2.5维复电阻率反演并行算法设计

近年来2.5维复电阻率反演取得了一些理论和应用方面的成果,但计算过程复杂、计算量巨大,特别是正演计算过程中计算量大导致了反演速度较慢。这里在2.5维复电阻率反演计算基础上,将反演算法中的正演过程的排列和频率循环分割成多个规模较小的程序段,并发执行正演过程中的每个排列和频率循环的求解计算过程,并根据并行计算的节点数目或者计算核心数目,动态调整每个节点或者计算核心的计算量,从而提高了算法的计算效率和适应性。     

基于锚杆抗拔试验的动态折线模型分析

根据抗拔锚杆试验数据,建立了锚固体荷载传递特性随锚固深度变化的动态折线数值计算模型。首先,对锚杆抗拔试验进行了简单介绍,给出了试验的主要参数及数据;在此基础上,对试验中抗拔锚杆不同深度处锚固体荷载传递曲线进行了对比分析和讨论,提出了用以拟合计算的动态折线模型;然后结合锚杆轴力及位移计算能量法计算式对试验数据进行了拟合计算,计算结果与试验数据吻合,显示在拟合计算中动态折线模型使用合理;最后通过讨论明确了动态折线模型的适用条件,说明了其在试验分析及工程设计中的辅助作用。动态折线模型反映了不同深度地层中地应力变化对锚侧阻力的影响,虽然在计算中没有直接引入地应力,但其以试验为基础的参数设置和相对简单的迭代计算,为更精细的计算锚杆承载力提供了参考。     

深基坑双排桩支护结构设计计算方法研究

考虑了土压力的空间效应,分析并计算了冠梁对双排桩支护结构的变形协调作用;考虑了滑移面和排距对作用在前后排桩上的土压力的影响,在弹性地基梁法的基础上,提出了一种新的双排桩支护结构设计计算模型。将理论计算结果与工程实测资料进行了对比分析,结果表明应用该计算模型进行计算,能得到有效的计算结果。     

基于CUDA技术的矿产储量计算

插值计算是矿产储量计算中的重要环节,但由于计算量大,经常需要在插值密度和计算时间之间进行权衡。本项研究通过最新的CUDA技术,将插值运算转换到显卡上进行并行化计算,极大地提高了计算速度。以紫金山铜矿数据为研究对象,进行了方法技术的实验,与基于CPU的计算相比,基于GPU下CUDA的计算速度提高了67倍。     

关于在井中激电地井装置方式下地下电阻率ρs的计算

陕西物探队的吴鲁沂同志总结了利用FX—502P计算器在井中激电地井装置方式下,计算地下电阻率,使计算工作量大大减少。根据对应于井中激电地井装置方式下建立的坐标系和相应的计算公式,编制了FX—502P计算器的计算程序,并在该程序的基础上,设计了均匀介质中电位理论曲线计算的修改程序和修改过程。     

基于CUDA技术的矿产储量计算

插值计算是矿产储量计算中的重要环节,但由于计算量大,经常需要在插值密度和计算时间之间进行权衡.本项研究通过最新的CUDA技术,将插值运算转换到显卡上进行并行化计算,极大地提高了计算速度.以紫金山铜矿数据为研究对象,进行了方法技术的实验,与基于CPU的计算相比,基于GPU下CUDA的计算速度提高了67倍.     

考虑变形影响的基坑土压力计算方法

土压力的分布和大小与变形密切相关。分析了目前考虑变形的土压力设计计算方法,并提出了考虑变形的土压力计算模型,对两个工程实例进行了计算分析,计算所得的主动土压力和被动土压力都在合理的范围内,显示出了该方法的合理性。     

△Z垂向二次导数曲线的特征及其应用

为能使广大物探,地质人员利用三度磁性体的二次导数异常的特征进行定量及地质解释,我们编著了本文和图册。 在编写过程中,计算了球、水平圆柱、薄板、厚板等四种规则磁性体110种参数的理论曲线图,并附有20组数据,供解释推断时应用。为定量计算的要求,计算了100条精度较高的加密剖面。为对比各种公式的转换效果,在有干拢和无干拢条件下计算了76种参数的长方体模型。还对四个实际矿区进行了计算。所有这些计算都是在:DJS—6机和709机上进行的,少部分工作是在台式程序机上计算的。     

