A three-dimensional variational data assimilation system for a size-resolved aerosol model: Implementation and application for particulate matter and gaseous pollutant forecasts across China

A three-dimensional variational(3DVAR) data assimilation(DA) system is presented here based on a size-resolved sectional aerosol model, the Model for Simulating Aerosol Interactions and Chemistry(MOSAIC) within the Weather Research and Forecasting model coupled to Chemistry(WRF-Chem) model. The use of this approach means that both gaseous pollutants such as SO_2, NO_2, CO, and O_3 as well as particulate matter(PM_(2.5), PM_(10)) observational data can be assimilated simultaneously.Two one-month parallel simulation experiments were conducted, one with the assimilation of surface hourly concentration observations of the above six pollutants released by the China National Environmental Monitoring Centre(CNEMC) and one without assimilation in order to verify the impact of assimilation on initial chemical fields and subsequent forecasts. Results show that, in the first place, use of the DA system can provide a more accurate model initial field. The root-mean-square error of PM_(2.5), PM_(10), SO_2, NO_2, CO, and O_3 mass concentrations in analysis field fell by 29.27 μg m~(-3)(53.5%), 34.5 μg m~(-3)(50.9%),30.36 μg m~(-3)(64.2%), 8.91 μg m~(-3)(39.5%), 0.46 mg m~(-3)(47.4%), and 15.11 μg m~(-3)(51.0%), respectively, compared to a background field without assimilation. At the same time, mean fraction error was reduced by 42.6%, 53.1%, 45.2%, 43.1%,69.9%, and 48.8%, respectively, while the correlation coefficient increased by 0.51, 0.55, 0.48, 0.38, 0.47, 0.65, respectively.Secondly, the results of this analysis reveal variable benefits from assimilation on different pollutants. DA significantly improves PM_(2.5), PM_(10), and CO forecasts leading to positive effects that last more than 48 h. The positive effects of DA on SO_2 and O_3 forecasts last up to 8 h but that remains relatively poor for NO_2 forecasts. Thirdly, the influence of assimilation varies in different areas. It is possible that the positive effects of DA on PM_(2.5) and PM_(10) forecasts can last more than 48 h across most regions of China. Indeed, DA significantly improves SO_2 forecasts within 48 h over north China, and much longer CO assimilation benefits(48 h) are found in most regions apart from north and east China and across the Sichuan Basin. DA is able to improve O_3 forecasts within 48 h across China with the exception of southwest and northwest regions and the O_3 DA benefits in southern China are more evident, while from a spatial distribution perspective, NO_2 DA benefits remain relatively poor.     

基于遗传算法优化BP神经网络的玉米遥感估产方法

以内蒙古自治区开鲁县玉米作物为研究对象,将生育期内玉米遥感影像所提取的多种植被指数和实地采样点的测产数据作为训练值,利用BP(back propagation)神经网络和遗传算法优化BP(GA-BP)神经网络估产模型,得出网络预测的玉米产量数值。通过决定系数R 2和均方根误差RMSE,比较实测产量与预测产量之间的精度,BP神经网络模型R^2为0.8452,RMSE(%)为28.37;遗传算法优化BP神经网络模型R^2为0.9850,RMSE(%)为6.70,表明遗传算法优化BP神经网络估产模型具有一定可行性和可信度。     

汽机弹簧隔振基础地震反应及弹簧变形分析

采用SeismoStruct软件建立有限元模型对某汽轮发电机组弹簧隔振基础进行时程分析，研究弹簧隔振基础的频率振型和地震响应、层间变形、弹簧变形等特性。研究表明，弹簧隔振基础的自振频率较低，竖向自振频率远离机组工作扰频；弹簧隔振装置能够在地震作用时减小台板加速度反应，并根据刚度重新分配水平地震作用，充分发挥立柱的抗震能力。结果表明基础设计符合《建筑抗震设计规范》标准，达到了弹簧隔振抗震的目标，基础设计合理、安全可靠。SeismoStrcut作为有限元分析软件，对汽机基础的模拟能够达到工程需要。     

