融雪后梭梭林地土壤水的多尺度空间异质性

运用ANOVA方法和地统计学原理、从梭梭(Haloxylon ammodendron Bge.)个体、群落和样带尺度定量研究了融雪后古尔班通古特沙漠南缘表层土壤含水量的空间变异,结果表明土壤水的空间异质性随空间尺度变化而表现不同.在梭梭个体尺度上,土壤含水量从冠下、经冠缘至灌木间地梯度递减.在群落尺度上,融雪水空间分布具有高度自相关性,其变异函数符合球状模型,结构性变异占89.6%,最大自相关距离为4.02 m,Kringing插值显示灌木斑块的格局与融雪后表层土壤含水量的空间格局具有高度一致性.在典型沙丘-丘间地样带上,土壤水分布呈丘间地高、沙丘低的空间格局,其空间变异符合高斯模型,结构性变异高达95.8%,空间自相关非常显著;最大自相关距离为66.16 m,与地貌分异尺度吻合,表明在典型断面上,地貌格局影响融雪水的空间格局.由此可见,梭梭林地融雪后表层土壤含水量在不同尺度上具有不同的异质表现、受控于不同的地表过程.不同尺度上的土壤水分空间异质性有利于提高荒漠植被的水分利用效率,具有重要的生态价值.     

太湖水体遥感反演参数的空间异质性

空间异质性的存在,会导致水质参数遥感反演中的尺度效应,影响反演精度,因此通过分析水质参数空间异质性,对于选择适当分辨率的遥感影像,提高反演精度具有重要意义.通过2008年10月在太湖布置的3个样方,利用GIS地统计学原理和分形维数的方法,对水质遥感反演中的三要素浓度,包括叶绿素a(Chl.a)、总悬浮物(TSM)和溶解有机碳(DOC)的空间异质性及其可能产生的尺度效应进行了研究.结果表明:太湖水体的三要素浓度在不同样方单元中变异系数相差较大,存在着明显的尺度效应;三个样方内Chl.a变异函数曲线斜率在变程范围内变化都较为剧烈,分形维数较高,说明太湖水体Chl.a受到某种起主导作用的生态过程的影响和控制;Chl.a和TSM的空间结构比例都在90%左右,有较强的空间相关性,表明其空间异质性的产生主要是由于结构性因素引起的,随机性因素作用微弱;DOC空间结构比例较小,说明随机性因素对其空间异质性的产生起了主导作用.三个样方中Chl.a的变程分别为147.3m、129.3m和115.0m,TSM的变程分别为1131.7m、130.6m、149.1m,因此在遥感反演中可选择TM影像,选择5×5窗口,以150m×150m作为基本单元;而DOC的变程分别为34.3m、38.5m、26.4m,表明其自相关距离较小,建议直接选择分辨率为30m的TM影像,使实际测量值与遥感影像最小单元相对应,消除反演过程中的尺度效应带来的误差.该研究也表明,MODIS的像元尺寸(250、500、1000m)明显偏大,在太湖水体三要素反演过程中,由于空间异质性引起的尺度效应,会造成一定的误差.     

Hack＇s law of debris-flow basins

Hack＇s law was originally derived from basin statistics for varied spatial scales and regions. The exponent value of the law has been shown to vary between 0.47 and 0.70, causing uncertainty in its application. This paper focuses on the emergence of Hack＇s law from debris-flow basins in China. Over 5,000 debris-flow basins in different regions of China with drainage areas less than 100km^2 are included in this study. Basins in the different regions are found to present similar distributions. Hack＇s law is derived from maximum probability and conditional distributions, suggesting that the law should describe some critical state of basin evolution. Results suggest the exponent value is approximately 0,5. Further analysis indicates that Hack＇s law is related to other scaling laws underlying the evolution of a basin and that the exponent is not dependent on basin shape but rather on the evolutionary stage. A case study of a well known debris-flow basin further confirms Hack＇s law and its implications in basin evolution.     

A case study of spatial heterogeneity of soil moisture in the Loess Plateau, western China： A geostatistical approach