计算最优化离散波数的优化算法

在阐述用最优化方法计算离散波数的基础上,对波数初值的给定及偏导数矩阵的计算方法作了进一步的改进,使其在数学推理上更加严密;在计算量和计算精度方面也有了很大的改善,并简化了程序设计。通过试算发现,反付氏变换的均方误差随波数个数的变化规律,即在变化曲线上存在转折点,在转折点之后误差趋于平稳变化。选取转折点处的波数个数作为反付氏变换的波数个数,这样在正演、反演过程中,既保证了计算精度,又节约了计算时间。     

基于土条周边水压力分析的水下滑体稳定性研究

在水库运营过程中,水库涉水滑坡会有部分滑体没在水下,在采用传力系数法进行滑坡稳定性计算时,滑坡稳定性系数与水下条块的水压力紧密相关。在分析极限平衡法中水上岩土体水压力及渗透力计算方法的基础上,通过水下三角形条块和四边形条块的水压力计算,探讨了传力系数法中位于水下条块的抗滑力及下滑力的计算方法,得出了水下滑体的抗滑力和下滑力只与浮重力的大小有关,与浸没在水下深度的变化无关的结论。研究成果简化了水压力的计算,对水下滑体水压力及稳定性计算具有重要的参考和借鉴意义。     

青藏高原西部陆面过程特征的模拟分析

利用1998年5月1日至9月18日狮泉河自动气象站(AWS)的观测资料作为强迫场,运用改进的陆面过程模式CoLM(Common Land Model),对青藏高原西部的陆面特征进行了模拟研究.结果表明,该模式能够较好地模拟出高原地区的陆面特征.在高原西部地表能量平衡过程中,感热通量占主要地位,潜热通量较小,但在高原西部的湿季,潜热通量也是不可忽略的.在5月及6月初表层土壤频繁的发生水分相变,使土壤在相变过程中不断地吸收和释放潜热.降水及土壤表层频繁的冻结-消融使地表有效通量(感热+潜热)发生变化.有效辐射中的感热、潜热的分配,即Bowen会发生变化,进一步影响到对大气的加热及大气水汽输送情况,大气状况的改变又反过来影响地表蒸散及土壤持水能力,使土壤水分状态和含量发生变化.     

黄河源鄂陵湖地区辐射收支和地表能量平衡特征研究

利用2010年6-7月鄂陵湖野外试验的近地层观测数据,分析了在不同天气条件下黄河源鄂陵湖地区辐射分量、地表能量分量、土壤温度和反照率的变化特征. 结果表明：不同天气条件下,辐射和地表能量各分量日变化差异较大,晴天、阴天和雨天的地表反照率依次递减,平均反照率约为0.21;观测期内,平均辐射贡献从大到小依次为向上长波、向下长波、向下短波、向上短波,日积分值分别为31.4 MJ·m^-2、25.6 MJ·m^-2、22.4 MJ·m^-2、4.2 MJ·m^-2,净辐射(12.5 MJ·m^-2)占向下短波辐射的55.7%;平均地表能量和土壤温度的变化幅度较晴天小,感热、潜热、0 cm土壤热通量的平均日积分值分别占净辐射的21.2%、43.1%、8.2%;平均土壤温度变化幅度随深度增加逐渐减小,浅层土壤温度峰值较晴天低2 ℃,深层土壤温度相差不大. 云和降水的扰动削弱了向下短波辐射,导致平均感热通量和0 cm土壤热通量的峰值比晴天小,而平均潜热通量的峰值大于晴天. 由于湖泊水体巨大的热容量和水分供应,鄂陵湖地区的气温日较差较小,地表温度变化幅度变小,附近地表温度升高缓慢. 鄂陵湖区的地表能量平衡中,潜热通量占主导,感热和地表土壤热通量次之. 研究结果有助于理解气候变化背景下黄河源区湖泊的能量水分循环过程,为促进该地区光热资源的合理利用和畜牧业的可持续发展提供数据支持.     

