مجله فیزیک زمین و فضا
سال:1384 | دوره:31 | شماره:1 |تعداد مقالات:12

بررسی روش حل عددی مدار ماهواره موضوع اصلی این تحقیق است. همچنین در این مقاله نشان داده می شود که روش حل معادلات دیفرانسیل مرتبه اول یک بعدی برای حل عددی یک معادله دیفرانسیل سه بعدی چگونه به کار گرفته می شود. برای حل عددی مدار روش های با گام متغیر رونگ- کوتا- فلبرگ و روش آدامز به کار گرفته می شود و در نهایت دقت آن ها مورد بررسی قرار می گیرد.

در سال های اخیر روش های مختلفی برای محاسبه زمان سیر امواج لرزه ای در محیط های پیچیده سرعتی ارایه شده است (موزر، 1989 و ویدال، 1988). در این میان ردیابی موج با روش تفاضل متناهی (finite difference) نتایج قابل قبولی داشته است. در این مطالعه برای محاسبه زمان سیر امواج لرزه ای در یک مدل سلولی، از تقریب تفاضل که ویدال (1988) آن را ارایه کرده برای حل معادله آیکونال استفاده شده است. به منظور ارزیابی کارایی این روش، انواع متفاوتی از مدل های سرعتی مورد بررسی قرار گرفت که در همه موارد نتایج به دست آمده با مبانی نظری موجود تطابق لازم را داشت. سپس با استفاده از روش کم ترین مربعات میرا و الگوریتم گرادیان بندادی معرفی شده از سوی اسکیلز (1987) مرحله معکوس باقی مانده های زمان سیر برای ایجاد یک مقطع سرعتی از محیط زیرسطحی، صورت گرفت. برای ارزیابی کیفیت مقطع نهایی به دست آمده، از شاخص های آماری ماتریس دقت، ماتریس کوواریانس، ماتریس عدم قطعیت و جذر میانگین مربعی خطا استفاده شده است. این روش در مورد داده های حقیقی به دست آمده از محل زیرساخت یک سد وزنی بتونی به کار برده شده است. در توموگرام نهایی به دست آمده، در قسمت پایین، یک منطقه کم سرعت مشاهده شد که ممکن است بتوان آن را به سست بودن سنگ های تشکیل دهنده این زون نسبت داد. به منظور ارزیابی روش مورد استفاده در این مقاله، از روش بک پروجکشن (back projection) در محدوده مورد مطالعه استفاده شد و توموگرام نهایی به دست آمده از این روش با توجه به شاخص جذر میانگین مربعی، خطا به دست آمده در مقایسه با روش زمان همرسی (reciprocal time) از دقت قابل قبول برخوردار نبود.

شبکه لرزه نگاری دیجیتالی تبریز مرکب از هشت ایستگاه لرزه نگاری سه مولفه ای، برای ثبت زمین لرزه های محلی در شمال غرب ایران نصب شده است. این شبکه در اواخر سال 1995 شروع به فعالیت کرد. بررسی داده های آرشیو شده در فاصله زمانی 1995 تا دسامبر 2004 نشان می دهد که برای تعیین بزرگی در این شبکه از یک روش و فرمول واحد استفاده نشده است. مقایسه مقادیر بزرگی تعیین شده برای زمین لرزه های ثبت شده در شبکه لرزه نگاری تبریز با آنچه که در بولتن ISC/NEIC منتشر شده است نشان می دهد که در شبکه لرزه نگاری تبریز بزرگی زمین لرزه های رخ داده در فواصل دورتر کم تر از آنچه که باید باشد برآورد می شوند. با استفاده از مقادیر بزرگی تعیین شده در شبکه تبریز و مقادیر mbISC/NCIE یک فرمول به صورت M=log(v/4p)+6log(D)-2.2 که v دامنه (peak-to-peak) بر حسب میکرومتر در ثانیه و D فاصله رومرکزی بر حسب ثانیه است برای تعیین بزرگی رویداده های واقع در فواصل بیشتر از 170 کیلومتر از ایستگاه لرزه نگاری ارایه شد. بررسی صورت گرفته نشان می دهد که مقادیر بزرگی برآورد شده با استفاده از این رابطه در مقایسه با فرمولی که اکنون در شبکه تبریز استفاده می شود، دقیق تر است.

