基于改进全变差正则化的GPR多尺度全波形双参数同步反演

针对探地雷达（GPR）双参数全波形反演中电导率反演精度差、双参数存在串扰现象、反演计算量大、易陷入局部极值等问题.作者将具有多参数调节功能的L-BFGS算法引入到GPR时间域全波形反演中,它避免了对Hessian矩阵的直接存储与精确求解,减小了存储量和计算量.结合参数调节因子的选取,有效减小了同步反演时介电常数与电导率的串扰影响,在不降低介电常数反演精度的前提下,提高电导率参数的反演精度.通过在反演目标函数中加载改进全变差正则化方法,提高了反演的稳定性,使目标体边缘轮廓更加清晰.首先以简单模型为例,对比了单尺度反演与多尺度串行反演策略的优劣,说明多尺度串行反演有利于逐步搜索全局最优解;而开展参数调节因子的选取实验,说明合适的参数调节因子可以有效改善介质电导率的反演精度;测试了不同正则化的反演效果,表明改进全变差正则化能提高反演稳定性,显著降低模型重构误差.最后,分别对含噪合成数据和实测数据进行了反演测试,说明本文提出的多尺度、双参数反演具有较强的鲁棒性,能提供更丰富的信息约束,重构图像界面清晰、反演效果好.     

南宁冰雹天气类型及预报预警指标

利用MICAPS历史资料,对2000年以来南宁出现12例典型冰雹过程的环流形势进行统计,根据冰雹天气发生前的环流基本特征及各系统影响比重,归纳为高架冰雹型、高原槽冰雹型、西南暖低压冰雹型3种环流形势。并利用南宁市2009年4月12日、2017年3月18日以及2018年5月7日共3例不同类型的冰雹天气过程的探空资料、MICAPS历史资料以及南宁多普勒天气雷达产品数据,分别从天气背景、物理量场、雷达产品进行详细分析,总结南宁市冰雹预报预警的部分参考指标,得出以下结论:(1)西南暖低压的存在对南宁冰雹天气的发生起重要作用;(2)大气层结不稳定、强烈垂直风切变、适宜的0℃和-20℃高度为南宁冰雹天气的必要条件;(3)垂直液态水含量存在跃升是判断南宁冰雹是否发生的重要手段。     

一种使用正交调制互补码的新方法

本文提出一种新的方案,可以用正交调制的方法,同时发射两组互补码,从而使得该系统对目标信号相关时间的要求由历来的“必须远大于雷达重复周期”降低到”只要远大于码的总长”。本文给出了用计算机进行仿真的结果。     

Stochastic estimation of facies using ground penetrating radar data

Explicitly defining large-scale heterogeneity is a necessary step of groundwater model calibration if accurate estimates of flow and transport are to be made. In this work, neural networks are used to estimate radar facies probabilities from ground penetrating radar (GPR) images, yielding stochastic facies-based models that honour the large-scale architecture of the subsurface. For synthetic GPR images, a neural network was able to correctly identify radar facies with an accuracy of approximately 90%. Manual interpretation of a set of 450 MHz GPR field data from the Borden aquifer resulted in the identification of four radar facies. Of these, a neural network was able to identify two facies with an accuracy of near 80% and one with an accuracy of 44%. The neural network was not able to identify the fourth facies, likely due to the choice of defining facies characteristics. Sequential indicator simulation was used to generate facies realizations conditioned to the radar facies probabilities. Numerical simulations indicate that significant improvements in the prediction of solute transport are possible when GPR is used to constrain the facies model compared to using well data alone, especially when data are sparse.This work was supported by funding to R. Knight under Grant No. DE-FG07–00ER15118-A000, Environmental Management Science Program, Office of Science and Technology, Office of Environment Management, United States Department of Energy (DOE). However, any opinions, findings, conclusions, or recommendations expressed herein are those of the authors and do not necessarily reflect the views of DOE. Further support was provided by a Stanford Graduate Fellowship to S. Moysey. The authors would also like to thank James Irving for his assistance with processing of the radar data.     