Soil moisture distribution shows highly variation both spatially and temporally. This study assesses the spatial heterogeneity of soil moisture on a hill-slope scale in the Loess Plateau in West China by using a geostatistical approach. Soil moisture was measured by time-domain reflectometry （TDR） in 313 samples. Two kinds of sampling scales were used （2 × 2 m and 20 ×20 m） at two soil layers （0-30 cm and 30-60 cm）. The general characteristics of soil moisture were analyzed by a classical statistics method, and the spatial heterogeneity of soil moisture was analyzed using a geostatistical approach. The results showed that the spherical model is the best-fit model to simulate soil moisture on the experimental hill-slope. The parameters of this model indicated that the spatial dependence of soil moisture in the selected hill-slope was moderate. Even the 2 × 2 m sampling scale was too coarse to show the detailed spatial variances of soil moisture in this area. The dependent distance increased from 27.4 m to 494.16 m as the sampling scale became coarse （from 2× 2 m to 20 ×20 m）. A map of soil moisture was generated by using original soil moisture data and interpolated values determined by the Kriging method. The average soil moisture （area weighted） in the different layers of soil was calculated on the basis of this map （10.94% for the 0-30 cm soil layer, 11.88% for the 30-60 cm soil layer）. This average soil moisture is lower than the corresponding average effective soil moisture, which suggests that the soil moisture is not sufficient to support vegetation in this area.     

重力异常和DEM的小波变换与多尺度相关分析

为深入认识高程与重力异常相关性的内在机制,利用小波变换信号分解特性,研究了重力异常和相应数字地形模型（DEM）在不同小波尺度上的统计相关性,由相关系数、乘常数、加常数的变化特点,得出传统意义上重力异常与高程的相关,实际上表现为二者小波变换小尺度细节的相关,这种相关不是简单孤立的关系,而是包含物理意义的平均相关。     

基于多尺度分析方法的近断层地震动特性分析

近断层长周期地震动是一类较特殊的破坏性地震动.为了深入探讨近断层地震动的低频分量组成及其脉冲特性,基于小波理论中的多尺度分析方法提出了一种地震动分量分解方法,据此可将一条地震动分解成频率各不相同的多条分量.首先从频域、时域以及动态响应三个方面阐述了该分解方法的有效性和精确性.进而采用这种方法对近期12次大地震中的53条典型近断层地震动进行了分解,共获得266条地震动分量.分析了近断层地震动中的长周期分量随场地、断层距等影响因素的变化特征;再以卓越分量作为最大脉冲的简化模型,探讨了速度幅值和脉冲周期随震级、断层距的变化关系.结果表明：近断层长周期地震动主要由周期为0.2~2 s的分量组成;近断层土层场地地震动中的长周期分量比岩石场地多;在0~15 km的近断层区域,随断层距的增加,地震动中长周期分量的比重明显减小;卓越分量的速度幅值PGVp约为原始地震动速度幅值PGV的0.6倍,且两者之间具有明显的线性关系;PGVp随断层距的增大而减小,随震级的增大而增大;卓越分量周期Tp随震级的增大呈对数线性增大趋势.     

基于多源数据的云南人口空间分布模拟研究

人口数据精度是提高地震灾情速判准确度的关键之一。本文基于多源数据融合思路,以云南第6次人口普查数据为基础,把居民地作为人口分布指示因子,利用GIS软件工具,分析了人口分布与地貌形态、坡度、地形起伏度以及土地利用之间的关系,构建了人口影响因子的权重系数,并采用城乡人口-面积统一模型对人口统计数据进行了网格化空间模拟及精度检验。以2013年3月3日云南洱源5.5级地震为例,通过多种估算方法对灾区人口进行了计算及对比分析,结果表明,多源数据融合法生成的千米网格人口与实际人口的相关性均在0.89以上,人口数据精度符合实际,可为灾情速判提供可靠的数据基础。     

相关多点地震动合成HOP方法的分析与改进

解释了相关多点地震动合成的HOP方法具有局部场地收敛性,分析了其生成各点地震动幅值相差较大的原因。除第一点外,HOP方法生成的各点地震动自功率谱围绕真实值波动,导致某些频率的能量过大而某些频率变小。由于结构频谱的离散性,如果恰好与能量大的频率吻合,则会激发结构强烈的振动响应,反之结构的响应值偏小,这与实际不符;进行非线性响应计算时或因为某些频率能量过大而使结构进入非线性阶段,则响应的期望值也是错误的。通过对实际地震波传播机制的模拟,提出了改进的HOP的方法。算例表明,此方法具有局部场地收敛性,各点自功率谱吻合给定的目标值,进而保证了各点幅值的一致性,可以用于结构抗震非线性响应分析。     

结构动力分析中多点激励问题的研究综述

针对结构多点激励问题的研究现状,分别介绍了地震动时空变化性、多点激励分析基本方法、地震动记录校正以及多点激励对结构的影响.首先阐述了地震动时空变化性及主要表现形式,并提出了最不利行波概念;其次介绍了多点激励分析的基本方法,并指出了3种确定性方法的优缺点和适用性;然后论述了多点激励对地震动时程的基本要求:地震动加速度记录的校正问题;接着简要介绍了多点激励对结构的复杂影响,并指出这种影响取决于拟静力反应项和动反应项的相互关系.最后,对结构多点激励分析有关问题提出了展望和建议.     