基于CLM模式的青藏高原土壤冻融过程陆面特征研究

使用位于青藏高原东部若尔盖站的观测数据驱动CLM3.5模式,设计一组去除模式中冻融过程的"退化试验",进行为期一年的模拟研究。通过对比原试验与敏感性试验模拟结果,初步分析冻融过程在土壤温度变化、各能量通量分配中的作用,得到以下结论：（1）冻融过程是土壤温度变化的"缓冲器",冻结过程向周围环境释放能量减缓了土壤降温的速率,使土壤温度不至降得太低,而消融过程从周围环境吸收能量减缓了土壤升温的速率,使土壤温度不至升高太多;（2）冻融过程改变了地表辐射通量,土壤冻结改变了地表反照率,改变了向上短波辐射,且由于冻结过程减缓了地表温度的下降,改变了地表向上长波辐射,进而改变了净辐射通量;（3）冻融过程显著地改变了陆面能量的分配,通过相变能量的释放和吸收增大了地气间能量的传输,显著地增大了地表土壤热通量,且通过改变地表温度和地表蒸发,改变了感热及潜热通量。在冻结过程及完全冻结阶段,感热及潜热通量均增大,但在消融过程阶段,感热及潜热通量均减小。冻融过程对土壤热通量及感热通量的影响在冻结过程及完全冻结阶段更为显著,而对潜热的影响则是在消融过程阶段更为显著。     

评估两类模式对陆面状态的模拟和估算

针对夏季土壤变干过程,利用观测系统模拟试验,比较离线的陆面模式(LSM)和耦合大气边界层的陆面模式(SCM)对土壤温度、湿度和地表热通量等陆面状态的模拟,然后借助数据同化方法,评估2类模式对陆面状态的估算能力.结果显示:2类模式除对地表长波辐射和感热通量的模拟差别较大外,对其余量则较小;只同化表层土壤湿度观测时,LSM对土壤湿度和感热通量的估算好于SCM,对土壤温度的估算则相反,而对潜热通量估算的差距很小;同时同化表层土壤温度、湿度观测会使地表热通量的估算差距增大;最后对2类模式不同表现的可能原因进行分析讨论.上述数值模拟和同化结果:当用某一类模式的模拟结果或同化产品为另一类不同模式提供初边界条件时必须注意它们之间的差异,避免出现输入量引起的模式状态量间的动力不协调现象.     

Simulations of energy balance components at snow-dominated montane watershed by land surface models

The quantification of energy interactions among land surface, atmosphere, and surface vegetation is significant to comprehend the hydrological cycle in montane watersheds. Moreover, elevation change is an essential in causing variations in energy fluxes. Thus, estimating the major components of energy interactions is essential for better understanding of the hydrological process. The advanced land surface models (LSMs); the common land model (CLM) and variables infiltration capacity (VIC) are used to estimate accurate hydrometeorological variables. These hydrometeorological variables such as net radiation and sensible, latent, and ground heat fluxes were estimated using CLM and VIC at upper and lower meteorological stations in Sierra Nevada Mountain, California, USA. The estimated fluxes were compared with observations at each site. The estimated daily and monthly net radiation and sensible heat flux from both models showed good agreement with the observations (R ≥ 0.84). The CLM-modeled estimates showed lower trends during the rainfall periods, which occurred mainly during winter at both sites. In comparison, the estimated daily and monthly latent heat flux from CLM at both sites showed better results with lower RMSE and bias than that from VIC, which underestimated latent heat flux. Both models overestimated ground heat flux, and the variation trend was similar to observation. For sensitivity analysis, according to elevation change, all the estimated energy fluxes had slightly different values at the upper and lower met stations. In future studies, parameterization for the LSMs will be conducted for more robust estimations of hydrometeorological variables in montane watersheds.     

