مقایسه نتایج پیش بینی دُز با حد دُز سالانه کارکرد عادی نیروگاه، مقداری کمتر از 2/0 درصد (% 2/0>) را به دست داد، که نشان می دهد پرتوگیری سالانه مردم برای کارکرد عادی نیروگاه نسبت به حد دُز قانونی اعلام شده بسیار ناچیز است. نتایج پژوهش حاضر نشان می دهد که مدل جفت شده WRF-HYSPLIT با تقریب بسیار مناسبی می تواند برای پیش بینی پاشش و محاسبات دُز نیروگاه مورد استفاده قرار گیرد. همچنین نتایج این مدل جفت شده می تواند در تأمین اطلاعات مورد نیاز مدیریت شرایط اضطراری برای پیش بینی حرکت پلوم رادیواکتیو و محاسبات پرتوگیری مورد استفاده قرار گیرد.

سادگی در ساخت و سهولت اجرایی از مهمترین مزایای کاربرد دیوارهای حائل وزنی است. یکی از موضوعات مهم در طراحی دیوارهای حائل بر اساس عملکرد، تخمین جابه جایی، دوران و پیش بینی رفتار آن تحت بار زمین لرزه است. پیش بینی مقدار جابه جایی و دوران ایجادشده ناشی از زمین لرزه، یکی از پیچیده ترین مراحل طراحی لرزه ای دیوارهای حائل وزنی با مصالح بنایی در مهندسی ژئوتکنیک است. این موضوع از پیچیدگی های خاصی برخوردار است و محققان با ارائه روش های مختلف تحلیل پایداری، تغییرمکان و دوران دیوار حائل را ارزیابی می کنند. هدف از این تحقیق مقایسه نتایج حاصل از تحلیل عددی با دیگر روش های تحلیلی و تجربی استفاده شده مهندسان در طراحی بر اساس عملکرد دیوارهای حائل وزنی است. در این تحقیق دیوار حائل وزنی ذوزنقه ای شکل که از مصالح بنایی ساخته شده است به روش عددی و با مدلسازی در نرم افزار آباکوس تحت تأثیر نیروی زمین لرزه قرار گرفته و تأثیر عوامل مختلف بررسی می شود. میزان و شدت تغییرمکان و جابه جایی دیوار ناشی از زمین لرزه در تراز بالادست و پایین دست امتداد قائم دیوار استخراج شده و متعاقب آن میزان و نحوه دوران لرزه ای دیوار ارزیابی و تخمین زده می شود. در ادامه نتایج این بررسی با داده ها و روابط تجربی و تحلیلی دیگر محققان مقایسه شده است. در این بررسی پارامترهای مختلف تحت زمین لرزه ای مشخص ارزیابی شده است که شامل تأثیر اصطکاک کف دیوار، مشخصات فیزیکی و مکانیکی خاکریز پشت دیوار و همچنین هندسه دیوار شامل قاعده کف و ارتفاع دیوار است؛ هرچند شدت و مدت زمین لرزه نیز بسیار تاثیرگذار است.

پدیده های هواشناسی حاصل سامانه های پیچیده ای هستند که بخش های مختلفی در تماس با هم و محیط اطراف دارند. هدف این تحقیق نمایش کارایی شبکه های عصبی در پیش بینی متغیرهای هواشناسی است. برای این منظور پیش بینی دید افقی که کاربرد فراوان در هواشناسی و هوانوردی به ویژه در فرودگاه ها دارد برای بررسی انتخاب شده است. داده های این بررسی، تلفیقی از گزارش های متار و سینوپ ایستگاه بندرعباس در بازه 1 تا 30 مارس 2014 است. برای پیاده سازی شبکه، ابتدا داده های آموزش، آزمون و اعتبارسنجی شبکه به صورت تصادفی با نسبت های 70، 15 و 15 درصد استخراج و ذخیره شد تا برای مقایسه حالت های مختلف اجرای شبکه از داده یکسان استفاده شود. ترکیب های مختلف هفت متغیر دما، دمای نقطه شبنم، هوای حاضر، فشار، میزان پوشش ابر آسمان، سمت و سرعت باد، به عنوان ورودی به شبکه پیش-خور داده شد که خروجی آن دیدافقی است. در مجموع همبستگی و جذر میانگین مربعات خطا برای 28 حالت بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که ترکیب های حاوی پدیده هوای حاضر بیشترین همبستگی را با دیدافقی دارند و کمیت-های دمای نقطه شبنم، فشار و میزان پوشش ابر به تنهایی تاثیری روی آن ندارند. بعد از پردازش های اولیه، از شبکه پیش-خور با الگوریتم یادگیری پس انتشار ارتجاعی با هشت نرون و تابع سیگموئید در لایه پنهان، تابع خطی در لایه خروجی برای پیش بینی استفاده شد. این شبکه با دو سری داده های استاندارد شده بین بازه های صفر و یک، 1/0 و 9/0، نمو های افزایش و کاهش متفاوت برای بایاس ها و وزن ها، و همچنین نرخ های یادگیری متفاوت اجرا شده است. مقدارهای مناسب برای این کمیت ها به ترتیب 2/1، 35/0 و 0001/0 هستند و استانداردسازی داده ها در حد فاصل بین صفر و یک مناسب نیست. مقادیر ضریب کسر مطلق از واریانس برای داده های آموزش، آزمون و اعتبارسنجی به ترتیب 9972/0، 9856/0 و 9839/0 به دست آمد که نشان می دهد نزدیک به 98 درصد مقدار دیدافقی تحت تاثیر این متغیرهای مستقل بوده و مابقی تغییرات آن وابسته به سایر عوامل است.

