CN116609827B - 基于多层非静压模型的地震海啸预警系统和方法 - Google Patents

基于多层非静压模型的地震海啸预警系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于多层非静压模型的地震海啸预警系统和方法，包括：数据库单元，用于存储地震海啸灾害数据库；对象单元，用于接收地震海啸输入信息，并在地震海啸灾害数据库中查询比对是否存在相同的预存地震海啸信息，若未查询比对到所述相同的预存地震海啸信息时，调用输入单元、执行单元、输出单元和分析单元；其中，所述地震海啸输入信息包括：断裂带中心经纬度、断裂带长度、断裂带宽度和断裂带滑移量；并通过边界层的通量速度来计算各点的变量。本发明的基于多层非静压模型的地震海啸预警系统和方法具有更高的计算效率、稳定性和准确度。

Description

基于多层非静压模型的地震海啸预警系统和方法
技术领域
本发明涉及地震海啸领域，更具体地涉及一种基于多层非静压模型的地震海啸预警系统和方法。
背景技术
目前地震海啸数值预测模型主要包括：非线性浅水方程模型；Bossinesq方程模型；三维NS方程模型；单层非静压模型。
其中Bossinesq模型和三维NS方程模型虽然可以更好的保持波浪的频散特征，在模拟结果上更加准确，但是因为其内在原理的复杂性，使得其在计算过程中十分复杂，无法有效应用嵌套的网格。而单层非静压模型由于对水平速度和非静压项进行线性假设，使得对于小震级地震造成的海表变化预测不准。
发明内容
为解决上述不足，本发明的第一个方面提供了一种基于多层非静压模型的地震海啸预警系统，包括：数据库单元，用于存储地震海啸灾害数据库；对象单元，用于接收地震海啸输入信息，并在地震海啸灾害数据库中查询比对是否存在相同的预存地震海啸信息，若未查询比对到所述相同的预存地震海啸信息时，调用输入单元、执行单元、输出单元和分析单元；所述输入单元，用于根据输入的地震海啸信息进行计算，并构建输入文件；所述执行单元，用于执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型计算；所述输出单元，用于在模型计算结束后，提取并暂存计算结果；所述分析单元，用于根据所述输出单元的计算结果，输出可视化信息；其中，所述地震海啸输入信息包括：断裂带中心经纬度、断裂带长度、断裂带宽度和断裂带滑移量；所述执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型计算包括：将水流沿水平方向从海底到海表面分割成N份，其中，每一层的边界层为
；
其中，为海底深度，/>为总水深，系数/>为取值范围为0到1的单调递增数列，用来描述/>与/>的相对位置；
并引入通量速度，
；
其中，，/>分别表示第/>个边界层和第/>个边界层的通量速度，/>，/>分别表示第/>个边界层的水平速度和垂直速度，/>表示时间。
可选地，所述执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型计算还包括：引入表示整个系统的水平速度和垂直速度的新变量，
；
；
；
其中，，/>为变换后的新变量，/>为/>的变换矩阵，/>表示相邻的第/>层和第/>层的水平速度差和垂直速度差。
可选地，所述用于执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型计算还包括：通过采用半隐式离散进行离散化处理。
可选地，所述通过采用半隐式离散进行离散化处理的步骤，包括通过利用控制显隐式比例，其中，/>取值范围在0至1之间。当/>取值为0时，离散求解为显式；当/>取值为1时，离散求解为隐式；当/>取值介于0到1时，离散求解为半隐。
可选地，所述对象单元在查询比对到相同的预存地震海啸信息时，直接将所述地震海啸灾害数据库中的相同的预存地震海啸信息的数据和结果进行提取。
本发明的第二个方面还提供了一种基于多层非静压模型的地震海啸预警方法，包括： 获取地震海啸输入信息，在地震海啸灾害数据库中查询比对是否存在相同的预存地震海啸信息；当地震海啸灾害数据库中不存在相同的预存地震海啸信息时，根据输入的地震海啸信息进行计算，并构建输入文件；执行具备动态底部边界的非静压自由表面流模型进行计算；提取并暂存计算结果；处理计算后的输出文件，输出可视化信息；根据计算结果，分析地震海啸传播至近岸后的易受危害地区；其中，所述地震海啸输入信息包括断裂带中心经纬度、断裂带长度、断裂带宽度和断裂带滑移量；所述执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型进行计算包括：将水流沿水平方向从海底到海表面分割成N份，其中，每一层的边界层为
