一种改进的近红外波段悬浮物生物光学反演模型

在分析固有光学参数和表观光学参数之间关系的基础上,提出一种提高悬浮物浓度的反演精度的算法。本文算法细化单位散射系数曲线的斜率s’值,并将bbp（λ）×bρ（λ）视为一个一定数值范围内的变量,其中b’bp（λ）为波长A处的悬浮物后向散射概率,bρ（λ）为悬浮物的单位散射系数。以太湖为实验区,进行了水体野外实测,获得了遥感反射率、吸收散射系数、后向散射系数、悬浮物浓度等必要参数。利用本文改进算法反演悬浮物浓度的平均相对误差绝对值为22．58％,均方根误差为13．12mg／L,均小于已有研究中将涉及的相关参数看做单一定值时,取得的平均绝对误差（44．78％）和均方根误差（31．57mg／L）。     

利用主被动微波数据联合反演土壤水分

在黑河中游干旱区水文试验的基础上,以临泽站为研究区域,探讨主被动微波数据联合反演土壤水分的方法。针对ALOS/PALSAR数据,使用AIEM理论模型计算地表的同极化后向散射系数,Oh半经验模型描述交叉极化散射特征,通过对大量后向散射模拟数据的分析,建立裸露地表粗糙度计算模型;利用模拟数据分析地表辐射亮温随土壤水分和粗糙度的变化规律,在此基础上构建NN模型结合粗糙度计算结果和辐射计飞行数据反演研究区域的土壤水分。地面同步测量数据的验证结果表明,该方法充分发挥了主被动微波数据各自的优势,同时避免了主被动协同过程中的尺度问题,为流域尺度的土壤水分监测提供了一种新的有效途径。     

土的静止侧压力系数的测定

土的静止侧压力系数是指在没有侧向变形的条件下,作用在土上的水平有效应力σ′_3与垂直有效应力σ′_1之比,一般以K_0表示,即: K_0=σ′_3/σ′_1…… (1) 最初强调静止测压力重要性的是太沙基(1920年)。他是把侧向无变位状态的水平全应力σ_3与垂直全应力σ_1之比,定义为静止侧压力系数K_0,     

多源遥感数据反演土壤水分方法

基于ASAR-APP影像数据和光学影像数据,根据水云模型研究了小麦覆盖下地表土壤含水量的反演方法。利用TM和MODIS影像构建的植被生物、物理参数与实测小麦含水量进行回归分析,发现TM影像提取的归一化水分指数(NDWI)反演精度较好,相关系数达到0.87。根据这一关系,结合水云模型并联立裸露地表土壤湿度反演模型,建立了基于多源遥感数据的土壤含水量反演模型和参数统一求解方案。反演结果表明:该方案可得到理想的土壤水分反演精度,并可控制参数估计的误差。反演土壤含水量和准同步实测数据的相关系数为0.9,均方根误差为3.83%。在此基础上,分析了模型参数的敏感性,并制作了研究区土壤缺水量分布图。     

等向压缩及偏压加载下锦屏大理岩变形特性研究

以中国锦屏地下实验室工程T_(2b)大理岩为研究对象,开展了等向压缩(σ_1=σ_2=σ_3)试验及不同围压下的三轴偏压(σ_1-σ_3)加载试验,分析讨论了大理岩等向压缩体积变形特点、围压对峰后变形行为及峰前渐进性变形破坏过程的影响。试验结果表明:大理岩的等向压缩体积变形在不同围压范围内经历了一个线性-非线性-线性的变化过程。等向压缩体变曲线上存在一个拐点(敏感应力),该点的围压能在一定程度上反映其应力历史。偏压加载时峰后变形表现为脆性-半脆性-延性转化特征,峰值强度随围压变化与等向压缩体变曲线斜率发生变化的转换围压是一致的。围压对渐进性破坏过程各个阶段均会产生一定影响,除偏差闭合应力阈值外,其余各特征偏应力阈值均随围压近似呈线性增加关系。在等向压缩和偏压加载时出现了2次裂隙闭合过程。试验成果对进一步研究硬岩的变形破坏机制、防治深部地下工程灾害具有一定参考价值。     

