风垂直切变对中尺度地形对流降水影响的研究

针对长江中下游中尺度地形特点以及暴雨过程发生发展期间风垂直切变的主要观测特征,设计了一系列中尺度地形的三维理想数值试验,分析了干大气地形流和重力波特征,探讨了条件不稳定湿大气地形对流降水的模态分布,在此基础上研究了圆形、直线风垂直切变和切变厚度对中尺度地形对流降水强度和模态分布的影响.结果发现:在 F_r≈1的干大气条件下,气流遇到地形后分支、绕流和爬升现象同时存在,地形激发的重力波在水平和垂直方向上传播,其在迎风坡、背风坡、地形上游和下游的振幅不同,并组织出不同强度的垂直上升运动.在F_r > 1的条件不稳定湿大气下,地形对流降水主要存在三种模态,即迎风坡和背风坡准静止对流降水以及地形下游移动性对流降水,地形对流降水的形成与重力波在低层组织的上升运动密切相关.风垂直切变对地形对流降水的强度和模态分布有重要作用,其中圆形风垂直切变(风随高度旋转)不仅影响地形下游对流降水系统的移动方向,而且影响迎风坡和背风坡山脚处对流降水中心的分布和强度;直线风垂直切变(风随高度无旋转)主要影响地形对流降水的移动速度和强度.风随高度自下而上顺(逆)时针旋转,地形对流系统向下游传播时向右(左)偏移.风垂直切变主要通过影响地形重力波的结构和传播以及对流系统的形成、移动方向和速度,来影响地形对流降水的模态分布,其中对流层中低层的风垂直切变对地形对流降水强度和模态分布有重要影响.     

基于BFGS法融合InSAR和GPS技术监测地表三维形变

虽然InSAR技术具有高精度、大范围和高空间分辨率等优点,但只能监测雷达视线方向上的一维地表形变;而GPS技术虽可以监测地表的三维形变,但其空间分辨率很低.本文针对融合InSAR和GPS技术监测地表高空间分辨率三维形变展开研究.首先证明了简单的局部最优化迭代算法就能求得综合InSAR和GPS监测地表形变速率的能量函数模型的全局最优估值.随后提出了利用BFGS局部最优算法反演最优的地表三维形变速率.该方法既能避免全局最优化算法计算复杂且难以收敛的问题,又能克服传统的解析法中数值计算不稳定的缺点.最后,通过模拟实验和美国南加州真实数据实验表明,该方法能够得到高精度的地表三维形变速率场.而且当观测或插值误差导致解析法误差较大时,BFGS方法仍能得到高精度、稳定的全局最优解.     

东亚副热带高空急流区中尺度扰动分布特征及可能机理

东亚副热带高空急流强度变化和天气气候密切相关,本文利用WRF模式输出的高时空分辨率模拟资料研究了东亚副热带高空急流区的中尺度扰动特征,并结合动力学理论,揭示了急流区中尺度扰动产生的可能机制.研究表明,急流轴南侧更容易出现水平尺度为几十公里的高频扰动,这些扰动的时空分布具有波动特征.对高空急流区中出现中尺度扰动区域的拉格朗日Rossby数、Richardson数以及绝对涡度的计算发现,高空急流轴南侧中尺度扰动出现的物理机制与非地转平衡流的不稳定发展有关,并且高空急流强度的大尺度整体变化与急流区中尺度扰动变化的累积效应有关.因此,开展高空急流强度变化规律研究不能忽视其内部中尺度动力过程的作用.     

用模式匹配法计算电阻率测井响应研究进展

数值模式匹配法是地球物理电磁场计算中的一种半数值、半解析的高效算法,相对于别的数值算法具有明显的优越性,近年来在电法测井数值模拟中得到了成功应用.本文详细地介绍了数值模式匹配法的原理和模式匹配法在电法测井的发展历程和最新应用情况,系统总结了用模式匹配法计算电阻率测井响应的思路和基本步骤,并展望了其在电法测井三维数值模拟中的应用前景.     

海洋瞬变电磁法研究进展

随着海洋电磁法的研究逐渐转向浅水域,海洋瞬变电磁法得到了更多的关注.瞬变电磁法相比频域电磁法,对浅水域海底高阻油气藏具有更高的分辨率,并且瞬变电磁法能够有效的分离空气波与海底地层响应.近几年来,海洋瞬变电磁法得到了快速的发展.本文回顾了海洋瞬变电磁法的历史发展与现状,总结了海洋瞬变电磁法的三维正反演理论的最新进展,并对海洋瞬变电磁法的各种装置类型进行了相关评述.目前海洋瞬变电磁法的问题主要在于数据采集成本高,没有很好的集成到整个勘探流程系统中.未来发展方向包括(1)探索新的装置系统,节约数据采集成本,提高海洋瞬变电磁法的市场竞争力.(2)海洋瞬变电磁法与其他方法的联合解释技术,提高海洋瞬变电磁法数据解释的有效性.(3)海洋瞬变电磁法的三维正反演理论的进一步发展.     

鄱阳湖地区大气边界层特征的数值模拟

采用WRFV2.2中尺度数值模式对鄱阳湖地区200 km×200 km范围内,2009年11月5日00∶00至2009年11月6日12∶00不同高度的气象要素进行了数值模拟,得到了水平分辨率为1 km的鄱阳湖地区大气边界层风、温、湿度场和廓线分布的大气边界层物理特征.模拟结果发现:白天鄱阳湖面上空存在着冷岛效应并伴随湖风,而夜间湖面上空存在着热岛效应并伴随陆风,湖面与陆地之间最大温差可达6 ℃;同时地形以及下垫面类型对鄱阳湖区风场的分布具有很大影响,夜间存在一条东北西南走向的低空辐合带,白天逐渐消失;此外受风场和地形作用湖面上空的湿度分布也不均匀,白天湿度层厚度低而夜晚湿度层厚度高,湖中心右侧湿度值大于左侧湿度值.模拟结果能较好地反映鄱阳湖的大气边界层物理特征,有助于了解鄱阳湖地区区域气候的特点,以及由于地形、地理环境、地表特征所形成的不同高度上的风、温、湿的分布规律和大气边界层物理特征,为鄱阳湖地区局地天气预报、风能资源开发、环境保护等提供了科学依据.     