；
其中，为海底深度，/>为总水深，系数/>为取值范围为0到1的单调递增数列，用来描述/>与/>的相对位置；
并引入通量速度，
；
其中，，/>分别表示第/>个边界层和第/>个边界层的通量速度，/>，/>分别表示第/>个边界层的水平速度和垂直速度，/>表示时间。
可选地，所述执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型计算还包括：引入表示整个系统的水平速度和垂直速度的新变量，
；
；
；
其中，，/>为变换后的新变量，/>为/>的变换矩阵，/>表示相邻的第/>层和第/>层的水平速度差和垂直速度差。
可选地，所述用于执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型计算还包括：通过采用半隐式离散进行离散化处理，并且通过利用控制显隐式比例，其中，/>取值范围在0至1之间。
可选地，所述根据计算结果，分析地震海啸传播至近岸后的易受危害地区，还包括：当计算结果达到预警值时，对易受危害地区发送预警信号。
可选地，还包括记录并储存所有数据及结果，拓展地震海啸灾害数据库。
本发明的基于多层非静压模型的地震海啸预警系统和方法。一方面相比于Bossinesq模型和三维NS方程，该模型更加高效且准确度相近，另一方面相比于单层非静压模型和非线性浅水方程模型，该模型更加准确且稳定性高。
附图说明
以下，通过示例的方式示出本发明的示例性实施例的附图，各附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或相似的元素。附图中：
图1示出了本发明的示例性实施例的基于多层非静压模型的地震海啸预警系统的结构示意图。
图2示出了本发明的示例性实施例的基于多层非静压模型的地震海啸预警方法的二维空间模型的示意图。
图3示出了本发明的示例性实施例的基于多层非静压模型的地震海啸预警方法的二层模型计算效果对比示意图。
图4示出了本发明的示例性实施例的基于多层非静压模型的地震海啸预警方法的流程图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
在本发明中，术语“和/或”旨在涵盖所列元素的所有可能组合和子组合，包括单独列出的元素中的任何一个、任何子组合或所有元素，而不必排除其他元素。除非另有说明，否则术语“第一”、“第二”等用于描述各种元素而不意图限定这些元素的位置关系、时序关系或重要性关系，这种术语只是用于区分一个元素与另一个元素。除非另有说明，否则术语“前、后、上、下、左、右”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。
一般来说，大地震造成的海底变形尺度与其破裂范围相当，远大于水深，但对于小地震造成的海底变形，其海表存在低通滤波效应，其变化与海底形变不同。
图1示出了本发明的地震海啸预警系统的结构示意图。本发明构建的地震海啸预警系统主要包括六大单元，分别为：数据库单元、对象单元、输入单元、执行单元、输出单元和分析单元。以下对所述六大单元做详细介绍。
数据库单元
数据单元，即地震海啸灾害数据库单元，其用于增加、修改、删除和查询地震海啸模拟对象的结果。具体来说，包括：
增加新的地震海啸模拟对象的数据及结果。若与输入的地震海啸信息相比对，数据库中无相同对象，则通过系统模拟计算获得结果。该结果作为新的对象信息，会被增加至地震海啸灾害数据库单元。其中，增加的对象信息包括：地震海啸信息、运行时长与间隔、海平面变化信息、近海岸漫摊信息。
修改指定地震海啸模拟对象的数据及结果。对于一些历史模拟对象的数据及结果，如需调整或更新，则能够通过该功能实现指定地震海啸模拟对象的数据及结果的修改。
删除指定地震海啸模拟对象的数据及结果。对于一些历史模拟对象的数据及结果，如需删除，则通过该功能实现指定地震海啸模拟对象的数据及结果的删除。