مطالعه پارامترهای میدانی همراه با دید و درک فیزیکی مسایل، در مسیر روشن کردن برخی از پدیده های فیزیک دریا بسیار مفید است. در این تحقیق پارامترهای مختلف میدانی ثبت شده توسط بویه موج نگار سازمان هواشناسی کشور در خلیج فارس، سواحل بوشهر28 o, 57’)  شمالی و50o , 50’  شرقی( از جمله مشخصه های امواج، باد، دمای هوا و سطح آب در طی سال های 1995، 1996 و 1999 که در حدود 3900 رویداد است مورد مطالعه قرار گرفته است. فراوانی وقوع سه حالت کلی محدود شدن طول موجگاه، محدود شدن مدت زمان وزش باد و موج کاملا رشد یافته و همچنین فراوانی وقوع شرایط پایدار، ناپایدار و خنثی لایه سطحی جو در طی سال 1995 محاسبه شد که نشان داد بیشتر شرایط محدود شدن مدت زمان وزش باد و هم چنین ناپایداری لایه سطحی جو بر این منطقه حاکم است. روابط به دست آمده بین انرژی e و بسامد v بدون بعد بر حسب طول موجگاه بدون بعد X در منطقه بوشهر همخوانی خوبی با نتیجه سایر محققان دارد. همین طور با در نظر گرفتن پایداری لایه سطحی جو )عدد ریچاردسون توده ای (Rb نشان داده شد که برای  0.005 < Rb <l، e = 0.091 Rb0.88 و  v = 0.056 Rb-0.3است. این گونه روابط را می توان در مدل های پیش بینی موج اعمال کرد و دقت مدل ها را افزایش داد.

در این مقاله از روش مدل سازی خطی نوینی به نام وارون سازی فشرده (compact inversion) برای تفسیر داده های گرانی سنجی استفاده شده است. مبنای کار در روش وارون فشرده کمینه کردن حجم چشمه بی هنجاری است. این امر معادل بیشینه کردن فشردگی (compactness) چشمه بی هنجاری است. توزیع چگالی با استفاده از روشی بر مبنای تکرارهای متوالی با همگرایی قابل ملاحظه محاسبه می شود. این روش را می توان به آسانی برای مدل هایی که در آنها چگالی بی هنجاری را می توان به صورت مقداری معین در کل توده در نظر گرفت، به کار برد. دراین روش رفتار نوفه در داده ها برای وارون سازی داده ها در نظر گرفته شده است. ابتدا به توضیح روش و سپس به کاربرد عملی آن در مورد داده های مصنوعی و واقعی خواهیم پرداخت.

حضور نوفه ها در لرزه نگاری امری اجتناب ناپذیر است. پاره ای از این نوفه ها ماهیت تصادفی دارند و پاره ای همدوس هستند. به منظور ارائه تصویر صحیح از ساختارهای زمین شناختی منطقه، لازم است این نوفه ها در مراحل پردازشی تضعیف شوند. در این مطالعه برای تضعیف نوفه های تصادفی روش ویژه تصویر در حوزه F-xy معرفی می شود. هدف این مطالعه، تضعیف نوفه های تصادفی از مکعب داده های لرزه ای بر انبارش شده در لرزه شناسی سه بعدی به روش ویژه تصویر در حوزه F-xy است. در این روش عمل فیلترکردن با جایگزینی مقاطع بسامد ثابت به وسیله مجموع تعداد معینی از ویژه تصاویر (دارای بیشترین سهم) انجام می شود. این روش در مقاطع با لایه بندی افقی و مقاطع با لایه بندی شیب دار کارایی خوبی دارد. این روش بر خلاف فیلتر پیشگو، مستقل از بسیاری از خواص وابسته به x و y است. مانند: ترتیب و تصحیحات استاتیک. این روش در نقاط مرزی محدوده برداشت سه بعدی نیز به خوبی عمل می کند. زمان اجرای این فیلتر با استفاده از روش لنکزوس به جای SVD به مراتب کاهش یافته و گزینه مناسبی در مقایسه با فیلترهای مشابه خواهد بود. کارایی فیلتر روی داده های مصنوعی اجرا و نتایج ارائه شده است.