空-谱融合的条件随机场高光谱影像分类方法

高光谱遥感数据具有光谱信息丰富、图谱合一的特点,目前已经广泛地应用在对地观测中。传统的高光谱分类模型大多过分依赖影像光谱信息,没有充分利用空间特征信息,这使得分类精度还有很大的提升空间。条件随机场是一种概率模型,能够较好地融合空间上下文信息,在高光谱影像分类中已经得到越来越多的关注,但大部分条件随机场模型存在超平滑的现象,会导致影像细节丢失。针对该问题,本文提出了一种优化融合影像空-谱信息的高分辨率/高光谱影像分类方法,该方法将影像的纹理信息与原始光谱信息进行融合,利用SVM分类器对其进行预分类,并将各类概率定义为一元势函数,以融合空间特征信息;然后将空间平滑项和局部类别标签成本项加入二元势函数中,以考虑空间背景信息,并保留各类别中的详细信息。最后,通过两组的高分辨率/高光谱影像数据进行试验。结果表明,与SVM算法、传统的条件随机场方法和面向对象的分类方法相比,本文提出的算法在整体分类精度上分别提高了10%、9%和8%以上,同时在保持地物边缘完整性、避免“同谱异物”与“同物异谱”的现象方面有较明显的优势。     

可替换式桥梁横向防落梁限位装置抗震性能研究

针对目前桥梁结构横向防落梁限位装置损毁后修复困难的问题，提出一种新型的带可更换耗能段的桥梁横向防落梁限位装置。分别以可更换耗能段的腹板厚度、腹板高度及安装位置等为参数，采用有限元软件ABAQUS建立了10个不同参数的装置模型并对其开展拟静力仿真试验，探讨其工作机理，验证其可更换的设计思想并剖析其破坏机理，研究各参数对装置滞回曲线、承载力、延性和耗能能力的影响规律。结果表明:该装置可通过先可更换耗能段破坏再竖板破坏达到多道设防和分级耗能的目的，且整个加载过程中装置的滞回曲线饱满、稳定、无明显捏拢，表现出良好的耗能能力；随着可更换耗能段腹板厚度的增加，装置屈服承载力、极限承载力、屈服位移、极限位移以及延性系数逐渐增大，耗能能力逐渐增强；可更换耗能段高度对装置屈服承载力影响不显著；随着可更换耗能段高度的增加，装置极限承载力逐渐增大，装置屈服位移先增大后减小，装置极限位移整体呈下降趋势，装置的延性系数和耗能能力逐渐减小；可更换耗能段的安装高度对装置屈服承载力和耗能能力的影响无统一规律，但与装置的屈服位移、极限位移及延性系数成负相关。基于本析结果，建议装置在满足承载力要求的前提下，应尽量选取可更换耗能段腹板厚度较厚、高度较小和安装位置较低的参数进行设计。     

黔北正安地区五峰组—龙马溪组页岩气地质特征及有利区预测

为明确黔北正安地区上奥陶统五峰组至下志留统龙马溪组的页岩气地质特征,充分应用页岩气地质调查、重磁电、二维地震、地质调查井及测试分析等工作方法,开展黔北正安地区1:5万页岩气基础地质调查,对五峰组至龙马溪组富有机质页岩的分布、沉积环境、有机地球化学、岩石矿物、储集性能及含气性等特征进行分析研究,结果表明: 研究区五峰组—龙马溪组富有机质页岩为深水陆棚相沉积,主要分布有安场向斜、斑竹向斜和泥高向斜,厚度14.5~55 m,埋深0~3 200 m; 有机碳(TOC)含量1.0%~4.0%,有机质镜质体反射率(R_o)为1.82%~2.23%,有机质类型以Ⅰ型干酪根为主; 岩石主要由石英、长石和黏土矿物组成,脆性矿物含量高,一般大于50%; 孔隙度为2.03%~3.89%,渗透率为0.35×10^-5~1.86×10^-5μm²,表现为低孔、特低渗的特征; 最高含气量为2.88 m³/t,显示出较好的含气性特征。综合分析和评价圈出3个页岩气聚集有利区,分别为安场区块、斑竹区块和泥高区块,这为研究区页岩气进一步勘探开发指明了方向。     