查询比对数据库单元中的地震海啸模拟对象。具体来说，向地震海啸预警系统输入地震海啸信息后，系统首先将该地震信息传输至地震海啸灾害数据库单元进行查询，该单元将根据所输入的地震海啸信息与历史地震海啸模拟对象进行比对，
若能够查询到相同对象，则将所输入的信息数据及结果输出；
若不能查询到相同对象，则输出为否。
对象单元
对象单元用于构建地震海啸过程，控制整个系统的运行逻辑。其主要功能包括：
接收地震海啸输入信息，并在地震海啸灾害数据库中查询。对象单元首先接收地震海啸输入信息及系统运行相关信息，并根据地震海啸输入信息，在地震海啸灾害数据库中进行查询对比，
若存在相同对象，则对象单元直接将数据库中的该相同对象的数据及结果进行提取；
若不存在相同对象，则需要调用输入单元、执行单元、输出单元和分析单元，以对地震海啸输入信息所产生的地震海啸过程进行计算。此时对象单元将开始构建输入单元、执行单元、输出单元和分析单元，供后续计算使用。
执行地震海啸计算。若数据库中不存在相同对象，在对象单元构建完成后，将按顺序执行输入单元、执行单元、输出单元和分析单元计算，再将计算后的对象数据及结果存储至地震海啸灾害数据库。当地震海啸过程计算完成后，对象单元用于将输出单元中的计算结果，以及分析单元输出的结果例如可视化信息，存储至地震海啸灾害数据库。
输入单元
输入单元用于向系统输入地震海啸信息和站点信息，并构建输入文件。包括：
输入地震海啸信息，包括：断裂带中心经纬度、断裂带长宽度，以及断裂带滑移量。
输入站点信息，其用于记录指定位置的计算结果，由此可以实现定制化应用。站点信息包括：站点的经度和纬度。
写入断层与站点输入文件，模块自动将上述的输入信息进行处理，编译为指定格式构造输入文件。例如，输入文件设置为文本文件，其中每一段表示一个断裂带信息，并按照断裂带中心经纬度、断裂带长宽度，以及断裂带滑移量顺序记录。
写入地形输入文件，模块自动上述的输入信息进行分析，选定所需模拟的地形范围，构造地形输入文件。
执行单元
执行单元用于执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型进行计算。包括：
设置计算节点及核数，执行单元自动识别电脑或集群空闲节点及可用核数，并将所有可用核全部使用，除此之外用户也可以指定所用节点及所用核数。
编写并执行编译脚本，对于每一次运行模型，执行单元会将之前的编译结果进行删除，并重新编译，以保证不受历史结果的影响。
编写并执行任务启动脚本，执行单元负责设置编写相关脚本，并执行该任务进行计算。
通过输入信息的断裂带中心经纬度、断裂带长宽度，以及断裂带滑移量，计算海底形变信息，从而得到地震海啸后海底地形的变化信息。然后，将海底地形的变化信息作为已知条件，计算海表面高度随着海底变化的信息，如：海表面高度，海水水平流速等。
输出单元
输出单元用于在模型计算结束后，提取并暂存计算结果，其中计算结果包括海表面高度变化，海水水平流速和海水垂直流速。
分析单元
分析单元用于根据输出单元的计算结果，可进行绘制，包括：
绘制确定海域内，海啸的发生、传播及近岸过程；绘制海域内任意位置的水位变化情况；绘制近海海岸的海啸最高爬高水位，等。
为了方便展示详细的计算过程，下文假设模型在二维空间坐标系中计算。如图2所示，/>为海表面高度，/>为海底深度，定义/>为总水深。我们将水流沿水平方向从海底到海表分割成/>份，定义每一层的边界层为：
（1）
其中系数为取值范围为0到1的单调递增数列，用来描述/>与/>的相对位置，即：
（2）
表示每一分割层的位置，即：
（3）
因此，每一层的厚度可以计算：
（4）
基于欧拉方程，连续方程和动量方程为：
（5）
（6）
（7）
边界条件为：
（8）
（9）
其中分别表示沿水平方向/>的速度和沿垂直方向/>的速度，/>表示时间，/>为海表面高度，/>为重力加速度，/>为非静压项，/>和/>分别为海表面的垂直速度和海底的垂直速度，/>和/>分别为海表面的水平速度和海底的水平速度。
将方程(5)至(7)沿每层到/>进行积分，并作线性近似处理，即可得到如下方程：
（10）
（11）
（12）
其中的范围为1至/>，/>表示第/>层的厚度，/>分别表示第/>层的水平速度和垂直速度。/>分别表示第/>个边界层的水平速度和垂直速度，/>分别表示第个边界层的水平速度和垂直速度。/>分别表示第/>个边界层和第/>个边界层的非静压项。/>分别表示第/>个边界层和第/>个边界层的通量速度，其表达式为：