امواج ریلی امواجی سطحی به شمار می روند که در محیط های لایه ای، پاششی اند. برای تحلیل پاشش امواج یادشده روش های متعددی وجود دارند که از این بین استفاده از روش های ماتریسی برای محیط های لایه ای کشسان بر روش های دیگر برتری دارد. در روش ماتریسی برای محیط های لایه ای، شرایط مرزی مربوط به مرزهای مختلف به یکدیگر مرتبط می شوند و رابطه ای برای محاسبه پاشش امواج ریلی به دست می آید که باید با استفاده از محاسبات عددی حل شود. در این مقاله با استفاده از روش ماتریسی برنامه ای رایانه ای برای محاسبه پاشش امواج ریلی نوشته شد. نمودارهای پاشش حاصل از برنامه مذکور با نمودارهای منتشر شده نظیر مقایسه شد که همخوانی کاملی بین آنها مشاهده شد. با توجه به نمودارهای یاد شده مشاهده می شود که هم زمان با پیچیده تر شدن ساختار زمین، نمودارهای پاشش نیز پیچیده تر می شوند و بر نوسانات مدهای مختلف افزوده می شود. همچنین وجود لایه رسوبی در سطح زمین موجب گرایش نمودارهای سرعت فاز و سرعت گروه به سمت مقادیر کم تر می شود. تفسیر نوسانات مذکور کمک موثری برای تشخیص فازهای مختلف لرزه ای، تعیین ساختار زمین و سرگذشت عبور امواج از چشمه تا گیرنده است.

در این مطالعه جزیره گرمایی تهران با استفاده از یک مدل منطقه ای محدود برای پیش بینی عددی وضع هوا، موسوم به مدل MM5 شبیه سازی شده است. برای این منظور سه دامنه با تفکیک افقی 27، 9 و 3 کیلومتر در نظر گرفته شد. مدل MM5 برای 2 روز مختلف، یکی در زمان استقرار توده هوای قاره ای قطبی (توده هوای سرد) و دیگری در زمان استقرار توده هوای قاره ای حاره ای (توده هوای گرم) اجرا و خروجی های دامنه با درجه تفکیک زیاد یعنی 3 کیلومتر، طی یک دوره پیش بینی 24 ساعته بررسی شدند. پیش بینی های مدل با مقادیر دیدبانی شده سمت و سرعت باد در ارتفاع 10 متری و دما در ارتفاع 2 متری سطح زمین در ایستگاه های هواشناسی مهرآباد، اقدسیه و چیتگر مقایسه شدند. نتایج نشان می دهند که الگوی میدان باد و دمای پیش بینی شده با مقادیر متناظر دیدبانی شده در این ایستگاه ها از سازگاری قابل قبولی برخوردار است. بنابراین در صورت پیش بینی میدان های دما و باد، امکان پیش بینی آلودگی هوای تهران نیز می تواند فراهم شود. همچنین نتایج حاصله از شبیه سازی نشان می دهد که در زمان استقرار توده هوای سرد، جزیره گرمایی به خوبی در نیمه شمالی تهران تشکیل می شود و از شدت بیشتری برخوردار است، در حالی که در زمان استقرار توده هوای گرم، امکان تشکیل و توسعه جزیره گرمایی در ساعات شب به خوبی فراهم نمی شود و در نتیجه جزیره گرمایی از شدت ضعیفی برخوردار است. همچنین تغییرات آهنگ های سرمایش در شب می تواند سبب ایجاد گردش های حرارتی شود، که این گردش ها از افزایش شدت جزیره گرمایی جلوگیری می کنند.

تخمین نفوذپذیری از روی داده های چاه نگاری، یک مرحله اساسی در مهندسی مخزن و ارزیابی سازند است. تحقیقی که در این جا عرضه می شود، نوعی مدل سازی شبکه های عصبی مصنوعی، به منظور استفاده از نگارهای چاه برای پیش بینی نفوذپذیری، در یکی از مخازن کربناته جنوب ایران است. در این تحقیق دو شبکه پس از انتشار سه لایه، برای پیش بینی نفوذپذیری، مورد استفاده قرار گرفت. شبکه اول، نگارهای نوترون، چگالی، صوتی و پرتو گاما را به صورت ورودی به کار می برد؛ حال آن که در شبکه دوم، عمق های مربوط به این داده ها نیز به ورودی ها اضافه و نتایج در دو حالت مقایسه شده اند. بر اساس این مقایسه، مشخص شد که دقت مدل در حالت دوم بهبود قابل ملاحظه ای یافته است.

