Development of numerical simulation of ULF electromagnetic wave propagation in the lithosphere and its application to global electromagnetic environment problems

岩石圈超低频电磁波传播数值模拟进展及其在全球电磁环境问题中的应用

基本信息

批准号：
20K04412
负责人：
安藤芳晃
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Douglas-Gunn(DG)アルゴリズムに基づくWeighted Laguerre Polynomial-Finite Difference Time Domain (WLP-FDTD)法の効率的解法について、3次元計算への適用を行った。数値計算結果の検証を行ったところ、WLP-FDTD法の展開項数を増やすと解が不安定になる現象が観測された。これについては2次元では見られなかったものであり、3次元のスキームにおいて原理的に生じるものか、重み付きラゲール関数の級数解の収束判定を調べているところである。同時に、WLP-FDTD法を用いた地殻変動に伴う電磁放射の検討を2次元解析で行っている。昨年度までは導電率分布としてAlekseevらが開発したグローバル導電率モデルを用いて行っていたが、水平方向の空間解像度が0.25°×0.25°であり、例えばグアム地震などに対して観測機を設置したグアム島を正確にモデル化できない。そこで、グローバル導電率モデルにGrayverが開発した海洋導電率モデル(0.1°×0.1°)を重畳させ、導電率の空間解像度を向上させたモデルを開発した。海洋導電率モデルは海洋部以外では導電率データのない不連続部が生じるが、それを多項式による補外によって補完した。開発したモデルを用いて全てのイベントで解析をし直し、波源電流強度の推定精度を向上させた。また伊豆諸島群発地震については、設置された観測器が選択的にULF電磁放射を観測したことを踏まえ、原因となる地震の特定を行って解析をし直した。地震の規模と推定電流強度の間に良い相関があることが分かった。

将基于Douglas-Gunn (DG)算法的加权拉盖尔多项式时域有限差分(WLP-FDTD)方法的高效解应用于三维计算。当我们验证数值计算结果时，我们观察到当WLP-FDTD方法中展开项的数量增加时解变得不稳定的现象。这在二维中尚未观察到，我们目前正在研究它是否原则上发生在三维方案中，或者是否是加权拉盖尔函数的级数解的收敛性测试。同时，我们正在利用WLP-FDTD方法对与地壳形变相关的电磁辐射进行二维分析。直到去年，电导率分布仍采用Alekseev等人开发的全球电导率模型，但水平方向的空间分辨率为0.25° x 0.25°，并且以关岛地震为例安装了观测设备。关岛无法准确建模。因此，我们通过将 Grayver 开发的海洋电导率模型 (0.1° x 0.1°) 叠加在全球电导率模型上，开发了一种提高电导率空间分辨率的模型。海洋电导率模型存在不连续性，因为海洋之外没有电导率数据，但可以通过使用多项式的外推法来补充这些不连续性。我们使用开发的模型重新分析了所有事件，并提高了估计源电流强度的准确性。对于伊豆群岛地震群，我们根据安装的观测仪器选择性观测到ULF电磁辐射的事实，确定了震源并重新分析。研究发现，地震震级与估计的电流强度之间存在良好的相关性。