地球物理学课程大纲

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  • 发布于 2010-12-16
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大纲编号:S070800XJ001

空间物理学基础 (I)

Space Physics (Part I)

课程编号:S070800XJ001     课程属性:学科基础课           学时/学分:40/2

预修课程:电动力学;等离子体物理;磁流体力学

教学目的和要求:

本课程为地球物理学各学科专业博士、硕士研究生的学科基础课,也可作为天文学专业研究生的选修课。本课程主要内容为太阳物理,行星际物理和磁层物理等。

通过学习希望学生掌握太阳物理、行星际物理和磁层物理学的基础知识。了解发生在行星际和磁层中的各种物理过程及其基本理论和研究方法及其同电离层和高层大气的关联;了解本领域的主要前沿课题及其研究现状和发展趋势。要求能运用所学的知识进行有关的科研工作。

 

内容提要:

第一章 太阳物理

太阳概观,太阳内部和太阳大气,太阳活动,太阳活动预报和日地关系。

第二章 行星际物理

太阳风,行星际激波,宇宙线,太阳风和行星的相互作用。

第三章 磁层物理

磁层概论,磁层的位形和结构、太阳风质量,动量和能量向磁层传输机制、磁层亚爆过程、磁层中电场和电流体系,磁层等离子体不稳定性和波。

 

教材:

   刘振兴, 《空间物理学基础》讲义,中国科学院研究生院,北京

   

主要参考书:

1.刘振兴等著,《太空物理学》,哈尔滨工业大学出版社,哈尔滨,2004.

2.涂传诒等编著,《日地空间物理学》(上、下册),科学出版社,北京,1989.

3.叶永烜、吕保维主编,《空间物理学进展》,第一卷,1988;第二卷,1992;第三卷,2001.

 

 

撰写人:刘振兴 沈超 史建魁 (中国科学院空间中心)


大纲编号:S070800XJ002

空间物理学基础(II)

Space Physics (Ⅱ)

课程编号:S070800XJ002     课程属性:学科基础课           学时/学分:40/2

预修课程:普通物理、电磁学

教学目的和要求:

本课程为地球物理学科研究生的学科基础课。讲授对象为硕士研究生或未修过空间物理课程的博士研究生。主要内容为:电离层的生成理 论和电子损失机制;平衡态电离层的基本结构和形态;热层和中层大气背景及主要动力学过程;电离层电动力学和等离子体过程;电离层异常和扰动及其效应;电离 层中的电磁波及电离层探测;电离层与中层、热层及磁层的相互作用及日地关系等。   

本课程要求学生掌握电离层物理的背景知识、其中的重要过程及其理论和研究方法,并了解电离层探测技术和原理以及电离层对无线 电波传播的影响。通过对本课程的学习,使学生了解整个日地空间物理学中电离层部分的主要研究对象和内容以及当前进展,为他们今后开展电离层和高层大气物理 研究打好基础。

 

内容提要:

第一章 引言   

电离层研究简史,在基础研究和应用方面的意义;电离层的定义,中层和热层大气的背景结构;地球高层大气的命名系统;地球磁场,磁层,太阳风和日冕。

第二章 电离层的形成理论和形态   

电离层形成的Chapman理论;电离层电子的损失过程,光化平衡;电子和离子的双极扩散,电离成分运动的影响;电离层分区和背景电离层的平均形态;电离 层异常。

第三章 背景中性大气的动力学   

高层大气结构和静力学平衡;基本的流体力学方程组;声重力波和电离层行扰(TIDs);大气潮汐;热层风和热层环流;电离层高度的热过程和热结构。

第四章 电离层电动力学   

电离层电离成分在外力作用下的运动特征;电离层电导率张量及一般表述;电集流和电离层电流体系;电离层发电机理论;中纬度散见E层(Sporadic- E)的风剪切理论。热层风对电离层F 区的效应。

第五章 电离层中的电磁波,电离层探测   

电离气体中电磁波传播的一般理论;电离层对无线电波传播的影响;电离层探测——测高仪,Faraday和Doppler 效应;非相干散射和GPS测量。

第六章 电离层等离子体不稳定性   

电离层不规则结构;赤道电离层E 区的双流和梯度漂移不稳定性;扩展F 层(Spread-F)和Rayleigh-Taylor 不稳定性;电离层等离子体不稳定性的数值模拟和非线性研究。

第七章 电离层扰动和日地关系   

太阳耀斑和日冕物质抛射;电离层突然扰动、分类、形态和机制;电离层暴;中纬和高纬电离层;电离层扰动对电波传播的影响;电离层和日地关系。

 

教材与主要参考书:

1. Rishbeth, H., Garriott, O. K., Introduction to the Ionospheric Physics, Academic Press, London, 1969.   

2. (日)加藤进, 马淑英(李钧译),《高空大气动力学》,科学出版社,北京,1988。   

3. Kelley, M. C., The earth's Ionosphere, Academic Press, San Diego, 1989.   

4. Schunk, R. W., Nagy, A. F., Ionospheres, Cambridge University Press, Cambridge, 2000.

 

 

 

 

       

撰写人:肖佐(北京大学)

撰写日期:2000年07

 


大纲编号:S070800XJ003

地球流体力学

Mechanics of the Earth's Fluids

课程编号:S070800XJ003     课程属性:学科基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、普通物理、流体力学基础

教学目的和要求:

本课程为地球物理学科研究生的学科基础课,也可作为海洋科学等学科研究生的学科基础课,同时也可为地球化学等专业研究生的专业基 础课。   

本课程结合大气、海洋、冰川运动、地下水和油气运移及地球动力学等实际问题,侧重学习不可压缩粘性流动、旋转分层流体和孔隙 介质流动。   

通过系统学习,使学生掌握分析和解决地球流体力学问题的基本理论和方法。

 

内容提要:

第一章 连续介质   

地球流体的普遍性;连续统假设;流体运动学;形变率张量;速度场的分解;应力;Navier-Stokes方程;Boussinesq近似;能量方程;涡 度方程;无量纲参数;动力学相似;边界条件。

第二章 粘滞流体   

Poiseuille管道流;停滞流动;大Reynolds数流动, 小Reynolds数流动;层流边界层;流体静力稳定性;重力波;浅水波;双扩散对流;层流稳定性;湍流的转捩;Reynolds应力;湍流边界层;均匀 各向同性理论;扩散和弥散。

第三章 旋转的作用   

Colioli力与非惯性系;地转运动;Taylor-Proudman定理;Poincare问题;位涡守恒;地转流动;热成风, β-平面;惯性行星波;斜压不稳定性;Ekman边界层;Sverdrup输运关系;惯性边界层;西边界流;温跃层。

第四章 岩石与流体系统   

Darcy定律;孔隙度;有效应力;格架模型;边界条件;开放含水层;Dupuit近似;封闭含水层压实作用;流体饱和孔隙介质中的热柱;孔隙介质中热对 流;火山形状;界面稳定性;海侵;水动力弥散;不饱和流动;两相热对流;反应-渗滤不稳定性。

第五章 非Newton流体   

蠕变;幂率流体剪切流动;冰川形状与运动;冻土的霜后抬举;Maxwell粘弹流体;地幔对流;融熔物质迁移;热柱的孤立波;大气-海洋-冰川非线性耦合。

 

教材:

   马石庄,《地球流体力学导论》,中国科学院研究生院讲义,北京,2000。

 

主要参考书:

1. Middleton, G. V., Wilcock, P. R., Mechanics in the Earth and Environmental Sciences, Cambridge University Press, Cambridge, 1995.   

2. Faber, T. E., Fluid Dynamics for Physicists, Cambridge University Press, Cambridge, 1995.

3. Cushman-Roisin, B., Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Prentice Hall Englewood Cliffs, New Jersey, 1994.   

4. Ghil, A. E., Childress, S., Topics in Geophysical Fluid Dynamics: Atmosphere Dynamics, Dynamo Theory and Climate Dynamics, Springer-Verlag, New York, 1987.   

5. Greenspan, H. P., The Theory of Rotating Fluids, Cambridge University Press, Cambridge, 1969.   

6. Fowler, A. C., Mathematical Models in the Applied Sciences, Cambridge University Press, Cambridge, 1999.   

7. Phillips, O. M., Flow and Reaction in Permeable Rocks, Cambridge University Press, Cambridge, 1991.   

8. Turcotte, D. L., Schubert, G., Geodynamics(2nd ed.),John Willy, New York, 2000.

 

 

 

 

 

 

撰写人:马石庄(中国科学院研究生院)

撰写日期:2001年10日


大纲编号:S070800XJ004

地球动力学

Geodynamics

课程编号:S070802XJ004     课程属性:学科基础课           学时/学分:40/2

预修课程:普通地质学, 地球物理概论, 高等数学

教学目的和要求:

   本课程为地球物理学科和地质学科的硕士和博士研究生的学科基础课,也可作为其它相关专业研究生的选修课。

       地球动力学含义很广,本课程强调从地质和地球物理的基本观测事实和建立在这些事实上的概念模型出发,运用数理和力学的工具,抽象概括出定理的模型,研究地球整体及各圈层,特别是岩石层的动力学过程,不但了解地球内部过程的研究前缘,更要探索过程的成因。

    强调开展跨学科综合性研究,培养学生的研究能力。

内容提要:

第一章 行星地球

地球在宇宙中,比较行星学,地球,板块构造,环境、资源、灾害和地球科学。

第二章 地球物质的流变性质

应力和应变,地应力,岩石的本构关系,流变模型在地球动力学中的应用。

第三章 岩石圈力学变形分析

岩石圈的弯曲,重力学基本知识,构造应力场分析,构造应力场。

第四章 构造地热学

岩石热物理基本知识,岩石圈的热结构,地球的热状态,地球动力学和热演化历史。

第五章 流体力学的地球动力学应用

流体力学的基本知识,简单的流体力学问题及其地质应用,热对流,地幔对流。

第六章 孔隙流体运动

孔隙流体运动的基本知识,变形、热传递和孔隙水流的耦合作用,物质的传递—水污染—矿物的沉积—两相流和油气迁移与富积。

第七章 断层

脆性断裂,摩擦,应力状态与断层活动,地震力学。

第八章 地球动力学中的非线性动力学问题

分形,弹簧滑块的非线性动力学模型,细胞自动机,遗传算法在非线反演问题中的应用。

 

教材:

1. Geodynamics, Turcotte and Schubert, 1980

2. 《地球动力学》,特科特,舒伯特,地震出版社,1986

 

主要参考书:

1.《大气构造物理学和地球动力学》,利布特里,地质出版社,1986

2.《地球动力学》,夏德格,地震出版社,1986  

 

撰写人:石耀霖(中国科学院研究生院)

                                           撰写日期:2010年05月


大纲编号:S070802XJ005

地球内部物理

Physics of the Earth Interior

课程编号:S07080XJ005      课程属性:学科基础课           学时/学分:40/2

预修课程:普通物理、高等数学

教学目的和要求:

本课程为地球物理学科研究生的学科基础课。也可作为地球化学专业、构造地质专业以及其它固体地球物理相关专业或边缘专业(例如,比较行星学、高温高压实验及应用、地球层圈之间相互作用等研究方向)研究生的专业基础课或选修课。

本课程介绍研究地球内部(深至地心)的结构、状态方程、物质成分、热学性质、物质对流、电磁性质等问题的物理学基础、理论、方法和最新研究成果。与此同时,适当介绍不同学派的学术观点。

本课程在使学生掌握基本理论和方法的同时,也拓展他们的视野,提高他们的分析研究能力。

 

内容提要:

第一章 地球内部基本速度结构

地球的弹性和地震波动,PREM和IASP'91速度模型。地壳、上地幔和内核的波速各向异性及可能存在的内核相对旋转,莫霍界面、过渡带内部间断面、核幔界面和内外核界面的地形及细致结构。

第二章 地球内部的密度、弹性、重力和压力

波速分布与密度分布的理论关系,波速与密度的实验定律及物理基础,地心密度和冲击波试验约束,地球内部弹性模量、重力、压力和密度随深度的分布,k-p关系。

第三章 地球内部状态方程

非线性弹性与有限应变,地球内部静压力和有限静压应变,热力学条件与内能表示式,地球内部的状态方程,地球内部Grüneisen参数。

第四章 地球内部的物质成分

研究地球内部物质成分的基本方法,地球以外资料用于研究地球化学成分和元素丰度,地球物理观测结果与岩石学分析的结合,高温高压实验技术,矿物相变研究及意义,地壳的物质成分,上地幔的物质成分,下地幔的物质成分,外核与内核的物质成分,一些主要间断面的性质,地球各层圈氧逸度特征。

第五章 地球内热、热传输机制和温度

地热流和地球内部热源,地球介质的热传输机制,地壳温度,地幔和地核温度的下限——绝热自压温度,地幔和内核温度的上限——熔点温度,地幔和地核实际温度的研究,矿物相变温压条件与地幔过渡区间断面深度变化。

第六章 地球介质的电磁特性

短期和长期的变化地磁场对球体的电磁感应,地球电导率随深度的变化,液态金属外核的导电率, 地幔矿物的导电率,地壳的电磁特性,地球介质的导电机制。

第七章 地球内部的水

地球内部水的演化以及存在形式,名义无水矿物中的水,俯冲带中的水,水对矿物、岩石的物理性质的影响。

第八章 地球内部物理中的一些问题讨论

近年一些热点问题进行讨论。

 

教材:

周蕙兰,《地球内部物理》,地震出版社, 北京,1990

 

主要参考书:

1. 徐果明,周蕙兰,《地震学原理》,科学出版社,北京,1982。

2. 谢鸿森,《地球深部物质科学导论》,科学出版社,北京,1997

3. Poirier, J. P., Introduction to the Physics of the Earth’s Interior(2nd ed.), Cambridge University Press, Cambridge, 2000.

4. Lay, T., Wallace, T. C., Modern Global Seismology, Academic Press, San Diego, 1995.

5. Anderson, D. L., Theory of the Earth, Blackweell Scientific Publication, New York, 1986.

6. Kennett, B. L. N., Seismic Wave Propagation and Seismic Tomography, Research School of Earth Sciences, The Australian National University, 1998.

 

 

 

撰写人:周蕙兰(中国科学院研究生院)

修改人:王多君 (中国科学院研究生院)

                                修改日期:2007年11月9日
大纲编号:S070800XJ006

震源理论基础

Fundamentals of Theory of Seismic Source

课程编号:S070800XJ006     课程属性:学科基础课           学时/学分:40/2

预修课程:地球物理基础

教学目的和要求:

   本课程为固体地球物理专业的硕士和博士生的学科基础课。

       本课程系统地介绍地震震源理论基础知识,使学生掌握地震震源理论的基本知识,了解前沿问题,具备从事地震震源理论及应用研究的初步能力。

 

内容提要:

第一章 引言

震源理论:内容、方法和意义;与地震有关的形变。

第二章 地震与成因和地震机制

板块,板块的运动和相互作用,板块的驱动机制,地震的成因,关于地震直接成因的弹

性回跳理论,断层面解,断层和破裂,震源区的应力状态。

第三章 地震位错

位错,集中力引起的位移,弹性动力学位错理论,位错点源辐射的地震波。

第四章 地震破裂过程和震源的物理参数

平面断层,远场辐射的一些性质,地震破裂过程的运动学模式,震源的物理参数。

第五章 地震能量和地震效率

能量和应力,地震时的能量变化。

第六章 地震矩张量

地震矩张量,点矩张量,地震矩张量的简单物理解释,与位错等效的矩张量,矩张量的

本征值,矩张量的分解,矩张量的反演。

 

教材:

陈运泰和顾浩鼎,《震源理论基础》讲义,2003.

 

主要参考书:

1. Aki, K. and Richards, P. G., Quantitative Seismology. Theory and Methods. Vols. 1&2, W. H. Freeman, San Francisco, 1980.

2. Bullen, K. E. and Bolt, B. A., An Introduction to the Theory of Seismology. 4th ed.,  3. Cambridge University Press, Cambridge, 1985.

3. Kanamori, H. and Boschi, E. (Eds.), Earthquakes: Observation, Theory and Interpretation. North-Holland Publishing Company, 1983.

4. Kasahara, K. , Earthquake Mechanics. Cambridge University Press, New York, 1981.

5. Kostrov, B. V. and Das, S., Principles of Earthquake Mechanics. Cambridge University Press, Cambridge,1988.

6. Scholz, C. H., The Mechanics of Earthquakes and Faulting. Cambridge University Press, New York, 1990.

7. Lay, T. and Wallace, T., Modern Global Seismology. Academic Press, San Diego,1995.

8. Udias, A., Principles of Seismology. Cambridge University Press, Cambridge,1999.

 

 

 

 

 

撰写人:陈运泰(中国地震局地球物理所)

撰写日期:2002年12月


大纲编号:S0070800XJ007

岩石圈物理与大地构造

Physics of Lithosphere and Tectonics

课程编号:S070800XJ007     课程属性:学科基础课           学时/学分:40/2

预修课程:地震波动理论、位场理论和大地构造

教学目的和要求:

本课程为地球物理学科研究生的学科基础课。   

通过本课程的学习,学生要初步掌握岩石圈物理学中的介质结构、构造和圈层耦合的基本概念、理论、方法和内涵,为进一步学习和 研究地球科学中的复杂问题打下坚实的物理基础。同时也必定会为研究论文的选题给予指导。

 

内容提要:

地球物理学是上一世纪才迅猛发展起的一门边缘科学,岩石圈物理学则是地球物理学研究的核心内涵。它在学科上涉及到地震学(包括人工源地震、天然地震),重 力学,地磁学、电磁感应学,地热学和实验与计算地球物理学等。在历史的长河中,岩石圈物理学必须满足人类未来的需求,其主要成果应当能够逐步提高探索和揭 示地球内部物质与能量的交换及其深层动力过程的奥秘。同时必须将理论、方法、观测、技术,反演与解释集成为一体,即为一门多学科交叉和高层次综合的科学领域。

基于本学科的内涵和属性,它对最佳利用、消耗资源与能源以及远景预测将是非常重要的,特别是深部油、气和金属矿产资源的探查与开发;为了了解物质资源的限 度和空间以及灾害的防范,对于社会和经济的发展、需求与未来展望均十分关键。另一方面在评价、预测和减轻自然灾害,地震“孕育”、发生和发展的深部介质和 构造环境、火山的喷发以及全球变化等研究中均具有深远意义。人类在漫长的历史进程中,都在探索着地球的起源、发展和活动,人们只有承认地球是为维系人类生 存及生活和生存空间提供一切物质源泉后,才能真正认识到深化对地球本体的认识与提高生产、生活质量、水平和社会与经济可持续发展之间的必然联系。这就是 说,地球深部乃是一切金属矿产资源和油、气能源形成与聚集的空间,同时又是强烈自然灾害“孕育”,发生与发展的策源地。因此,深化对地球本体的研究和认识 乃是地球科学造福于人类的必然!