تراوایی یا نفوذپذیری خاصیتی از سنگ مخزن است که به جریان سیال از سنگ مخزن می پردازد و از فاکتورهای مهم در تولید نفت و گاز از مخزن به حساب می آید. این پارامتر در شرایط آزمایشگاهی از طریق مغزه گیری به دست می آید که روشی پرهزینه و زمان بر است و همچنین برای همه چاه های موجود در یک میدان نفتی امکان پذیر نیست. امروزه این پارامتر را با استفاده از داده های لاگ پتروفیزیکی به روش های آماری و هوشمند محاسبه می کنند. در این مقاله از الگوریتم های هوشمند جهت پیش بینی تراوایی با استفاده از لاگ های پتروفیزیکی استفاده شده است. این پژوهش بر روی داده های چهار چاه کنگان و دالان واقع در میدان پارس جنوبی انجام شده است. از مجموع هشت ویژگی استخراج شده از هر چاه، با استفاده از روش انتخاب ویژگی مبتنی بر همبستگی، چهار ویژگی مؤثر در هر چاه انتخاب شدند. سپس از روش های رگرسیون، شبکه عصبی چندلایه، شبکه عصبی RBF(Radial Basis Function)، مدل درخت خطی محلی (LOLIMOT: Local Linear Model Trees)، سیستم فازی نوع یک و سیستم فازی نوع دو برای پیش بینی تراوایی استفاده شد. نتایج نشان داد که با توجه به وجود عدم قطعیت در پارامترهای پتروفیزیکی و تراوایی، سیستم فازی نوع دو عدم قطعیت ها را بهتر پوشش می دهد. این روش در حالت پایه، تراوایی را با دقت 9481/0 و ریشه دوم میانگین مربعات خطای 3060/0 پیش بینی کرد. با استفاده از روش ترکیبی GSA-GA (Gravitational Search Algorithm-Genetic algorithm)، تعداد قواعد فازی و نیز با استفاده از روش خوشه بندی K-means، توابع عضویت فازی بهبود یافت و این بهبودها منجر به افزایش دقت پیش بینی تراوایی با ضریب تعیین 9768/0 و کاهش ریشه دوم میانگین مربعات خطا به مقدار 1602/0 شد.

مأموریت اسموس (SMOS)، نخستین مأموریت ماهواره ای آژانس فضایی اروپا (ایسا) برای پایش جهانی رطوبت خاک، در سال 2009 آغاز شد. این ماهواره حامل اولین تابش سنج مایکروویو نوار-L است که دماهای درخشندگی چندزاویه ای با پوشش جهانی را در سطح زمین برآورد می کند. هدف پژوهش حاضر ارزیابی داده های دمای درخشندگی قطبش افقی (TBh) و قطبش قائم (TBv) محصولات قطبیده کامل چندزاویه ای ماهواره اسموس (MIR_SCLF1C) است. در این تحقیق داده های اسموس از طریق مقایسه با داده های شبیه سازی شده در پنج ایستگاه هواشناسی در غرب و جنوب غرب کشور طی سال های 2012 و 2013 ارزیابی شده است. شبیه سازی دماهای درخشندگی TBh و TBv با استفاده از مدل گسیل مایکروویو نوار L-از زیست کره (مدل L-MEB) در ایستگاه های مطالعاتی صورت گرفت که نتیجه آن دستیابی به پنج سری داده مرجع دمای درخشندگی برای ارزیابی مشاهدات اسموس بود. نتایج ارزیابی دماهای درخشندگی اسموس نشان داد که داده های اسموس در ایستگاه های اهواز، سرارود و سرابله دارای مقداری کم برآوردی و در ایستگاه های داراب و اکباتان مقداری بیش برآوردی هستند. تحلیل مقادیر RMSD مشخص کرد که داده های TBh اسموس در ایستگاه های اهواز، سرابله و داده های TBv اسموس در ایستگاه های اهواز، داراب و سرابله بیشترین دقت را دارند. همچنین کمترین مقادیر cRMSD داده های دمای درخشندگی TBh و TBv اسموس مربوط به ایستگاه های اهواز و داراب است. تحلیل ضرایب همبستگی بین مشاهدات اسموس و داده های شبیه سازی شده بیانگر همبستگی خوب (9/0-8/0 RTBh = و 93/0-81/0RTBv = ) بین داده ها در همه ایستگاه های مطالعاتی بود. در مجموع یافته های حاصل از این پژوهش اطلاعات با ارزشی در خصوص خطاها و عدم قطعیت های محصولات دمای درخشندگی اسموس در محدوده مطالعاتی ارائه داده که به عنوان یک تحقیق مرجع برای استفاده از محصولات رطوبت خاک اسموس در مطالعات هواشناسی و آب شناسی کاربرد دارند.

