开放的复杂目标热辐射特性的矩阵表达式

目标成分单一、同温、平面非黑体的热辐射方向性完全由该目标的复介电常数及表面粗糙度所决定的比辐射率方向性所决定,其表达式为Lλ（θk,T）=ελ（θk）Lbλ（T）.论证了对于遥感中经常遇到的非均一、非同温、几何结构复杂的开放体系,其比辐射率可以用一个矩阵来表达,它精确地描述了体系内部各组分间的相互作用,进而使开放复杂体系的热辐射方向性及结构特征可借助矩阵形式而得到完整的表达.矩阵表达的优点是:（i）对开放复杂目标体系有效比辐射率形成的物理机制表达得十分简明、完美;（ii）由多角度热红外遥感数据反演组分温度的原理和方法变得十分简单明了;（iii）开放复杂体系的热辐射方向性规律与均质、同温、平面非黑体热辐射方向性规律之间的不同,仅仅在于前者用矩阵表达,而后者仅用一个比辐射率矢量ελ（θk）表示之.事实上经典物理学中公式Lλ（θk,T）=ελ（θk）Lbλ（T）也只是矩阵表示法的一个特例.因此矩阵表示是一个普遍适用的描述热辐射方向性的公式.     

MODIS亮温增温异常点比值的时序分析方法及其在台湾一些5级以上地震前的异常变化

首次提出了MODIS卫星遥感数据用于地震预测研究的MODIS亮温增温异常点比值定量化方法以及尽量减少云层干扰的初步方案。结合近期台湾地区一系列中强地震的震例研究,归纳了分析区域内中强地震前的MODIS亮温增温异常的量化指标。研究表明,大部分研究震例在地震发生前1~20天都出现了突跳性质的增温异常比值(活跃度)增强的情况,而正常情况下增温异常比值都在零值附近波动。利用在一定程度上排除了云层影响的MODIS卫星遥感热红外信息得到的亮温增温异常点比值的变化,在一些多震地区有针对性地系统开展研究,有望找到识别地震短临前兆的一种新方法     

岩石红外比辐射率简易测定方法及意义

利用地表辐射 (亮温 )求取地面温度需要通过岩石比辐射率进行换算。地球上的岩石千差万别 ,即使岩石学上分类一致的岩石 ,比辐射率也可以显著不同 ,需要大量的比辐射率时 ,现有测量方法显得过于复杂或环境要求过高 ,发展简便的比辐射率测量方法十分必要。实际上 ,在室温情况下 ,比辐射率为常数 ,可以通过测量一系列的温度和相应的辐射值 ,仪器本身的辐射和环境辐射可直接当作未知量参加反演 ,最终利用最小二乘法拟合获得比辐射率 ,大大降低了测量的难度。文中测量了1 6种岩石标本的比辐射率 ,方差一般保持在 0 .0 1左右 ,大多数 <0 .0 1 ;线性拟合的相关系数均 >0 99     

非均匀饱和大气中的广义位温

从热力学第一定律出发证明了广义位温的物理基础及其守恒性,完善了Gao等在2004年提出的非均匀饱和大气动力学的理论基础.探讨了广义湿位涡理论及其倾向方程在地面气旋追踪、雾区预报等方面的可应用性,为湿空气动力学的理论研究和业务应用提供了新思路.结果表明,非均匀饱和大气中的广义位温和位温、相当位温一样,具有守恒性;但由于其体现了实际大气的非均匀饱和特性,比位温、相当位温具有更广泛的应用前景.     

基于改进两步差法的玛多MS7.4地震微波异常研究

针对2011年提出的两步差法在地震微波异常提取中的不足,提出了改进两步差法,该方法通过使用层次聚类和小波分析两种算法,克服了原方法中未考虑不同地物类型引起的亮温差异、亮温背景场不够稳健等问题,从而使异常结果在空间形态和异常幅度上更加合理,并将该方法应用于2021年5月22日青海省玛多县M_S7.4地震的微波异常提取。结果显示,玛多地震前三个月出现了一条长约900 km、增温幅值达12 K的NE向亮温增温条带,与2010年4月14日MS7.1玉树地震前异常特征在空间分布和演化特征上均有很高的相似性。此外,异常出现的时间和幅度与震级有一定相关性,震级较大的玛多地震出现异常时间较早,幅度较大;而震级较小的玉树地震出现异常时间较晚,幅度较小,且两次地震的微波亮温增温幅值均达8 K以上。初步的机理分析认为,地震前的微波异常条带与该区域的NE向张性断裂和张性断陷带在空间上分布一致,异常的出现可能与地震前该断陷带的地热活动以及地表岩石的发射率变化有关。     

