山體效應(yīng)

山體效應(yīng)主要指隆起地塊的熱力效力。巨大山體（山系或高原)創(chuàng)造其周圍的氣候，在任給定的海拔高度上，隆起地塊的表面積越大，山體對其本身和周圍環(huán)境的影響也就越大。山體作為突起的熱島，太陽輻射被吸收并轉(zhuǎn)換成長波熱能，其溫度遠(yuǎn)高于相同海拔自由大氣的溫度。山體越大，其氣候和低地上空的自由大氣相比變化也越大。在建立山體和熱量平衡間的相互關(guān)系時(shí)，應(yīng)考慮其緯度位置，大陸度、云量、風(fēng)、降水及地表狀況。一般來說，較大山體的氣候效應(yīng)類似于大陸度增加，其溫度變幅比小山體大。山體越大，植物生長的上限越高，垂直自然帶的相應(yīng)界線也越高。山體效應(yīng)在山體內(nèi)部比邊緣地區(qū)明顯，如青藏高原東南部山地森林上限自邊緣向內(nèi)部遞升（相同緯度比較），作物種植上限也有類似的變化趨勢。主要指隆起地塊的熱力效應(yīng)。巨大山體（山系或高原）創(chuàng)造其周圍的氣候，在任何給定的海拔高度上，隆起地塊的表面積越大，山體對其本身和周圍環(huán)境的影響也越大。

山體效應(yīng)對山體本身也有影響，與低地相比，山地的氣壓、氣溫和濕度都有所降低，而日照和輻射則有所增加，到一定的高度時(shí)有較大的降雨量、在山坡上，多種不同氣候帶的分布，與從赤道到兩極氣候帶的分布有些相像。在低緯度地區(qū)，高度可起調(diào)節(jié)溫度的作用，因此，即使在赤道上，高山也會(huì)終年積雪。在山地，每天的風(fēng)向都要變換一次，和海陸風(fēng)的情況差不多。一般來說，較大山體的氣候效應(yīng)類似于大陸度增加，其溫度變幅比小山體大。植物生長的上限較高，垂直自然帶的相應(yīng)界線也高。山體效應(yīng)在山體上比邊緣地區(qū)明顯。