（13）
方程(10)至(12)表示的是第层的运动，因此整个系统一共有/>个方程，接下来我们对变量/>做如下变换：
（14）
（15）
其中，，/>为变换后的新变量，/>为/>的变换矩阵：
（16）
的第一行全为1，除此之外对角线上均为-1，下对角线上均为1。在物理意义上，这种变换使得新变量/>分别表示整个系统的水平速度和垂直速度，/>表示相邻的第/>层和第/>层的水平速度差和垂直速度差。将新的变量代入，由此我们得到新的控制方程组，共包含/>个方程。
接下来将对上述方程组进行求解，为了便于展示，我们假设共将水流沿水平方向从海底到海表分割成两层，且分割位置恰为中间，即。则经过变换后得到的方程为：
（17）
（18）
（19）
（20）
（21）
（22）
其中分别表示中间层水平速度和竖直方向的速度，/>分别表示整个系统的沿水平方向的速度和沿垂直方向的速度，/>分别表示上下两层之间的沿水平方向的速度差和沿竖直方向的速度差，/>分别表示海表面高度和海底深度，/>表示总水深，为重力加速度，/>分别表示海底和中间层的非静压项。将方程(17)至(22)的非线性项移到等号右侧，则可得到如下方程：
（23）
（24）
（25）
（26）
（27）
（28）
其中分别表示方程(19)至(22)中非线性的项。接下来对方程(23)至(28)做离散化处理，离散方法采用半隐式离散，即：
（29）
（30）
（31）
（32）
（33）
（34）
其中分别表示当前时刻和下一时刻第/>个位置的海表面高度，/>和表示当前时刻和下一时刻第/>个位置的海表面高度，/>分别表示当前时刻和下一时刻第/>个位置的海底深度，/>分别表示当前时刻和下一时刻第/>个位置上整个系统的的水平速度，/>分别表示当前时刻和下一时刻第/>个位置上上下两层的水平速度差，/>分别表示当前时刻第/>和第/>个位置上/>和/>的乘积，/>分别表示下一时刻第/>和第/>个位置上和/>的乘积，/>分别表示当前时刻第/>和第/>个位置上/>和/>的乘积，/>分别表示下一时刻第/>和第/>个位置上/>和/>的乘积，分别表示当前时刻和下一时刻第/>个位置上中间层/>的非静压项，分别表示当前时刻和下一时刻第/>个位置上中间层/>的非静压项。分别表示当前时刻和下一时刻第/>个位置上海底的非静压项，/>分别表示当前时刻和下一时刻第/>个位置上海底的非静压项。/>表示当前时刻第/>个位置的中间层/>的垂直速度，/>分别表示当前时刻第/>个位置上非线性项的取值，/>分别表示当前时刻第/>个位置上非线性项/>的取值，分别为空间步长和时间步长，/>为一确定系数，用来控制显隐式比例，其取值范围在0至1之间。再引入两项方程：
（35）
（36）
其中分别表示下一时刻第/>和第/>个位置上/>和/>的乘积，/>分别表示下一时刻第/>和第/>个位置上/>和/>的乘积，分别表示下一时刻第/>个位置上海表面的沿垂直方向的速度，中间层的沿垂直方向的速度和海底的沿垂直方向的速度。
由上述方程(29)，以及方程(31)至方程(36)可知，一共存在，七个未知量。方程封闭，可以进行计算求解。最终可以得到每一时间点的各变量值。
在二维空间(x,y)中，假设初始海底地形平坦，海底形变为：
（37）
其中，为形变最高高度，/>刻画水平方向上的地震尺寸。我们选用二层模型进行试验，设定空间步长/>，时间步长/>，总形变时长10s。取/>，/>分别取20,40,80，将得到的结果与解析解进行比较，得到如图3所示结果。图3绘制了在第10s时的海底形变和二层模型与解析解计算出的海表面高度结果。其中黑色线表示海底形变高度，灰色线表示二层模型计算结果，白色圈表示解析解计算结果，如图3所示，二层模型计算结果与解析解十分接近，具有极高的应用潜力。
如图4所示，本发明的地震海啸预警方法的步骤如下：
S102：首先，将地震海啸的震源中心坐标及震级作为输入文件输入到系统中，系统根据输入内容，首先对比地震海啸灾害数据库，若数据库存在相同对象，则直接将相同对象作为参考导出进行结果输出展示；
S104：若否，则构建输入文件;
S106：系统编译并执行具备动态底部边界的非静压自由表面流模型计算；
S108：计算结束后，提取并暂存计算结果；
S110：系统处理计算后的输出文件，可视化绘图，进行结果输出展示；并且根据计算结果，分析地震海啸传播至近岸后的易受危害地区；