太湖水体后向散射特性模拟

为研究太湖水体后向散射系数的光学特性,利用太湖实测数据和半分析方法与光学闭合(Optical Closure)原理,对太湖水体的后向散射系数进行模拟,在此基础上对其光学特性和影响因子进行分析.研究结果表明:由于悬浮物浓度的差异,使得太湖水体后向散射系数具有明显的差异性,后向散射主要由无机悬浮物引起,浮游藻类对后向散射系数的贡献较小;由于悬浮物来源不同,使得悬浮物粒径分布、形状以及组成成分不同,导致太湖水体单位后向散射系数存在一定变化;以550 nm作为参考波段对太湖后向散射系数进行参数化,得出该波段后向散射系数与悬浮物浓度具有很好的线性关系,其指数在1.32~2.8之间变化,平均值为2.09.     

基于物理模型的被动微波遥感反演土壤水分

利用土壤水分和海洋盐度(SMOS)卫星进行土壤水分反演的算法中,对地表发射率的描述仍采用半经验Q/H模型,该模型描述地表粗糙度对有效发射率在V和H极化下影响相同.基于微波散射理论模型-高级积分方程模型(AIEM)建立了一个针对SMOS传感器的参数配置,包含各种地表粗糙度和介电特性的裸露地表辐射模拟数据库,发展了L波段多角度地表辐射参数化模型.在此基础上,利用SMOS多角度双极化特点,建立了土壤水分反演算法.该算法可以消除粗糙度对土壤水分反演的影响,同时最小化反演过程中辅助信息引入带来影响.反演算法通过美国农业部提供的L波段多角度地基辐射计数据(BARC)进行验证,在20°~50°入射角,土壤水分反演精度在4%左右.     

基于应力集中强度比的单裂隙岩石破坏过程研究

对含单裂隙岩石开展单轴压缩试验,采用PIV粒子成像测速系统实时采集试验过程中岩样照片,借助PIVProcess流场处理系统将照片转为位移矢量。基于有限元原理计算应力,提出以应力集中强度比k的变化规律划分裂隙岩石变形破坏过程的方法,分析裂隙岩石变形破坏各阶段应力场特征。研究结果表明,加载过程中k随着轴向应变的增加呈现增大-稳定-波动-持续增大的变化规律,根据k变化规律,获得几个重要应力阀值即闭合应力σ_(cc)、起裂应力σ_(ci)、损伤应力σ_(cd)值分别为(0.13~0.17)σ_p、(0.48~0.59)σ_p和(0.80~0.92)σ_p(σ_p为峰值应力);k波动变化结束后,急剧增大,宏观裂纹在应力集中区域出现;应力集中区域与宏观裂纹分布区域具有较好的一致性。研究结果有助于提升人们对岩石应力场变化的认识,为裂隙岩石破坏过程阶段划分的研究提供一个新方法。     

不同条件下巴东三中滑坡滑带土大型三轴试验分析

利用大型三轴剪切仪,研究了不同围压和不同初始干密度下巴东三中滑坡滑带土物理力学性质。试验表明,该土样在剪切破坏的整个过程中出现剪缩和应变硬化现象。通过分析试验数据,得出该粗粒土的剪切破坏与围压σ_3有着密切的关系。体积变化率ε_v与围压σ_3和初始干密度ρ_d均有关系,前者与后两者之间有着二次多项式的关系,即:ε_v=m_1(σ_3/P_a)~2+m_2(σ_3/P_a)+m_3,其中m_1,m_2,m_3均为试验参数,且均与ρd呈二次多项式关系。     