激电中梯测量在瑙木浑沟口金矿勘查中的应用

激电中梯是寻找金属硫化物富集体的有效地球物理勘探电法,该文主要解析了激电中梯测量在瑙木浑沟口地区寻找金矿勘查中的应用。通过在区内选择合适位置开展激电中梯测量并进行数据解译,圈定5处激电异常靶区结合探矿工程查证,获得了较好的异常解释效果。研究区采用激电中梯测量与探矿工程相结合,共划分2个矿化蚀变带9条金矿体,金矿石类型为黄铁矿化、方铅矿化碎裂岩型,主矿体Ⅱ-5号金品位(3.93～5.31)×10~(-6),平均品位4.92×10~(-6),主要有黄铁矿化、黄铜矿化、方铅矿化、闪锌矿化,金矿体主要赋存于NW向构造蚀变破碎带中,金与金属硫化物关系密切。因此,认为该区金矿勘查利用激电中梯测量圈定激电异常,找矿效果较好。     

Genetic variability of the Lessepsian migrant mussel Brachidontes pharaonis (Bivalvia: Mytilidae) in Tunisia

The present study used two mitochondrial markers (16S rRNA and COI) to assess the genetic diversity of a newly founded Lessepsian migrant mussel, Brachidontes pharaonis, in Tunisian waters. The species appears to be restricted to only one population in Rades Harbour, in the northern part of the country. Phylogenetic analyses revealed the monophyly of B. pharaonis in Tunisia. Both molecular markers revealed high genetic variability of the B. pharaonis population. Haplotype networks and demographic analyses confirmed the recent expansion events within this population. Multiple human-mediated introduction events involving several founder populations and intensive population growth rates are probably the main causes of the high polymorphism observed within this invasive mollusc.     

风机基础TLP平台在波浪中运动性能的CFD数值分析

随着海上风能的开发向深水发展，支撑风机的载体平台越来越受到关注。在经济性与安全性、稳定性的多重要求下，张力腿平台（TLP）在海洋风能资源的开发中体现出了重要地位。采用基于开源平台OpenFOAM开发的计算流体动力学（CFD）水动力学求解器naoe-FOAM-SJTU对一座处于中等水深下的风机基础水下TLP（STLP）的运动响应进行了数值模拟与研究。文中使用弹簧锚链模型模拟STLP的垂向系泊锁链系统，模拟该平台在不同波浪环境下的运动响应情况。首先将STLP单自由度自由衰减CFD模拟结果与已有全耦合时域分析结果进行对比，验证了naoe-FOAM-SJTU求解器及使用弹簧模型模拟STLP系泊系统的准确性与可靠性。随后在考虑非线性波浪载荷的情况下研究极端海况下与一般作业海况下STLP的运动响应情况，计算工况中的风机基础所受弯矩及锚链受力情况，并详细展示流场、速度场信息，分析高阶波浪成分、不同海况等条件对于STLP运动性能的影响。研究结果表明，TLP在中等水深中具有良好的运动性能，naoe-FOAM-SJTU求解器可以有效模拟水中生产平台在波浪环境下的水动力问题，并可以对整个流场进行可视化展示与分析。     

日照海岸带沙滩侵蚀现状及沉积物粒度特征分析

通过对日照市海岸带2个重点沙滩的现场调查和沉积物粒度计算,综合分析了沙滩的侵蚀现状和粒度参数特征。海滨国家森林公园沙滩北部和南部处于侵蚀状态,中部为缓慢淤积状态;万平口海水浴场沙滩北部、中部总体呈侵蚀趋势,南部为淤积状态。海滨国家森林公园沙滩的平均粒径总体要小于万平口海水浴场沙滩,这与两沙滩的坡度不同有关,平均粒径从滩肩到低潮线逐渐变小。海滨国家森林公园沙滩的分选性要好于万平口海水浴场沙滩,分选系数具有由陆向海、由北向南逐渐变小的趋势。沙滩的滩肩和滩面处频率曲线主要为双峰,峰态平坦,物质来源复杂,低潮线处频率曲线主要为单峰,峰态尖锐,物质来源单一。