为了使研究生(硕士、博士、博士后、乃致青年科、教人员)对地球内部和深层动力过程有一个比较全面、而又清晰的了解和对今后深化研究有所启迪,“岩石圈物 理学”的教学

大纲将做以下安排:

一、岩石圈物理学研究概论

1. 目的、意义、研究内涵和国家需求

2. 地壳和地幔的介质结构、构造及类型

3. 壳—幔边界(Moho界带)的复杂结构和物理属性

4. 仪器与观测系统

二、地壳与上地幔成层结构的地球物理探测

1. 人工源深部地震探测的方法与分类

2. 地震层析成像刻划的壳、幔三维速度结构

3. 大陆和海洋地域的地壳与上地幔结构特征

4. 岩石圈介质物理的-力学属性,类型和非弹性

5. 大陆地壳科学超深钻井

三、地球物理场和岩石圈结构

1. 地球重力场和正、反演

2. 重力异常场、校正与深、浅介质结构

3. 地球磁场与模型

4. 卫星磁异常

5. 电磁场感应场与壳、幔电性结构

四、深部物质运移与深层动力过程

1. 地球内部物质与能量的交接及其深层动力过程

2. 大型、超大型矿床和矿集区的地球物理场响应

3. 油、气能源盆地形成与分布的构造格局和深层过程

五、地球深部结构与大陆动力学

1. 中国地球深部与深层过程揭示的地球动力学响应

2. 地球深部圈层耦合与大陆动力学的思考和导向

 

说明:这是一门内容极为丰富,涉及学科和门类十分广泛的一门高层次的综合科学研究领域,仅仅靠40个学时(以前为82个学时,后缩减为64个学时,又再缩减为54个学时,现再此缩减为40个学时)是难以奏效的。为此,在本课程讲授进程中,不可能形成一个完整的体系,只能在有限学时制约下,择其重点内容加以论述,并辅以“点击”相 关内涵,以资互系、互动。

 

主要参考书:

1. Philip Kewrey and Frederick J.Vine, Global Tectonics, Bkackwell Scientific Publications, 1990.

2. 马宗晋,杜品仁,洪汉净,地球构造与动力学,广东科技出版社,2003.

3. Babuska V and Cara M.,Seismic Anisotropy in the Earth, Kluwer Academic Publishers, 1991.

4. 魏斯禹,滕吉文,王谦身等,中国东部大陆边缘地带的岩石圈结构与动力学,科学出版社,北京, 1990

5. 滕吉文,康滇构造带岩石圈物理与动力学,科学出版社, 北京, 1994

6. Giorgio Ranalli, Rheology of the Earth, Second Edition, Chapman & Hall, 1995.

7. Thorne Lay and Terry C. Wallace, Modern Global Seismology, Academic Press, 1995.

8. 滕吉文 ,固体地球物理学概论,科学出版社,北京, 2004.

9. 滕吉文 ,岩石圈物理学,科学出版社, 2004.

注:有些新的参考文献将会在每章讲完后提供目录

 

 

 

撰写人:滕吉文(中国科学院地质与地球物理所)

撰写日期:2001年07月

 


大纲编号:S070800XJ008

现代应用地球物理

Applied Geophysics

课程编号:S070800XJ008     课程属性:学科基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学,普通物理,地球物理概论

教学目的和要求:

   本课程为固体地球物理学科以及矿产资源勘探等专业的博士、硕士研究生的学科基础课。

    现代应用地球物理的范围较广,主要内容包括:应用地球物理理论基础、油气地球物理勘查、固体矿产地球物理勘查和环境、水文与工程地球物理勘查。

通过本课程的学习,要求学生掌握地球物理勘查方法的物理基础、理论方法和实际应用技术,熟悉现代应用地球物理学的最新发展方向,为从事面向实际的研究工作奠定基础。

 

内容提要:

第一章 应用地球物理理论基础

绪论,常规地球物理勘查方法的基本原理

第二章 油气地球物理勘查

地震勘探的应用范围及发展状况,地震勘探野外工作方法和仪器设备,地震资料的数据处理及其地质解释,油气勘查中的非震物探方法。

第三章 固体矿产地球物理勘查

主要方法及其观测技术,资料处理及解释,应用实例。

第四章 环境、水文与工程地球物理勘查

环境物探,水文、地热物探,工程物探,考古及文物保护。

 

教材:

Telford, W.M., Geldart, L.P., and Sheriff, R.E., Applied Geophysics (2nd ed.), Cambridge University Press, Cambridge, 1990

 

主要参考书:

1. 顾功叙,《地球物理学勘探基础》,地质出版社,北京, 1990

2. 傅良魁等,《应用地球物理学教程》,地质出版社,北京, 1991

3. 陈仲候、王兴泰和杜世汉,《工程与环境物探教程》, 地质出版社,北京,1996

 

 

撰写人:  张健(中国科学院研究生院)


大纲编号:S0070800XJ009

地球科学反演导论

Introduction of Inversion Methods for Earth Science

课程编号:S070800XJ009     课程属性:学科基础课           学时/学分:40/2

预修课程:线性代数,概率与统计,普通物理。

教学目的和要求:

   本课程是地球科学相关领域(地球物理学、地质学、地理学、大气科学、海洋学及遥感科学)博士和硕士研究生的学科基础课或专业基础课。本课程围绕地球物理, 地质、地理、大气、海洋、遥感图像等反问题实例,系统学习反演理论;熟悉基本反演算法。

本课程着力培养地球科学研究生解决反问题的实践能力。

 

内容提要:

第一章

观测不完全性,正问题与反问题,反问题不适定性,反演实践性,反问题的分类,Hadamard不适定,连续问题及其离散化、范数,投影,Gram-Schmit正交归一化等

第三章 线性最小二乘反问题及求解

先验信息,线性问题分类,线性反问题的最小二乘解,例:直线的拟合,欠定问题最小范数解,混定问题阻尼最小二乘解,例:三层地球模型的密度

第三章 线性最小二乘反问题的广义逆方法

广义逆,信息矩阵和分辨矩阵,单位协方差矩阵,分辨与方差的折衷,奇异值分解,例:声学探测及台阵设计

第四章 Backus-Gilbert反演理论

最小模型、最光滑、最平缓解,正则化处理

第五章 线性反问题的迭代求解

Kaczmarz算法、代数重建法等

第六章 基于目标函数的线性和非线性反问题的迭代求解

梯度法、牛顿法、共轭梯度法以及拟牛顿法

第七章 基于概率论的反演理论

模型空间、数据空间、条件概率、Bayes理论、最小绝对准则和最小最大准则

第八章 反问题的全局搜索方法

基于Monte Carlo方法的模拟退火和遗传算法等

第九章 应用专题

Kalman滤波及集合Kalman滤波方法

 

教材:

1. Menke, W., Geophysical Data Analysis: Discrete Inverse Theory, Academic Press Inc., New York, Revised Edition, 1989.

2. Tarantola, A., Inverse Problem Theory and Methods for Model Parameter Estimation, SIAM, 2005.

3. Chong, E.K.P. and Zak, S. H., An Introduction to Optimization, John Wiley and Sons, 2001.

 

 

主要参考书:

1. Wunsch, C., Discrete Inverse and State Estimation Problems with Geophysical Fluid Applications, Cambridge University Press, Cambridge, 2006.

2. Evensen, G., Data Assimilation: the Ensemble Kalman Filter, Springer, 2009

3. Zhdanov, M.S., Geophysical Inverse Theory and Regularization Problems, Elsevier, 2002

 

 

 

 

 

 

撰写人:周元泽(中国科学院软件技术研究所)

撰写日期:2010年05月


大纲编号:S0070800XJ010

地球介质力学

Mechanics of the Earth' Medium

 

课程编号:S070800XJ010     课程属性:学科基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、数理方程、矢量分析、普通物理

教学目的和要求:

本课程为地球物理学科研究生的学科基础课。

本课程主要向地球物理学科及地质、海洋与大气等相关专业的研究生介绍固体力学的基本内容。从连续介质力学的观点运用简洁的数学表示方法阐述了固体弹性、流变等特性。

通过上述内容的学习,使学生了解连续介质力学的研究方法,并运用它去处理固体介质(包括固体地球介质)受外力作用下的宏观形变和运动问题。

 

内容提要:

第一章 张量分析

坐标变换;正交张量;张量代数;张量的矩阵表示;张量不变量;张量分析

第二章 应力应变分析

应力张量;主应力与应力不变量;应力莫尔圆;平面应力;应变张量;主应变与应变不变量;平面应变

第三章 连续介质力学基本方程

质量方程;动量方程;动量矩方程;能量方程;本构方程

第四章 线弹性

广义虎克定律;各向同性弹性体;弹性力学基本方程;平面问题;弹性动力学问题;地震波;岩石层的弯曲

第五章 流变学

粘弹性模型;微分算子方程;拉氏变换;蠕变柔度与松弛模量;记忆积分;复柔度与复模量;粘弹基本方程;对应原理;地幔流变问题

 

教材与主要参考书:

1. 王仁等,《固体力学基础》,地质出版社,北京,1979。

2. 尹祥础,《固体力学》,地震出版社,北京,1985。

3. 郭自强,《固体中的波》,地震出版社,北京,1982。

 

 

撰写人:魏东平(中国科学院研究生院)

撰写日期:2001年07


大纲编号:S0070800XJ011

应用偏微分方程与科学计算

Applied Partial Differential Equations and Scientific Computing

课程编号:S070800XJ011     课程属性:学科基础课           学时/学分:40/2

预修课程:多元微积分,线性代数,常微分方程

教学目的和要求:

本课程是地球物理学和大气科学各专业研究生的学科基础课,物理海洋学和自然地理学研究生的专业基础课,同时也可作为地球科学其他专业、环境科学、物理、力 学、化学、工程学和应用数学专业研究生的选修课。

本课程分析解法和数值解法并举,从一维到多维,从简单区域到复杂区域,学习适定问题的分离变量、广义Fourier分析、Green函数等经典内容, 学习极大原理、能量估计、弱解、非适定问题的正则解法和直接方法,平行引入有限差分方法和Galerkin方法,学习并行计算的基本概念和方法。借助计算 机代数系统SciLab,用数值实验理解理论。

本课程根据地球科学研究生数理基础实际和未来科学研究需求设置,低起点、大跨度、多侧面地学习偏微分方程理论和解法,培养学生分析解决科学计算中遇到的偏 微分方程的定解问题的能力。

 

内容提要:

第一章 绪论: 科学计算的核心

种群演化的数学模型;守恒律与微分方程;线性叠加原理;解算科学问题;计算复杂性;现代并行计算;计算机代数系统

第二章 一维对流-扩散方程初值问题

特征线解法;追赶问题与解的爆破;激波与整体解;KdV方程与孤立波;非线性Burgers方程;扩散方程Cauchy问题;广义函数与Green函 数;Duhamel原理

第三章 一维Poisson方程边值问题

初值与边值问题;一维Poisson方程Green函数解;两点边值问题变分形式;Ritz-Galerkin方法;差分格式的稳定性和收敛性;一维 Poisson方程差分解法;积分插值构造差分格式;离散Laplace算子的本征值问题

第四章 一维发展方程的混合问题

弱极值原理;第一边值问题的最大模估计;发展方程的变分形式;一维发展方程混合问题Green函数;显格式与隐格式;线上方法;对流方程的迎风格式;对流 -扩散方程的差分解法

第五章 分离变量和本征值问题

Helmholtz方程;Sturm-Liouville 本征值问题;Green公式与自伴算子;本征值问题的变分形式;WKBJ方法;Fourier级数与Fourier变换;奇异本征值问题;柱函数;球函 数;Green函数的谱表示

第六章 多维Poisson方程的近似解法

离散Poisson方程;快速解法;基本迭代方法;Samarsky定理;Fourier谱方法;Chebyshev谱方法;Schwarz定理;重叠区 域分解方法;多重网格

第七章 位势理论

调和函数;弱极值定理;Hopf引理与强极值原理;基本恒等式;基本解与Green函数;Poisson积分公式;Kirchhoff公式与延迟势;降维 法与Huygens原理

第八章 积分方程

积分方程的分类;Sturm-Liouville问题;单层势与双层势;Fredholm择一定理

退化核积分方程;Nuemann序列;积分方程的预解核

 

教材与主要参考书:

1. 姜礼尙,陈亚浙,数学物理方程讲义,高等教育出版社,北京,1986。

2. 程建春, 数学物理方程及其近似方法,科学出版社,2004.

3. Ockendon, J. et al., Applied Partial Differential Equations, Cambridge University Press, Cambridge, 1996

4. Fowler, A. C., Mathematical Models in Applied Sciences, Cambridge University Press, 1993

5. Rubinstein, I., and Rubinstein, Partial Differential Equations in Classical Mathematical Physics, Cambridge University Press, 1998.

6. Tikhonov, A.N. and Samarskii, A. A.,M., Equations of Mathematical Physics, Dover Publication Inc.,1963.

7. Golub, G. H., Ortega, J. M., Scientific Computing and Differential Equations: An Introduction to Numerical Methods, Academic Press, Inc., Boston, 1993.

 

 

 

 

撰写人:马石庄(中国科学院研究生院)

撰写日期:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

大纲编号:S0070801ZJ001

地球物理学基础

Foundation of Geophysics

课程编号:S070801ZJ001     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学,普通物理

教学目的和要求:

本课程为地球物理专业博士、硕士研究生的专业基础课,也可作为地质学、海洋科学及大气科学等其它相关专业研究生的选修课。

   本课程主要介绍固体地球物理研究领域的基础知识、原理和方法。包括:地震学,地磁学,重力与固体潮及该研究领域一些最新的基础研究成果等。

结合有关教学课件,使学生掌握固体地球物理的基本概念和研究方法,为后续的专业课程学习及从事相关专业研究打下一定的基础。

 

内容提要:

第一章 概论

研究对象,研究史略,研究方法,国内研究现状。

第二章 介质弹性与波动理论基础

弹性介质、应力与形变,弹性介质中的波动传播方程,弹性介质中的平面波与球面波,界面的影响,射线理论

第三章 地震学基础

地震波的基本概念及理论基础,平面层中的地震波,球面层中的地震体波和地球内部基本构造,各种常见震相标示规则及其射线路径,地震面波与地球自由振荡,断层错动和地震震源,地震仪基本原理,震相分析,地震参数测定。

第四章 地球势理论基础

引言,地球的形状与重力场,重力异常与地球内部构造,固体潮,正反演计算,重力与固体潮软件演示与实习,高斯分析、基本场、长期变化,外源引起的地磁变化与地球电磁感应,古地磁,地磁场起源,构造地磁学。

第五章 热流与地球内部温度

热传导、热对流与热辐射,大地热流,热流方程的简单应用,地球内部温度

第六章 大陆漂移、海底扩张和板块构造

大陆漂移与洋底扩张学说,板块构造与运动的基本理论与方法,地幔对流的基本理论

 

教材:

1. C.M. Fowler, The Solid Earth: An Introduction to Geophysics, Cambridge University Press,1990.

2. 曾融生著,《固体地球物理学导轮》,北京:科学出版社,1984

 

主要参考书:

1. 傅承义、陈运泰、祁贵仲著,《地球物理学基础》,北京:科学出版社,1985

2. 郭俊义编著,《地球物理学基础》,北京:测绘出版社,2001

3. N. H. Sleep, K. Fujita, Principles of Geophysics, Blackwell Science,1997.

 

 

 

 

撰写人:魏东平(中国科学院研究生院)

撰写日期:2010年6月


大纲编号:S0070801ZJ002

地震预报引论

Introduction to Earthquake Prediction

课程编号:S070801ZJ002     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:地震学;地球物理概论

教学目的和要求:

   本课程是固体地球物理学的硕士和博士生的专业基础课。

    本课程向学生系统总结和介绍我国30多年来地震预报研究的基本成果,包括地震预报的方法、理论和技术途径。对地震预报所涉及的地震学、地壳形变、地下水微动态、水文地球化学、地电、地磁、重力等学科逐章进行分析和介绍。同时还系统介绍了地震预报的物理基础与地震孕育过程的理论模型。

 

内容提要:

第一章 绪论

中国地震活动及地震灾害概况,中国地震预报研究概况,地震分析预报的科学思路。

第二章 地震预报的地震学方法

地震活动图像,震前地震活动性分析,地震序列,震源参数变化,介质参数与地震波速的变化,震兆的综合判定方法,预报效能的评价。

第三章 地壳形变与地震预报

地壳形变的一般概念,地壳形变与地震,地壳形变观测基础,地壳形变观测方法介绍,地震地壳形变信息的提取,地壳形变信息在地震预报中的应用。

第四章 地下水微动态与地震预报

什么是地下水微动态,岩体弹性变形引起的地下水微动态,岩体破坏(地震)前的地下水微动态,利用地下水微动态异常预报地震。

第五章 水文地球化学地震前兆

水文地球化学预报地震研究概述,水文地球化学地震前兆机理与实验基础,水文地球化学地震前兆观测,水文地球化学地震预报方法,水化震例与预报实践气体地球化学方法在探索活断层中的应用。

第六章 地震的地电前兆

地电观测内容、简史及特点,岩石的导电性,岩石破裂与电阻率变化实验研究,电阻率法原理和视电阻率,台网建设,数据处理和地震“三要素”预报,观测实例。

第七章 地震的地磁前兆

震磁关系研究的历史与现状,震磁关系的实验与理论,地球磁场的基本特征与震磁观测,提取地磁前兆信息的方法简介。

第八章 重力预报地震研究

与地震预报有关的重力研究,重力数据处理方法,地震前重力观测的异常变化实例,与地震孕育有关的重力场变化的理论研究。

第九章 地震前兆综合研究

    地震前兆概述,中国大陆地震前兆综合分析,地震前兆的复杂性探讨。

第十章 地震预报的物理基础

构造地震前兆过程的力学研究,地震前兆的流变模型,地震短临前兆的成核模型,地震前兆的扩容模式,地震中短期前兆的膨胀-蠕动模式,走滑型地震短临前兆的位错运动模式,地震前兆复杂性的物理力学成因分析。

 

教材:

   张国民等, 《地震预报引论》,科学出版社,北京,2001

 

主要参考书:

梅世蓉、冯德益、张国民等,《中国地震预报概论》,地震出版社,北京, 1993

 

 

 

撰写人:张国民(国家地震局分析预报中心)

撰写日期:


大纲编号:S0070801ZJ003

地球电磁现象物理学

Physics of Geomagnetic Phenomena

课程编号:S070801ZJ003     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:电磁学、电动力学