基于样本数据的红土型铝土矿定量遥感建模与反演研究

定量遥感找矿是遥感大数据在找矿应用中的一项前沿技术。本文采用多元回归分析方法,通过对多组不同数量地表铝土矿样本进行遥感建模与反演实验,探索样本量对定量遥感建模的影响。实验中,首先以地表采样获得的Al2O3、SiO2含量分析结果作为样本数据,再根据样本位置从Landsat 8遥感数据中分别读取1~7个波段反射率数据,然后利用SPSS软件,将Al2O3、SiO2含量与相应的1~7波段反射率进行多元回归分析,并分别建立Al2O3、SiO2含量遥感定量反演模型。为了得到最佳反演模型,随机选出6批不同数量的样本进行建模实验,每批样本大约2/3用于建模,其余1/3用于模型检验。实验结果表明:随着样本量增加,模型的判定系数(R2)均呈先快速升高后缓慢下降的趋势,反演结果的均方根误差则与之相反。当样本量为50左右时,判定系数取得极大值,均方根误差取得极小值,总体具有偏态分布特征。最后,利用遥感影像对样本量为50时建立的模型进行反演验证,研究区地表Al2O3、SiO2含量的反演结果与实际情况吻合得很好,从而证实了该建模方法具有可靠性,可以进一步推广使用。     

宇宙射线中子技术的中尺度土壤水研究进展及在荒漠绿洲区的应用

宇宙射线中子技术是观测土壤水分的新方法,通过近地表宇宙射线中子强度反演土壤水分,可以监测百米尺度范围内平均土壤水分状况,为中尺度土壤水研究提供数据支撑。重点综述了快中子强度与氢原子数呈反比的宇宙射线中子技术的观测原理,分析影响中子强度的气压、空气湿度、太阳活动、磁场强度、道路和中子数计量等因素,归纳了剔除非土壤水氢源的中子强度反演土壤水的关系模型,总结了计算土壤水校正点权重的方法,概述了国内外观测应用进展。在此基础上,利用移动式宇宙射线中子技术在河西走廊荒漠绿洲区进行土壤水分观测,观测的均方根误差为0.03 g/g,参数N0为690 counts/30s,该技术较好地实现了该区域中尺度土壤水分测定。荒漠区0～30 cm土层,夏季和秋季的土壤水资源量分别为6.8 mm和19.4 mm;绿洲区0～15 cm土层,夏季和秋季的土壤水资源量分别为50 mm和44 mm,研究为荒漠绿洲区土壤水资源评价和绿水利用提供了科学依据。     

基于极限应力比的三参数双τ~2强度准则及其应用

为了更好地分析复杂应力下的强度问题,作为岩石、混凝土材料强度理论的完善和补充,利用双τ~2强度理论,推导出了一个考虑静水压力和主剪应力面上正应力影响的三参数双τ~2强度准则,给出了该准则的数学表达式,进行了几种应力状态下的理论预测与现有试验数据的对比分析。结果表明,不同的极限应力比a和b值对应着不同材料的强度准则;σ_1σ_2=σ_3应力状态的强度低于σ_1=σ_2σ_3应力状态下的强度;在σ_3=0的双轴受压应力下,其双轴压缩强度f_(cc)大于单轴压缩强度f_c;在三轴压缩的应力状态下,当σ_3处于某一固定值且σ_2较小时,σ_1随着σ_2的增加而逐步增大,而σ_2较大时,则σ_1随着σ_2的增加而逐步减小;理论预测值与现有的花岗岩、红砂岩、软弱砂岩以及混凝土等材料的部分试验数据吻合较好。     

论粗粒料的E-μ模型

本文在大三轴试验成果基础上,对在我国广泛采用的粗粒材料的E-μ模型存在的问题进行了分析。指出,模型中采用(σ_1-σ_3)f=R(σ_1-σ_3)_ul的关系是多余的,反而给计算带来误差,模型中μ_i和σ_3成半对数关系也不是唯一的。为了完善这个模型,作者建议了更适用的关系式。     

