基于分布式地质图空间数据库的数据交换策略

为了解决分布式地质图空间数据库之间的数据共享和一致性维护问题,在MAPGIS7 .0面向地理实体的空间数据模型的基础上,根据地质图空间数据组织和分布的特点设计了一种“横向网格、纵向多级”的分布式多级服务器组网方案,结合该方案提出了一种以地质空间要素类为单位,面向服务的数据交换策略.该策略在国家地质调查空间数据库管理系统中的应用表明:以要素类为基本数据交换单位可以有效地维护分布式地质数据的空间、拓扑和语义的一致性;以服务的方式操作使数据交换能够跨平台、跨操作系统以及适合异构数据库.实践证明,这种策略是适合于分布式地质图空间数据库的一体化组织与管理的.     

基于ICESat/GLAS数据的中国典型区域SRTM与ASTER GDEM高程精度评价

航天飞机雷达地形测绘(shuttle radar topography mission, SRTM)和先进星载热发射和反射辐射成像仪全球数字高程模型(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model, ASTER GDEM)提供了全球覆盖面积最广的数字高程模型(digital elevation model, DEM)数据, 但其高程精度还未得到充分验证, 传统地面测量方法很难适用于验证大面积范围的DEM精度.以冰、云和陆地高程卫星/地学激光测高系统(ICESat/GLAS)高程数据为参考, 综合利用地理信息系统(geographic information system, GIS)空间分析、三维可视化与统计分析方法, 对中国典型低海拔沿海平原地区和高海拔山地的两种DEM数据高程精度进行了对比分析.结果表明, 高程值小于20m的低海拔地区, SRTM高程精度达到2.39m, ASTER GDEM的精度达到4.83m, 均远远高于这两种数据的标称精度; 而在西南山地, 这两种DEM的精度大约为20m, 与标称精度相当.最后, 建立了ICESat/GLAS与SRTM和ASTER GDEM的一元线性回归模型, 该模型具有较高的拟合度和显著线性关系, 可用于改善这两种DEM的高程精度.      

山坡演化过程的有限元数值模拟研究

地貌是构造运动等内力和侵蚀、搬运及沉积等外力相互作用的产物.地貌演化是全球变化的重要组成部分,为全球变化研究提供重要信息.地形是由坡面包络,因此对坡面及其影响坡面演化因子的研究有利于对地貌演化的深入理解.基于质量守恒原理,以直线型山坡形态为初始坡面,利用有限元方法对坡面演化过程进行数值模拟研究.数值模拟结果显示了山坡演...     

汶川与昆仑山强烈地震激发的地球自由振荡频谱的对比分析

强烈地震激发的地震波信息非常丰富,高频信息能量部分会在小范围短时间内迅速衰减,而低频信息特别是较低频信息能量部分则衰减较慢,会绕地球很多圈后才会消耗殆尽,从而激发地球的自由振荡.虽然地球自由振荡的固有频率不变,但不同震源机制的地震激发的地球自由振荡频率成分会随着震级、震源机制、方位等的不同而有显著差别.本文利用2008年5月12日汶川(M_w7.9)地震与2001年11月14日昆仑山(M_w7.8)地震这两个能量震级相当但震源机制不同的地震,基于地震波传播理论,考虑横向各向同性PREM地球模型并融合Crust2.0地壳模型、S20RTS地幔模型及PREM径向衰减模型,利用谱元法结合高性能并行计算,对这两次强烈地震激发的全球地震波传播进行了数值模拟,计算它们激发的地球自由振荡频谱特征差异.计算结果显示了汶川地震的逆冲-走滑特性及昆仑山地震的水平左旋走滑特征.利用理论计算得到的地震波动记录进行功率谱密度估计对比分析,研究结果显示这两次强烈地震释放的低频信息能量大小相当,但总体上看昆仑山地震释放的能量略小于汶川地震的.对比分析表明,不同地震激发的地球自由振荡模式在同一台站处的发育程度不同;同一地震激发的地球自由振荡在不同台站处记录到的振型频率成分也有很大差异.对于不同地震激发的地球自由振荡,有一些频率成分共同出现,表现为地球自由振荡功率谱能量均较大;也有一些振型由于相长干涉,仅在某些地震中被激发而得以良好发育,表现为功率谱能量明显较大;而一些振型由于相消干涉,在一些地震激发方式下被压制,表现为功率谱能量明显很小,甚至接近于0.计算结果清楚地显示了不同地震激发方式下地球振荡模式丰富而复杂的特性,需要对不同地震激发的地球振荡信息进行综合深入的分析,才能对地球内部结构尤其横向不均匀特性给予全面的科学解释.     

日本M_w9.0大地震激发全球地震波传播特性的数值模拟研究与对比分析

2011年3月11日日本东北部海域发生Mw9.0级特大地震,并诱发海啸.本文利用Centroid Moment Tensor(CMT)震源机制解作为震源项,以地震波传播理论为基础,基于横向各向同性PREM地球模型,考虑地表地形及海洋等地球特性,利用谱元法结合高性能并行计算,对日本大地震激发的地震波传播特性进行了数值模拟研究.计算结果显示了全球地震波的传播形态.将数值模拟结果与理论模型的走时曲线和实际观测数据进行拟合对比,验证了模拟结果的可靠性和可行性.分别就考虑海洋和不考虑海洋两种数值模型下的地震波传播特性进行了对比分析.结果显示,海洋的存在对地震波强地面运动存在明显的影响.海洋会使P波运动位移峰值和速度峰值相对较小;海洋对S波的影响较复杂,不考虑海洋效应时使得位移和波速随时间推移迅速减小.因此,对沿海地区的地震灾害评估应该考虑海洋效应.此外,考虑地球重力因素情况下,对数值计算得到的2004年印尼苏门答腊地震、2008年汶川地震及2011年日本福岛大地震激发的球型场和环型场特征进行对比研究,通过对功率谱密度结果的观察并与理论值的对比分析,可以清晰的看到三个大地震释放的能量有很明显的不同,同时认识到数值模拟结果可以较准确重现长周期理论频率值,主要表现在0T2～0T13的环型振型及0S7～0S31的球型振型.结果显示数值模拟方法可以成功的用于地球自由振荡研究,未来可以作为一个主要工具深入探讨地球的横向不均匀性等特性对地球自由振荡特性的影响.     