教学目的和要求:

   本课程为固体地球物理学专业和空间物理专业研究生的专业基础课。本课程的教学力求把地磁学基础知识学习与现代发展趋势的分析结合起来;把地磁学发展过程中的几次大的争论与现代争论焦点的分析结合起来;把学习与讨论结合起来;把地磁学与空间物理学、等离子体物理学、生物学等不同学科结合起来 。

       教学目的是使学生了解和掌握地球电磁学的一般原理,主要地磁现象的形态学和物理机制;了解并学习科学家提出问题和解决问题的思路,以培养学生从事科研的能力。

 

内容提要:

第一章  绪论  

地磁学——古老而未成熟的学科;地磁学的遭遇;地磁学向何处。

第二章  地球主磁场形态学

主磁场的直接测量和间接观测;分析方法;主磁场的时空特征及全球模型。

第三章  地球主磁场的起源   

漫长的争议和主要的地磁场起源假说;发电机理论。

第四章  地球变化电磁场形态学

变化磁场的直接测量和间接观测;变化磁场的分析方法,等效电流体系。

第五章  地球变化磁场的起源

变化磁场与主磁场的关系;历史纷争及其启示;电离层发电机理论。

第六章  地球变化磁场在研究地球内部电磁性质中的应用

电磁感应原理;用变化磁场探测底下电导率的原理、方法和结果。

第七章  地壳磁场

地球岩石圈电磁性质和地磁异常。

第八章  地球空间电磁环境

太阳风和行星际;磁层与电离层;地球磁场与全球变化。

第九章  结语

     地磁学新的生长点;新理论和新方法的注入。

 

教材:

  徐文耀,《地磁学》,地震出版社,北京,2003。

 

主要参考书:

 

撰写人:徐文耀(中国科学院地质与地球物理研究所)大纲编号:S0070801ZJ004

岩石断裂力学基础

Fundamentals of Fracture Mechanics of Rocks

课程编号:S070801ZJ004     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、普通物理、数学物理方程、弹性力学

教学目的和要求:

   本课程为固体地球物理学及其它相关专业的专业基础课。

本课程面向资源、环境地球物理、震源物理,为地质成矿、地震预测预报、防震减灾等服务。通过本课程的学习,使学生掌握与断层运动和破裂有关的断裂力学理论 的基本概念和研究方法,为后续的专业基础课学习和进一步从事研究工作打下一定的基础。

 

内容提要:

第一部分 预备知识

第一章 矢量和张量

矢量代数、张量代数、矢量分析、张量分析

第二章 弹性力学基本理论

应变分析、应力分析、本构关系、弹性力学的边值问题、弹性力学的平面问题、弹性力学的空间问题

第三章 线弹性动力学基础

线弹性动力学基本方程、互易定理、位移表示定理、弹性动力学方程的基本解(Green函数)、Lamb问题

第二部分 断裂力学基础

第四章 线弹性断裂力学

裂纹的分类、二维Griffith裂纹的第一、二、三基本型问题、应力强度因子的计算、二维平面问题的复变函数解法、三维裂纹问题简介

第五章 线弹性断裂动力学基础

半无限长裂纹问题的解——Wiener-Hopf方法、运动裂纹与传播裂纹的某些解(Yoffe裂纹、自相似扩展裂纹)

第六章 非线性断裂力学

全量理论和增量理论简介、裂纹尖端附近的应力分析、达格德尔模型、巴伦布拉特内聚力模型、J积分的定义及其守恒性

第七章 考虑材料非线性的动态裂纹问题

动态J积分、稳定裂纹的动态渐近场、运动达格德尔模型

第三部分 断裂力学在地学中的应用

第八章 岩石断裂力学相关问题

受压闭合裂纹的扩展、脆性破裂的稳定性和止裂

第九章 地震破裂动力学简介

地震破裂动力学的内容和发展、Kostrov的经典工作(二维地震断层的自发破裂问题)、摩擦准则、地震破裂动力学中的数值方法简介

 

教材:

   李世愚、尹祥础,《岩石断裂力学》

 

主要参考书:

1. 王敏中、王炜、武际可,《弹性力学教程》,北京大学出版社,北京,2002
2. 艾龙根、舒胡毕,《弹性动力学》(戈革译),石油工业出版社,北京,1984
3. 范天佑,《断裂力学基础》,江苏科学技术出版社,江苏,1978
4. 范天佑,《断裂动力学引论》,北京理工大学出版社,北京,1990
5. 阿特金森主编,《岩石断裂力学》(尹祥础、修济刚等译),地震出版社, 北京,1992

 

 

 

 

撰写人:李世愚(中国地震局地球物理所)

撰写日期:

 


大纲编号:S0070801ZJ005

分形几何,混沌动力学和预测问题

Fractals, Chaos and Predictability: with Applications to Earth Sciences

课程编号:S070801ZJ005     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、普通物理

教学目的和要求:

   本课程为固体地球物理学专业研究生的专业基础课,也可作为地质学、大气科学、海洋科学研究生的专业基础课或选修课。   

本课程介绍分形几何和混沌动力学的基础概念和知识;讨论它们在研究地学复杂现象中的初步应用;探讨地学中预测问题面临的困难 和解决途径。   

本课程希望学生接触非线性物理和地球科学的前沿领域,并对地球科学中的预测问题的研究建立一些初步的基本概念。

 

内容提要:

第一章 分形几何学   

分形与分维;统计分形;自仿分形和多重分形;分形几何的应用。

第二章 混沌动力学   

逻辑斯蒂映射;洛仑兹方程;混沌动力学的基本概念;非线性时间序列分析。

第三章 地球科学中的预测问题:以地震预测问题为例   

临界现象物理初步;地震预测问题的讨论;分形几何和混沌动力学在地震预测中的应用;地球系统的复杂性与预测问题。

 

教材:

1. 陈顒,陈凌,《分形几何学》,地震出版社,北京,1998。   

2. 刘式达,刘式适,《非线性动力学和复杂现象》,气象出版社,北京,1989。   

3. 吴忠良,《地震震源过程中的临界现象》,地震出版社,北京,2000

 

主要参考书:

Turcotte, D. L. (陈顒等译),《分形和混沌:在地质学和地球物理学中的应用》,地震出版社,北京,1993。

 

撰写人:陈  顒(中国地震局地球物理所)

        吴忠良(中国地震局地球物理所)

撰写日期:2001年07月

 


大纲编号:S0070801ZJ006

数字信号处理(地学)

Digital Signal Processing

课程编号:S070801ZJ006     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学

教学目的和要求:

   本课程为固体地球物理、大气科学、海洋科学等地学专业的硕士、博士研究生的专业基础课。

    学生通过本课程学习数学信号处理的基本理论和概念,掌握数字信号处理的基本技术和方法,并能够由于地学资料处理。

内容提要:

第0Matlab简介

第一章 傅氏级数、傅氏积分、离散频谱与连续谱

傅氏级数,离散频谱,傅氏变换,信号与频谱,频谱的基本性质,连续频谱

第二章  抽样定理与离散信号

连续信号的离散化,抽样定理,尼奎斯特频率 假频

第三章  滤波、褶积、希尔伯特变换

离散和连续信号的滤波、褶积、离散信号的Z变换、希尔伯特变换、包络、瞬时相位、瞬时频率

第四章  有限离散傅氏变换及其他变换

有限离散傅氏变换、快速傅氏变换,正弦变换、余弦变换

第五章  相关分析

基本概念、相关与褶积的关系、多道相关

第六章  一维滤波、二维滤波、窗函数

滤波器,一维滤波实现、二维滤波实现、最佳时窗函数

第七章 最小平方滤波、递归滤波

最小平方滤波、最小反平方滤波、多道最小平方滤波、递归滤波、递归滤波的设计方法

第八章  信号插直、平滑和加工

信号插直、频谱插值、信号平滑、加权处理

第九章 小波变换基础

小波变换的定义、特点、一维连续小波变换、离散小波变换、小波包分析、常用小波函数

第十章 现代谱估计

 

教材和主要参考书:

1. Stein, J. (2000). Digital signal processing - a computer science perspective (2nd Ed.). Wiley

2. 张贤达,现代信号处理,清华大学出版社,2002

 

撰写人:周元泽(中国科学院研究生院)

撰写日期:


大纲编号:S0070801ZJ007

小波与滤波器设计

Wavelets and Filter Banks

课程编号:S070801ZJ007     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、线性代数、泛函分析基础

教学目的和要求:

本课程为固体地球物理学专业研究生的专业基础课。主要内容包括小波和滤波器理论及其应用。   

通过本课程的学习,要求学生能够掌握小波的基本框架,滤波器设计的基本方法,了解小波和滤波器设计的前沿发展,为进一步从事 滤波器设计相关的研究和应用打下良好的基础。

 

内容提要:

第一章 引言   

对小波和滤波器设计的历史做简要回顾;相关的基本概念。

第二章 滤波器   

经典滤波器设计理论和方法。

第三章 亚采样和超采样   

两种采样的方法和理论。

第四章 滤波器组   

重建条件;滤波器构造的栅格结构方法。

第五章 正交滤波器组   

正交滤波器的构造;谱分解。

第六章 多尺度分析   

小波的基本框架和多尺度分析介绍。

第七章 M-带滤波器组   

M-带滤波器组设计的方法。

第八章 滤波器设计理论进展简介   

介绍几种新的进展。

第九章 应用   

滤波器的相关应用;图像压缩、去噪;数值分析。

 

教材:

   Gilbert Strang T. Nguycn, Wavelets and Filter Banks, Wellesley-Cambridge, 1996.

 

主要参考书:

Vaidyanathan, P. P., Multirate Systems and Filter Banks, Prentice Hall, 1993.

 

撰写人:彭思龙(中国科学院自动化所)

撰写日期:2001年09月


大纲编号:S0070801ZJ008

有限元方法

Finite Element Methods

课程编号:S070801ZJ008     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:计算机Fortran语言、材料力学、弹性力学

教学目的和要求:

   本课程为固体地球物理学专业研究生的专业基础课。随着计算机的发展,有限元法成为解连续域边值及初值问题的强有力数值方法。本课程提供研究生所需有限元方 法的基本知识及初始上机技能。

 

内容提要:

第一章       引言   

有限元方法及其发展;有限元法特点;杆件结构有限元;单元计算;单刚组合成总刚;方程组求解。

第二章       弹性力学平面问题   

平面应力与平面应变;有限元求解步骤;三角形元、形函数与面积坐标、单元刚度阵;等效结点力、整体分析;广义坐标有限元一般格式;有限元解的性质及收敛准 则。

第三章       弹性力学空间问题   

四面体常应变元;六面体砖块元;子结构法;内部自由度凝聚;其它空间元简介。

第四章       轴对称问题   

三角形环单元;单元刚度阵;等效结点力;精确单刚的计算。

第五章       Lagrange及Hermite插值法;有限元的形函数   

有限元的形函数;Lagrange插值;一维有限元;二维有限元;三维有限元形函数;Hermite插值。

第六章       等参有限元   

平面等参元;空间等参元;轴对称等参元;等参变换条件及退化元;等参元收敛条件;数值积分;等参元的应用问题;Wilson非协调元及其收敛问题。

*第七章 结构动力响应   

动力学方程;质量阵;阻尼阵;实际积分法;振型叠加法。

注: * 建议讲课教师视学生情况增减讲授内容。

 

教材与主要参考书:

1. 谢贻权,何福保,《弹性和塑性力学中的有限单元法》,机械工业出版社,北京,1981。   

2. 王勋成,邵敏,《有限单元法基本原理与数值方法》(第二版),清华大学出版社,北京,1997。   

3. Klaus-Jurgen Bathe, Finite Element Procedures in Engineering Analysis, Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1996.

 

撰写人:田宗漱(中国科学院研究生院)

撰写日期:2001年09月


大纲编号:S0070801ZJ009

现代实验分析技术与地球科学进步

Modern Experimental Analytical Techniques and Development of Geoscience

课程编号:S070801ZJ009     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:普通物理学,普通化学,结晶学与矿物学

 

教学目的和要求:

本课程为固体地球物理学、地球化学、矿物学、岩石学和构造地质学等专业研究生的专业基础课,同时也可做为环境科学等相关专业研究生的选修课。

现代地球科学的进步与发展实际上是与固体物理学、分析化学中的有关理论及技术的发展密不可分的。本课程主要讲授原子光谱、分子光谱等分析技术原理与方法, 同步辐射装置与技术,及与高温高压原位实验技术相结合在地学中的应用。要求学生掌握各种现代实验分析技术的基本原理、基本方法,实验设备的基本结构,了解 其在现代地球科学进步、发展中的作用,为进入科学研究阶段提供必要的实验分析技术基础。

 

内容提要:

第一章       绪论

现代实验分析技术简介,现代实验分析技术与地球科学。

第二章       光谱分析基础

光分析法简介,电磁辐射的基本性质,光谱分析仪器

第三章       原子光谱

原子光谱基础,原子吸收和荧光光谱,原子质谱,X射线光谱

第四章       分子光谱

分子光谱基础,紫外-可见光吸收光谱,红外吸收光谱,激光-拉曼光谱,核磁共振波谱,分子质谱,电子能谱,电子探针,扫描电镜

第五章       同步辐射装置与技术

同步辐射的概念,同步辐射荧光分析,同步辐射粉末衍射

第六章       高温高压原位实验技术

高温高压实验装置的基本构成,地学中常用的高温高压实验装置与技术,高温高压原位分析、测量技术

第七章       其它分析方法与技术

核分析技术,热分析技术等

 

教材与主要参考书:

1. 范康年主编,《谱学导论》,高等教育出版社,2001版

2. 武汉大学化学系编,《仪器分析》,高等教育出版社,2001版

3. 祁景玉主编,《现代分析测试技术》,同济大学出版社,2006

4. 陈丰等著,《矿物物理学概论》,科学出版社,1995

5. 谢鸿森等著,《地球深部物质科学导论》,科学出版社,1997

6. 马礼敦著,《近代X射线多晶体衍射-实验技术与数据分析》化学工业出版社,2004

 

撰写人:马麦宁(中国科学院研究生院)


大纲编号:S0070801ZJ010

并行算法和并行软件设计

Parallel Programming and Algorithm Design

课程编号:S070801ZJ010     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:数值分析或数值计算方法

 

教学目的和要求:

大规模并行数值计算(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing),GPU计算等是目前国际上计算机科学和计算科学研究的焦点问题,也是最活跃的科学分支之一。近几年来,在地球科学上的应用也得到了大量的应用。我国在这个领域的研究和开发十分落后,尤其在地学领域的应用,部分研究领域还处于空白的地位。

本课程的目的,就是针对将来从事地球科学研究的同学的理论基础特点,从大规模并行计算的理论基础和软件应用两个方面来指导地球科学的学生的学习。课程开设的重点是:并行计算机的硬件和网络环境基础;基于点对点通信的Message Passing Interface(MPI)理论和并行软件设计基础;基于地球科学问题的大规模并行数值计算的算法设计和软件实现基础与程序设计;以及目前国际上最前沿的网格计算的一些基本知识的理解和掌握。

 

内容提要:

1.  大规模高性能计算在地球科学中的应用简要介绍

2.  并行计算机体系结构介绍

3.  MPI介绍

4.  点对点通信

5.  集群通信

6.  派生数据类型

7.  一个简单的并行计算例子

8.  一个简单的并行有限元计算例子

9.  线弹性并行有限元计算

 

教材:

   自编,大约200页(A4),需要学生自己从网站上下载并打印

 

主要参考书:(最新算法和技术的网站)

http:// www.netlib.org

http:// www-users.cs.umn.edu/~saad/software/pARMS/

http:// www-users.cs.umn.edu/~karypis/metis/

http://www.cs.sandia.gov/CRF/aztec1.htm

Parallel Direct solvers:

http://www.enseeiht.fr/lima/apo/MUMPS/MUMPS: A Multifrontal Massively Parallel Solver

http://crd.lbl.gov/~xiaoye/SuperLU/SuperLU: general purpose library for the direct solution of large, sparse, nonsymmetric systems of linear equations on high performance machines

Direct Serial solvers for sparse matrix:

Splib: a library of sparse iterative solvers, with preconditioners, for rapid prototyping of solvers, download: ftp://ftp.cs.indiana.edu/pub/bramley/splib.tar.gz

Umfpack: A set of routines for solving unsymmetric sparse linear systems, Ax=b, using the Unsymmetric MultiFrontal method. Download:http://www.cise.ufl.edu/research/sparse /umfpack/

 

 

 

撰写人:张怀(中国科学院研究生院)

撰写日期:2009年12


大纲编号:S0070801ZJ011

有限元方法在地学中的应用

Finite Element Method and its application in Geosciences

课程编号:S070801ZJ011     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:数值分析或数值计算方法、弹性力学或连续介质力学

教学目的和要求:

有限元方法是现代计算科学中最重要,使用最广泛的数值计算方法之一。在地球科学问题的研究中,有限元方法也是使用最多的数值计算方法。理解和掌握有限元方法对将来从事地球科学研究的同学至关重要。另外,以往的对地球科学诸学科的学生的有限元方法的培养,过多重视应用,忽略了理论基础的培养。极大地影响到了同学进行长期科研活动的创造能力。因此本课程的主要目的就是从有限元的数学基础理论入手,从理论基础和实际模型设计方面,综合培养扎实的有限元理论基础和实际应用基础。

课程同时安排同学使用FEPG(Finite Element Program Generator)软件,自行进行有限元方法软件的设计和使用。用来加深对同学课堂理论掌握的同时,要从实践上,培养学生对知识的理解力和科研创造能力以及独立思维的能力。

限选:

参加过数值分析学习,将来从事数值计算方面研究的同学可选

学时学分

期末成绩考核(闭卷笔试):期末考试成绩,上机作业完成;期末考试试卷为150分,重点考察同学对理论基础的掌握和科研应变能力。

 

内容提要:

1. 有限元方法在地学中的应用简要介绍

2. 一个简单的有限元例子

3. 单元理论

4. Litz法与Galerkin法理论基础(变分法初步)

5. 非线性有限元基本理论基础

6. 热传导问题

7. 线弹性有限元

8. 一个简单的耦合算例(热弹性问题有限元方法)

9. 非结构化方格自动生成算法(视同学们对有限元的掌握情况而定)

 

教材:

   自编,200页,需要同学自行打印,主要内容选自《有限元法及其理论基础》教科书

 

主要参考书:

1.       《有限元法及其理论基础》,姜礼尚,庞之垣(理论基础部分)

2.       《有限元方法及其应用》,李开泰,黄艾香(单元部分)

3.       《非线性有限元方法》,蒋友谅(有限变形理论、连续介质力学部分)