科尔沁沙地土壤水分动态分析及其概率密度函数模拟

基于Laio土壤水分动态随机模型(Laio模型),利用2006-2010年5~9月土壤水分连续监测数据及日降水资料,分析科尔沁沙地固定沙丘和沙质草地生长季根系层土壤水分动态及其与降水格局的关系,研究点尺度土壤水分概率密度函数,并对Laio模型涉及的13个参数进行了敏感性分析。结果表明:① 研究区年降水的季节分配极不均匀,主要集中在4~10月的生长季,占全年降水量的93%;0~5 mm降水事件占全年降水事件的73%,但其降水量只占全年降水量的25%;降水间隔期以0~10 d为主,占全年无降水期的38%,其频数最高,占全年间隔期频数的87%。② 固定沙丘和沙质草地根系层厚度分别为0~100 cm和0~70 cm,沙质草地根系层土壤水分显著高于固定沙丘;两类沙地7月份的土壤水分都显著高于生长季其他月份。③ 两类沙地生长季根系层土壤水分均服从正态分布;通过Laio模型得到了两类沙地生长季根系层土壤水分概率密度函数p(s),其峰值及峰值出现的位置和峰的阔度均与观测结果很接近,说明Laio模型能对科尔沁沙地土壤水分概率密度函数进行较好的模拟。④ Laio模型涉及的13个参数中,对p(s)最为敏感的参数是降水频率λ、平均降水量α、最大蒸散量E_max、水分胁迫点s*和凋萎系数s_w,主要影响p(s)曲线的峰值。     

不同中主应力下压实黄土变形特性的真三轴试验研究

通过压实黄土在不同中主应力系数和不同σ3时的真三轴试验,研究了中主应力对压实黄土变形特性的影响。研究表明:随着中主应力系数的增大,达到同一主应变的主应力差σ_1~σ_3越大,且曲线从一开始就呈硬化型,证明中主应力对压实黄土的强度有一定的加固作用。不同的中主应力系数下,ε_1~ε_v关系曲线除b=1之外均出现"峰值",且大约在主应变发展至4%~6%左右出现了交叉,交叉后曲线变化有明显的区间效应。随着中主应力系数b的增加,达到相同广义剪应变对应的广义剪应力q也越大。对广义剪应力与平均主应力比(q/p)与主应变(ε_1)归一化,随着b值的增加,曲线依次降低。在b=0~0.5之间,曲线之间的区分度较好,曲线降低幅度较大。b=0.5~1之间曲线之间的区分度较差,曲线几乎重合。     

联合机载PLMR微波辐射计和MODIS产品反演黑河中游张掖绿洲土壤水分研究

土壤水分是气候、水文学研究中的重要变量,微波遥感是获取区域地表土壤水分的重要手段,而L波段更是微波土壤水分反演的最优波段。依托HiWATER黑河中游绿洲试验区的地面观测及机载PLMR微波辐射计亮温数据,利用微波辐射传输模型L-MEB,并将MODIS地表温度产品(MOD11A1)和叶面积指数产品(MYD15A2)作为模型及反演中的先验辅助信息,借助LM优化算法,通过PLMR双极化多角度的亮温观测,针对土壤水分、植被含水量(VWC)和地表粗糙度这3个主要参数,分别进行土壤水分单参数反演、土壤水分与VWC或粗糙度的双参数反演以及这3个参数的同时反演。通过对不同反演方法的比较可以得出结论,多源辅助数据及PLMR双极化、多角度信息的应用可以显著降低反演的不确定性,提高土壤水分反演精度。证明在合理的模型参数和反演策略下,SMOS的L-MEB模型和产品算法可以达到0.04 cm3/cm3的反演精度,另外无线传感器网络可以在遥感产品真实性检验中起到重要作用。     