结构-地基动力相互作用时域数值计算模型研究

完全在时域数值分析范畴内，本文对结构一地基动力相互作用系统运动方程进行了深入推导，给出了统一的基本表达形式，简化可获得目前应用的各类主要时域模型。其中，基于结构一地基交界面的位移协调条件及作用力与反作用力平衡方程，推导了动力相互作用分析子结构法模式的时域基本方程。从结构的一般动力平衡方程出发，推导了相互作用直接法模式的基本平衡方程，并基于有限元模型对两类模式间的等价性条件进行了理论验证。     

几种地表微波比辐射率变化特征的地面观测

基于地表微波比辐射率观测试验,我们探讨了不同下垫面的地表微波比辐射率的变化特征以及降雨前后地表比辐射率的昼夜变化特征.同时,通过比较红外扫描仪和温度计同步测量的地表温度,发现将温度计浅埋土里比半埋土里测量的更为合理,后者测量的地表温度在中午时不合理偏高15～20℃.对于四种地表,草地比辐射率最高(～0.94),其次是裸土地比辐射率(～0.86),然后是沙地比辐射率(～0.82),水面比辐射率最小(～0.4).在微波辐射计观测入射角 > 60°时,土地和沙地比辐射率都随入射角度增加而减小,尤其前者更为敏感;草地和水面比辐射率随入射角度变化较小.不同地表比辐射率都呈现出昼夜差异,尤其土地、沙地和水面比辐射率在降雨之后的昼夜差异较为显著,夜里普遍偏高白天0.02～0.04;草地比辐射率昼夜差异较小,基本是白天略微高于晚上.降水后,草地微波比辐射率变化较小,裸土地和沙地比辐射率则显著降低.沙地和草地比辐射率随频率变化较小,裸土地比辐射率在降雨之后随频率明显增加.     

基于相关性的热红外温度与发射率分离算法

在分析地面测量大气下行辐射和地表发射率之间关系的基础上,给出了针对热红外高光谱数据温度与发射率分离过程中地表温度优化的相关性判据,提出了基于相关性的温度与发射率分离算法（the Correlation Based Temperature Emissivity Separation Algorithm,CBTES）。该算法利用大气下行辐射和地表发射率之间的相关性优化地表温度,进而获得地表发射率。基于模拟的热红外高光谱数据,对CBTES算法的精度进行分析,结果表明CBTES算法具有较高的温度与发射率反演精度;并与光谱迭代平滑温度发射率分离算法（ISSTES）进行比较,发现CBTES算法具有和ISSTES算法相当的精度。此外,CBTES算法具有一定的抗噪性,对测量过程中大气下行辐射的变化不敏感;对于非同温像元,当其发射率定义为r-emissivity时,其辐射温度是对波数缓慢变化的,假设在比较窄的光谱区间内辐射温度近似不变,可以用CBTES算法反演非同温像元在窄光谱区间内的等效温度,在714-1250cm^-1。光谱区间内多个窄光谱区间反演的等效温度可以较好的刻画非同温像元辐射温度的变化趋势。     

陆面微波比辐射率的卫星观测研究进展

复杂多变的陆地表微波比辐射率,造成陆面上星载微波观测反演大气参数较为困难,也使得许多卫星微波资料不易同化应用到数值模式,因此迫切需要提供准确可靠的陆面微波地表比辐射率信息.随着卫星观测技术的迅速发展,利用丰富的星载被动微波观测直接反演陆面微波比辐射率成为一种主要手段.国外针对星载微波成像仪和微波垂直探测器开展较为系统的陆面微波比辐射率研究,建立不同类型的地表比辐射率反演方法,开发地表比辐射率参数化方法并应用于辐射资料同化.对于卫星观测反演陆面微波比辐射率存在的问题,开展了评估分析和方法订正.国内利用卫星观测也开展了一些陆面微波比辐射率研究工作,尚需要系统、综合的提炼.对于地表特征复杂的中国地区,还需要评估认识不同陆面微波比辐射率反演方法在我国适用情况,需要增强陆面微波比辐射率数据质量的认识以及业务应用.     