گاز طبیعی در مخازن زیرزمینی به صورت مستقل و یا به صورت کلاهک گازی در مخازن نفتی وجود دارد. در کنار آن، گاز با هدف ازدیاد برداشت (IOR/EOR) و یا با هدف ذخیره سازی زیرزمینی، به مخازن هیدروکربنی تزریق می شود. در موارد قابل توجهی از پروژه های تزریق گاز، ناهمگنی (Heterogeneity) مخازن زیرزمینی و وجود گسل ها، باعث حرکت گاز به مکان ها و لایه های ناخواسته می شود که باعث عدم تأمین هدف اصلی پروژه می گردد. برای رفع این نگرانی و پایش (Monitoring) تزریق گاز زیرزمینی با اهداف ازدیاد برداشت و یا ذخیره سازی، از داده های لرزه نگاری چهار بعدی استفاده می شود که در حقیقت تکرار لرزه نگاری سه بعدی در زمان های متوالی است. در سال های اخیر موفقیت های قابل توجهی از کاربرد این تکنیک نسبتاً جدید ارائه شده است. با وجود این موفقیت های کیفی، مشکلات فراوانی در زمینه محاسبات کمی در صورت وجود گاز در مخازن زیرزمینی گزارش شده است. مبنای این مشکلات پاسخ کاملاً غیر خطی گاز به پارامترهای کشسانی سنگ از قبیل سرعت صوت بوده است. در صورت تزریق گاز به سنگ های حاوی آب و همچنین نفت، کاهش شدیدی در سرعت صوت به ازای افزایش چند درصد گاز ایجاد می شود؛ اما با افزایش بیشتر اشباع شدگی گاز، تغییری در سرعت صوت ایجاد نمی شود. این مورد باعث نتیجه گیری کلی عدم کارایی داده های لرزه نگاری برای محاسبه تغییرات اشباع شدگی گاز شده است. در این کار پژوهشی، اقدام به درک توزیع و پراکندگی گاز در داخل مخازن هیدروکربنی و در مقیاس مخزن گردید و مشاهده شد که توزیع گاز در مقیاس مخزن متفاوت از توزیع آن در مقیاس آزمایشگاهی است. با تزریق گاز به مخازن هیدروکربنی، گاز به قسمت های بالای مخازن مهاجرت کرده و در زمان اندکی، به اشباع شدگی ثابتی با نام اشباع شدگی گاز بیشینه (برابر1-Swir ) می رسد. با ادامه تزریق گاز، ضخامت گاز از بالای مخزن و به سمت پایین شروع به افزایش می کند ولی اشباع شدگی گاز ثابت می ماند؛ بنابراین تنها متغیر موجود، ضخامت گاز خواهد بود و بر خلاف مقیاس آزمایشگاهی، اشباع شدگی گاز تقریباً ثابت است. این مشاهده باعث ارائه پاسخ های مناسب برای لرزه نگاری چهاربعدی (و همچنین سه بعدی) شد. دو نشانگر اصلی لرزه نگاری چهاربعدی، تغییرات دامنه (Amplitude Change) و شیفت زمانی (Timeshift) برای این کار انتخاب شدند. این پاسخ ها به صورت تحلیلی استخراج شده و به صورت عددی بررسی گردیدند. صحت معادلات ارائه شده با استفاده از مدل های مختلف با ضخامت ها و ناهمگنی های متفاوت بررسی شدند و مشاهده شد که برای تزریق گاز به مخازنی با کیفیت متوسط تا خوب، پاسخ نشانگرهای لرزه نگاری به ضخامت گاز تزریق شده (و یا حجم گاز تزریق شده) به صورت خطی می باشد؛ بنابراین داده های لرزه نگاری قادر به نشان دادن حجم گاز تزریق شده در قسمت های مختلف به صورت کمی است. صحت نتایج اخذ شده در این کار تحقیقی نیاز به مطالعه بیشتر در مخازن با کیفیت پایین (تخلخل و تراوایی بسیار پایین) دارد.

