长白山天池火山千年大喷发空降碎屑物数值模拟.pdf

维普资讯
第��卷第�期�地�震�地�质�������. ��. ��
����年�月����������������������������.,�����
长白山天池火山千年大喷发�
空降碎屑物的数值模拟�
于红梅�许建东�赵谊�
��中国地震局地质研究所,北京�������
��黑龙江省地震局,哈尔滨��������
摘要�文中以������火山灰扩散数学模型为基础,考虑了空气参数随海拔高度的变化和不同大�
小的颗粒由于内含气泡数量的不同而造成的密度不同,计算了不同尺寸颗粒的最终沉降速度和沉降�
时间。并对喷发柱扩散概率浓度的计算公式进行了修正,对长白山天池火山千年大喷发空降碎屑物�
的空间分布进行了数值模拟。模拟时根据风速随高度的变化应用�个模型:��固定风速���/�;���
风速从地球表面线性增加到对流层顶部,在平流层的速度为对流层顶部风速的�.��倍�又称����
模型�;��风速在对流层与���相同,但是从对流层顶部到����高处风速线性减小,����高度以�
上的风速为对流层顶部的��% �又称���模型�。通过与前人的结果进行比较,说明了模型的合理�
性,最后分析了模拟结果与前人结果之间存在差异的原因。�
关键词�天池火山�空降碎屑物数值模拟扩散模型�
中图分类号:����.��文献标识码:��文章编号:����—������������—����—���
��引言�
长白山天池火山位于吉林东部中一朝边境上,是一座具有潜在喷发危险性的中央式复合�
火山,�����土���年爆发时喷出的火山灰扩散到远至日本海及日本北部,造成的破坏相当严�
重。本次研究通过对长白山天池火山碎屑空降物的数值模拟,估算了该火山�����土���年喷�
发时所产生的空降碎屑物的分布情况,为天池火山历史灾害评估提供了依据。�
国外最早对火山空降物进行模拟研究是在����年�����������.,�����,随后�������
������、��������等������、���������等�����,�����、���������等�����,�����、��������等�
������也对此做了大量的研究,提出了二维和三维的火山灰扩散模型,并对����年�月��日�
的美国���������火山和��年的意大利��������火山进行了模拟。国内在这一领域的研究相�
对来说起步较晚�赵谊等,����,����;赵谊,����;席道瑛等,����;张程远等,�����,其研�
究范围和研究深度都十分有限。�
本项模拟研究所利用的数学模型以������������提出的火山碎屑空降物扩散模型为基础,�
考虑了不同大小的颗粒由于内含气泡数量的不同而造成的密度不同以及不同高度的风速、空气�
密度、温度和黏度的不同。并对模型进行了改进,改进后的模型对喷发柱概率扩散浓度的计算�
�收稿日期】����—��—��收稿,����—��—��改回。�
维普资讯
�期�于红梅等:长白山天池火山千年大喷发空降碎屑物的数值模拟�����
做了简单的修改。�
以天池火山�����±���年大喷发为例,我们计算了不同颗粒分组的概率扩散浓度值;得�
到了该次喷发所产生的火山灰沉积厚度数据,并与前人的研究成果进行了对比,验证了改进后�
模型的合理性。�
��理论模型�
������������基于喷发柱的颗粒扩散以及大气环流引起的水平平流、大气湍流引起的水平�
扩散和重力引起的颗粒降落,建立了�个火山碎屑扩散的二维模型:�
亟旦
���一����
�����一�亟���,��旦���嗉一���,�����
式���中�是扩散物质的浓度;�为风速;�为边界扩散系数,又称涡旋扩散函数,������给出�
����% ���������/�%
. 。�
���式的解即为空降碎屑物的沉积分布�
��
�‘�,������￡�.。��【一�】�����
�,�
式���中�为颗粒质量,�为颗粒降落的时间。�
������通过对实际测量数据进行统计,给出了最终降落速度和沉降时间公式:�
�,�:———————���二二�二二二���二二二一�����
�叩��。。。让�
�/��町�。�������
��。.���×�。�【�—二—�兰旦���������
式���中�是近椭球状碎屑颗粒主轴的平均直径;��是颗粒的最终降落速度;�。,�是空气的�
黏度和密度;�是颗粒密度;�是重力加速度;�为颗粒的形状参数。式���和���中�以�为