MASNUM-WAM海浪模式集合Kalman滤波同化研究-I.风场扰动对海浪模拟影响

模式集合样本的代表性和观测信息的可靠性是制约数据同化效果的重要因素,而前者对海浪模式同化的影响尤为显著。由于海浪模式对初始场的敏感性较弱,来自大气的风输入源函数是海浪的重要能量输入,如何合理地对风输入进行扰动,构造海浪的集合模式运行,是实现和改进海浪模式集合Kalman滤波同化的关键问题。为了实现海浪模式集合运行,本文提出了风场的三种集合扰动方案,分别为：纯随机数、随机场和时间滞后的风场扰动方法。本研究利用2014年1月ECMWF全球风场,基于这三种风场扰动方法开展了集合海浪模式的集合运行实验,并统计分析了海浪特征要素（有效波高）和二维波数谱对风场扰动的响应。结果表明,随机场集合扰动方案所构造的风场集合效果最佳,所得海浪模拟结果的集合样本发散度适中,能够较为合理地反映背景误差的统计特征,可用于进一步的集合Kalman滤波海浪数据同化实验。     

全日潮海域风暴潮增水中全日扰动和半日扰动分析

风暴潮增水是风暴潮与天文潮相互作用理论研究的基本内容,也是风暴潮预报中的重要问题。最大余水位的产生机制对于提高预报精度及海岸带防护有着重要意义。为研究全日潮海域风暴潮增水中的全日扰动和半日扰动,对Horsburgh与Wilson的风暴潮余水位模型进行了改进和扩展,建立了包括多个分潮的余水位分解方法并将其应用于防城港站,对台风"启德"和"山神"影响下的潮位过程进行了分析。结果显示,建立的余水位的分解方法对于全日分潮和半日分潮有良好的适用性。由于高频分潮产生机制的复杂性,该方法对高频分潮应用尚需进一步研究。在全日潮的防城港海域,全日扰动与半日扰动具有相同的量级,二者的和约占总增水的15%~19%。台风过程不同,相位变化项和局地变化项对增水的贡献有较大差异。     

基于Hyperion高光谱数据和随机森林方法的岩性分类与分析

探索利用高光谱数据的岩性填图新方法是遥感地质应用领域的重要需求之一。本文运用随机森林方法和EO-1Hyperion高光谱数据,对新疆塔里木西北部柯坪地区的局部区域进行岩性分类,并对相关问题进行分析。分别利用光谱特征以及加入光谱一阶导数特征进行岩性分类,并对不同特征对岩性分类的重要性进行分析,同时与现有的基于光谱角制图方法(SAM)进行比较。结果表明,与SAM方法相比,随机森林方法得到了更高精度的岩性分类结果,是一种有效可行的岩性分类方法。根据特征重要性的排序,蓝绿光波段、短波红外波段以及相应的一阶导数特征对研究区Hyperion数据的沉积岩岩性分类贡献更大。     

1981~2018年青海夏季极端降水时空演变及成因分析

采用青海省41个国家地面气象站6~8月逐日降水资料和ERA-Interim0.5°×0.5°逐月再分析资料,分析了1981~2018年青海夏季极端降水的时空变化特征及天气学成因。结果表明:8月和夏季极端降水频次均呈显著增加趋势,75%以上站次的最大日降水量、极端降水阈值和极端降水频次均呈增加趋势;极端降水频次与海拔高度之间、最大日降水量与500hPa比湿、500hPa位势高度、近地面温度之间均存在显著的正相关;以极端降水高发年8月的大气环流场为例,200hPa高空急流扩展到70°~100°E,100hPa高度正距平超过3.2hPa,高层冷高压发展异常偏强,500hPa青藏高原温度和高度距平异常偏高,上游区域扰动能量辐合强度达?1×10?6m/s2,高发年水汽异常增强,比湿最大正距平超过0.4g/kg,上升运动异常扰动和正涡度异常扰动强度均明显偏强,其特征有利于极端降水的产生。      

保持拓扑关系与几何特征的矢量地图水印处理方法

矢量地图描述了地物特征及其空间关系。在矢量地图中嵌入数字水印可能会改变其几何特征和拓扑关系,从而降低矢量地图的可用性。针对这一问题,提出一种保持拓扑关系与几何特征的矢量地图水印处理方法,通过顶点的最大允许扰动范围计算、嵌入水印后的顶点移位检测、以及基于同名点拓扑关联的顶点坐标调整等处理,保持拓扑关系和几何特征正确性。采用居民地面矢量数据进行数字水印嵌入与检测实验,嵌入数字水印后的矢量地图保持了正确的拓扑关系和几何特征,验证了方法的可靠性和有效性。     

海域超大范围外部重力场快速赋值模型构建

针对海域超大范围外部重力场快速赋值的特殊需求,分析了3种传统扰动引力赋值模型的适用性和局限性,分别提出了直接积分改进模型、点质量改进模型和直接积分与点质量混合模型。利用数值计算验证了3组改进模型的合理性和有效性,为实际工程应用奠定了必要的理论基础。     