基于改进全变差正则化的GPR多尺度全波形双参数同步反演

针对探地雷达（GPR）双参数全波形反演中电导率反演精度差、双参数存在串扰现象、反演计算量大、易陷入局部极值等问题.作者将具有多参数调节功能的L-BFGS算法引入到GPR时间域全波形反演中,它避免了对Hessian矩阵的直接存储与精确求解,减小了存储量和计算量.结合参数调节因子的选取,有效减小了同步反演时介电常数与电导率的串扰影响,在不降低介电常数反演精度的前提下,提高电导率参数的反演精度.通过在反演目标函数中加载改进全变差正则化方法,提高了反演的稳定性,使目标体边缘轮廓更加清晰.首先以简单模型为例,对比了单尺度反演与多尺度串行反演策略的优劣,说明多尺度串行反演有利于逐步搜索全局最优解;而开展参数调节因子的选取实验,说明合适的参数调节因子可以有效改善介质电导率的反演精度;测试了不同正则化的反演效果,表明改进全变差正则化能提高反演稳定性,显著降低模型重构误差.最后,分别对含噪合成数据和实测数据进行了反演测试,说明本文提出的多尺度、双参数反演具有较强的鲁棒性,能提供更丰富的信息约束,重构图像界面清晰、反演效果好.

     

基于改进全变差正则化的GPR多尺度全波形双参数同步反演

针对探地雷达（GPR）双参数全波形反演中电导率反演精度差、双参数存在串扰现象、反演计算量大、易陷入局部极值等问题.作者将具有多参数调节功能的L-BFGS算法引入到GPR时间域全波形反演中,它避免了对Hessian矩阵的直接存储与精确求解,减小了存储量和计算量.结合参数调节因子的选取,有效减小了同步反演时介电常数与电导率的串扰影响,在不降低介电常数反演精度的前提下,提高电导率参数的反演精度.通过在反演目标函数中加载改进全变差正则化方法,提高了反演的稳定性,使目标体边缘轮廓更加清晰.首先以简单模型为例,对比了单尺度反演与多尺度串行反演策略的优劣,说明多尺度串行反演有利于逐步搜索全局最优解;而开展参数调节因子的选取实验,说明合适的参数调节因子可以有效改善介质电导率的反演精度;测试了不同正则化的反演效果,表明改进全变差正则化能提高反演稳定性,显著降低模型重构误差.最后,分别对含噪合成数据和实测数据进行了反演测试,说明本文提出的多尺度、双参数反演具有较强的鲁棒性,能提供更丰富的信息约束,重构图像界面清晰、反演效果好.     

基于多尺度迭代求解三维频率-空间域声波方程的全波形速度反演研究-理论模型

使用广义最小残量方法迭代求解三维频率-空间域声波方程,反演时使用多尺度、多重网格的策略,探讨了如何快速实现高分辨率的三维频率-空间域迭代法声波全波形速度反演.通过对理论模型进行三维频率-空间域迭代法声波全波形反演数值试验,证实该方法的计算速度快、计算效率高,反演所得速度的分辨率高.从而为基于多尺度迭代求解三维频率-空间域声波方程的全波形速度反演成像打下方法基础.     

集集地震引起台湾浊水溪冲积扇水文地质空间异常变化的多尺度地质统计方法

本研究运用一般克里金法(Ord inary Kriging)、连续高斯模拟法(SequentialGaussian Simulation)和模拟退火演算法(Simulated Annealing Simulation)将标准卫星导向系统(SSOCPS)和地下水观测系统(GMNS)观测点的完全异位成套数据进行重置,并运用阶乘克里金法分析得出七个变量之间的关系,这些变量包括三个含水层的水压传导率、地面垂向位移和三个含水层中地下井水水位变化量,并绘制出了集集地震引起台湾浊水溪冲积扇多尺度水文地质空间异常变化的特性图像。在本研究中,与此地震相关的水文地质空间变化异常的小尺度、中尺度和大尺度特性分别用9、12和36 km来描绘。在研究区,按地区分布的区域运用中尺度和大尺度来获得,并运用阶乘克里金法来绘图。集集地震在地下水水文空间变化上的主要影响运用阶乘克里金分析法来论证,包括小尺度上的多孔渗水介质压缩、中尺度上含水层沉积物的水文地质多相性和大尺度上变向应力的周期加载。最后,整个区域的空间变化图完整地描述了集集地震所有水文地质变化的空间异常,从而可以鉴别、确定和监控本研究区的水文地质特性。