4.       《有限元方法及其地学中的应用》,殷有泉(弹塑性力学部分)

5.       《数值分析》,任一(误差、数值微分、数值积分部分)

6.       《有限单元法基本原理和数值方法》,王勖成

7.       《变分法、有限元法和外推法》

8.        http://hpcc.gucas.ac.cn/

 

 

撰写人:张怀(中国科学院研究生院)

撰写日期:2009年12月


大纲编号:S0070801ZJ012

地震危险性分析与安全性评价

Seismic Hazard Analysis and Assessment

课程编号:S070801ZJ012     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:普通地质学,地震学

教学目的和要求:

 本课程为土木工程、地球物理学与地质资源与地质工程研究生的学科基础课。课程结合地震地质学、地震学与工程地震学等研究领域的理论与应用,系统阐述地震危险性分析与安全性评估的方法与原理,并介绍国家相关的法律与法规;还将结合近年来国际上各个国家与地区城市活断层探测的结果,介绍地震危险性分析与安全性评价中的工程地震问题的新技术与进展,及目前所面临的问题。通过本课程的学习,学生将系统地掌握地震危险性分析与安全性评价相关的广泛知识,并具备有考取国家“地震安全性评价工程师”职业资格证书的知识与能力。

 

内容提要:

第一章      概述

1.       工程地震与地震安全性评价

2.       工程场地地震安全性评价分级

3.       现行抗震设计规范有关工程地震的规定

第二章       地震灾害

1.       地震及其特点

2.       地震灾害及地震地质灾害

第三章      区域地震构造

1.     区域地震构造综合评价的内容与目标

2.     区域地震构造图编制的原则、方法和主要内容

3.     地震构造条件的综合分析

第四章      近场区地震构造调查

1.       主要断层的活动性调查和鉴定

2.       第四纪地质和地貌分析

3.       近场区地震构造条件综合评价

第五章      潜在震源区划分

1.       潜在震源区的定义及其研究状况

2.       划分潜在震源区的原则和步骤、震级上限的确定方法

第六章      程场地地震地质灾害

1.       工程场地地震地质灾害的类型和成因

2.       地质灾害的评价方法与地震地质灾害小区划

第七章      区域地震活动性

1.       地震资料的整理和分析

2.       地震区、带划分

3.       近场地震活动性分析与场地影响烈度分析

第八章      地震危险性评定

1.       最大历史地震法与地震危险性评定的确定性方法

2.       地震危险性评定的概论方法

第九章      地震动的工程特性

1.       震害经验与强震观测结果

2.       地震烈度与地震动

3.       地震动的工程特性

第十章      场地地震工程地质条件

1.       地震工程地质条件勘测的目的和内容

2.       地震地质灾害的场地勘查

3.       场地岩土力学性能及其测定

第十一章 地震动衰减关系

1.     地震动衰减关系的理论模型和方法

2.     强震动观测和地震烈度资料收集与分析的原则及方法

3.     基岩地震动衰减关系选取与适用性分析的原则

4.     缺乏强震观测记录地区的地震动衰减关系

5.     非基岩场地的地震动衰减关系

第十二章 场地地震动参数的确定

1.     场地地震动参数确定的技术思路

2.     近场地震动时程拟合研究的进展与计算方法

3.     场地地震反应分析模型及参数确定的方法

4.     场地相关反应谱确定的依据与要求

第十三章 地震动小区划

1.       地震动小区划研究状况

2.       地震动小区划的步骤

第十四章 地震安全性评价案例分析

第十五章 防震减灾的发展

1. 现代地震灾害的特点

2. 地震的早期预测、预警与预防

3. 地震的应急反应和灾害救援

 

教材与主要参考书:

1.《地震安全性评价技术教程》,胡聿贤 主编,地震出版社,2003年10月。

2. EARTHQUAKE ENGINEERING HANDBOOK, Edited by Wai-Fah Chen and Charles Scawthorn, CRC Press, 2003. (Section I & II)

3. 自然灾害,陈颙、史培军 编著,北京师范大学出版社,2007年9月。

 

 

 

撰写人:章文波(中国科学院研究生院)

撰写日期:2007年11月

 


大纲编号:S0070801ZJ013

活动断层与地震灾害分析

Active Faulting & Seismic Hazard Analysis

课程编号:S070801ZJ013     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:普通地质学 (工程地质学),地震学基础

教学目的和要求:

本课程为地质资源与地质工程学科研究生的学科基础课,也可作为其它学科的相关专业研究生的专业基础课。

该课程系统地阐述和介绍现代地震断层的活动特征与地震灾害分析的方法和原理。课程将着重介绍全球、区域与局部活动断裂与地震发生之间的联系,断层的几何和物理参数在地震灾害分析和评估中的应用以及地震灾害分析方法在实际工程应用中所面临的问题。

通过本课程的学习,使学生能够系统地掌握地震地质学中地震灾害研究最新研究方法和原理,增强学习该学科的兴趣,并且具备从事理论分析和应用的能力。

 

内容提要:

第一章: 概述

基本理论框架,活动断层研究概况及地震灾害分析原理。相关背景知识介绍。

第二章: 基础地震学原理

1. 断层运动;

2. 经典位错模型;

3. 震源破裂过程和地震波能量辐射;

4. 地震波传播;

5. 震源机制;

6. 断层蠕变与慢地震。

第三章: 岩石圈变形和地壳断裂结构

1. 应力与应变关系;

2. 脆性断裂, 韧性和流变机制;

3. 断裂与变型的关系。

第四章: 板块构造

1. 板块运动原理;

2. 地磁和古地磁场的证据;

3. 大陆和海洋板块的特征;

4. 地震活动与板块构造。

第五章: 地震地质学

1. 地震断层的地质学描述;

2. 断层类型: 走滑断层, 正断层和逆冲断层;

3. 俯冲带的大型断层;

4 .板內地震与板缘地震;

5. 隐伏断层的发现和研究。

第六章: 地震断层参数的确定

1. W-模型;

2.L-模型;

3.地震学方法;

4.地质学方法。

第七章: 地震断层参数的物理意义

1.应力降的概念;

2.地震矩的物理意义和地震矩的测定;

3.破裂传播速度;

4.震级的表示;

5.破裂长度(宽度)、位移幅度与震级的经验关系动(Scaling Relation)。

第八章: 古地震研究

1.弹性回跳学说;

2.断层破裂长度的测定;

3.地震滑动位移的测定;

4.地震滑动速率 (Strain Rate)和回复周期;

5.沙土液化现象;

6.地质同位素测定。

第九章: 地震活动性

1.前震,主震和余震的定义及震群的概念;

2.地震活动性的统计分析;

3.Gutenburg-Richter 关系; Omoris 定律;Bath定律;

4.特征断层的概念。

第十章: 城市活动断层探测

1.反射与折射地震法;

2.横波勘探技术的应用;

3.综合地质和地球物理调查。

第十一章: 地震灾害分析

1.地震模型和地震数据的完备性;

2.衰减关系的确立;

3.概率地震危险性分析;

4.确定性模型和震级上限;

5.地表运动极值和约束估算;

6.实例分析;

7.地震灾害中的风险模拟。

第十二章: 地表运动模拟方法简介

1.工程应用背景;

2.地震动参数的选取;

3.随机点源和有限源模型;

4.运动学和动力学模型;

5.场地效应;

6.反应谱的概念;

7.实时地震学和SHAKING MAP的研究和应用。

第十三章: 未来研究方向

1.科学研究的目标和所面临的挑战;

2.资源的分配和利用;

3.大地测量和GPS的应用;

4.文献阅读。

 

教材与主要参考书:

1. Yeats, R. S., K. Sieh, and C. R. Allen, Earthquake Geology, Oxford University Press, 1996.

2. Bolt, B., Earthquakes, W. H. Freeman, San Francisco, 2003.

3. Reiter, L., Earthquake hazard analysis: Issues and Insights, Columbia University Press, 1990.

4. Kramer, S. L., Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice Hall Inc., 1996.

5. Scholz, C. H., The Mechanics of Earthquakes and Faulting, Cambridge University Press, 1990.

6. Living on an Active Earth: Perspectives on Earthquake Science, National Research Council of the National Academies, The National Academies Press, Washington, D.C., 2002.

7. Cox, A., and R. B. Hart, Plate Tectonics: How It Works, Blackwell Scientific Publications Inc., 1986.

8. Lay, T., and T. C. Wallace, Modern Global Seismology, Academic Press, 1995.

9. Udias, A., Principles of Seismology, Cambridge University Press, 1999.

 

 

 

撰写人:史保平(中国科学院研究生院)

撰写日期:2005年12月


大纲编号:S0070801ZJ014

测量数据处理理论和方法

The Theory and Method of Data Processing in Geodesy and Surveying

课程编号:S070801ZJ014     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、线性代数、概率与数理统计

教学目的和要求:

本课程课做为测量学与测量工程专业研究生的专业课,同时也可作为固体地球物理专业研究生的选修课。

       本课程为了适应现代大地测量技术迅速发展的形势,在测量平差最小二乘法的基础上,将数据处理方法作了较多拓展,系统阐述各种测量数据处理的基本理论和方法。

       本课程培养学生系统掌握测量数据处理的理论和方法,获得分析和解决数据处理方面的问题的能力。

 

内容提要:

第一章  误差理论

误差概念,误差分类,误差估计,误差与概率分布

第二章  测量数据质量控制理论

粗差检测方法,抗差估计(稳健估计):M估计原理、等价权原理、抗差最小二乘法。

第三章  参数估计方法

极大似然估计,最小二乘估计,极大验后估计,最小方差估计,线性最小方差估计,贝叶斯估计

第四章  广义测量平差原理和方法

广义测量平差原理,拟合推估(最小二乘配置),秩亏自由网平差

第五章  测量结果分析和精度评定

方差-协方差分量估计及精度评定,测量结果评定:方差因子检验,解向量的置信区间和假设检验,两期观测解向量的差异显著性检验。

第六章  实用数据处理方法

回归分析:概述、一元线性回归分析、多元线性回归分析、最优回归模型选择,拟合与插值:概述、多项式拟合与插值、样条函数拟合与插值,时间序列分析:概述、时间序列模型、平稳序列的自相关分析、模型识别、检验与改进、时间序列预报,谱波分析与FFT:概述、傅立叶级数和变换、离散傅立叶分析、快速傅立叶变换(FFT),卡尔曼滤波:预备知识、系统的状态方程和测量方程、离散系统卡尔曼滤波、连续系统卡尔曼滤波、算法分析,最优化方法。

 

教材与主要参考书:

1. 崔希璋等编著,《广义测量平差》,武汉测绘科技大学出版社,武汉,2001。

2. 刘大杰,陶本藻主编,《实用测量数据处理方法》,测绘出版社,北京,2000。

3. 王宏禹,《随机数字信号处理》,科学出版社,北京,1998。

4. 肖明耀,《误差理论与应用》,计量出版社,北京,1985。

 

 

撰写人:欧吉坤(中国科学院测量与地球物理研究所)

撰写日期:2002年11月

修改人:于湘伟(中国科学院研究生院)

修改日期:2007年11月


大纲编号:S0070801ZJ015

岩石物理学基础

Rock Physics

课程编号:S070801ZJ015     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:普通地质学,岩石学

教学目的和要求:

本课程为固体地球物理学、构造地质学、岩土工程和地质工程等专业研究生的专业基础课,同时也可作为其它相关专业研究生的选修课。

岩石是构成地球的最基本的材料,研究地球上的诸多现象和过程,以及有关地球资源、环境和灾害等问题时,都离不开对岩石物理性质的理解和认识。本课程主要讲述岩石物理学的基本实验事实和基础理论,希望学生能够在了解有关岩石物理学的基本原理、方法的基础上,掌握如何利用岩石物理学方法解决实际地学问题。

 

内容提要:

 

第一部分  基础篇

第一章      岩石

地球上的岩石和矿物,岩石的分类,岩石的特点

第二章      岩石的力学性质

应力与应变,本构方程,岩石的断裂、摩擦和滑动,岩石的强度

第三章      岩石的弹性

二相体的弹性,岩石中波的传播和衰减,流体静压下岩石中裂纹、孔洞等对弹性的影响,理论解释

第四章      岩石的输运特性

岩石(体)的孔隙结构,岩石的渗透率,流体输运模型

第五章      岩石的热学、电学与磁学性质

岩石的比热与热导率,岩石的电性,岩石的磁性

 

第二部分  实验篇

第六章      岩石物性测量实验技术

岩石实验装置的基本组成,加温加压实验技术,常用的高温高压实验装置

第七章      岩石变形实验

各类岩石力学实验,岩石的蠕变与松弛

第八章      岩石弹性和电性的测量

岩石弹性波速的测量,岩石声发射的测量,岩石电导率的测量

第九章      岩石其它物性参数的测量

岩石的密度、孔隙度、含水量等的测量

 

第三部分  应用篇

第一〇章             岩石物性研究结果与应用

应用一,应用二,应用三

 

教材与主要参考书:

1.       陈顒等著,岩石物理学,北京大学出版社,2001

2.       陈顒等著,地壳岩石的力学性能—理论与实际,地震出版社,1986

3.       Schreiber Edward, Anderson Orson L., Soga Naohiro. Elastic constants and their measurement, McGraw-Hill Book Company (New York), 1973

4.       托鲁基安(美)等著,单家增等译,岩石与矿物的物理性质,石油工业出版社,1990

5.       Mavko G., et al. The rock physics handbook, tools for seismic analysis in porous media. Cambridge University Press, 1998

6.       多尔特曼(苏)主编,蒋宏耀等译,岩石和矿物的物理性质,科学出版社,1985

7.       蔡美峰主编,岩石力学与工程,科学出版社,2002

8.       刘雄著,岩石流变学概论,地质出版社,1994

9.       谢鸿森著,地球深部物质科学导论,科学出版社,1997

10.   Timoshenko S. P. and Goodier J. N., Theory of Elasticity (Third Edition), 清华大学出版社,2004

11.   Anderson D. L., New Theory of the Earth, Cambridge University Press, 2007

 

 

撰写人:马麦宁(中国科学院研究生院)

撰写日期:2008年06月


大纲编号:S0070801ZJ016

重力学与固体潮

Gravity and Earth tides

课程编号:S070801ZJ016     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、普通物理

教学目的和要求:

本课程为大地测量与测量工程专业研究生的专业基础课。同时,它也可做为固体地球物理专业的专业基础课或选修课。

作为固体地球物理学的重要分支,本课程主要介绍重力学与固体潮主要理论、研究方法、重力学与大地测量学及地球形状研究的关系。从动力学的角度阐述地球重力 场与固体潮研究在了解地球的整体和局部运动、地球内部构造及动力过程的作用和最新研究成果。

通过本课程学习使学生系统了解重力学与固体潮基本理论与方法,以及与地球物理学、特别是地球动力学交叉和渗透研究内容,并了解国际上该领域的最新进展和前 沿。

 

内容提要:

第一章 概论

地球内部结构、板块构造、地球弹性与非弹性形变、发展简史

第二章 地球重力场与地球形状

重力场理论、重力场的时空结构、重力场与地球内部结构、重力场与地球动力学

第三章 重力异常与大地水准面高度

大地水准面高度、垂线偏差、重力校正、水准面异常与地球内部构造

第三章 重力异常的正、反演问题

空间域正演、波数域正演、质量异常反演、薄层问题

第四章 地壳运动

现今板块运动、地壳形变、断层运动、断层、位错、地壳运动的大地测量反演

第五章 岩石圈和地幔动力学

岩石圈均衡与挠曲、动力大地水准面、冰后回弹、地幔流变、地幔动力学

第六章 固体潮

固体潮及有关的地球物理现象、起潮力及起潮力位、拉普拉斯三种潮

第七章 固体潮与地球弹性特征

勒夫数、志田数、重力固体潮、地倾斜固体潮、固体潮理论模型与地球内部动力学

 

教材与主要参考书:

1.吴庆鹏,重力学与固体潮,地震出版社1997。
2. Wahr, J. Geodesy and Gravity, Samizdat Press, 2002.
3. Melchior, P. T, The tides of the Planet Earth, Pergamon Press, 1978.
4. Watts, A.B., Isostasy and Flexure of Lithosphere, Cambridge, 2001

 

                                撰写人:叶正仁(中国科学院地质与地球物理研究所,)

撰写日期:


大纲编号:S0070801ZJ017

地球科学学术交流实践

Practice of Academic Communications in Earth Sciences

课程编号:S070801ZJ017     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、普通物理、一般计算机应用、普通地球科学基础、基础英语

教学目的和要求:

   本课程主要通过实践的方式, 为地球科学方面的研究生提供地球科学方面的科学研究、科技写作、学术交流、国际合作等方面的准备性、背景性知识,希望能够通过本课程使学生熟悉科技文献的 查阅和引用、论文写作、项目申请、学术报告、参加国际学术会议、与国际学术组织合作等方面的基本要求和技术。教学采用授课、讲座和讨论相结合的方式,突出 学生参与的实践活动。本课程部分采用英语授课。

 

内容提要:

科技文献的阅读和引用

1 科技文献,网络和纸介质科技信息资源

2 实习: 参考文献的引用和查阅, 引言的撰写

科技论文的写作

3 地学英语科技论文的写作

4 实习:摘要、结论的写作

参加国际学术讨论会

5 国际学术讨论会

6 实习:PowerPoint文件制作、学术报告、张贴展示(poster)的制作

7 国际学术组织、国际科技合作

8 实习:国际学术组织的工作会议的组织,工作会议纪要的起草

科技期刊

9 科技期刊简介

10 实习:科技期刊的审稿、修改、编辑、校对

科技计划

11 科技计划的编写、申报、组织、实施、总结

12 实习:科技计划的写作

13 讲座: 科技发展战略、科技政策、科技管理

14 读书报告:地球科学研究的方法和艺术

与地球科学有关的合作

15 合作在地球科学中的作用、跨学科合作、国际合作实例

16 实习:RimSim模拟谈判实践

七 科学的社会理解

17 与政府机构、社会公众、新闻媒体合作

18 实习:科普作品的写作

19 读书报告:科学工作者的行为规范和科学技术的社会责任

 

教材:

 

主要参考书:

英文文献、网上信息

 

撰写人: 吴忠良(中国地震局地球物理所)

撰写日期:


大纲编号:S0070801ZJ018

构造物理学基础

  Foundation of Tectonophysics

课程编号:S070801ZJ018     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、离散数学

教学目的和要求:

   本课程为固体地球物理学和构造地质学专业研究生的专业基础课,也可作为大地构造物理、地球动力学等研究方向的学生的选修课。

    课程内容包括岩石的脆性破裂和摩擦、岩石的蠕变、褶皱力学、断层力学、构造应力场的解析等;