可选的，系统记录并储存上述步骤中的所有数据及结果，拓展地震海啸预警数据库。
本发明的实施例中所提出的基于多层非静压模型的地震海啸预警方法，主要根据已知的海底形变对海表面情况进行预测。上述实施例仅展示了在二维情况下，二层模型的推导过程。实际上，可以拓展到任意层，层数越多精度，二维实际可以类比地推广到三维空间中，任意层的求解。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于多层非静压模型的地震海啸预警系统，其特征在于，包括：
数据库单元，用于存储地震海啸灾害数据库；
对象单元，用于接收地震海啸输入信息，并在地震海啸灾害数据库中查询比对是否存在相同的预存地震海啸信息，若未查询比对到所述相同的预存地震海啸信息时，调用输入单元、执行单元、输出单元和分析单元；
所述输入单元，用于根据输入的地震海啸信息进行计算，并构建输入文件；
所述执行单元，用于执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型计算；
所述输出单元，用于在模型计算结束后，提取并暂存计算结果；
所述分析单元，用于根据所述输出单元的计算结果，输出可视化信息；
其中，所述地震海啸输入信息包括：断裂带中心经纬度、断裂带长度、断裂带宽度和断裂带滑移量；
所述执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型计算包括：
将水流沿水平方向从海底到海表面分割成N份，其中，每一层的边界层为：
；
其中，为海底深度，/>为总水深，/>为海表面高度，系数/>为取值范围为0到1的单调递增数列，用来描述/>与/>的相对位置，即：
；
表示每一分割层的位置，即：
；
因此，每一层的厚度满足：
；
基于欧拉方程，连续方程和动量方程为：
；
；
；
边界条件为：
；
；
其中分别表示沿水平方向/>的速度和沿垂直方向/>的速度，/>表示时间，/>为海表面高度，/>为重力加速度，/>和/>分别为海表面的垂直速度和海底的垂直速度，/>和/>分别为海表面的水平速度和海底的水平速度，
将上述连续方程和动量方程沿每层到/>进行积分，并作线性近似，即得到如下方程：
；
；
；
其中，的范围为1至/>，/>表示第/>层的厚度，/>分别表示第/>层的水平速度和垂直速度，/>分别表示第/>个边界层的水平速度和垂直速度，/>分别表示第/>个边界层的水平速度和垂直速度，/>分别表示第/>个边界层和第/>个边界层的非静压项，/>分别表示第/>个边界层和第/>个边界层的通量速度，其表达式为：
；
上述线性近似后的方程表示的是第层的运动，因此整个系统共有/>个方程，对变量做如下变换：
；
；
其中，为变换后的新变量，/>为/>的变换矩阵：
；
上述变换使得新变量分别表示整个系统的水平速度和垂直速度，/>表示相邻的第/>层和第/>层的水平速度差和垂直速度差。
2.根据权利要求1所述的基于多层非静压模型的地震海啸预警系统，其特征在于，所述用于执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型计算还包括：通过采用半隐式离散进行离散化处理。
3.根据权利要求2所述的基于多层非静压模型的地震海啸预警系统，其特征在于，所述通过采用半隐式离散进行离散化处理的步骤，包括通过利用控制显隐式比例，其中，/>取值范围在0至1之间。
4.根据权利要求1所述的基于多层非静压模型的地震海啸预警系统，其特征在于，所述对象单元在查询比对到相同的预存地震海啸信息时，直接将所述地震海啸灾害数据库中的相同的预存地震海啸信息的数据和结果进行提取。
5.一种基于多层非静压模型的地震海啸预警方法，其特征在于，包括：
获取地震海啸输入信息，在地震海啸灾害数据库中查询比对是否存在相同的预存地震海啸信息；
当地震海啸灾害数据库中不存在相同的预存地震海啸信息时，根据输入的地震海啸信息进行计算，并构建输入文件；
执行具备动态底部边界的非静压自由表面流模型进行计算；
提取并暂存计算结果；
处理计算后的输出文件，输出可视化信息；
根据计算结果，分析地震海啸传播至近岸后的易受危害地区；
其中，所述地震海啸输入信息包括断裂带中心经纬度、断裂带长度、断裂带宽度和断裂带滑移量；
所述执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型进行计算包括：
