Infrasound measurements at open‐vent volcanoes are crucial parameters for monitoring and exploring the explosive source dynamics. Volcano infrasound depicts the pressure variation within the volcanic conduit generated by the sudden expansion of volcanic gases during the fragmentation process, and it can provide important constraints on the explosive source parameters (i.e., volumetric flux and exit velocity). The acoustic source of volcanic explosions is modeled by infrasonic signals measured near the volcano vent (<3 km) assuming linear theory of sound and considering the effects of topography and atmosphere on the acoustic wavefield. However, little is known on the initial conditions within the volcanic conduit. In linear acoustics, the wavefield in a cylindrical duct propagates as a plane wavefront, which becomes spherical outside the vent. The acoustic impedance at the open end of the duct is a function of the vent radius and the pressure wavelength, and it controls the acoustic wavefield radiated outside the duct in terms of amplitude and radiation pattern. We present here a 3D‐Finite Difference Time Domain (FDTD) numerical method to evaluate the scattering effects on the infrasound signal produced by topography around the crater and along the source‐receiver path in terms of Green's function. Once the effects of topography are removed, we show how pressure perturbation is largely affected by the impedance contrast at the vent which, when not considered, is introducing errors in the way we quantify explosive dynamics.

中文翻译：

---

通过3D-FDTD仿真对岩浆导管内的声通量建模

敞开式火山的次声测量是监测和探索爆炸源动力学的关键参数。火山次声描述了碎裂过程中火山气体突然膨胀所产生的火山管道内的压力变化，它可以对炸药的爆炸源参数（即体积通量和出口速度）提供重要的限制。火山爆炸的声源由在火山口（<3 km）附近测得的次声信号模拟，假定声音是线性理论，并考虑了地形和大气对声波场的影响。然而，对于火山管道内的初始条件知之甚少。在线性声学中，圆柱管中的波场以平面波阵面传播，并在通风口外变为球形。管道开口端的声阻抗是通风口半径和压力波长的函数，它根据振幅和辐射方向图控制辐射到管道外部的声波场。我们在这里提出一种3D有限差分时域（FDTD）数值方法，以格林函数的方式评估在环形山周围以及沿源-接收器路径的地形产生的次声信号上的散射效应。一旦消除了地形的影响，我们就会显示出排气孔处的阻抗对比在很大程度上如何影响压力扰动，而如果不考虑这一点，则会在量化爆炸动力学的方式中引入误差。并根据振幅和辐射方向图控制辐射到管道外部的声波场。我们在这里介绍一种3D有限差分时域（FDTD）数值方法，以格林函数的形式评估在环形山周围以及沿源-接收器路径的地形产生的次声信号上的散射效应。一旦消除了地形的影响，我们就会显示出排气孔处的阻抗对比在很大程度上如何影响压力扰动，而如果不考虑这一点，则会在量化爆炸动力学的方式中引入误差。并根据振幅和辐射方向图控制辐射到管道外部的声波场。我们在这里提出一种3D有限差分时域（FDTD）数值方法，以格林函数的方式评估在环形山周围以及沿源-接收器路径的地形产生的次声信号上的散射效应。一旦消除了地形的影响，我们就会显示出排气孔处的阻抗对比在很大程度上如何影响压力扰动，而如果不考虑这一点，则会在量化爆炸动力学的方式中引入误差。我们在这里介绍一种3D有限差分时域（FDTD）数值方法，以格林函数的形式评估在环形山周围以及沿源-接收器路径的地形产生的次声信号上的散射效应。一旦消除了地形的影响，我们就会显示出排气孔处的阻抗对比在很大程度上如何影响压力扰动，而如果不考虑这一点，则会在量化爆炸动力学的方式中引入误差。我们在这里提出一种3D有限差分时域（FDTD）数值方法，以格林函数的方式评估在环形山周围以及沿源-接收器路径的地形产生的次声信号上的散射效应。一旦消除了地形的影响，我们就会显示出排气孔处的阻抗对比在很大程度上如何影响压力扰动，而如果不考虑这一点，则会在量化爆炸动力学的方式中引入误差。