利用数值模拟方法研究宏观丹霞地貌坡地的演化过程

由于红层岩性、节理发育状态、年代、构造运动特征、气候以及区域地质地理条件等的不同,丹霞地貌的形态在区域上有很大差别,其成因机制十分复杂.从丹霞地貌演化机制的宏观意义着眼,考虑岩性、节理、构造抬升速率及降雨等因素,基于地貌演化理论,利用数值模拟方法定量地展现了丹霞地貌坡地在构造抬升及流水侵蚀这两个主要的内外力作用下的动力学演化过程.地貌演化的幼年期和壮年期,流域输沙能力相对较大,主要表现为流水对基岩的侵蚀过程;直至演化的老年期,流域输沙能力相对较小,大量的风化物淤积,坡度变缓.同时,对不同岩性和垂直节理深度的计算结果进行了对比分析,砾石质地相对坚硬,计算得到的高程较大,表明岩性硬度越高,较容易形成陡壁,而岩性较软,易形成丘陵.垂直节理深度不同,坡地峰值几乎相同,但浅垂直节理较深垂直节理的谷值大,表明流水沿垂直节理进行下切侵蚀的程度不同,对景观的形成有着重要影响.数值模拟结果在物理上是合理的,有利于进一步定性地认识到岩层岩性、节理、构造抬升及流水侵蚀对丹霞地貌坡地演化的作用.     

提取地震同震形变场特征的最佳雷达波段问题研究

利用弹性形变模型, 并以走滑型断层为例, 对地震同震形变场进行了模拟研究。 结合雷达成像几何关系, 得到干涉雷达的LOS向形变场以及干涉相位条纹图像。 对比分析了不同雷达波段(X波、 C波、 L波)以及不同雷达入射角(30°和50°)的同震形变场和干涉相位图。 结果表明, 同一雷达波段不同雷达入射角的LOS向形变场会有不同的效果, 入射角逐渐增大时, LOS向形变量随之增大, 体现了发震断层走滑特征; 采用不同雷达入射角, 其探测到的地表形变垂向分量和水平分量信息量不同, 表明入射角较大或较小时能够分别较好地对地表形变的水平变化和垂向变化进行监测; 同一雷达入射角, 不同雷达波段的干涉相位条纹有明显区别, 波长越短, 干涉条纹越密集, 容易出现去相关现象, 长波长的干涉相位条纹比较清晰。 从某种意义上讲, 尽管长波长的干涉相位反映地表形变信息的细节会减少, 但受噪声影响较小, 抗干扰性能较短波长的强, 干涉像对相干性高。 地表形变表现为长期缓慢的小幅度渐变性形态, 也表现为短期迅速的大面积突发性形态。 不同雷达波长探测到的地表形变有效信息不同, 为了更好地利用干涉雷达对各种尺度和不同变化速率的地表形变进行监测, 需要在满足精度的条件下尽可能地选择波长较长及多样化的雷达数据。     

天津近岸海域水文环境分析

海洋经济已成为天津市国民经济中重要的组成部分,随着不断发展,为满足海洋综合管理、海洋资源的合理利用、海洋污染综合治理等方面提出的更高要求,需要充分了解海域水体环境的现有状况.利用2006-2007年渤海湾(天津近岸)4个航次的水文气象调查资料和2006年夏季4个定点连续观测站的海流调查资料,重点分析了天津近岸海域温度盐...     

断层水平错动下河流演变过程的数值模拟研究

在活动构造区, 河流地貌对构造活动具有明显的响应, 地貌形态和水系形态能够很好地记录构造活动信息。 基于地貌演化理论, 考虑断层的左旋错动作用及降雨等因素, 利用数值模拟方法, 定量研究河流形态在断层水平错动及流水侵蚀内外力作用下的动力学演变过程。 初步的计算结果显示了河流形态与断层走滑运动的耦合效应。 断层发生水平左旋滑动促使该处河道两侧的陡坎发生相对错动, 形成弯转水系, 伴随河流的侧向侵蚀作用, 河道上下游连续被拓宽, 河道下游右侧堆积了较厚的沉积物, 而河道上游左侧由于受到较强流水侵蚀作用很难堆积沉积物。 分别对河道上游和河道下游的横剖面形态进行对比分析, 表明由于断层水平错动效应, 使得河道下游两侧呈现不对称特征, 而河道上游依然保持着明显对称性。 同时, 河道剖面形态对断层水平错动作用有积极的响应, 由于断层持续左旋走滑运动, 断层处剖面的高程突然增加, 坡度也随之突然变陡。 数值模拟结果与实际地质考察结果有着很好的一致性, 证明了理论和数值模型的可靠性。     

空间实体的拓扑构建

空间实体的拓扑关系是地理信息系统进行空间分析、决策支持的基础.拓扑关系的关键点在于拓扑结构的构建.首先介绍了点集拓扑理论, 归纳了有实际应用价值的各种拓扑关系, 分析了拓扑模型中的最基本拓扑元素和空间实体的关系; 然后提出了一种要素类的拓扑构建方法, 其算法以MAPGIS7.0空间实体的结构为依据, 主要体现要素分裂的思想.实践证明, 这些方法能够有效的构建空间实体的拓扑关系.