通过学习,使学生了解构造物理学的基本理论、实验方法、最新研究成果和研究动态以及研究结果的应用价值。

 

内容提要:

第一章 预备知识

应力,应变,应变率,主应力,主应变,莫尔圆,岩石典型本构关系,岩石变形的时间效应

第二章        岩石的脆性破裂
相关理论概念: Griffith 理论,破裂力学,裂纹模型,宏观破裂准则

岩石强度的实验研究:宏观破裂强度,破裂能量,尺度、围压、温度、应变率、孔隙压等对岩石强度的影响

脆-延性转换:一般准则,压力、温度影响

第三章        岩石摩擦
理论概念:摩擦的粘附理论,弹性接触理论,其它的摩擦性相互作用

摩擦的实验观测结果:拜尔定律及应用,影响摩擦的其它因素

粘滑与稳滑:速率和状态变量摩擦定律,摩擦的滑动域,粘滑的动力学

第四章        岩石的蠕变
微观物理学研究方法及结果

岩石和矿物的蠕变——实验室结果

弹性-理想塑性性质

流变学模型及其微分形式的本构关系

第五章        褶皱力学

弹性褶皱力学

粘性褶皱力学

第六章        断层力学

力学框架:安德森断层体系,Hubbert-Rubey 推覆断层理论,地壳中的应力、断层活化和摩擦

断层的形成和增长:断层的形成问题,断层的生长和发展,断层相互作用

断层岩石和结构:断层岩石和变形力学

断层的强度和流变性:流变模型,深部剪切带,断层的热力学效应

断层非均匀性的力学影响

断层动力学:动态能量平衡,剪切破裂的动态传播

第七章      构造应力场解析

应力场类型,数值方法及在应力场的估计中的应用

 

教材:

1.Scholz, CH.,《The mechanics of earthquakes and faulting》,Cambridge   University Press,Cambridge, UK,2002

2. 马 瑾,构造物理学概论,地震出版社,北京,1987

 

主要参考书:

 

撰写人:马胜利(中国地震局地质研究所)

撰写日期:


大纲编号:S0070801ZJ019

抗震工程导论

Introduction to Aseismic Engineering

课程编号:S070801ZJ019     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:地震学、高等数学

教学目的和要求:

   本课程为土木工程学科及地质资源与地质工程学科研究生的学科基础课,也可作为地震工程学、结构抗震及固体地球物理学等专业研究生的专业基础课。抗震工程融 合了强震地震学、工程地震和结构抗震等研究领域的理论与应用,是研究近场地震动规律、工程结构地震反应和抗震设计、减灾理论的科学。

通过本课程的学习,学生将掌握抗震工程的基本发展规律,了解国际抗震工程的新进展以及当前尚存在的主要问题,使学生掌握抗震工程学的基本原理和方法,同 时,也将拓展学生的视野,提高分析研究的能力。

 

内容提要:

第一章 概论
抗震工程的基本内容、特点与其他学科的关系。
第二章 基础知识
1. 地震学基础
2. 随机振动与谱分析基础
3. 地震区划与地震小区划
4. 地震活动性分析与危险性分析
第三章 地震动特性
1. 地震动的测量、地震动的随机过程描述
2. 地震动特性
3. 地震动反应谱
4. 影响地震动特性的因素
5. 人造地震动的一般方法
第四章 结构地震反应分析
1. 动力方程的建立
2. 分析方法(时域、频域、振型迭加)
3. 反应谱理论
4. 土结相互作用
5. 地震反应分析的实用性
第五章 土体地震反应与地基抗震
1. 土动力性能
2. 沙土液化
3. 地基地震反应
4. 土坝与边坡的地震反应
5. 桩基地震反应
第六章 结构与地基实际地震反应及其观测
1. 几次近代大地震中结构反应的宏观经验
2. 结构与地基地震反应记录及其分析
3. 结构强震观测结果的重要作用
第七章 结构抗震设计
1. 结构抗震设计理论的发展历史
2. 抗震设计标准与原则
3. 地震作用和结构抗震验算
4. 各类工程抗震设计特点
5. 建筑的抗震鉴定
6. 建筑的抗震加固技术
7. 结构抗震实验
8. 结构抗震设计规范的介绍

 

教材与主要参考书:

1. 胡聿贤 著,《地震工程学》,地震出版社,北京,1988。

2. 沈聚敏等编著,《抗震工程学》,中国建筑工业出版社,北京,2000。

3. Earthquake Engineering Hand Book, Edited by Wai-Fah Chen and Charles Scawthorn, CRC Press, 2002.

 

 

 

 

撰写人:章文波(中国科学院研究生院)

撰写日期:2005年12月


大纲编号:S0070801ZJ020

地学中的数理方程与数值方法

Mathematical and Physical Equations in Earth Sciences

and the Corresponding Arithmetic

课程编号:S070801ZJ020     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:多元微积分,线性代数

教学目的和要求:

本课程是固体地球物理学和大气科学各专业研究生的学科基础课,物理海洋学和自然地理学研究生的专业基础课,同时也可作为地球科学其他专业研究生的选修课。

本课程主要讲授几类基本的数学物理方程,由浅入深,使学生学会运用基本知识的能力,同时结合地球科学的实际需要,将着重介绍球面(包含椭球面)上处理方程问题的方法,系统地引入球谐级数理论。除进行理论讲授外,还将针对微分方程计算问题介绍差分方法以及有限元初步。

本课程根据地球科学研究生数理基础实际和未来科学研究需求设置,低起点、大跨度、多侧面地学习数学物理微分方程理论和解法,培养学生分析解决科学计算中遇到的偏微分方程的定解问题的能力。

 

内容提要:

第一章 波动方程

介绍多维波动方程的初始问题的积分解法以及相应的物理特征;分离变量法与初边值问题的求解方法;守恒律与适定性理论。

第二章 热传导方程

Fourier变换简介;一维与多维对流方程的初始问题的解法;初边值问题的分离变量方法;反应扩散方程简介;极值原理与定解理论。

第三章 Poisson方程

Green公式与极值原理;边值问题的适定性理论;Green函数与解的积分表示;球面边界情况下的Green函数的表达式;强极值原理与斜微商问题;分离变量方法与Laplace算子本征值问题。

第四章 球谐级数与球界面下边值问题的解法

Legendre函数与连带Legendre函数;正交性与球谐函数;球面上一般函数的球谐展开;(外)边值问题的球谐级数解法;第二类Legendre函数与椭球谐级数;椭球界面下边值问题的解法。

第五章 二阶线性偏微分方程的分类

特征线(面)的性质;方程的分类。

第六章 带时间变量方程的差分方法

差分与差分算子;方程的差分表示与相关精度的判定;常见的差分格式;收敛性与计算的稳定性。

第七章 Poisson方程的差分解法

差分格式与平均值定理;差分计算的稳定性与收敛性;一般算法。

第八章 位势理论与积分方程

单层势与双层势;在边界上位势积分的性质;Fredholm积分方程与迭代方法;调和方程的位势方法。

第九章 变分方法初步

能量极小化原理与Euler方程;广义函数与Sobolev空间初步;Poisson方程边值问题与对应的变分方法;Galerkin方法;有限元方法与有限逼近思想。

 

教材:

1. 复旦大学数学系,《数学物理方程》,人民教育出版社,北京.

2. 薛兴恒,《数学物理偏微分方程》,394页,中国科学技术大学出版社,合肥,1995.

3. Heath, M. T., Scientific Computing: An Introductory Survey, Second Edition, 563p, 清华大学出版社,  McGraw -Hill Com. Inc., 2002.

4. 马石庄, 《偏微分方程与科学计算导论》,中国科学院研究生院讲义, 北京,2002.

 

主要参考书:

1. 谢鸿政,杨枫林,《数学物理方程》,317页,科学出版社,北京,2001。

2. Ockendon, J., Howison, S., Lacey, A., and Movchan, A., Applied Partial Differential Equations, 424p, Cambridge University Press, Cambridge , 1996.

3. 党诵诗,《物理大地测量中的数学物理方法》,测绘出版社,北京.

 

 

 

撰写人:于锦海(中国科学院研究生院)

撰写日期:


大纲编号:S0070801ZJ021

理论地震学基础

Foundations of Theoretical Seismology

课程编号:S070801ZJ021     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、复变函数、数学物理方程、弹性力学

教学目的和要求:

   本课程基于弹性动力学理论,讲授理论地震学的定量分析方法和基本理论。主要目的是通过对近现代地震学经典研究工作的学习,使学生对理论地震学有较为深入的 认识,系统掌握理论地震学的基本概念和分析方法,学会从最基本的物理原理出发,运用数学手段,解决地震学问题。并通过学期论文,培养学生的调研和研究能 力,为进一步从事研究工作打下坚实的基础。

 

内容提要:

第一章、弹性动力学的基本定理
§1 预备知识
§2 应变和应力
§3 弹性动力学基本公式
§4 弹性动力学互易定理
§5 弹性动力学系统的Green函数
§6 弹性动力学表示定理(位移表示定理)
第二章、震源表示理论
§1 震源表示定理
§2 等效体力及其基本性质
§3 地震矩张量
第三章、无限介质中的Green函数
§1 Lamé定理
§2 波动方程的解
§3 基于Lamé定理求解无限介质中的Green函数
§4 基本解的性质
§5 无限均匀介质中的双力偶解
§6* 基于基函数展开法求解无限介质中的Green函数
第四章、半无限介质中的Green函数
§1 Cagnaird-de Hoop方法
§2 基于Cagnaird-de Hoop方法求解半无限介质中的Green函数
§3* 基于基函数展开法求解半无限介质中的Green函数
第五章、平行层状介质中的Green函数
§1 基本方程、边界条件和一般解
§2 广义R/T系数
§3 待定系数的求解
§4 震源项的表达
§5 问题的解
§6 与数值计算有关的几个问题
第六章、面波理论简介
§1 面波的基本性质——频散
§2 数学物理方法中的本征值问题
§3 面波简正振型
§4 面波的激发理论简介
第七章、球状地球介质中的地震波问题简介
§1 球状地球介质的简正振型
§2 球状地球介质中的地震波激发问题简介

 

教材:

Aki, K. and P. Richards, 2002. Quantitative seismology, 2nd ed., University Science Books, Sausalito, California.

 

主要参考书:

1. 傅淑芳、朱仁益,1997,《高等地震学》,地震出版社,北京。

2. Lay, T. and Wallace, T. C., 1995. Modern global seismology, Academic Press, New York.

3. Ben-Menahem, A. and S. Singh, 1981. Seismic wave and sources, Springer, Berlin.

4.  Pujol, J., 2003. Elastic wave propagation and generation in seismology, Cambridge University Press, Cambridge.

5. Chapman, C., 2004. Fundamentals of seismic wave propagation, Cambridge University Press, Cambridge.

 

 

 

撰写人:张海明(中国科学院研究生院)

撰写日期:

 


大纲编号:S0070801ZY001

数字地震学

Digital broadband Seismology

课程编号:S070801ZY001     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:普通物理、高等数学(工程类)、计算机基础

教学目的和要求:

   本课程为固体地球物理学专业研究生的专业课。本课程主要介绍数字化时代以宽频带、大动态为主要特征的现代地震学的基本概念、基本 知识及其在地球物理学和地质学研究中的应用。   

学生也可通过此课程获得现代地震学方面的基本知识,并对地震学和地球物理学研究的近期进展有所了解。

 

内容提要:

第一章 发展中的数字地震学   

模拟记录地震观测100年(1875-1974);全球数字地震台网的发展(1975至今);数字地震学研究的发展概况及趋向。

第二章 数字地震记录的基本概念   

数字地震记录的产生;数字地震记录的压缩;数字地震信号的频谱分析;数字滤波器;地震观测系统仿真和地面运动的恢复。

第三章 数字地震学中的震相分析和地球内部结构   

数字震相分析;数字地震台网、地震剖面、地震台阵;地球内部的地震学性质与地球动力学。

第四章 数字地震学中的新“震相”   

横波分裂;希尔伯特变换与半经典射线;地震破裂起始;近震源强地面运动。

第五章 数字地震学中的地震震源研究   

地震矩张量;震源时间函数;震源过程的数字地震成像;震源谱、宽频带地震辐射能量。

讲座   

数字地震仪;数字地震信号的传输讲座;数字地震仪;数字地震信号的传输。

 

教材:

   陈运泰等,《数字地震学》,地震出版社,北京,2000。

 

主要参考书:

Scherbaum, F., Of Poles and Zeros: Fundamentals of Digital Seismology, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1996.

 

撰写人:陈运泰(中国地震局地球物理所)
        吴忠良(中国地震局地球物理所)

撰写日期:2001年07月


大纲编号:S0070801ZY002

综合地震图理论及应用

Theory and Application of Synthetic Seismograms in Seismology

课程编号:S070801ZY002     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:地震学、弹性力学、数学物理方法

教学目的和要求:

   本课程为固体地球物理学专业研究生的专业课。人工或天然地震的记录资料包含了丰富的有关地震震源和地球内部物质结构,组成的信息。综合地震图是解释地震记 录资料,从中获取有关震源和地球内部结构、组成信息的有力工具。本课程要求掌握几种基本的、有广泛应用前景的近场地震图,不同震中距离范围体波和面波地震 图的计算方法,特别是如何根据地震波的波形资料,采用波形拟合和反演,研究地震震源过程和地球内部结构的途径。

 

内容提要:

第一章 地震震源的表示方式   

圆柱坐标系内波动议程的通解;震源函为数的一般表达式;爆炸点源、垂直集中力和水平集中力;力偶的震源系数;剪切位错点源的震源系数;用地震矩张量表示地 震震源时的震源系数。

第二章 广义反射、透身系数矩阵方法   

位移势函数矢量和位移应力矢量;地震波在自由表面上的反射系数矩阵和接收函数矩阵;地震波在两种固体分界面上的反射、透射系数矩阵;多层介质情况下地震波 的广义反射、透射系数矩阵。

第三章 横向均匀介质模型的近场综合地震图   

广义反射、透射系数矩阵和离散波数方法;不同深度点源的解答;波数积分;Filon 方法在波数积分中应用。

第四章 近场综合地震图的应用   

用近场地震记录资料研究天然地震的震源过程;震源性质对近场加速度谱高频截止频率Fmax的影响;近场强地面运动参数预测问题。

第五章 广义射线理论   

广义射线的积分表达式;广义射线的积分解-高频渐近解;广义射线的积分解-精确解;远场体波的综合地震图计算;上地幔范围体波综合地震图计算;区域地震范 围Pnt波综合地震;根据体波波形资料反演中强地震矩张量解的方法。

第六章 复杂构造模型中的广义射线方法   

线源的广义射线解;二维倾斜模型中广义射线的近似解;复杂构造模型中点源广义射线的近似解;共炮点和VSP全成地震记录剖面。

第八章        WKBJ方法   

WKBJ综合地震图计算;利用SS波和PP波资料研究上地幔结构。

第九章        面波和全波综合地震图计算   

简正振型理论;锁定振型理论。

 

教材:

   姚振兴,《综合地震图理论及应用》,中国科学院研究生院讲义,北京,1996。

 

主要参考书:

K. AKL, Richards, P. G.(钦祖译),《定量地震学》,地震出版社,北京,1986。

 

 

 

撰写人:姚振兴(中国科学院地质与地球物理所)

撰写日期:2001年07月


大纲编号:S0070801ZY003

工程地震学

Engineering Earthquake

课程编号:S070801ZY003     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:地震地质(构造地质)、地震学等

教学目的和要求:

本课程属应用科学,是边缘科学,主要研究地震对工程建设设施的影响。

使学生掌握工程地震中的地震地质、地震危险性分析和地震小区划的基本原理和工作方法,为直接服务工程建设打下基础。

 

内容提要:

(一)工程地震概述(由来、发展、与其他学科的关系)

(二)地震区划

 1含义、研究内容、简史

 2地震区划图类型 和中国地震区划

 3发展方向

(三)工程地震学中的地质问题

 1地位和作用

 2区域和近场地震构造调查

 3能动断层调查

 4地震构造区及其最大潜在地震确定

 5潜在震源区确定标志和潜在震源区划分  

 (四)地震活动分析和地震危险分析  

 1研究内容和方法

 2研究所需基础资料和基础图件 

 3地震趋势分析和地震带地震活动性参数确定 

 4潜在震源区空间分布函数确定             

 5地震危险性分析与计算和地震概率模型研究   

 6确定性地震危险性分析

(五)地震小区划

 1地震动                                 

 2场地特征 和场地地震反应

 3地震地质灾害工程评价                    

 4工程设计参数确定

 (六)不同类型建筑物地震灾害的对策研究

 

教材:

   地震工程  (讲义)

 

 

主要参考书:

1. 胡聿贤主编,地震安全性评价技术教程,地震出版社(1999年)  

2. 蒋溥,戴丽思,工程地震学概论,地震出版社(1993年)

3. 胡聿贤,地震工程学,地震出版社(1990年)

4. 蒋溥, 地震小区划概论, 地震出版社(1990年)

5. 国家地震局,中国地震烈度区划图概论,地震出版社(1996年)

6. 时振梁,张裕明等,核工程地震安全性评价方法的研究,地震出版社(1995年)

 

 

撰写人:董瑞树,张裕明(中国地震局地质研究所)

撰写日期:2004年11月


大纲编号:S0070801ZY004

物理大地测量学基础

Introduction of physical Geodecy

课程编号:S070801ZY004     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、大地测量学、重力学

教学目的和要求:

本课程为大地测量学与测量工程专业硕士和博士研究生的专业基础课,也可作为地球物理学各学科专业、天文学、大气海洋学、遥感科学、以及其它相关专业或边缘专业研究生的学科基础课或选修课。

物理大地测量学研究用数学、物理(重力)方法确定地球形状及其外部重力场的理论与方法,是构成现代大地测量学科体系的重要支柱。物理大地测量学与空间技术、地球物理学、地球动力学、地质学等学科有着密切的联系。它为计算人造地球卫星和远程弹道导弹等空间飞行器的运行轨道,提供精确的地球形状及其外部重力场的数据;还为地球物理学和地质学提供有关地球内部构造和局部特征的信息。随着空间测量技术的迅速发展,赋予了物理大地测量学新的内涵,使之能在更深层次上参与解决地球科学以及空间科学面临的重大科学问题。

通过本课程的学习,使学生系统理解物理大地测量基本理论,掌握地球外部重力场确定的理论和方法,了解重力场现代理论与方法、以及与其他学科交叉和渗透研究内容,并了解国际上该领域研究的最新进展和前沿问题。为进一步研究地球重力场及相关地球科学问题打下坚实的基础。

 

内容提要:

第一章  引论与概述

物理大地测量学的基本概念、发展简史;物理大地测量学有关问题的研究介绍;地球重力场探测技术概述;物理大地测量学研究方法。

第二章  位论基础

引力和位;几种简单形体的引力和引力位;高斯和格林的积分公式及应用;司托克斯理论和底律希勒原理;球坐标和椭球坐标的拉普拉斯方程式;边值问题。

第三章  地球重力场

重力场;水准面和铅垂线;地球引力位;椭球水准面的重力场;地球正常重力场;大地水准面起伏和垂线偏差;扰动位的球谐函数展开;重力异常;司托克斯问题及司托克斯公式;范宁梅尼兹公式;重力的垂直梯度。

第四章  重力测量和重力归算

绝对重力测量;相对重力测量;海洋和航空重力测量;重力参考系统;重力异常的推估;重力归算;地形改正;均衡理论。

第五章  地球外部重力场及大地水准面的确定

地球外部重力异常及重力扰动;地球外部重力场的延拓;重力异常的协方差函数;协方差函数的球谐函数展开式;最小二乘配置;司托克斯和范宁梅尼兹核函数的改化;从重力异常计算大地水准面起伏的精度;高程的相关性。

第六章  地球形状的确定

地球形状与似大地水准面;莫洛金斯基问题;线性积分方程及其解;莫洛金斯基解法的几何解释;现代理论中的重力归算。

第七章  确定地球重力场的大地测量方法

由轨道摄动求定位系数;卫星跟踪卫星技术反演重力场;卫星测高基本原理;卫星测高资料解算海洋重力场;卫星重力梯度测量;梯度值的向下延拓;GPS/水准确定大地水准面。

第八章  地球重力位模型

地球重力位的椭球谐展开;全球地球重力位模型;构建区域重力位模型的方法;均衡重力位模型;最新模型成果。

 

教材和主要参考书:

1. W.A.海斯卡涅,H.莫里兹,《物理大地测量》(卢福康,胡国理译),测绘出版社,北京,1984.

2. 郭俊义,《物理大地测量学基础》,武汉测绘科技大学出版社,武汉,1994.