考虑干旱水分胁迫的地表通量遥感估算

为提高地表能量平衡系统（SEBS）模型在干旱水分胁迫条件下估算地表通量的精度,引入归一化植被水分指数（NDWI）作为干旱水分胁迫信息,以线性、指数、S曲线3种不同形式结合到SEBS模型的kB-1系数中,使得kB-1随着水分胁迫的增加而减小,从而提高SEBS模型估算地表通量的精度。以黑河流域盈科绿洲为研究区域,选取2008—2009年的气象和通量观测数据对模型进行标定和验证。研究结果表明:存在干旱水分胁迫时,与原始SEBS模型相比,考虑干旱水分胁迫信息的SEBS模型能够更为准确地估算地表通量。这种方案能够较为有效地改善原始SEBS模型低估感热通量高估潜热通量的现象,将感热通量的偏差减小35 W/m2,潜热通量的偏差减小25 W/m2。     

青藏高原林芝与四川盆地温江地区晴天辐射和能量平衡特征

分析了2008年青藏高原林芝地区与四川盆地温江地区无降水条件下地表辐射、 湍流通量和地表反照率的日变化及月际变化特征, 并探讨了季风过程对其产生的影响.结果表明: 林芝与温江地区地表辐射和湍流通量都具有明显的日变化和月际变化周期, 季风期受云的影响, 日循环规律变得不是非常规则.季风对林芝地区地表能量分配影响极大, 季风前感热通量占主导地位, 季风期和季风后(夏、 秋节)潜热通量是净辐射的主要消耗项; 温江地区全年潜热在净辐射的分布中占主导地位, 感热通量的作用和土壤热通量相当. 林芝地区年平均地表反照率为0.21, 温江地区年平均仅为0.14; 季风前(3-5月)、 季风中(6-7月)和季风后(8-9月), 林芝地区的地表反照率分别为0.20、 0.19和0.20, 温江地区的地表反照率分别为0.13、 0.11和0.14.     

基于区域气候模式的流域农业干旱成因分析

以湄公河流域为研究区,采用区域气候模式RegCM3为模拟工具,以根系层土壤含水量为代表性指标,对A1B情景下未来研究区月尺度农业干旱进行了预估。基于地表能量平衡原理,系统分析了降水、蒸发、地表温度和根系层土壤含水量等农业干旱主要影响因素与区域气候模式模拟的大气环流、地表感热通量、地表潜热通量、地表净通量之间的联系和变化规律,从气陆间能量和水汽通量平衡角度,对农业干旱发生机理进行了识别。预估结果表明:从年内各月地表净通量和地表温度变化来看,未来春末(6月)和秋末(10月)湄公河流域温度增加明显,且土壤含水量减少也较为明显;同时,这两个时段蒸发旺盛和降水减少的趋势,有可能导致流域局部地区(尤其是非灌溉农业区)农业干旱的发生。     

大孔径闪烁仪研究区域地表通量的进展

地表湍流通量包括感热通量和潜热通量的准确测定对天气气候、农业、水文和水资源管理等意义重大。在几公里到几十公里尺度上有代表性的区域湍流通量的观测研究,特别在非均匀下垫面情况下,仍然非常困难。近年来蓬勃发展的大孔径闪烁仪（LAS）为这一问题的解决提供了全新手段。在介绍大孔径闪烁仪原理的基础上,综述了国内外利用大孔径闪烁仪开展区域地表通量观测研究的进展,包括在不同地表的LAS测量与涡动相关方法有关结果的对比,影响测量精度的关键因子分析,以及在区域地表通量遥感估算模型检验中的应用等,最后对大孔径闪烁仪的应用前景进行了展望。     

利用卫星遥感资料反演感热和潜热通量的研究综述

区域平均感热和潜热通量是气象、水文、生态模式中的关键物理因子，卫星遥感反演为观测区域平均感热和潜热通量提供了可能。对利用卫星遥感资料反演地气通量的方法进行了总结和评述。首先描述了现在常用的反演方法，分析了方法中的各种假定对反演结果的影响，并对不同的模式反演结果进行了比较。还指出了评价卫星反演通量的精度时需要注意的问题。最后对该领域内现存的问题与发展方向进行探讨。