海洋测量技术研究进展与展望

我国海洋测量技术最近几年取得了很大的发展。重点介绍测量技术装备、数据采集与处理和信息管理,以及测量基础理论与应用研究领域的主要进展情况,并对这一技术未来发展趋势作了展望。     

顾及坡度和高程的多波束测深数据抽稀算法

海底地形数据是进行海洋科学研究、工程建设的重要数据源,水深信息作为海底地形数据的基础信息,反映了海底地形的起伏变化。因此,如何有效地处理水深数据成为海洋测绘的重点研究内容。为解决海量多波束测深数据的数据冗余问题,提出了一种顾及坡度和高程的多波束测深数据抽稀算法,能够兼顾数据抽稀的精度和地形特征点的保留。考虑到存在含有空洞、凹边界等局部空白区域的多波束测深数据,首先利用Alpha Shape算法提取测深数据局部空白区域的边界点;然后采用坡度和高程相结合的抽稀算法删除冗余点,得到抽稀结果。在实验区内,通过与基于坡度抽稀、顾及地形复杂度抽稀和基于系统抽稀算法进行对比实验,结果表明：(1)本文抽稀算法在测深数据局部空白区域生成的等深线较上述抽稀算法更贴近原始测深数据等深线的形态,可以有效保持地形形态完整性;(2)对不同地形的测深数据进行抽稀,本文算法的精度较上述抽稀算法均有不同程度的提升,尤其抽稀率较低时,本文算法较上述算法在MSE分别提升了16%、27%、14%和10%、36%、2%,RMSE分别提升了7%、12%、7%和5%、17%、3%,体现了本文算法对不同地形多波束测深数据抽稀的有效性...     

夏季烟台—威海北部近海溶解氧浓度垂向分布的最小值

基于2020年夏季的大面航次观测数据,分析了烟台—威海北部海洋牧场及邻近海域海水溶解氧浓度垂向分布最小值（氧最小值层）的空间分布特征,并探讨了影响因素。从6月至8月,海水溶解氧浓度不断减小,垂向结构亦存在显著变化。海水溶解氧浓度垂向分布的最小值主要集中于7月的近岸海域,最小值大致从外海向近岸方向减小,其距离海底高度及与底层溶解氧浓度之差的绝对值均于双岛湾邻近海域为最大。海水溶解氧浓度垂向分布的最小值位于最强密度层结以下。但是海水溶解氧浓度垂向分布最小值的强度向北减小,而密度层结向北增大,两者的空间分布基本相反,说明密度层结抑制垂向湍流扩散可极大减少深层海水溶解氧的来源,是海水溶解氧浓度垂向分布最小值形成的必要条件,但不是主导因素。在海水溶解氧浓度垂向分布的最小值层,表观耗氧量存在垂向分布的最大值,大部分站点的pH存在垂向分布的最小值,说明局地增强、持续的生物地球化学耗氧是控制海水溶解氧浓度垂向分布最小值形成和空间分布的一个重要过程。研究结果表明氧最小值层是夏季烟台—威海北部近岸海水溶解氧垂向结构的典型特征之一。     

时变地震谱估计的非参数方法评价及应用

针对工程中常见的非平稳地震动激励,进一步建立了时变功率谱估计的理论框架。首先,在多个样本情形下,采用信号处理中的时频分析方法对非平稳激励的时变谱估计理论进行了讨论。当激励样本数量有限时,对Priestley提出的估计方法进行了介绍。其次,以地震工程中常用的Kanai-Tajimi谱模型为目标,分别对均匀调制与一般调制谱的估计结果以及不同估计方法的精度与收敛性进行评价后,提出了能够方便工程应用的建议。最后,针对SMART-Ⅰ(Strong Motion Array in Taiwan,Phase Ⅰ)密集台阵第45次地震记录的多组三维样本,揭示了EW、NS、UD三个方向时变谱的典型特征以及各方向间的时变相干性。结果表明:与短时Fourier变换相比,复Morlet小波与广义谐和小波估计谱具有较好的精度与收敛性,Priestley方法估计单个样本具有优势;SMART-Ⅰ台阵地震动具有强度和频率的双重非平稳性,三个方向具有弱相干性。研究结论可为拓展谱估计理论的工程应用以及后续大跨结构多维多点非平稳地震响应的分析提供参考。     

基于GPS数据分析渭河盆地现今地壳形变特征

基于2001—2015年流动及连续GPS观测资料,借助多面函数拟合法建立渭河盆地水平速度场模型,并计算球面坐标下的应变特征参数。结合陕西地区地质构造背景,分析渭河盆地水平速度场及应变场分布特征。结果表明:(1)渭河盆地西部GPS速度场受青藏块体及鄂尔多斯块体共同作用明显,西部GPS速度场大于中东部,且GPS速度场有顺时针旋转的运动特征。(2)渭河盆地西部主应力场变化复杂,中部的西安地区主应变差异变化明显,与2009年11月5日高陵M_S4.4地震对应;渭河盆地西部出现最大剪应变及面应变高值区及差异变化高梯度带,在西安附近出现最大剪应变及面应变差异变化梯度带,高陵地震震中位于零值线附近。(3)2001—2010年的主应变、最大剪应变、面应变变化比2011—2015年显著,表明高陵地震发生后,应力场进行了释放调整,近期渭河盆地地震紧迫性相对较低。     