4. 管泽霖、宁津生,《地球形状及外部重力场》,测绘出版社,北京,1981.

5. 胡明城、鲁福,《现代大地测量学》,测绘出版社,北京,1994.

6. 党涌诗,《物理大地测量的数学基础》,测绘出版社,北京,1988.

 

 

撰写人:许厚泽、陆洋(中国科学院测量与地球物理研究所)

                         撰写日期:


大纲编号:S0070801ZY005

现代大地测量学

Modern Geodesy

课程编号:S070801ZY005     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、普通物理

教学目的和要求:

本课程为大地测量学与测量工程专业研究生的专业基础课,也可作为固体地球物理专业研究生的选修课。

本课程系统学习大地测量的基本概念与理论,学习现代大地测量技术的原理与方法。

本课程让研究生系统了解现代大地测量的基本理论和方法,以及大地测量在地球科学中的地位,重点培养学生从整体着眼分析和解决相关问题的能力。

内容提要:

第一章 绪论
大地测量发展过程概述;现代大地测量学的形成;我国大地测量的现状;现代大地测量的任务和发展趋势;大地测量在地球科学中的地位和作用
第二章 几何大地测量
大地天文测量;水平角观测和距离测量;水准测量;三角高程测量;高程系统
第三章 物理大地测量
概论;地球重力场;重力测量和归算;大地水准面; 司托克斯问题及解算
第四章 空间大地测量
概论;空间大地测量的原理和方法,VLBI;SLR;GPS
第五章 大地测量的数据处理方法
测量平差原理;大地网的概算;控制网平差方法;大地网联合解算方法
第六章 动态大地测量
板块运动;地壳运动监测;重力场变化监测;大地测量反演原理和方法
第七章 大地测量在社会发展和地球科学中的作用
在经济和国防中的重要作用;在减灾和防灾中的作用;在当代地球科学研究中的作用

 

教材和主要参考书:

1.胡明城、鲁 福 ,《现代大地测量学》(上、下),北京:测绘出版社,上册 1993,下册,1994。

2.陈 健、晁定波,《椭球大地测量学》,北京:测绘出版社,1989。

3.陈 健、薄志鹏,《应用大地测量学》,北京:测绘出版社,1989。

4.Günter Seeber,Satellite Geodesy,Berlin :Walter de Gruyter,1993。

 

撰写人:顾国华(中国地震局分析预报中心)

撰写日期:


大纲编号:S0070801ZY006

地球物理进展

Advances in Geophysics

课程编号:S070801ZY024     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、离散数学

教学目的和要求:

   本课程为固体地球物理学专业研究生的专业课。本课程根据当前国内外研究前沿,分专题向学生介绍固体地球物理方面的最新研究动态和方向。

 

内容提要:

第一章 岩石圈构造与地球动力学   

第二章 地壳应力场研究进展   

第三章 地震层析成像   

第四章 震源理论研究进展   

第五章 活断层研究进展   

第六章 岩石物理学进展   

第七章 地震矩张量及其反演   

第八章 地幔对流研究进展   

第九章 地震区划及其进展   

第十章 地震预测与震害预测

 

教材:

  

 

主要参考书:

Dziewonski, A., Boschi, E.(eds.), Physics of the Earth's Interior,North-Holland Pub. Com., Amsterdam, 1980.

 

撰写人:陈运泰(中国地震局地球物理所)

撰写日期:2001年07月


大纲编号:S0070801TL001

地球内部物理前沿问题讨论班

Frontier Topics of  Physics of Earth’s Interior

 

课程编号:S070801TL001     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:地球物理基础,地球内部物理

教学目的和要求:

    本讨论班是为地球内部物理学及其相关专业研究生开设的提高班。在掌握了地球内部物理学基本概念和基本研究方法后,通过对近年来地球内部物理前沿进展的自主讨论学习,使学生对该学科前沿研究领域的某些方面有比较深入地了解和掌握。

 

内容提要:

一、 地球内部结构的约束

二、 地球内部的环境,如物理环境和化学环境;高温高压实验介绍

三、 地球内部的候选物质成分

四、 地球介质的电磁性质,如大地电磁专题和实验室电导率专题

五、 水对地球物质物理和化学成分的影响

六、 其他地球物理内部物理前沿问题

 

教材:

 

 

主要参考书:

  

 

撰写人:王多君(中国科学院研究生院)

撰写日期:


大纲编号:S0070801TL002

现代物探方法技术

Advances in Geophysical Exploration

课程编号:S070801TL002     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:现代应用地球物理学,普通地质学

教学目的和要求:

   本讨论班是为地球物理学、地质资源与地质工程等相关专业研究生开设的提高班。在同学们掌握了现代应用地球物理学基本概念和物探方法基本原理基础上,通过对 近年来物探新方法、新技术前沿进展的自主讨论学习,使其能够对该学科前沿领域的某些方面有比较深入地了解和掌握。

 

内容提要:

一、常规物探方法基本原理,包括仪器、观测方法、数据处理、资料解释等。
二、油气物探新方法与新技术,包括地震方法技术与非地震物探方法技术。
三、固体矿产物探新方法与新技术,包括电磁测量技术、航空物探技术、地下物探技术。
四、工程物探新方法与新技术,包括环境、水文、工程物探,考古与文物保护物探技术。
五、遥感找矿技术、深部找矿技术、三维可视化技术。
六、其它物探前沿问题。

 

教材:

 

主要参考书:

  

 

撰写人:张健(中国科学院研究生院)

撰写日期:


大纲编号:S0070801TL003

地学反演讨论班

Frontier Topics of inversion theory for geoscience

课程编号:S070801TL003     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:地球反演导论

教学目的和要求:

   本讨论班是为地学及其相关专业研究生开设的提高班。在同学们掌握了地学反演基本概念和相关数值技术后,通过对近年来地学反演前沿进展的自主讨论学习,使其 能够对该学科前沿研究领域的某些方面有比较深入地了解和掌握。

 

内容提要:

一、 SVD方法的新进展;
二、 正则化方法新进展;
三、 线性反问题迭代方法进展
四、 全局搜索方法的最新进展,主要基于Monte Carlo技术展开
五、 反演技术在地学各专业方法的应用

 

教材:

 

主要参考书:

  

 

撰写人:周元泽(中国科学院研究生院)

撰写日期:


大纲编号:S0070801TL004

岩石物理学前沿讨论班

Frontier Topics of Rock Physics

课程编号:S070801TL004     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:岩石物理学

教学目的和要求:

   本讨论班是为与岩石物理学研究有关的专业研究生开设的提高班,首先介绍岩石物理学研究的新技术、新方法和国内外的岩石物性研究实验室,然后和同学们一起探 讨影响岩石物性的主要因素和岩石物理学研究新进展,使同学们能够对岩石物理学前沿研究领域的某些方面有比较深入地了解和掌握。

 

内容提要:

一、岩石物理学研究的新技术、新方法。
二、国内外岩石物性实验室介绍。
三、影响岩石物性的主要因素。
四、岩石物理学研究新进展。

 

教材:

  

 

主要参考书:

 

 

撰写人:马麦宁(中国科学院研究生院)

撰写日期:


大纲编号:S0070801TL005

板块构造前沿问题讨论班

Frontier Topics of Plate Tectonics Seminar

课程编号:S070801TL005     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:地球物理学基础,或者地球动力学

教学目的和要求:

   本讨论班是为地球物理学及其相关专业研究生开设的提高班。在同学们掌握了地球物理学基本概念和地球动力学问题的基本研究方法后,通过对近年来板块构造前沿 进展的自主讨论学习,使其能够对该学科的有关前沿研究领域有一定程度的了解和掌握。

 

内容提要:

一、全球板块边界:洋中脊、转换断层与俯冲带等等;
二、全球板块运动模型,包括板块相对运动与板块绝对运动的建立;
三、全球板块运动的驱动力研究;
四、全球板块运动与地震分布;
五:板缘地震与板内地震。

 

教材:

  

主要参考书:

 

 

撰写人:魏东平(中国科学院研究生院)

撰写日期:


大纲编号:S0070801TL006

地震安评中的地震学

Selected Topics of Seismology in Seismic Hazard Analysis and Assessment

课程编号:S070801TL006     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:地震危险性分析与安全性评价,地球物理基础

教学目的和要求:

本讨论班是为地震工程学和地震学及其相关专业研究生开设的提高班。在掌握了地震危险性分析与安全性评价的基本概念、原理和研究方法后,通过对近年来地震学 前沿领域研究进展的文献阅读和课堂讨论,使学生能够了解地震学的研究现状,追踪该领域的最新进展,进而思考和探索如何更为科学合理地将地震学的研究成果应 用于地震安评研究工作中。

 

内容提要:

一、强震地震学的发展及其主要研究内容
二、震源物理的研究
三、地震动衰减规律的研究
四、场地效应对地震动影响的研究
五、近场强地面运动的估计

 

教材:

 

主要参考书:

 

撰写人:章文波(中国科学院研究生院)

撰写日期:


大纲编号:S0070801TL007

地震灾害分析:机遇与挑战

Earthquake Hazard Mitigation:New Directions and Opportunities

课程编号:S070801TL007     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:地球物理基础,地震学,普通地质学

教学目的和要求:

   本课程是为地震学,工程地质学及其相关专业研究生开设的高级讨论课。选课学生在对地球物理学,地震学和地质学基础掌握的基础上,进一步对地震灾害的方法和 原理作系统化的深入了解,掌握模型分析中的必要参数和其物理意义。课程采用Seminar的方式,使学生对该学科前沿研究领域的重要进展有较深入的认识。

 

内容提要:

一、 活动断层运动的几何和力学性质
二、 地震活动性分析
三、 概率地震危险性分析原理
四、 强地面运动:观测和模拟 (Physics-Based Ground Motion Prediction)
五、 什么是NGA(Next Generation Attenuation Relation)?NGA的意义
六、 模型不确定性分析
七、 未来研究方向和面临的挑战

 

教材:

  

主要参考书:

  

撰写人:史保平(中国科学院研究生院)

撰写日期:


大纲编号:S0070801TL008

构造物理学前沿问题讨论班

Frontier Topics of Tectonophysics Seminar

课程编号:S070801TL008     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:构造物理学基础,地球动力学

教学目的和要求:

   本讨论班是为构造物理学及其相关专业研究生开设的提高班。在同学们掌握了构造物理学基本概念和基本方法后,通过对近年来构造物理前沿进展的自主讨论学习,使其能够对该学科前沿研究领域的某些方面有比较深入地了解和掌握。

 

内容提要:

一、岩石圈条件下的岩石力学

二、岩石圈的温压结构

三、岩石圈的物性结构

四、岩石圈的流变结构

五、岩石圈中的应力应变状态

六、岩石圈动力学

七、断层静、动力学

八、其它构造物理前沿问题

 

教材:

  

主要参考书:

  

撰写人:魏荣强(中国科学院研究生院)

撰写日期:2010年6月


大纲编号:S0070801TL009

地球物理学经典文献阅读讨论班

Classic Literature Reading in Solid Geophysics

课程编号:S070801TL009     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:地球物理学基础,或者地球动力学

教学目的和要求:

   本讨论班是为地球物理学及其相关专业研究生开设的,通过阅读一些比较经典的地球物理文献,透过这些文献与该领域历史上的相关领军人物进行对话,了解他们对于地球物理学基本概念等的深刻理解。

 

内容提要:

一、地震学;

二、重力与固体潮;

三、地磁学;

四、地热学;

五:地球动力学。

 

教材:

  

主要参考书:

  

撰写人:魏东平(中国科学院研究生院)

撰写日期:2010年6月

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

大纲编号:S0070802TL001

空间物理学前沿问题讨论班

Frontier Topics of Space Physics

课程编号:S070802TL001     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:空间物理学基础(I)、(II)

教学目的和要求:

   本讨论班是为空间物理学专业研究生开设的提高班。在学生们掌握了空间物理学基本概念和基本方法后,通过对近年来空间物理学前沿进展的自主讨论与学习,使学生们能够对空间物理学科前沿研究领域的发展状况和趋势有比较深入地了解和掌握。

 

内容提要:

空间物理学是人类进入太空时代以来迅速发展起来的新兴学科,主要是研究宇宙空间的物理现象及其发生过程及对人类影响的一门学科。主要包括:太阳大气物理学、行星际物理学、磁层物理学、电离层物理学、高层大气(热层和中层)物理学、宇宙空间物理学、空间探测实验与技术、空间等离子体物理学和日地关系等分支学科。

空间物理学科相关课程的讨论课,将依据分支学科的研究内容与特点开展进行侧重点不同的学科讨论与学习。

一、空间探测实验与技术的成果与进展

二、各分支学科的研究状况和趋势

三、空间物理学对人类活动的影响

 

 

教材:

  

主要参考书:

Margaret G. Kivelson and Christopher T. Russell, Introduction to Space Physics, Cambridge University Press, 1995. (免费下载:http://phys.5d6d.com/thread-1509-1-1.html)

 

 

 

  

撰写人:李菡(中国科学院研究生院)

撰写日期:2010年6月

 

 

 

大纲编号:S0070802ZJ001

空间物理探测技术

Detective Technology of Space Physics

课程编号:S070802ZJ001     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:

教学目的和要求:

本课程是空间物理专业硕士和博士研究生的专业课基础课。

本课程简述空间物理探测的重要性和该学科领域国内外的发展状况,全面介绍空间物理基本参数(高层大气、电离层、空间等离子体、高能带电粒子、电磁辐射、空间电、磁场)的探测原理、探测方法和探测技术。

要求学生较全面地了解空间物理探测的基本原理、方法和技术,了解空间物理参数获取的过程,以及如何使用这些探测数据,为今后开展空间物理研究、开展空间实验物理方法研究和航天工程研究打下基础。

 

内容提要:

第一篇 空间粒子辐射探测

第一章 概述

第二章 带电粒子探测

带电粒子探测的基本原理,收集电荷的探测器, 收集荧光的探测器,带电粒子的能谱测量,粒子成分和同位素测量, 高能粒子探测,低能粒子探测。

第三章 X·g射线探测

探测的基本原理,X·g射线的能谱测量,3 g射线暴的测量

第四章 空间中子测量

探测中子的基本原理,核反应法探测器,反冲核法探测器。

第二篇 中高层大气光谱学探测

第一章  概述

第二章  太阳辐射及其变化

太阳辐射的谱分布及其时间变化,太阳紫外辐射探测,X射线辐射的观测技术。

第三章  中层大气和微量成分的光谱学探测

中层大气光化学简介,测量原理,观测技术和仪器,资料反演。

第四章  中高层大气温度、风场的气晖观测

气晖辐射的基本特性,基本测量原理,测量仪器。

第三篇 大气和电离层的无线电探测

第一章  概述

大气和电离层的主要参数和探测,与电波传播有关的几个概念。

第二章  气球探测

常规气象气球探空,乎流层气球探空。

第三章  火箭探空

气象火箭(温度—降落伞型、落球型、榴弹型)探测大气温度、压力、密度和

风场,探空火箭探测电子浓度的垂直分布。

第四章  地基(ground—based)探测

MST雷达(VHF雷达)测大气风、湍流和波动,非相干散射雷达测电子和离子浓度的垂直分布及风场等,电离层垂测电子浓度的垂直分布。

第五章  卫星深测

卫星轨道衰减测大气密度,GPS系统和低轨卫星掩星法(0ccuItation)测大气温度电子浓度的垂直剖面,卫星信标法测电离层电子总含量(TEC)和电离层层析(CT, Computerized  Topography),质谱计测大气成分,空间磁场探测,空间电场探测。

 

教材:

空间物理探测技术讲义(自编)

 

主要参考书:

1. 叶宗海编著,《空间粒子辐射探测技术》,科学出版社,北京,1986

2.  Hargreaves , J.K., The Solar—Terrestrial environment, Cambridge University press,Cambridge, 1992

 

 

 

撰写人:叶宗海 孙传礼(中国科学院空间物理中心)

撰写日期:2001年6 月


大纲编号:S0070802ZJ002

基础空间等离子体物理学

Basic Space Plasma Physics

课程编号:S070802ZJ001     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程::电动力学、流体力学、统计物理和热力学、矢量张量运算和数学物理方程等高等数学。

教学目的和要求:

为空间物理学及相关专业硕士、博士研究生的专业和专业基础课,通过该课程学习掌握空间等离子体物理学的基本概念、理论和研究方法。

 

内容提要:

I部分 粒子动力学理论(12学时)

第一章      空间等离子体概论

粒子动力学理论、磁流体力学理论、等离子体动理学理论、磁层电场、磁层磁场

 

 