将水流沿水平方向从海底到海表面分割成N份，其中，每一层的边界层为：
；
其中，为海底深度，/>为总水深，/>为海表面高度，系数/>为取值范围为0到1的单调递增数列，用来描述/>与/>的相对位置，即：
；
表示每一分割层的位置，即：
；
因此，每一层的厚度满足：
；
基于欧拉方程，连续方程和动量方程为：
；
；
；
边界条件为：
；
；
其中分别表示沿水平方向/>的速度和沿垂直方向/>的速度，/>表示时间，/>为海表面高度，/>为重力加速度，/>和/>分别为海表面的垂直速度和海底的垂直速度，/>和分别为海表面的水平速度和海底的水平速度，
将上述连续方程和动量方程沿每层到/>进行积分，并作线性近似，即得到如下方程：
；
；
；
其中，的范围为1至/>，/>表示第/>层的厚度，/>分别表示第/>层的水平速度和垂直速度，/>分别表示第/>个边界层的水平速度和垂直速度，/>分别表示第/>个边界层的水平速度和垂直速度，/>分别表示第/>个边界层和第/>个边界层的非静压项，分别表示第/>个边界层和第/>个边界层的通量速度，其表达式为：
；
上述线性近似后的方程表示的是第层的运动，因此整个系统共有/>个方程，对变量做如下变换：
；
；
其中，为变换后的新变量，/>为/>的变换矩阵：
；
上述变换使得新变量分别表示整个系统的水平速度和垂直速度，/>表示相邻的第/>层和第/>层的水平速度差和垂直速度差。
6.根据权利要求5所述的基于多层非静压模型的地震海啸预警方法，其特征在于，所述执行具备动态底部边界的多层非静压自由表面流模型计算还包括：通过采用半隐式离散进行离散化处理，并且通过利用控制显隐式比例，其中，/>取值范围在0至1之间。
7.根据权利要求5所述的基于多层非静压模型的地震海啸预警方法，其特征在于，所述根据计算结果，分析地震海啸传播至近岸后的易受危害地区，还包括：当计算结果达到预警值时，对易受危害地区发送预警信号。
8.根据权利要求5所述的基于多层非静压模型的地震海啸预警方法，其特征在于，还包括记录并储存所有数据及结果，拓展地震海啸灾害数据库。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7734449B1 (en) * 2006-02-28 2010-06-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Numerical modeling of nonlinear ship-wave interactions
CN114966854A (zh) * 2022-07-28 2022-08-30 海南浙江大学研究院 一种单层非静压地震海啸预警系统和方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7734449B1 (en) * 2006-02-28 2010-06-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Numerical modeling of nonlinear ship-wave interactions
CN114966854A (zh) * 2022-07-28 2022-08-30 海南浙江大学研究院 一种单层非静压地震海啸预警系统和方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Extension of a Roe-type Riemann solver scheme to model non-hydrostatic pressure shallow flows;I. Echeverribar etc.;Applied Mathematics and Computation(第440期);全文 *
一种能准确模拟波浪复杂演化过程的非静力学数值模型;陈善群;吴昊;汤润超;;船舶力学(11);全文 *
基于非静压模型的波浪空间聚焦研究;马小舟;马建兴;马玉祥;董国海;;中国海洋大学学报(自然科学版)(04);全文 *
马尼拉俯冲带潜在地震海啸对华南沿海的影响;刘英男 等;海洋与湖沼;第54卷(第2期);全文 *

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