全国天气雷达数据处理系统

根据《全国天气雷达终端更新》和《全国天气雷达定标》项目的技术规定,研制了一套完整的雷达业务数据处理系统,实现了全国布网天气雷达数据格式统一、产品生成、产品分发和图像回显的全自动化业务,提高了我国天气雷达网的业务质量、以及数据处理和产品应用水平,收效显著。在研发过程中,充分考虑了业务条件、实际要求和探测技术的发展,系统功能丰富,算法先进,接口开放,设计精美,投入业务两年来系统运行稳定。该系统放弃了传统对话框和工具栏的设计方式,创新设计了操作面板控制。文中的研发思路,设计方法,系统特点对我国业务软件的研制具有很好的借鉴作用。     

双线偏振多普勒天气雷达遥测降水强度和液态含水量的方法和精度研究

利用雨滴谱的Г分布和散射计算模式,研究了C波段双线偏振多普勒天气雷达遥测降水强度、液态含水量和识别降水粒子相态的方法,给出了利用反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、差传播相移KDP反演降水强度和液态含水量的三种公式以及这三个物理量的关系公式,并从雨滴谱的变化和雷达测量误差两方面比较了几种方法的测雨精度.结果表明:雨滴谱在很大范围变化时,利用ZDR和KDP可以很好地反演出降水强度和液态含水量,它受滴谱分布的影响不大,它的探测精度优于(ZH,ZDR)方法.单参数KDP方法优于传统的Z-R关系方法.同时给出的ZH与ZDR和KDP关系公式也基本不受雨滴谱变化的影响,它可以用于降水粒子相态的识别.双参数方法的测量误差主要来源于雷达测量ZDR和KDP的误差,特别是KDP的误差,改善KDP的测量误差是发挥双线偏振多普勒雷达探测降水强度或液态含水量潜力的关键.     

Geomorphic characteristics of the Minjiang drainage basin (eastern Tibetan Plateau) and its tectonic implications: New insights from a digital elevation model study

Abstract   The Minshan Mountain and adjacent region are the major continental escarpments along the eastern Tibetan Plateau. The Minjiang drainage basin is located within the plateau margin adjacent to the Sichuan Basin. Based on the analysis of the digital elevation model (DEM) acquired by the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), we know that the Minjiang drainage basin has distinct geomorphic characteristics. The regular increasing of local topographic relief from north to south is a result of the Quaternary sediment deposition within the plateau and the holistic uplift of the eastern margin of the Tibetan Plateau versus the Sichuan Basin. Results from DEM-determined Minjiang drainage sub-basins and channel profiles show that the tributaries on the opposite sides are asymmetric. Lower perimeter and area of drainage sub-basins, total channel length and bifurcation ratio within eastern flank along the Minjiang mainstream are the result of the Quaternary differential uplift of the Minshan Mountain region. Shorter stream lengths and lower bifurcation ratio might be the indications of the undergrowth and newborn features of these eastern streams, which are also representative for the eastern uplift of the Minshan Mountain.     

同向圆射流混合特性实验研究

利用声学多普勒流速仪(Acoustic Doppler Velocimetry,ADV)自动测速系统和平面激光诱导荧光(Plane Laser Induced Florescence,PLIF)系统对同向圆射流的速度场和浓度场进行了系统的研究,并与前人的工作进行了比较和讨论。时均特性测量结果表明,射流主体段下游各断面的速度和浓度横向分布是自相似的,且近似可用高斯分布来表示;随着射流向下游传播,射流中心流速逐渐衰减,在强射流区和弱射流区遵循不同的规律;紊动特性测量结果表明,下游各断面的紊动强度横向分布是自相似的。     

闽中北前汛期多普勒雷达定量估测降水分析

使用2002、2003年福建中北部27个气象站5—6月自记雨量资料及相应的雷达体扫资料，通过用最优化法统计得出不同区域的Z-I关系，并将统计结果用于2005年5—6月的降水估测。同时利用实时雨量资料采用卡尔曼最优（卡尔曼滤波＋最优插值）、变分等估测方法对2005年几次混合型降水过程进行实时雨量校正，用福建北部武夷山九曲溪流域雨量计检验校正后的雨量值，并对上述几种方法的测量精度进行比较、分析。结果表明：卡尔曼最优、变分法及100km距离范围内的最优化法的过程平均相对误差小于25％，100km距离范围以外最优化法的过程平均相对误差明显增大，Z=300I^1,4估测的误差最大。     

利用雷达回波与GIS技术反演面雨量研究

自动气象站可以直接测量单点或较小范围的降水量,测量精度较高,但自动气象站的分布密度不够,往往漏掉强降水、暴雨中心。雷达能实时探测云和降水结构及系统发生、发展演变情况,能迅速提供一定区域的实时降水情况,但雷达测量误差较大,测定局地降水量精度不高,因此,将自动气象站与雷达进行点面结合,采用一定的数学方法和GIS技术,可以得到能够代表某特定区域平均降水情况的面雨量。以深圳市行政区域面雨量反演为例,建立区域内所有测站的6 min累积降雨资料与雷达回波数据之间的回归关系,借助GIS技术和包括对经度、纬度、海拔高度3个因子的地理订正,构建雷达图上特定行政区域的面雨量计算模型,并对格点拟合雨量进行空间分辨率的精细化反演,得到雷达图上的特定行政区域的面雨量图。