空间尺度转换与跨尺度信息链接:区域生态水文模拟研究空间尺度转换方法综述

空间尺度转换是近年来区域生态水文研究领域的一个基本研究问题。其需要主要是源于模型的输入数据与所能提供的数据空间尺度不一致以及模型所代表的地表过程空间尺度与所观测的地表过程空间尺度不吻合。综述了目前区域生态水文模拟研究中常用的空间尺度转换研究方法,包括向上尺度转换和向下尺度转换。详细论述了2种向下尺度转换方法: 统计学经验模型和动态模型。前者是通过将GCM大尺度数据与长期的历史观测数据比较从而建立统计学相关模型, 然后利用这个统计学经验模型进行向下的空间尺度转换. 然而动态模型并不直接对GCM数据进行向下尺度的转换,而是对与GCM进行动态耦合的区域气候模型(RCM) 的输出数据进行空间尺度转换. 通常后者所获得的数据精度要比前者高,但是一个主要缺点就是并不是全球所有的研究区域都有对应的RCM。还详细论述了2种向上尺度转换方法: 统计学经验模型和斑块模型。前者是建立一个能代表小尺度信息在大尺度上分布的密度分布概率函数, 然后利用这个函数在所需的大尺度上进行积分而求得大尺度所需的信息。而后者是根据相似性最大化原则将大尺度划分为若干个可操作的小尺度斑块,然后将计算的每个小尺度斑块的信息平均化得到大尺度所需的信息。通常在计算这种斑块化的小尺度信息的时候,对每个小尺度也会采用统计学经验模型来计算代表整个斑块小尺度的信息。建议用斑块模型与统计学经验模型相集合的方法来实现向上的空间尺度转换     

空域法恢复CHAMP重力场的误差分析

空域法是CHAMP重力场恢复的常用方法之一,本文针对空域法中的延拓误差和格网化误差展开讨论。结果表明：延拓误差中的截断误差部分影响量级约0．001m^2／s^2（均方误差意义下）,最大误差仅为0．11m^2／s^2,可完全忽略;延拓误差中的参考重力场模型误差影响随参考场选取的不同而有所差异,整体而言小于0．1m^2／s^2,但最大误差可达1．3m^2／s^2,采用高精度的参考重力场模型能大大减小延拓误差影响。对于CHAMP卫星而言,延拓计算中,参考重力场模型的阶数取60阶便可满足精度要求。目前最常用的格网化方法包括加权平均方法和最小二乘配置方法,计算表明,利用30天的CHAMP数据进行2°×2°格网化处理,加权平均法的格网化误差在0．13m^2／s^2量级,最大误差可达1．58m^2／s^2,而最小二乘配置法的格网化误差在0．006m^2／s^2量级,最大误差仅为0．15m^2／s^2,明显优于加权平均法。     

变参考慢度Born近似傅氏偏移

针对常规Born近似傅氏偏移方法对于剧烈横向变速介质不能精确成像的状况而提出了变参考慢度Born近似傅氏偏移，理论上解决了任意速度变化地质模型的偏移成像问题。此外，为进一步提高复杂地层的成像精度和波场延拓算子的稳定性，对散射波场的计算公式作了改进。将改进的方法运用于盐丘模型的正演和偏移试验，并与常规Born近似偏移方法相比较，可明显看出变参考慢度Born近似傅氏偏移方法在效果上要优于后者，其处理速度横向变化的能力大大增强。     

Helmholtz算子逆的多方向分裂

Fourier有限差分(FFD)方法是一个重要的波场深度延拓方法，它需要用到包括Taylor展开、连分式晨开、迭代展开等一系列数学展开，将FFD方法从二维推广到三维时，需要解决二维Helmholtz算子的求逆问题。本文利用多方向分裂方法导出了二维Helmholtz算子逆的近似公式，可以应用于三维波场深度延拓问题的研究。     

基于垂直剖面函数的天顶对流层延迟插值算法

通过分析由ERA-Interim气象再分析资料积分方法得到的天顶对流层总延迟随高程变化的规律,提出一种基于垂直剖面函数的天顶对流层延迟(ZTD)插值算法。该算法以ZTD的垂直分布规律为基础,通过垂直剖面函数实现ZTD在高程方向上的精准投影延拓,可以避免因高差较大造成的空间内插结构畸形。采用IGS站提供的高精度对流层产品进行实验验证表明,该算法相对于传统算法能够有效提高ZTD改正值的精度,尤其在高差超过1 km的情况下,相对于反距离加权法精度提升了96%,相对于空间回归法精度提升了79%。     

两种测高重力异常反演海底地形方法比较

针对基于测高重力异常反演海底地形理论众多、选取标准无法确定的情况,利用中国南海海域内的测高重力异常和船测水深数据研究比较了重力地质法(GGM)和SmithSandwell (SAS)法两种精度高、计算速度相对较快的海底地形反演理论。其中,GGM方法的密度差异常数Δρ由向下延拓技术确定为2.15 g·cm-3,SAS方法采用移去-恢复技术得到反演波段内重力异常和水深数据。结果表明:测线分布条件一定时,水深多在-1 000 m左右或反演区域岛礁、海山等复杂海底地形较多时选取SAS方法,水深主要在-3 000 m以深的区域或海底地形复杂程度不高时选取GGM方法则能获取更好的效果,其效果最优处与船测水深在检核点处的差值最优平均值能达-0.61 m,标准差可达14.67 m。     

内蒙古翁公敖包航磁异常的推断与解释

文章对内蒙古四子王旗—土默特右旗中北部近年发现的翁公敖包航磁异常进行推断与解释,在对找矿有望的航磁异常进行筛选后,对翁公敖包航磁异常进行了野外地质-地球物理查证,确定异常为铁矿所致;采用向上延拓、垂向导数、斜导数及小波变换等方法对航磁异常进行数据转换处理,以获取铁矿体的横向及纵向分布信息,取得了较好的效果。     

航空重力向下延拓的最小二乘配置Tikhonov正则化法

基于最小二乘配置法向下延拓航空重力的过程中,由于协方差矩阵严重病态,影响延拓结果的稳定性和精度。针对这一问题,提出了航空重力向下延拓的最小二乘配置Tikhonov正则化法。基于全球协方差函数模型建立航空重力数据与地面重力数据的协方差关系,引入基于广义交叉验证法,选择正则化参数的Tikhonov正则化法改善协方差矩阵的病态性,抑制观测噪声对延拓结果的放大影响。基于EGM2008重力场模型,设计了山区、丘陵和海域3种不同地形区域的航空重力数据向下延拓的仿真实验,实验结果验证了该方法的有效性。     

用平面波延拓方程进行地震数据的叠前速度反演

本文讨论地震勘探数据的叠前速度反演方法及其在海洋地震勘探数据上的反演试验.反演主要的计算步骤是:1.采用Fourier-Hankel变换把球面波分解为平面谐波;2.用平面谐波的延拓方程将上行波与下行波同时向下延拓,并计算每一层底部的反射系数和下一层的波阻抗;3.用最小二乘法从波阻抗中确定该层的声波速度.重复第2步与第3步,直到某一预定深度时结束.通过反演试验,对地震振幅比例的改变,子波变形,以及第1层速度和密度的误差对反演方法的稳定性及其精度的影响进行了分析.还通过实际海洋地震勘探数据的反演试验,对这一方法在地震勘探中的应用前景作了论述.