第二章 粒子动力学基础

轨道法、运动区和禁区、引导中心法、引导中心、引导中心方程、漂移运动、磁矩不变量、单磁矩不变量、磁镜点

双磁偶磁矩不变量、径向不变量、磁壳及其漂移、通量

不变量、粒子投掷角散射

第三章 空间粒子动力学

等离子体层、对流与封闭运动、等离子体层尾巴、辐射带、对流与封闭运动、环电流的形成、空间尘埃等离子体、土星环粒子的波动轨道

II部分 磁流体力学理论(18学时)

第一章 磁流体力学基本理论

流体力学的基本概念、单流体方程组、磁流体特征及其描述、磁流体理论的适用性

第二章 磁流体力学波

磁流体波的其本概念、磁等离子体的介电张量和色散关系、磁流体力学波、回旋波、混杂波、哨声波等静电和电磁波

第三章 磁流体力学不稳定性

不稳定性概述与分类、不稳定性分析方法、瑞利-泰勒不稳定性、漂移波不稳定性、开尔文-赫姆霍兹不稳定性、电阻不稳定性、火龙管不稳定性、双流不稳定性

第四章 磁流体力学间断和激波

一般间断条件、激波的概念和产生条件、磁流体力学激波

III部分 等离子体动理学理论(28学时)

第一章 动理学理论基础

精确的相空间密度、平均分布函数、动理学理论方程、速度分布函数、测量到的分布函数、等离子体的宏观变量、Vlasov方程的矩方程

第二章 波的动理学理论

等离子体波的基本特征、色散关系的一般形式、Landau-Laplace 方法、Landau阻尼、无磁等离子体波、磁化等离子体的色散关系、静电等离子体波、电磁等离子体波、冷等离子体波

第三章 动理学不稳定性的概念

微观不稳定性、线性不稳定性、电子束流不稳定性、电子—离子两流不稳定性、离子束流不稳定性

第四章 静电不稳定性

尾峰不稳定性、离子声不稳定性、电子声不稳定性、电流不稳定性、损失锥不稳定性

第五章 电磁不稳定性

Weibel不稳定性、各向异性不稳定性、离子束流不稳定性、激射(Maser)不稳定性和极光千米波辐射

第六章* 漂移不稳定性

漂移波、动理学漂移波理论、非均匀磁化等离子体的色散张量、漂移不稳定性激发的几种低频波模

第七章* 撕裂不稳定性

无碰撞撕裂不稳定性,磁场重联和磁层亚暴

第八章* 准线性理论

弱等离子体湍流(准线性理论、弱的暖束流湍流、弱的低混杂漂移湍流、弱的哨声湍流)、投掷角扩散(哨声湍流、辐射带槽区的形成、电子回旋湍流)

标注“*”号的章节为选修部分,只作简单介绍。

 

教材和主要参考书:

1. 授课老师提供的讲义(ppt文件或其打印件)

2. W. Baumjohann and R. A. Treumann, 《Basic Space Plasma Physics, Imperial College Press, 1997

3. R. A. Treumann and W. Baumjohann, 《Advanced Space Plasma Physics, Imperial College Press, 1997

4. G. K. Parks, 《Physics of Space Plasmas: An Introduction》, Second Edition: Westview Press, 5. A Member of the Perseus Books Group,2004

6. 徐荣栏,李磊,《磁层粒子动力学》,科学出版社,2005

7. 徐家鸾,金尚宪,《等离子体物理学》,原子能出版社,1981

8. 李定,陈银华,马锦秀,杨维紘,《等离子体物理学》,高等教育出版社,2006

8. 胡希伟,《等离子体理论基础》,北京大学出版社,2006

10. 康寿万,陈雁萍,《等离子体物理学手册》,科学出版社,1981

 

 

撰写人:周国成、徐荣栏、陈涛(中国科学院空间科学与应用研究中心)

撰写日期:2006年11月


大纲编号:S0070802ZJ003

电动力学

Electrodynamics

课程编号:S070802ZJ003     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:数学物理方法、电磁学

教学目的和要求:

本课程为空间物理学专业研究生的专业基础课。本课程在电磁学的基础上系统阐述电磁场的基本理论,基本性质及其运动规律。   

通过本课程的学习,希望学生能掌握电磁场的基本规律,加深对电磁场性质和时空概念的理解,获得分析和处理一些基本问题的能 力。

 

内容提要:

第一章 数学准备知识   

矢量;张量;函数。

第二章 电磁现象的普遍规律   

麦克斯韦方程组;介质的电磁性质;电磁场边值关系;电磁场的能量和能流。

第三章 静电场和稳恒电流磁场   

静电势;矢势;磁标势;泊松方程和拉普拉斯方程;分离变量法;电象法;格林函数法;电多极矩和磁多极矩。

第四章 电磁波的传播   

电磁波在绝缘介质和导电介质中的传播;在界面上电磁波的反射和折射;光纤波导和谐振腔;电磁波的衍射。

第五章 电磁波的辐射   

电磁场的势;规范不变性;推迟势;电偶极辐射;电四极辐射和磁偶极辐射;电磁场的动量和辐射压力。

 

教材:

1. 郭硕鸿,《电动力学》,高等教育出版社,北京,1997。   

2. 虞福春,郑春开,《电动力学》,北京大学出版社,北京,1992。

 

主要参考书:

J. D. 杰克逊,《经典电动力学》(上册),人民教育出版社,北京,1980。

 

撰写人:刘渝珍(中国科学院研究生院)

撰写日期:2001年07日


大纲编号:S0070802ZJ004

计算机图形学

Computer Graphics

课程编号:S070802ZJ004     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:解析几何、线性代数、C程序设计语言

教学目的和要求:

本课程为空间物理学专业研究生的专业基础课。本课程主要介绍计算机图形学的基本原理、二维/三维图形算法、计算机图形系统及其新 的重要发展,并采用理论与实践相结合的原则,以培养研究生在计算机图形学领域内的独立研发能力为主。   

通过本课程学习,要求学生:   

1. 掌握计算机图形学的基本概念、图形显示系统的工作原理、图形数据结构和图形算法,特别是三维方面   

2. 掌握基于C++/OpenGL的图形编程方法和技巧   

3. 了解计算机图形发展的新领域

 

内容提要:

第一章 计算机图形学(CG)概论   

CG发展史及其应用领域;图形系统介绍

第二章 光栅扫描图形学基础   

光栅扫描式图形显示器;二维坐标系和图形变换;基本图形算法;采用C++语言的二维图形编程;交互图形技术和图形用户界面

第三章 三维计算机图形学基础   

三维笛卡尔坐标系、用户坐标系定义;点、直线和面的坐标表示;平面法矢计算;齐次坐标技术;三维图形变换;三维形体输出流水线;基于OpenGL的三维图 形编程

第四章 曲线和曲面   

曲线和曲面几何学基础;常用的参数曲线;常用的参数曲面

第五章 几何造型   

三维形体表示:几何数据和拓扑信息;欧拉公式;几何模型:线框模型、表面模型、实体模型;实体造型技术;其他几何造型简介

第六章 隐藏线和隐藏面消除算法   

Roberts基本判则;物体空间中的消隐算法;图像空间中的消隐算法;Warnock区域采样法

第七章 真实感显示技术   

基本光学原理;颜色和明暗处理;纹理映射;自然景物的模拟:3D类人动物及表皮模拟

第八章 CG发展的新领域   

计算机动画;科学计算可视化;虚拟现实(VR)

第九章 Web网上的图形/动画技术   

如何在HTML网页中链接与嵌入图形/动画,加速Web网上图形/动画显示,基于VRML的三维图形浏览/导航技术。

附录A 计算机图形学的数学基础   

坐标参考系描述;向量/矩阵运算;解析几何;数值计算。

附录B Visual C++二维图形编程知识   

MFC应用程序架构;设备描述体;笔与画笔;绘图功能。

附录C OpenGL三维图形编程方法    OpenGL应用开发指南;数据类型/结构;OpenGL库函数参考。

 

教材:

苏鸿根编著,《三维计算机图形学和OpenGL for Windows编程》,中国科学院研究生院讲义,北京,1998。

 

主要参考书:

1. Donald Hearn, Pauline Baker, M., Computer Graphics, Prentice Hall,1998。   

2. 孙家广等编著,《计算机图形学》(第三版),清华大学出版社,北京,1997

 

撰写人:苏鸿根(中国科学院软件研究所)

撰写日期: 2001年10月

 


大纲编号:S0070802ZJ005

现代物理问题的计算机模拟

Computer Simulation to Modern Physical Problems

课程编号:S070802ZJ005     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:统计物理

教学目的和要求:

   本课程为空间物理学专业研究生的专业基础课。本课程主要从现代物理学中一些引起广泛兴趣的问题,如平衡相变、混沌、分形及元胞自动机等出发,结合 理论描述,介绍对这些问题进行数值计算及计算机模拟的方法。通过学习使学生了解并初步掌握物理学中除理论研究及实验研究外的另一种研究手段。

 

内容提要:

第一章 平衡统计问题的计算机模拟   

一个简单模型;严格计算;微正则系综及正则系综的Monte Carlo方法;Percolation模型及其计算机模拟;二维Ising模型。

第二章 分岔与混沌的计算   

一维、二维映射;极限环;奇异吸引子;分岔图;微分方程的混沌解;Lyapunov指数。

第三章 分形及其计算机模拟   

分形的数学基础;分形产生的物理基础及生长模型;分形的计算机模拟;分形格点上的动力学系统。

第四章 元胞自动机   

基本概念;元胞自动机的计算机模拟;元胞自动机应用于生物自组织系统;免疫系统的元胞自动机模型;肿瘤生长模型。

 

主要参考书:

1. Gould, H., Tobochinik, J., An Introduction Computer Simulation Methods, Springer-Verlag, Berlin, 1990.   

2. Wolfman, S., Theory and Applications of Cellular Automata, World Scientific, Singapore, 1986.   

3. Mandelbrot, B., The Fractal Geometry of Nature, Freeman Pub., New York, 1982.   

4. 杨展如编著,《分形物理学》,上海科技教育出版社,上海,1996。   

5. 潘金贵等,《分形艺术程序设计》,南京大学出版社,南京,1988。

 

 

 

撰写人:张先蔚(中国科学院研究生院)

撰写日期:2001年09月

 


大纲编号:S0070802ZJ006

模糊数学及其计算机应用

Fuzzy Mathematics and Application to Computer Sciences

课程编号:S070802ZJ006     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学、离散数学、线性代数

教学目的和要求:

本课程为空间物理学专业研究生的专业基础课。本课程讲授模糊集合理论的基本内容,侧重工程应用。重点是模糊逻辑系统在人工智能和 模糊控制上的应用。模糊数学基础部分包括:模糊集合及其运算,分解定理和扩展原理,模糊数,模糊关系,模糊推理等。应用方法包括:聚类分析,模式识别,网 络连通分析,模糊控制等。   

通过本课程的学习,希望学生掌握模糊数学基本知识和在实际工程问题中解决模糊信息处理的基本途径。

 

内容提要:

第一章 模糊集合及其运算   

模糊集合基本概念;模糊集合运算;三角模;隶属函数的确定。

第二章 分解定理和扩展原理   

模糊集的截集;模糊集的数乘;分解定理;扩展原理。

第三章 模糊关系及模糊矩阵   

模糊关系合成;自反、对称、传递闭包;模糊图及网络连通性分析。

第四章 模糊聚类分析   

基于等价关系的聚类分析;模糊最大树;模糊ISODATA。

第五章 模糊模式识别   

最大隶属原则;择近原理;基于NN的模糊模式识别。

第六章 模糊数   

凸模糊集;区间数;L-R模糊数。

第七章 模糊推理   

语言变量;模糊命题及知识表示;多重多维模糊推理。

第八章 模糊控制   

基本原理;CRI及简化算法;模糊控制的实现技术。

 

教材:

刘锡荟,《模糊数学及计算机应用》,中国科学院研究生院讲义,北京,2001。

主要参考书:

1. 李洪兴等编著,《工程模糊数学方法及应用》,天津科学技术出版社,1991。   

2. 刘锡荟等,《网络模糊随机分析》,电子工业出版社,北京,1991。

 

撰写人:刘锡荟(中国信息产业发展研究院)

撰写日期:2001年08月


大纲编号:S0070802ZJ007

微分方程数值解法

Numerical Solutions of Differential Equations

课程编号:S070802ZJ007     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学(包括数学分析与线性代数)、数学物理方程、计算方法、程序设计

教学目的和要求:

本课程为空间物理学专业研究生的专业基础课。本课程内容包括常微分方程初值与边值问题的数值解法,抛物型、双曲型及椭圆型偏微分 方程的差分解法,偏微分方程和积分方程的有限元及边界元解法等。   

本课程面向不同专业的理工科研究生。要求学生通过本课程学习不仅掌握数值求解微分方程的一些基本方法,而且能为今后在各自的 专业工作中应用科学计算这一重要研究手段打下基础。

内容提要:

第一章 常微分方程初、边值问题数值解法   

单步法;线性多步方法;预估―校正方法;稳定性、收敛性和误差估计;Hamilton系统的辛几何算法;刚性方程组的数值方法;常微分方程边值问题的数值 方法。

第二章 抛物型方程的差分方法   

差分格式建立的基础;显式差分格式;隐式差分格式;差分格式的稳定性和收敛性;高维抛物型方程的差分方法;交替方向隐式差分方法。

第三章 双曲型方程的差分方法   

二阶波动方程的差分方法;一阶线性双曲型方程(组)的差分方法;双曲型守恒律方程及守恒型差分格式;两个未知函数情形的特征线方法。

第四章 椭圆型方程的差分方法   

Laplace方程第一边值问题的差分方法;迭代方法及其收敛性;边界条件的处理。

第五章 有限元方法   

变分原理;几何剖分与分片插值;Sobolev空间初步;协调元的误差分析;非协调有限元;自适应有限元。

第六章 边界元方法   

经典边界归化;自然边界归化;边界积分方程的数值解法;有限元边界元耦合法;无穷远边界条件的近似;基于边界归化的区域分解算法。

教材:

   余德浩,汤华中,《微分方程数值解法》,科学出版社,北京,2002。

 

主要参考书:

1. 姜礼尚,庞之垣,《有限元方法及其理论基础》,人民教育出版社,北京,1979。   

2. 余德浩,《自然边界元方法的数学理论》,科学出版社,北京,1993。   

3. 胡健伟,汤怀民,《微分方程数值方法》,科学出版社,北京,1999。

 

撰写人:余德浩(数学与系统科学研究院)

撰写日期:2001年10月


大纲编号:S0070802ZY001

空间天气学(I)

Space Weather (I)

课程编号:S070802ZY001     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:空间物理学基础(I)、(II)

教学目的和要求:

本课程为空间物理学专业研究生的专业课。本课程内容主要为空间天气学的太阳-行星际-地磁链空间天气过程与模式。   

通过本课的学习,掌握太阳-行星际-地磁链空间天气的主要基本理论和研究方法,培养独立进行空间天气研究工作的能力。

 

内容提要:

第一章 太阳大气动力学   

太阳爆发事件的日冕过程。

第二章 太阳大气中的小尺度磁场重联理论   

稳态磁场重联;瞬态磁场重联;存在背景流场的磁场重联。

第三章 行星际空间大尺度结构   

行星际空间大尺度结构(电流片及磁云、重联等)。

第四章 日冕物质抛射理论   

日冕物质抛射的触发机制及其在日冕大气中传播、太阳风加速等。

第五章 有关太阳观测数据分析   

了解有关太阳磁场等观测数据资料的处理与分析。

 

教材:

Michael J. Carlowicz, Ramon E. Lopez, Storms from the Sun: The Emerging Science of Space Weather, McGraw-Hill, 2000.

 

主要参考书:

Song, P. et al., Space Weather (Geophysical Monograph, 125), American Geophysical Union, 2001.

 

撰写人:冯学尚(中国科学院空间中心)

撰写日期:2001年08月


大纲编号:S0070802ZY002

空间天气学(II)

Space Weather (II)

课程编号:S070802ZY002     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:空间物理基础(I)、(II)

教学目的和要求:

本课程为空间物理学专业研究生的专业课。本课程内容主要为空间天气学的太阳-行星际-地磁链空间天气过程与模式。   

通过本课的学习,掌握太阳-行星际-地磁链空间天气的主要基本理论和研究方法,培养独立进行空间天气研究工作的能力。

 

内容提要:

第一章 太阳爆发事件的日冕过程   

日冕物质抛射;耀斑的触发机制及日冕过程。

第二章 太阳风暴在有结构太阳风中的传播   

太阳爆发活动与有结构太阳风(电流片;磁云等)的相互作用。

第三章 地球磁层对太阳风的响应   

预测太阳风暴在地球空间的表现;行星际磁场南向变化等。

第四章 太阳风暴的模式研究及磁流体数值模拟   

太阳风暴的模式研究;磁流体数值模拟的现代方法及其在空间天气学中的应用。

第五章 有关行星际卫星观测数据分析   

了解有关行星际观测数据资料的处理与分析。

 

教材:

Michael J. Carlowicz, Ramon E. Lopez, Storms from the Sun: The Emerging Science of Space Weather, McGraw-Hill, 2001.

 

主要参考书:(最新算法和技术的网站)

Song, P. et al., Space Weather (Geophysical Monograph, 125), American Geophysical Union, 2001.