基于二阶应变梯度理论的弹性波数值模拟

介质微结构相互作用会使介质存在不均匀性,而这种不均匀性,则会引发新的响应.当位移场/旋转场存在强烈空间/时间变化时,这种由介质微结构相互作用所导致的不均匀性会愈加明显.应变梯度通过在应变能密度函数中引入应变的一阶或者高阶导数,以描述这种由介质微结构相互作用导致的不均匀性,由于引入高阶导数,应变梯度理论可以描述更小尺度的微结构相互作用,但是其存在计算量大以及物理解释困难等问题.单参数二阶应变梯度理论作为应变梯度理论的一种特例或者简化版本,将二阶应变梯度视为对应变能密度函数的附加影响.本文从非局部理论出发,推导单参数二阶应变梯度理论的本构方程,进而结合几何方程和运动微分方程,给出非对称弹性波动方程的数学表达式.并应用该非对称弹性波动方程在各向同性均匀介质模型和Marmousi模型上进行数值模拟,合成地震记录.将该地震记录与传统弹性波动方程所生成的合成地震记录进行对比,研究分析应用二阶应变梯度描述介质微结构相互作用对地震记录的影响规律,给出以下结论:(1)基于单参数二阶应变梯度理论的非对称弹性波动方程所描述的位移扰动对纵波和横波的传播都产生了影响,且对横波的影响较大;(2)介质更小尺度的微结构相互作用可以在地震记录中被反映出来,我们需要考虑其对地震波传播的影响.     

对流层强迫与平流层暴发性增温

采用平流层准地转－β通道近似下的波流相互作用模型，考虑大气行星波１和波２与流的相互作用，以平流层底部边界强迫波波１和波２的振幅作为参数，对该模型的分岔特性进行了研究．结果表明，系统具有稳态解支Ａ，Ｂ，Ｃ，在某些参数范围内，多种稳态解同时存在．解支Ａ对应于平流层冷冬状态，解支Ｃ对应于平流层增温状态．由于参数变化系统在稳态解Ａ和Ｃ之间发生灾变是冬季平流层暴发性增温的原因．文中给出了二维参数空间中的分岔集，它表明了对流层顶的波动对平流层暴发性增温的控制作用，能很好地解释观测事实．     

强速度反差介质中的基尔霍夫衍射成像

在不均匀介质中进行走时计算，有限差分方法优于射线追踪方法。然而，当将这些方法应用到基尔霍夫偏移，在出现强速度反差时就会产生严重问题。如果采用有限差分走时方法计算初至，由于大量的地下信息通常由直达体波所携带，那么，就会产生不完整的图象。我们提出一个计算续至走时的新方法，解决了上述问题，并将初至和续至走时都应用到基尔霍夫衍射成像算法中。反差显示，在基尔霍夫偏移中兼用初至和续至波能够明显改善强速度反差介质的成像。     

应用MODIS遥感数据监测巢湖水质

以巢湖为研究对象,对MODIS的各个波段辐射率与水质参数叶绿素a浓度、悬浮物浓度和透明度进行拟合,分析了MODIS各个波段辐射率的拟合在监测大型内陆湖泊水质中的可行性.结果表明:MODIS波段辐射率的组合能与巢湖水质参数进行较好的匹配,MODIS波段1—4和10—11对于监测巢湖中叶绿素a浓度、悬浮物浓度和透明度有重要意义.     

结构-地基体系水平与扭转位移耦合效应研究

采用动力理论对地基-结构非线性相互作用体系的振动方程进行了定性分析.基于多线性随动强化模型,采用非线性有限元法求解了基础和地基土之间的水平刚度与摇摆刚度,建立了结构-地基非线性相互作用体系的力学模型.利用拉格朗日能量法推导了结构水平位移和扭转相耦合的振动方程.采用多尺度法研究了结构-地基相互作用体系的主共振.通过分析不...     