中国大陆密度和地震波速扰动异常的年龄属性研究

大陆动力学研究需要物质随空间和时间的变化的信息。三维密度和地震波速度扰动图像反映岩石圈物质的空间分布,要和大地构造学中的时间尺度信息综合起来,才能恢复动力学作用的过程。本文通过对比不同构造期的构造图和地壳不同深度的地球物理性质图像,研究中国大陆密度以及地震波速度扰动和构造事件的相关度。研究表明,岩石圈地幔的密度和波速扰动和现今板块构造的相关度是高的,说明岩石圈地幔的密度大黏度高,不仅地震波速快得多,物质蠕动的速度也比下地壳慢得多,板块运动产生的变形保存时间比较久。中国大陆中地壳的密度扰动和白垩纪以来的构造事件的相关度是高的,说明中地壳的密度扰动主要反映了白垩纪以来的构造事件。中国大陆上地壳结晶基底的密度扰动和侏罗纪以来的构造事件的相关度是高的,说明上地壳的密度扰动可以反映燕山期的构造事件。对于中国大陆而言,下地壳的波速变化和板块构造没有明显的相关性;不过下地壳深层的密度扰动也反映新构造期的构造事件。其原因可能是因为下地壳的物质黏度比较低,物质蠕动的速度比岩石圈地幔快得多,板块运动产生的变形不容易保存。总之,应用不同深度的密度扰动图像分别推测不同地质时期的地壳构造运动发生的地点和范围是可行的,地壳深层的三维密度扰动成像有可能提供180Ma以来中国大陆地质作用事件的有关信息。     

伊拉克M油田白垩系Mishrif组潟湖环境碳酸盐岩储集层成因机理

为深化潟湖相碳酸盐岩储集层非均质性认识,以伊拉克M油田白垩系Mishrif组为例,基于岩心观察、物性分析数据、铸体薄片及压汞实验,对潟湖相储集层特征及成因机理开展研究.结果显示:研究区潟湖环境岩石类型复杂,生物碎屑具有多样性,储集层以低渗、特低渗为主,孔隙度分布范围宽,发育大量的基质微孔、铸模孔和晶间孔.储集层强非均质性是复杂沉积作用和差异成岩作用的结果.潟湖沉积物泥质含量高,发育大量基质微孔,与生物扰动作用相伴生的埋藏白云化作用可形成晶间孔,易溶型生物碎屑被选择性溶蚀形成大量的铸模孔.研究认为:潟湖沉积物原始物性较低,后期成岩作用可改善储集层物性.生物扰动期次、扰动强度、充填物类型、环境的封闭性及外来流体性质等因素控制了潜穴中充填物的改造趋势;生屑类型、成岩序列和成岩环境等影响了沉积物中铸模孔的发育和保存.综合潜穴充填物类型、生屑类型、成岩环境和成岩作用等因素,建立了生物扰动成因孔隙模式和铸模孔发育模式.      

基于随机补片和DeepLabV3+的建筑物遥感图像变化检测

为有效解决传统遥感图像变化检测预处理复杂的问题,提出一种基于随机补片和DeepLabV3+的建筑物遥感图像变化检测方法。以ResNet50特征提取网络为基础,创建DeepLabV3+语义分割网络,并在图像和标签中创建大小为224像素×224像素的随机补片作为网络输入,训练建筑物提取网络;修改建筑物提取网络输入层为6通道,通过矩阵运算将两期遥感图像转换为一幅6通道非RGB图像,利用转换后的非RGB图像进行网络训练并验证变化检测精度。实验1利用ENVI5.3软件,采用马氏距离法进行变化检测;实验2采用改进的U-Net网络和随机补片,完成网络训练和精度验证;实验3使用实验2的训练数据和验证数据,采用随机补片和DeepLabV3+网络进行变化检测网络训练及精度验证。实验结果表明,该方法实验1、实验2、实验3建筑物变化检测平均交并比分别为24.43%、83.14%、89.90%,边界轮廓匹配分数分别为61.47%,80.24%、96.51%。     

长江中游荆江段非均匀悬沙恢复饱和系数

三峡工程运行后,长江中游荆江河段含沙量大幅度降低,次饱和水流冲刷河床使含沙量在沿程逐渐恢复,但其恢复特点由于沿程床沙组成差异而有所不同。本文基于Markov随机过程及泥沙起动理论,推导非均匀悬沙的泥沙落距表达式;结合悬移质扩散理论,修正非均匀悬沙恢复饱和系数公式。在此基础上,基于荆江河段实测输沙过程,提出考虑床沙组成影响的分组悬沙恢复饱和系数计算方法;该方法主要与泥沙粒径、悬浮指标、床沙组成及止滚概率、止悬概率等因素有关,无需考虑非饱和调整系数的影响。计算结果表明:①不考虑床沙组成时,沙市、监利站恢复饱和系数计算值均在区间0.12~0.27内变化,而考虑床沙组成时分别为0.000 3~0.171 8和0.003 5~0.157 9。②不考虑床沙组成时,分组悬沙恢复饱和系数计算值细沙>中沙>粗沙;考虑床沙组成时细沙 < 中沙 < 粗沙;除落水期外,沙市站粗沙的恢复速度均大于监利站。③沙市、监利站恢复饱和系数在各计算时段的变化过程对悬沙分组具有敏感性,其中洪水期恢复饱和系数大于枯水期、涨水期和落水期。采用河床变形方程反算分组悬沙恢复饱和系数,并与本文计算结果进行对比;通过比较分析,本文公式能够用于描述荆江河段分组悬沙恢复特性,可为三峡工程下游非均匀悬沙沿程恢复过程研究提供参考。