در این مطالعه تضعیف امواج SH در جزیره قشم مورد بررسی قرار گرفته است. امواج برشی دارای دو مؤلفه عمودی و افقی است. بخش افقی آن که موج SH نامیده می شود، مخرب ترین بخش امواج زلزله است. تعداد 661 پس لرزه ناشی از زلزله 4 آذر 1384 قشم که به دقت تعیین محل شده بودند انتخاب و 18343 نگاشت مربوط به این رویدادها مورد پردازش قرار گرفت. با چرخش مؤلفه ها، بخش افقی امواج برشی را جدا کرده و ضریب کیفیت امواج برشی افقی با استفاده از روش بهنجارش پساموج در پنج پهنای باند فرکانسی 2-1، 4-2، 8-4، 16-8، 32-16 هرتز با فرکانس مرکزی 5/1، 3، 6، 12، 24 هرتز در پنجره زمانی 30 ثانیه که با فیلتر میان گذر باترورث مرتبه 2 شده اند، برآورده شده است. بر اساس محاسبات انجام شده تضعیف امواج برشی افقی به صورت زیر می باشد: QSH = (11 ± 1. 2) f(1. 2 ± 0. 105) که به معنای تضعیف زیاد امواج برشی است. همچنین تضعیف امواج برشی در دو امتداد شمال غرب-جنوب شرق و شمال شرق-جنوب غرب، به طور جداگانه به ترتیب به صورت QSH = (9 ± 1. 5) f(1. 49 ± 0. 185) و QSH = (10 ± 1. 2) f(1. 23 ± 0. 1) به دست آمد. در بررسی آزیموتی، تضعیف امواج برشی افقی برای فرکانس های کم، در دو راستای شمال شرق-جنوب غرب و شمال غرب-جنوب شرق تقریباً برابر شده است که به نظر می رسد در این منطقه تضعیف مؤلفه افقی امواج برشی تحت تأثیر امتداد ساختارهای زمین ساختی قرار نگرفته و بیشتر تابع جنس مواد تشکیل دهنده ی پوسته در این منطقه می باشد. در فرکانس های بیشتر از 6 هرتز، تفاوت قابل ملاحظه ای بین تضعیف در دو امتداد وجود دارد که می تواند ناشی از ابعاد ناهمگنی های موجود در منطقه باشد. مقدار پارامتر n که بیانگر میزان پراکنش امواج لرزه ای است در امتداد شمال غرب-جنوب شرق به صورت قابل ملاحظه ای بیشتر بوده که دلالت بر پراکنش بیشتر امواج برشی در این امتداد دارد.

اثر جاذبی توپوگرافی یک مؤلفه عمده در تغییرات شتاب ثقل است که نقش عمده ای در مطالعه میدان ثقل زمین در ژئودزی و ژئوفیزیک دارد. حذف این اثر یک گام مهم در مدل سازی محلی میدان ثقل زمین و اکتشافات ژئوفیزیکی است. با حذف اثر توپوگرافی و نرم شدن سیگنال آنومالی جاذبه امکان تقریب با دقت بهتر این سیگنال فراهم می شود. این مطالعه به نقش اثرات توپوگرافی و ایزوستازی در نرم کردن سیگنال آنومالی جاذبی می پردازد. در این راستا مدل های مختلف آنومالی جاذبی نظیر هوای آزاد، بوگه، مدل های ایزوستازی پرات، ایری و وینینگ میننر-موریتز (VMM) مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرد. از آنجا که توپوگرافی بخش عمده تغییرات طول موج های کوتاه میدان جاذبی را در بر می گیرد، انتظار می رود آنومالی های بوگه نسبت به آنومالی هوای آزاد نرم تر باشند. برای بررسی نقش اضافه شدن اثر جبران ایزوستازی، آنومالی های دو مدل ایده آل پرات و ایری به همراه مدل موهو تعیین شده از مدل وینینگ میننر-موریتز با بوگه مقایسه می شود. تحلیل عددی روی داده های گرانی زمینی منطقه کوهستانی کلرادو در کشور امریکا انجام گرفت. تحلیل طیفی دو بعدی کمترین مربعات برای بررسی نرمی سیگنال های هوای آزاد، بوگه و پرات، ایری و VMM به کار برده شد. نتایج نشان می دهد مدل های ایزوستازی نقشی در حذف فرکانس های بالای میدان نسبت به مدل بوگه ندارند. بر این اساس هموارسازی مدل های ایزوستازی شامل طول موج های بزرگ تر از 50 کیلومتر است. مدل ایزوستازی VMM نرم ترین سیگنال را نسبت به سایر بی هنجاری های دیگر ایجاد می کند.