流体涡旋中螺旋波不稳定发展的理论研究

文章利用柱坐标下的流体涡度方程,通过求初始时刻的解析解,研究了螺旋波的不稳定发展问题.结论是：涡旋中螺旋波动之间可以通过基本流耦合相互作用,出现共振不稳定增长.其增长率大小与初始扰动的波数相关,数值计算结果也表明：波动在发展过程中,螺旋带状结构将越来越明显,螺旋角越来越小.     

风浪成长过程的空间演化方程

从海气相互作用的物理本质出发, 通过引入特征波的概念, 提出了能够合理刻画风浪成长过程的反馈型风浪空间演化方程. 虽然该方程非常简单, 但却包含了风浪成长过程中主要的控制因素, 可清晰地解释风浪成长过程中能量不断向低频转移的物理现象, 而无需借助非线性波 —— 波相互作用的概念, 所得到的各项结果与各种观测结果非常符合. 给出了一种既适用于实验室也适用于外海的风浪波高成长规律, 进一步坚实了利用实验室进行风浪研究的物理基础. 建立的风浪成长过程空间演化方程为海气相互作用机理研究以及海浪预报提供了一种新的思路.     

一种新的物理耗散技术及其在中尺度数值天气预报模式中的应用

从统计物理学角度看, 大气属自由度极大的多体系统, 必然服从热力学第二定律. 根据热力学第二定律的约束重构了中尺度模式MM5控制大气运动方程中的摩擦耗散项(水平扩散项), 在数值天气预报模式中合理地引入了非平衡大气中可能发生的不可逆扩散机制. 结果, 一方面, 模式时间积分过程中出现的无天气意义的噪音受到了有效的抑制; 另一方面, 正因为所建议的重构技术是基于物理定律而非出于诸如人工粘性之类的计算考虑, 因此天气预报的准确率亦获得了显著的提高.     

对2001年昆仑山口西8.1级地震前断层带红外增温异常的讨论

利用NOAA卫星热红外遥感图像对东昆仑断裂带进行解译分析 ,并结合红外亮温的数值化处理 ,对比研究了地震活动比较平静的 1 999年和 2 0 0 1年昆仑山 8 1级地震前后的资料。结果表明 ,季节性的气象因素对断裂带的影响很大。在初冬季节 ,断裂带内的红外亮温值等于甚至高于周围环境温度。同时对比分析东昆仑断裂与阿尔金断裂的亮度温度也发现 ,在秋冬季的季节过渡期 ,气象因素对不同地物热惯量的影响很大。因此认为 ,前人提出的 2 0 0 1年 1 1月 1 4日发生在东昆仑断裂带上的 8 1级地震的震前红外辐射的增温异常 ,其中包含了随季节变化的自然现象 ,与地震有关的异常信息还有待于进一步探讨     

纬向平均区域臭氧层动力学系统的反演及其研究

根据观测的O3总量场序列资料反演区域系统的非线性演化方程,采用自然正交分解方法,由空间函数构造相空间正交基,将时间函数（主成分）嵌入对应于系统状态变量,计算得到O3层系统的分数维D2＝2．9,说明它属于低自由度的混饨动力学系统．主成分的时间尺度层次特征,反映了O3层的各种动力行为,它们是动力学系统再现的集合,用于反演动力学方程可描述不同层次扰动的约束及相互作用的性质,刻画出系统的演化形态．为研究系统成分的内在关系,在三维和四维相空间中分别建立动力学方程。通过对比分析,两者描述O3层动力行为的差异表现在较低层次的系统成分中,表明在系统成分相互作用过程中高层次对低层次信息的不完全确定性。     

考虑土-结构动力相互作用效应的界限研究

开展了土-结构动力相互作用的模型试验,探讨了框架结构的近似有效基本周期,并研究了考虑相互作用效应的界限.模型试验中分别进行了刚性地基和柔性地基条件下的结构基本周期测试,并通过与理论计算结果的比较,验证了FEMA450中建议的有效基本周期计算方法能够有效预测土-结构相互作用效应的影响.利用FEMA450中建议的刚性地基上普通钢筋混凝土框架结构基本周期近似值的计算式,分别建立了明置基础、埋置基础的框架结构有效基本周期近似值的计算式,并以此分析了框架结构考虑相互作用的界限问题,提出了考虑埋置深度影响的合理界限.