海河流域不同下垫面土壤水分动态模拟研究

针对海河流域不同的下垫面类型,选取密云(果园林地)、大兴(城郊农田)、馆陶(平原农田)3个观测站,建立垂直方向上以含水率θ为因变量、含根系吸水项的非饱和土壤水分运动数值计算模型。该模型以一维Richards方程为基础(以下简称RE模型),采用实测的降水和蒸散数据作为模型的上边界条件,运用全隐式有限差分法,分别对不同生长期内的土壤水分进行数值模拟,得到时间序列的土壤水分廓线,并分别采用成熟软件HYDRUS-1D的模拟结果和各观测站实测土壤水分对RE模型进行交叉验证和直接验证。结果表明RE模型能够很好地模拟海河流域不同下垫面土壤水分动态变化过程,3个站模拟结果与实测土壤水分数据的均方根误差(RMSE)分别为0.03127,0.0359和0.0409 cm3/cm3。与HYDRUS-1D软件模拟结果(其与观测值的RMSE分别为0.03759,0.0647和0.0467 cm3/cm3)相比,RE模型模拟的土壤水分具有更高的精度,也显示出RE模型的可靠性。探讨3个站土壤水分的时空变异规律及其影响因子并以大兴站为例,通过优化RE模型参数,探讨犁底层对土壤水分模拟结果的影响,进一步改善RE模型的模拟精度。     

黄土高原区域尺度土壤水分空间变异性

土壤水分是黄土高原植物生长发育和生态环境重建的主要限制因子。为揭示黄土高原区域尺度深层土壤水分的空间变异性,在黄土高原共布点234个,采集深剖面土壤水分样品12198个。采用经典统计和地统计学相结合的方法系统分析了土壤水分的分布规律、变异特征及影响因素。结果表明:①黄土高原地区土壤水分在水平方向上表现出由东南向西北递减,在垂直方向上(0~500cm)表现出先减小后增加的分布特征;②土地利用对区域尺度土壤水分的数量及垂直分布规律具有显著影响;③土壤水分在不同土层深度(0~500cm)的变异系数、空间异质比等参数的垂直分布均呈先减小后增加趋势,这些参数在表达土壤水分变异的效果上具有一致性。相关结果对黄土高原区域尺度水土过程调控、生态水文过程研究具有一定参考价值。     

BP神经网络在土壤重金属污染分析中的应用

以湖南株洲市区中西部为研究区域,获取该区域35个土壤样本和多光谱数据,基于多元线性回归（MLR）、偏最小二乘回归（PLS）、BP神经网络回归模型（BP）,分别建立土壤重金属（Cr、Cu、Ni）含量的反演模型,并对模型预测效果进行检验。建模与预测综合效果：BP模型＞PLS模型＞MLR模型,BP神经网络回归模型的效果远远好于其他2组,尤其适合分析具有非明确关系的2组数据。其中,Cr元素回归模型为最佳拟合模型,建模和预测R2分别为0.917 4、0.811 0,建模均方根误差和预测均方根误差分别为8.269 3、16.870 7,说明基于多光谱数据反演土壤重金属含量有一定的可行性。     

中国中、上扬子区石炭纪古构造沉积盆地类型

中、上扬子区石炭纪继承了加里东运动后的构造格局,滇中前寒武纪基底隆起区——康滇古陆(Ⅰ_1~1)不断向东扩大,与滇东早奥陶世后隆起区(Ⅰ_1~2)归拼。由于川中早志留后隆起区(Ⅰ_1~8)徐徐上升,它把川东鄂西泥盆世后隆起区(Ⅰ_1~(11))、以及武当、大洪山(Ⅰ_1~4)、湘西武陵山(Ⅱ_1~5)、雪峰山(Ⅱ_1~6)前寒武基底隆起区基本连在一起,从而使中、上扬子地块上的“中、上扬子古陆”雏形大致形成。晚泥盆世扬子古陆北缘被动大陆边缘盆地等与石炭纪早期基本相仿。湘、桂交界处,以龙胜-永福断裂为界,其西南为右江张性被动大陆