辽阳石洞沟水管倾斜短期异常分析

辽阳石洞沟DSQ型水管倾斜仪NS分量自2017年2月19日开始出现N倾短期加速、EW分量自2017年3月27日后出现E倾短期加速、NE分量在2017年4月5日后出现E倾短期加速异常变化。从仪器观测稳定性、降雨资料和周边干扰调查等方面对资料异常变化进行分析研究,排除人为干扰、降雨干扰、山洞附近环境干扰、仪器主机、数据采集器和放大器等问题,认定NS向为2017年2月19日更换N端防雷设备造成短期加速影响,而EW向和NE向为前兆异常,但由于仪器脚底螺丝生锈较为严重,导致该仪器的异常信度较低。     

“引江济太”对2016年后太湖总磷反弹的直接影响分析

针对“引江济太”工程将总磷浓度偏高的长江水引入太湖后对2016年后太湖总磷反弹的影响,本文实测并收集整理了2016年前后“引江济太”调水入湖水量、磷通量及全太湖入湖水量、磷通量与太湖磷存量等数据,对2016年前后“引江济太”调水入湖水量、磷通量、磷形态与其他入湖河道水量、磷通量、磷形态以及全太湖的水质、受水区贡湖的水质进行了分析.结果表明：2016年前后,“引江济太”年均入湖磷通量为97.56 t,年均入湖水量为8.16亿m³,从调水量、入湖磷通量、调水后短期磷响应及各湖区磷增量来看,“引江济太”与2016年后太湖总磷反弹相关性不强.“引江济太”调水累计入湖磷通量为877.97 t,占太湖总入湖磷通量的4.58%,累计入湖水量占太湖累计入湖水量的7.36%,单位水量携带的磷通量仅为其他来水的一半左右,占比相对有限.与太湖主要入湖河流相比,“引江济太”调水属于优质来水,湖泊的入湖河流总磷浓度一般都高于湖泊本身的总磷浓度,“引江济太”调水总磷浓度偏高属于正常范围.目前“引江济太”工程在保证供水安全、缓解水华危机的同时对处于严重富营养化状态的太湖具有一定的改善效果,但未来引水量增加的情况下,必须继续关注引水带来的磷通量与太湖磷循环系统的关系,确保“引江济太”对太湖继续产生良性的影响.     

鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳各向异性特征

本研究使用内蒙古自治区数字测震台网2010年1月至2017年10月区域小地震的波形记录资料,采用SAM方法,进行了地壳剪切波分裂的分析,得到鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳介质地震各向异性的初步研究结果.根据15个台站161个有效地震记录的分析,鄂尔多斯块体北缘与西缘地区的快剪切波平均偏振方向为NE44.4°±38.4°,慢剪切波平均时间延迟为1.7±1.6ms·km~(-1).研究区域的快剪切波偏振显示出两个优势方向,一个是NE方向,另一个是近NS方向.区内的逆冲凸起与走滑正倾断层构造对剪切波分裂产生了直接的影响,造成了剪切波分裂参数的复杂分布,反映了剪切波分裂参数受到区域应力和构造共同作用的影响.鄂尔多斯块体北缘的快波偏振特征有NE和近NS两个优势偏振方向,其东区与西区的快剪切波偏振表现出明显不同的特征.东区的第一快剪切波优势偏振方向为NE,第二快剪切波优势偏振方向为近NS;西区的第一快剪切波优势偏振方向为近EW,第二快剪切波优势偏振方向为近NS.鄂尔多斯块体北缘的区域背景主压应力方向可能总体上为近NS方向,但空间分布有差异,东区NE方向的优势偏振与西区近EW方向的优势偏振更可能反映了断裂与构造的影响.鄂尔多斯块体西缘的快剪切波偏振特征显示出非常清楚的NE向的优势偏振方向,近NS向的优势偏振方向则不太明显,反映出该地区复杂构造对各向异性分布的影响.慢波时间延迟呈现出西低东高的特点,时间延迟的高值出现在鄂尔多斯块体北缘的东部,时间延迟的这种西低东高的各向异性强度变化,可能反映了区域构造活动西强东弱的特性.     

集宁地电观测系统故障检查及处理

对集宁2017年4月1日-5月31日地电阻率原始观测数据曲线常规分析发现,NS、EW测道数值差异明显,采用电测深曲线进行对比分析,发现2测道电阻率数值基本一致。在同场范围内,地电阻率与电测深曲线应同步变化。对集宁地电阻率布极区、观测环境、观测系统、装置系统进行系列检查、测试,发现NS测道导线线芯与导线铠导通,导线铠与避雷箱箱体接触导致线路漏电,造成数值出现误差。通过对外线路以及电极引线等进行优化改造,集宁地电阻率观测数据恢复正常。