 

 

撰写人:冯学尚(中国科学院空间中心)

撰写日期:2001年08


大纲编号:S0070802ZY003

磁层物理

Physics of Magnetosphere

课程编号:S070802ZY003     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:空间物理学基础(I)、(II)

教学目的和要求:

本课程为空间物理学专业研究生的专业课。本课程内容主要为磁层的磁场位形和重联理论及磁暴理论与磁层亚暴机制。   

通过本课的学习,掌握磁层物理的主要基本理论和研究方法,培养独立进行磁层物理科研工作的能力。

 

内容提要:

第一章 磁层的磁场位形   

磁层磁场位形理论 ;磁层磁场位形的经验模式。

第二章 磁场重联理论   

稳态磁场重联;瞬态磁场重联;存在背景流场的磁场重联。

第三章 磁层亚暴机制   

磁层亚暴在磁尾的触发及演化机理;极光亚暴过程;磁层亚暴期间磁层与电离层的耦合过程;磁层亚暴期间磁层全球电场和电流体系。

第四章 磁暴理论   

磁暴活动指数与环电流的关系;磁暴环电流离子的绝热运动及损失过程;磁暴与亚暴的关系;中性原子成像的观测和理论。

第五章 磁层等离子体不稳定性和波   

磁层中的磁流体波和宏观不稳定性;磁层中的静电和电磁波及不稳定性;非线性波;波粒相互作用与湍动过程。

 

教材:

   曹晋滨等,《太空物理学导论》,科学出版社,北京,2001。

 

主要参考书:

 

 

撰写人:沈超(中国科学院空间中心)

撰写日期:2001年08月


大纲编号:S0070802ZY004

电离层物理

Ionosphere Physics

课程编号:S070802ZY005     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:空间物理学基础(I)、(II)

教学目的和要求:

本课程为空间物理学专业研究生的专业课。通过本课程的学习,要求学生以电离层背景知识为基础,掌握电离层中的主要现象或主要过程的发生和发展以及当前研究 的概况和研究方法。理解电离层探测技术原理以及电离层对无线电波的影响。

 

内容提要:

第一章 电离层中的漂移现象   

连续方程中的输运项及等离子体漂移;电离层电导率;等离体子体扩散;发电机理论及极区电流系;F2层的形成 。

第二章 电离层异常现象   

电离层各分层及参量;F层异常;太阳扰动的电离层效应。

第三章 电离层的精细结构   

电离层不均匀体的特性及散射波束的能谱;信号与不均匀体;电离层的浑浊度及电子浓度起伏;电离层不均匀体的观测结果;不均匀体的漂移;电离层风;不均匀体 的产生机制及研究概况。

第四章 电离层的气象控制   

电离层行进式扰动(TID);F层中的内波;内重力波与高频多普勒频移;Es形成的风剪变理论;大气涡度方程;罗斯比波的传播;行星波与纬向气流的相互作 用;平流层与中层大气的能量;行星波对低电离层的影响;行星波对电波传播的影响。

第五章 电离层的非线性效应   

电磁场中的等离子体非线性效应;无线电波对电离层的非线性作用;电波的自作用和互作用;波的断裂;电离层非线性现象的其他特征。

第六章 电离层探测技术简介   

垂直入射测量;斜向探测;返回斜向探测;多普勒和法拉第测量;哨声测量;电波吸收的测量。

 

教材:

涂传诒等编著,《日地空间物理学》(上、下),科学出版社,北京,1989。

 

主要参考书:

熊年禄等编著,《电离层物理概论》,武汉大学出版社,武汉,1999。

 

撰写人:史建魁(中国科学院空间中心)

撰写日期:2001年08月


大纲编号:S0070802ZY005

中高层大气物理

Physics of Middle and upper Atmosphere

课程编号:S070802ZY005     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:

教学目的和要求:

本课程为空间物理学专业研究生的专业课。本课程使学生了解整个日地空间物理学中的中高层大气物理学的主要研究对象、研究内容以及 当前的研究进展,为开展中高层大气物理学的研究打下良好的专业基础。   

本课程要求学生掌握中高层大气物理学的背景知识,其中包括主要的物理过程、基本理论、研究方法及探测方法。

 

内容提要:

第一章 引言   

中高层大气物理学研究简史;研究的意义;中高层大气的定义及背景结构特征;中高层大气与地球其它层之间的关系。

第二章 中高层大气动力学及结构   

中高层大气动力学结构特征及观测结果;基本的流体力学方程组;大气波动过程及其在中高层大气中的作用;中高层大气动力学研究方法。

第三章 中高层大气光化学反应基本概念   

基本化学反应动力学;中高层大气的光解过程;光化学平衡概念及计算方法;大气中重要的微量成分。

第四章 大气中的辐射传输   

太阳辐射的光谱特征;太阳辐射在大气中的衰减过程;辐射传输及计算方法;辐射在中高层大气化学反应中的作用;辐射的加热和冷却效应。

第五章 中高层大气中重要的化学成分及化学反应   

氧族成分光化学;氢族成分光化学;氮族成分光化学;氯族成分光化学;动力学对大气化学成分的影响;大气中臭氧的分布及其在大气中的作用。

第六章 带电粒子光化学   

中高层大气中离子的形成机制;电离层中带电粒子光化学的基本过程;电离过程对中高层大气中性光化学的影响。

第七章 中高层大气扰动和日地关系   

太阳辐射变化及对中高层大气的影响;粒子沉降及其效应;人类活动对地球大气环境的影响。

第八章 中高层大气探测方法   

地面大气遥感方法;中高层大气的卫星遥感方法;大气遥感信息处理方法基础。

 

教材:

1. Brasseur, G., Solomon, S., Aeronomy of the middle atmosphere(2nd ed.), D. Reidel Publishing Company, 1986.   

2. J. R. 霍尔顿,《动力气象学引论》,气象出版社,北京,1986。

 

主要参考书:

1. Brasseur, G. P. et al., Atmospheric Chemistry and Global Change, Reidel Publishing Company, 1999.   

2. 周秀骥等,《高等大气物理学》(上、下),气象出版社,北京,1991。

 

撰写人:徐寄遥(中国科学院空间中心)

撰写日期:2010年07月

 


大纲编号:S0070802ZY006

地球自转动力学基础(天文地球动力学原理)

Astrogeodynamics

课程编号:S070802ZY001     课程属性:专业课           学时/学分:40/2

预修课程:

教学目的和要求:

随着空间大地测量技术和手段(如GPS,SLR,VLBI,卫星测高,卫星重力等等)的发展,定位精度已达厘米级,时间分辨率在小时以内。因此用卫星定位 和观测研究地球,已成为非常节省,便利而又准确的手段。在本课程中将讲授与此相关的知识和理论,希望同学们在学习过此课程之后,能够全面理解国际地球自转 和参考系服务规范(IERS Conventions)中所涉及的理论问题,了解它所制定的有关规定和计算规范。

对于参与地球动力学和空间大地测量工作的研究生而言,地球自转动力学基础(天文地球动力学原理)是一门非常重要的基础课程。

 

内容提要:

在本课程中,将全面阐述天文地球动力学的有关理论基础。包括;地球引力场,地球的岁差章动和潮汐形变,刚体,形变和液核地球的自转动力学,空间和地面参考 系的相互转换,天文和地球物理常数系统及IERS计算规范等。为了学好此课程,在讲授之前要先补讲球面天文学及时间系统,讲课之中要补讲部分理论力学基础 (质点和刚体运动学和动力学)。

 

教材与主要参考书:

1.天文地球动力学原理,高布锡著,科学出版社,1977。(对听此课程的同学,每人免费发一本)

2. 球面天文学,夏一飞,黄天衣编著,南京大学出版社,1995。

 

 

 

撰写人:高布锡(中国科学院测量与地球物理所)

      撰写日期:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

大纲编号:S0070820ZJ001

地球物理学基础

Foundation of Geophysics

课程编号:S070820ZJ001     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:高等数学,普通物理

教学目的和要求:

本课程为地球物理专业博士、硕士研究生的专业基础课,也可作为地质学、海洋科学及大气科学等其它相关专业研究生的选修课。

本课程主要介绍固体地球物理研究领域的基础知识、原理和方法。包括:地震学,地磁学,重力与固体潮及该研究领域一些最新的基础研究成果等。

结合有关教学课件,使学生掌握固体地球物理的基本概念和研究方法,为后续的专业课程学习及从事相关专业研究打下一定的基础。

 

内容提要:

第一章 概论

研究对象,研究史略,研究方法,国内研究现状。

第二章 介质弹性与波动理论基础

弹性介质、应力与形变,弹性介质中的波动传播方程,弹性介质中的平面波与球面波,界面的影响,射线理论

第三章 地震学基础

地震波的基本概念及理论基础,平面层中的地震波,球面层中的地震体波和地球内部基本构造,各种常见震相标示规则及其射线路径,地震面波与地球自由振荡,断层错动和地震震源,地震仪基本原理,震相分析,地震参数测定。

第四章 地球势理论基础

引言,地球的形状与重力场,重力异常与地球内部构造,固体潮,正反演计算,重力与固体潮软件演示与实习,高斯分析、基本场、长期变化,外源引起的地磁变化与地球电磁感应,古地磁,地磁场起源,构造地磁学。

第五章 热流与地球内部温度

热传导、热对流与热辐射,大地热流,热流方程的简单应用,地球内部温度

第六章 大陆漂移、海底扩张和板块构造

大陆漂移与洋底扩张学说,板块构造与运动的基本理论与方法,地幔对流的基本理论

 

教材:

1. C.M. Fowler, The Solid Earth: An Introduction to Geophysics, Cambridge University Press,1990.

2. 曾融生著,《固体地球物理学导轮》,北京:科学出版社,1984

 

主要参考书:

1. 傅承义、陈运泰、祁贵仲著,《地球物理学基础》,北京:科学出版社,1985

2. 郭俊义编著,《地球物理学基础》,北京:测绘出版社,2001

3. N. H. Sleep, K. Fujita, Principles of Geophysics, Blackwell Science,1997.

 

 

 

 

撰写人:魏东平(中国科学院研究生院)

撰写日期:2010年6月


大纲编号:S0070820ZJ002

并行算法和并行软件设计

Parallel Programming and Algorithm Design

课程编号:S070820ZJ002     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:数值分析或数值计算方法

教学目的和要求:

大规模并行数值计算(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing),GPU计算等是目前国际上计算机科学和计算科学研究的焦点问题,也是最活跃的科学分支之一。近几年来,在地球科学上的应用也得到了大量的应用。我国在这个领域的研究和开发十分落后,尤其在地学领域的应用,部分研究领域还处于空白的地位。

本课程的目的,就是针对将来从事地球科学研究的同学的理论基础特点,从大规模并行计算的理论基础和软件应用两个方面来指导地球科学的学生的学习。课程开设的重点是:并行计算机的硬件和网络环境基础;基于点对点通信的Message Passing Interface(MPI)理论和并行软件设计基础;基于地球科学问题的大规模并行数值计算的算法设计和软件实现基础与程序设计;以及目前国际上最前沿的网格计算的一些基本知识的理解和掌握。

 

内容提要:

1. 大规模高性能计算在地球科学中的应用简要介绍

2. 并行计算机体系结构介绍

3. MPI介绍

4 .点对点通信

5. 集群通信

6. 派生数据类型

7. 一个简单的并行计算例子

8. 一个简单的并行有限元计算例子

9. 线弹性并行有限元计算

 

教材:

   自编,大约200页(A4),需要学生自己从网站上下载并打印

 

主要参考书:(最新算法和技术的网站)

http:// www.netlib.org

http:// www-users.cs.umn.edu/~saad/software/pARMS/

http:// www-users.cs.umn.edu/~karypis/metis/

http://www.cs.sandia.gov/CRF/aztec1.htm

Parallel Direct solvers:

http://www.enseeiht.fr/lima/apo/MUMPS/MUMPS: A Multifrontal Massively Parallel Solver

http://crd.lbl.gov/~xiaoye/SuperLU/SuperLU: general purpose library for the direct solution of large, sparse, nonsymmetric systems of linear equations on high performance machines

Direct Serial solvers for sparse matrix:

Splib: a library of sparse iterative solvers, with preconditioners for rapid prototyping of solvers. Download: ftp://ftp.cs.indiana.edu/pub/bramley/splib.tar.gz

Umfpack: A set of routines for solving unsymmetric sparse linear systems, Ax=b, using the Unsymmetric MultiFrontal method. Download: http://www.cise.ufl.edu/research/sparse /umfpack/

 

 

 

撰写人:张怀(中国科学院研究生院)

撰写日期:2009年12月20


大纲编号:S0070820ZJ003

有限元方法在地学中的应用

Finite Element Method and its application in Geosciences

课程编号:S070820ZJ003     课程属性:专业基础课           学时/学分:40/2

预修课程:数值分析或数值计算方法、弹性力学或连续介质力学

教学目的和要求:

有限元方法是现代计算科学中最重要,使用最广泛的数值计算方法之一。在地球科学问题的研究中,有限元方法也是使用最多的数值计算方法。理解和掌握有限元方法对将来从事地球科学研究的同学至关重要。另外,以往的对地球科学诸学科的学生的有限元方法的培养,过多重视应用,忽略了理论基础的培养。极大地影响到了同学进行长期科研活动的创造能力。因此本课程的主要目的就是从有限元的数学基础理论入手,从理论基础和实际模型设计方面,综合培养扎实的有限元理论基础和实际应用基础。

课程同时安排同学使用FEPG(Finite Element Program Generator)软件,自行进行有限元方法软件的设计和使用。用来加深对同学课堂理论掌握的同时,要从实践上,培养学生对知识的理解力和科研创造能力以及独立思维的能力。

限选:

参加过数值分析学习,将来从事数值计算方面研究的同学可选

学时学分

期末成绩考核(闭卷笔试):期末考试成绩,上机作业完成;期末考试试卷为150分,重点考察同学对理论基础的掌握和科研应变能力。

 

内容提要:

1. 有限元方法在地学中的应用简要介绍

2. 一个简单的有限元例子

3. 单元理论

4. Litz法与Galerkin法理论基础(变分法初步)

5. 非线性有限元基本理论基础

6. 热传导问题

7. 线弹性有限元

8. 一个简单的耦合算例(热弹性问题有限元方法)

9. 非结构化方格自动生成算法(视同学们对有限元的掌握情况而定)

 

教材:

   自编,200页,需要同学自行打印,主要内容选自《有限元法及其理论基础》教科书

 

主要参考书:

9.       《有限元法及其理论基础》,姜礼尚,庞之垣(理论基础部分)

10.   《有限元方法及其应用》,李开泰,黄艾香(单元部分)

11.   《非线性有限元方法》,蒋友谅(有限变形理论、连续介质力学部分)

12.   《有限元方法及其地学中的应用》,殷有泉(弹塑性力学部分)

13.   《数值分析》,任一(误差、数值微分、数值积分部分)

14.   《有限单元法基本原理和数值方法》,王勖成

15.   《变分法、有限元法和外推法》

16.    http://hpcc.gucas.ac.cn/

 

 

撰写人:张怀(中国科学院研究生院)

                                撰写日期:2009年12月
大纲编号:S0070820TL001

高等地球动力学(讨论课)

Advanced Geodynamics (Seminar)

课程编号:S070820TL001     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:地球动力学

教学目的和要求:

本课程为固体地球物理学和构造地质学中以地球动力学为研究方向的研究生的专业课。开设本课程的一个重要目的是对1-2年内最前沿 的重要地球动力学课题(Science、Nature、Geology等期刊最新重要文章)进行介绍和讨论。以地球动力学为载体,提高学生素质:包括阅 读、表达、资料搜索(包括网络)、研究分析能力。要求学生学会综合利用学习过的知识理解、思考和探讨地球动力学前沿课题,提高独立科研能力。   

作为一门高级讨论班课程,其教学内容将年年更新,基本不重复。

 

内容提要:

第一部分 文献阅读   

每年从Science、Nature、Geology等期刊上选择一些最新重要文章,分给学生(个人或2-3人小组),由学生阅读,写出读书报告。

第二部分 教师讲授   

鉴于硕士学生知识面和阅读能力有限的实际情况,而阅读文献中往往需要多学科综合知识,因此,在布置阅读论文后,教授给予辅导性指导讲课。讲课内容包括:有 关基础知识介绍,其内容可能涉及地球物理、地震学、地质学、地球化学、同位素地质等多方面。阅读论文有关的背景知识和论文的学术重要性。讲解课程有关软件 使用方法。

第三部分 课堂讨论   

学生准备透明薄膜,在课堂上作15-20分钟报告,全班进行讨论讲评。特别要求学生能质疑和提出进一步研究方向。

第四部分 上机操作   

如果条件许可,让学生上网,学习从网上搜索有关文献资料,学习地球动力学辅导教材光盘,学习用有关软件进行简单计算。

第五部分 总结考核   

学生写总结报告

 

教材:

 

主要参考书:

 

撰写人:石耀霖(中国科学院研究生院)

撰写日期: 2001年07月

 


大纲编号:S0070820TL002

计算地球动力学中的物理模型与有限元算法

Parallel Implementation of Computational Geodynamic Models

by Finite Element Methods

课程编号:S070820TL002     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:需要同时选修“有限元方法在地学中的应用”和“并行算法和并行软件设计”的同学。部分有兴趣的同学,可以选择旁听,但是尽量避免在基础不够的情况下强行选 修。
参加选课的同学必须熟练掌握Fortran 语言。

教学目的和要求:

这是一门基于讨论课性质的前沿性课程。开设此课程的目标是帮助同学们了解并行有限元方法在计算地球动力学研究领域的最新发展状况与发展方向。同时,通过讲 授和同学主动参与相结合的方式,让同学们尽可能掌握两个方面的知识:1) 目前最常用的地球动力学模型;2)如果用并行有限元方法来实现这些模型,应该如何做;2)利用现有的有限元软件,如何运行,如何借助后处理软件来可视化数 值模拟结果,并针对数值计算模型和输入参数进行改进,从而达到从并行有限元软件使用到科学问题的模拟分析方向转变的最终目的。

参加选课的同学将在计算地球动力学重点实验室的并行计算机上每人分配一个账号,作为上机练习的基础。

 

内容提要:

并行有限元方法在计算地球动力学中的应用介绍;
一个简单的并行有限元例子;
有限元的前后处理,可视化方法;
线弹性并行有限元计算过程(温度场和弹性力学);
Maxwell体模型并行有限元计算模拟与可视化操作;
(非)牛顿流体问题的并行有限元计算模拟。

 

教材:

课堂发放3-5篇文章,复印后免费发放;具体内容随同学们的掌握情况而定。

主要参考书:

http://www.geodynamics.org/

http://geofem.tokyo.rist.or.jp/

 

撰写人:张怀(中国科学院研究生院)

撰写日期:

 

 

 

 

 

 

 

大纲编号:S0070820TL010

断裂力学在地学相关领域内研究中的应用及其数值方法讨论班

Application of latest fracture theory and simulation method in geophysics problem

 

课程编号:S070820TL010     课程属性:讨论课           学时/学分:20/1

预修课程:岩石断裂力学、结构力学或弹性力学或弹塑性力学

 

教学目的、要求

本讨论班是为与固体地球物理学(地震学)、土木工程(大型结构)、地质工程研究有关的专业研究生开设的提高班。首先介绍断裂力学研究的新理论、新方法和国内外断裂力学一流研究实验室和研究小组的研究情况; 然后和同学们一起探讨断裂力学最新研究成果在地学相关领域内的应用,使同学们能对断裂力学最新研究理论、数值计算方法前沿研究领域内的某些问题有比较深入的了解和掌握。

主要内容

一、三维瞬态断裂动力学新理论、三维黏塑性断裂力学新理论。

二、三维断裂动力学数值方法:超奇异积分方程方法、非线性时域边界元法、流体驱动破坏BEM-LBM方法、配点法、离散元法、格林函数法等数值方法及相关程序实例(Fortran、 C语言,串行及并行环境)。

三、国内外断裂力学一流实验室及研究小组研究进展介绍。

四、断裂力学在地学相关领域内研究的最新进展。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

撰写人:朱伯靖(中国科学院研究生院)

撰写日期: 2010年6月

 

附件:
教学大纲_.doc