در این بررسی داده های زمین لرزه های دوره بلند تحلیل شد و برای محاسبه سرعت گروه و سرعت فاز مورد استفاده قرار گرفت. نگاشت های سه مولفه ای زمین لرزه سوم مه 1995 کازرون در ایران که پایگاه ایلپا (ILPA) شبکه بین المللی زلزله نگاری موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران ثبت کرده بود و همچنین نگاشت های دوره بلند زمین لرزه سنت هلنا (بیست و هفت آوریل 1986) در دو ایستگاه زلزله نگاری KON اسپانیا و TOL نروژ مورد بررسی قرار گرفت و برای محاسبات سرعت گروه و سرعت فاز از آن ها استفاده شد. نگاشت های یاد شده که با دستگاه های زلزله نگار دوره بلند ثبت شده اند پس از تصحیحات لازم (تصحیح برای دستگاه ها و تصحیح انحراف محور) با روش طیفی و تحلیلی در صفحه بسامد- زمان پردازش شدند و فازهای امواج سطحی از آنها جداسازی شد. با استفاده از تحلیل طیفی محاسبات سرعت گروه و سرعت فاز بین پایگاه های یاد شده، برای هر کدام از نگاشت ها با برنامه ای خودکار صورت گرفت و منحنی های پاشیدگی فازهای امواج سطحی از نگاشت های مربوط محاسبه شدند. نتایج به دست آمده از محاسبات سرعت گروه و سرعت فاز نگاشت های سه مولفه ای پایگاه ایلپا نشان می دهد که سرعت فاز بین سه پایگاه شماره 1 و 2 و 7 از سرعت گروه محاسبه شده در هر سه پایگاه کمتر است )پاشیدگی وارون، (inverse dispersion و نگاشت های زلزله بیست و هفت آوریل 1986 یک نوع پاشیدگی نرمال (normal dispersion) را نشان می دهد. به علاوه سرعت فاز محاسبه شده بین مولفه های قائم سه پایگاه ایلپا با بسامد امواج سطحی افزایش قابل ملاحظه ای را نشان می دهد. در صورتی که سرعت فاز محاسبه شده بین مولفه های افقی سه پایگاه (شرقی- غربی و شمالی- جنوبی) با بسامد امواج سطحی کاهش می یابد. این گونه رفتار در منحنی های پاشیدگی نشان می دهد که سرعت فاز امواج برشی بر حسب عمق کاهش قابل ملاحظه ای دارد. به علت عبور امواج سطحی از رشته کوه های زاگرس در امتداد رومرکز زمین لرزه سوم مه 1995 کازرون نسبت به پایگاه ایلپا بیشترین مقدار انرژی بسته ای مدهای بالائی امواج سطحی حذف شده است (به علت پدیده های تکتونیکی شدید). به علاوه عبور امواج سطحی از دو ناحیه با اختلاف امپدانس کاملا متفاوت (آب به خشکی و بالعکس) مدهای بالائی امواج سطحی از نگاشت های زلزله 27 آوریل 1986 در دو ایستگاه KON و TOL انرژی بسته ای خود را کاملا از دست داده اند و ضعیف شده اند و به همین دلیل روی صفحه بسامد- زمان کمتر ظاهر شده اند. لذا هر قدر فاصله پایگاهها از کانون زمین لرزه بیشتر باشد تراکم امواج سطحی با طول موج زیاد یا تناوب بلند به نسبت زیادتر خواهد بود و اطلاعات به دست آمده از عمق های بیشتری امکان پذیر است. از طرف دیگر خطا در محاسبات سرعت گروه و سرعت فاز از نگاشت های اصلی با پریود بلند افزایش می یابد. با کاربرد الگوریتم های عرضه شده می توان نسبت این گونه خطاها را کاهش داد.

داده های میدان نزدیک حرکت نیرومند زمین مربوط به تکان اصلی زمین لرزه هشتم خرداد 1383 بلده- کجور با بزرگای گشتاوری Mw = 6.2(NEIC) به منظور تعیین وابستگی بسامدی ضریب کیفیت امواج برشی مستقیم Qb، در محدوده بسامدی 1 تا 32 هرتز مورد استفاده قرار گرفته است. بر اساس آنالیز رگرسیون انجام گرفته رابطه زیر برای وابستگی بسامدی Qb پیشنهاد شده است: Q = 90 f 0.74 ضریب میرایی بالا و نیز وابستگی شدید بسامدی مشاهده شده، بیانگر لرزه خیزی بالای منطقه مورد مطالعه بوده و با نتایج مطالعات مشابهی که در سایر نقاط لرزه خیز دنیا مانند یونان، ژاپن، هندوستان و ... صورت گرفته است همخوانی دارد.