针对地震波传播的 Godunov 类型有限体积方法
数值分析
2025-06-03 v2 数值分析
地球物理
摘要
模拟地震波的计算复杂度不断驱动对更高效数值方法的探索。虽然有限体积方法在解决一般非线性双曲型（波动）问题方面备受推崇，但在实际的地震波模拟中却鲜有应用，文献中也罕有探讨。此外，地震波场常受到现实模型中常见的尖锐地下界面影响，这些界面理论上可以被有限体积方法充分求解。本研究我们检验了两种有限体积（FV）方法在地震波模拟中的效能与竞争性，与传统的有限差分方案进行了比较。我们调查了 Godunov 类型有限体积方法：一种称为波传播算法（WPA）的上风方法，以及中心上风型方法（CUp）。我们的数值分析发现，这些有限体积方法在地震问题中可以提供更少的色散（尽管增加了耗散），尤其是对于速度剧烈变化的模型。然而，当应用到更现实的地震模型时，有限体积方法的效果不如有限差分方法，后者具有更低的计算成本和更高的精度。这表明尽管有限体积方法具有保守性和在特定情境下准确捕捉冲击波的优势，但我们的研究结果表明，这些方法仅在速度模型中存在不现实的尖锐变化时才具有优势。
关键词
引用
@article{arxiv.2407.18820,
title = {On Godunov-type finite volume methods for seismic wave propagation},
author = {Juan Barrios and Pedro S. Peixoto and Felipe A. G. Silva},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.18820},
year = {2025}
}