隆起地塊的熱力效應(yīng)，即隆起地塊對其本身和周圍環(huán)境的熱力影響。

地震動(dòng)的山體地形效應(yīng)問題屬于局部場地條件對地震動(dòng)的影響范疇。汶川地震之后，記錄到了大量主、余震山體地震動(dòng)記錄，結(jié)合“明燈一號(hào)”人工爆破山體地形地震動(dòng)記錄以及汶川地震震后現(xiàn)場與地形效應(yīng)相關(guān)的震害調(diào)查資料，本文對地震動(dòng)的山體地形效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)分析研究，取得了一些認(rèn)識(shí)和結(jié)論。
通過對山體地形效應(yīng)地震動(dòng)記錄的處理分析，得到了山體地震動(dòng)的加速度、均方根加速度、90％持時(shí)以及頻譜的基本特點(diǎn)。針對觀測記錄中相當(dāng)數(shù)量山頂?shù)牡卣饎?dòng)反應(yīng)水平低于山底的異常現(xiàn)象，本文分析了山底水平自由地表覆蓋土層、輸入地震動(dòng)頻譜特性以及山體卓越頻率特性對山底和山頂?shù)卣饎?dòng)反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水平自由地表場點(diǎn)有覆蓋土層時(shí)，在低水平地震動(dòng)輸入下，覆蓋土層未進(jìn)入強(qiáng)烈非線性狀態(tài)，因此對地震動(dòng)輸入中不同頻段范圍的頻率成分產(chǎn)生不同程度的放大作用，從而對水平自由地表覆蓋土層地震動(dòng)反應(yīng)產(chǎn)生放大，而山體由于其振動(dòng)特性的緣故，對高于其卓越頻率的地震動(dòng)頻率成分產(chǎn)生明顯的濾波作用，從而導(dǎo)致山體的地震動(dòng)反應(yīng)水平低于水平自由地表。
山體地震動(dòng)反應(yīng)水平與地震動(dòng)輸入中的頻率成分有直接關(guān)系，當(dāng)頻率成分與山體卓越頻率相近時(shí)則容易引起山體共振，從而對輸入地震動(dòng)產(chǎn)生放大效應(yīng)；當(dāng)頻率成分高于山體卓越頻率時(shí)，山體對地震動(dòng)中的高頻成分產(chǎn)生明顯的濾波效應(yīng)，從而對地震動(dòng)產(chǎn)生抑制作用；山體對地震動(dòng)中低于其卓越頻率的頻率成分沒有明顯的影響。
針對傳統(tǒng)傅氏譜譜比在確定山體地形效應(yīng)影響方面的缺點(diǎn)，通過對地震動(dòng)反應(yīng)譜譜比進(jìn)行分析，本文基于能量譜的概念提出了均方根反應(yīng)譜譜比的方法。結(jié)果表明，該方法消除了傳統(tǒng)傅氏譜譜比方法基于某一頻率點(diǎn)的放大幅值來確定山體地形效應(yīng)的隨機(jī)性和不合理性，可以作為一個(gè)合理的方法來確定山體地形對輸入地震動(dòng)中某一頻段范圍內(nèi)地震動(dòng)能量的放大效應(yīng)。
山體地震動(dòng)的偏振效應(yīng)與山體的幾何形狀有很大關(guān)系，孤立的圓形山包很難發(fā)生偏振，而狹長的山梁則容易發(fā)生偏振。通過將地形效應(yīng)觀測臺(tái)陣的兩水平向加速度記錄按照山體走向和橫向進(jìn)行分解，對山體走向、橫向地震動(dòng)的幅值、90％持時(shí)和頻譜進(jìn)行分析，得到了山體偏振效應(yīng)的基本特點(diǎn)。對輸入地震動(dòng)頻譜特性和山體走向、橫向的振動(dòng)特性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，山體發(fā)生偏振效應(yīng)與輸入地震動(dòng)中的頻率成分有很大關(guān)系，山體的橫向地震動(dòng)反應(yīng)水平并不總是大于走向。例如竇??劍?詿笳鹱饔孟律教搴嵯蚱?翊笥謐呦潁??誚?⌒≌鹱饔孟攏?蚴親呦蚱?翊笥諍嵯潁?湓?蚴竊詿笳鹱饔孟攏?淙氳卣鴝?鬧械推島橢懈咂島?慷己芊岣唬?捎諫教搴嵯虻淖吭狡德勢?蛑械推擔(dān)?虼舜笳鶉菀滓?⑸教搴嵯蜆艙瘢???⌒≌鷸械母咂島?糠淺７岣唬?械推島?亢萇伲?虼瞬蝗菀滓?鷙嵯蜆艙瘢??疑教搴嵯蚧岫孕≌鷥咂黨煞植??瞬ㄗ饔茫?傭?賈律教搴嵯虻卣鴝?從Ρ淙酰??教遄呦虻淖吭狡德勢?蛑懈咂擔(dān)?諦≌鹱饔孟攏?教遄呦蚋?菀追⑸?艙裥вΓ?傭?允淙氳卣鴝???糯笮вΑＡ磽猓?教逭穸?鈉?裥вτ氬煌?德食煞值牡卣鴝?芰看笮∫燦泄叵怠
通過對陡坎、山梁兩種典型地形進(jìn)行二維數(shù)值模擬計(jì)算，討論了P波和SV波垂直入射以及斜入射條件下不同坡度地形模型的地震動(dòng)反應(yīng)特征，并分析了地形模型自由地表覆蓋土層對地震動(dòng)反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，地形對自由地表的地震動(dòng)反應(yīng)影響明顯。
對于陡坎模型，在水平方向上，斜坡坡腳對地震動(dòng)反應(yīng)有明顯的抑制作用，坡角越大，抑制作用越強(qiáng)。斜坡上的地震動(dòng)水平隨著高程的增加而變大；陡坎地形頂部前緣對地震動(dòng)有明顯的放大作用，坡角越小，放大作用越明顯，而隨著與坡頂距離的變大，放大作用逐漸減弱，在遠(yuǎn)離陡坎斜坡的兩側(cè)，地震動(dòng)反應(yīng)逐漸接近水平自由地表反應(yīng)。
對于山梁模型，在山體兩側(cè)斜坡上，決定其地震動(dòng)反應(yīng)水平大小的是入射波傳播方向與斜坡坡面的夾角，夾角越大，山體在水平方向上的地震動(dòng)反應(yīng)水平越高，而在豎直方向上的地震動(dòng)反應(yīng)水平越低。通過對地震波斜入射條件下不同位置的地震動(dòng)反應(yīng)時(shí)程進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)由斜入射產(chǎn)生的水平自由地表行波效應(yīng)明顯。
通過對在SV波垂直入射條件下，兩種地形不同位置上覆土層對自由地表地震動(dòng)反應(yīng)的影響進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，水平自由地表覆蓋土層的地震動(dòng)反應(yīng)水平有可能高于地形與其上覆土層綜合作用下的地震動(dòng)反應(yīng)。上覆土層的地形斜坡地震動(dòng)反應(yīng)相對于無覆蓋土層的巖石斜坡地震動(dòng)反應(yīng)并沒有明顯的放大，其原因是由于覆蓋土層位于傾斜的斜坡，入射地震動(dòng)的傳播方向相對于土層為斜入射，在這種情況下，土層對入射的地震動(dòng)放大系數(shù)與入射角度有很大關(guān)系，對于SV波，土層的放大系數(shù)隨著入射角度的增加而變小，在臨界入射角度處達(dá)到最小值。

地理學(xué)（一級(jí)學(xué)科）；自然地理學(xué)（二級(jí)學(xué)科）