复杂构造三维地震观测系统设计的共聚焦分辨率分析

三维地震观测系统共聚焦分辨率特性分析突破传统以点论证为基础的观测系统分辨率分析方法,面向地质目标定量预测三维观测系统地震成像的空间分辨率和振幅精度.基于Fourier有限差分（FFD）大步长波场延拓和Born-Kirchhoff小步长波场插值递推方法,本文介绍了一种复杂介质条件下三维地震观测系统共聚焦分辨率特性快速分析方法.对给定的速度模型,该方法能够分析拟采用的三维地震观测系统设计方案对复杂构造的成像分辨率与AVP属性,从而为进一步的偏移成像与储层分析提供保证.最后本文以SEG/EAGE三维盐丘模型为例设计满覆盖为16次的三维地震观测系统,并实施三维共聚焦分辨率特性分析.     

三维直流电阻率自然单元-无限元耦合数值模拟

直流电阻率数值模拟对于实测电阻率数据反演、解释地下真实电阻率结构具有重要意义.为解决复杂地电模型剖分以及处理截断边界时面临的困难,本文提出一种新的三维自然单元-无限元耦合法.该算法在自然单元区域灵活布设自然节点以填充复杂模型,并引入无限单元替代截断边界条件以促使刚度矩阵与电源位置无关.首先推导了稳定电流场基本方程;然后介绍了二、三维自然单元法及其形函数的构建过程;再引入三维多向映射无限单元并实现自然单元-无限元的有效耦合;最后通过4个数值模型,结合传统有限单元法、有限元-无限元耦合法以及COMSOL Multiphysics软件的计算结果,验证了算法的正确性及有效性.数值结果表明,本文所提算法满足精度要求,能有效减小计算区域,无需二次更新刚度矩阵,对复杂模型适应性强.     

频谱成像技术研究进展

频谱成像技术是近年来发展起来的一项基于频率谱分解的储层特色解释技术,是地震属性分析中重要组成部分.频谱成像技术具有在空间横向上分辨率高的特点,是一种利用三维地震资料的多尺度信息对储层进行高分辨率成像、检测储层时间厚度变化的工具.地震数据振幅谱可以识别地层的时间厚度变化,相位谱可以检测地质体横向不连续性,在确定油藏边界、计算地层厚度方面比传统地震属性研究方法具有更大的优势.频谱成像技术的核心模块是信号的时频分析,本文回顾了频谱成像技术的基本概念和目前在频谱成像中广泛应用的时频分析方法,简单介绍了几种新的时频分析方法:广义S变换和改进的匹配追踪算法.     

一种用于微波辐射计遥感海表面盐度和温度的反演算法

海面的微波辐射除了与海表面温度和盐度有关外, 还受海面风的影响. 海面风的观测误差严重地影响了海表面温度和盐度的遥感精度. 通过研究海面风因子对海表面辐射影响, 建立了海面风(包括风速和风向)与海表面的微波亮温T以及风导致的亮温修正量DT之间的关系; 在此基础上, 提出了利用微波辐射计的单卫星、多角度观测数据反演海表面盐度和温度的算法. 在这个算法中, 风对海表面辐射影响已经被剔除, 风速和风向不再是反演算法的输入参数. 因此, 该算法不受制于海面风速和风向的影响导致的误差. 这样, 为利用单卫星、多角度微波辐射计遥感海表面盐度和温度提供了一个新途径.     

三维频率域可控源电磁反演研究

对于三维可控源电磁,反演计算效率、张量测量、旁侧效应以及阴影效应是目前研究的热点.本文正演采用基于库仑规范条件的耦合势有限体积算法,反演采用有限内存BFGS(L-BFGS)算法.合成数据反演结果表明:(1)有限内存BFGS法比非线性共轭梯度法,在反演计算效率上具有一定的优势,更适合求解大规模三维可控源电磁反演问题.(2)张量可控源电磁法相对于标量可控源电磁法,前者在模型分辨率上优于后者.(3)在某个区域无法布置测网的情况下,我们可利用旁侧效应在异常体周围布置测网进行三维反演,从而获得真实异常体的信息.同时,为避免阴影效应,我们应在测网外增加可控源电磁控制点,使得三维反演的数据更加完备.     

上地幔低速高导层成因的探讨-水和熔体的作用

上地幔中广泛存在低速高导层,对这些低速高导层成因的研究可以帮助我们了解上地幔物质的组成、分布以及地幔动力学过程.目前,地球科学家把上地幔低速高导层的主要成因归结为水或熔体的作用.本文主要介绍了水和熔体在上地幔中的赋存状况、对地震波速的衰减作用以及对电导率的影响.最后本文评述了含水模型和含熔体模型,并对电导率研究进行了展望.     

网格嵌套技术在模拟海底沙波运移中的应用Ⅱ——南海北部沙波运移

本文发展了一套适用于模拟我国南海北部小尺度沙波运移的数值模型,该模型由超高分辨率三维海洋环境数值模块和泥沙运移模块组成,综合考虑了地形、潮汐、温盐和风应力等因素对海底流场和沙波运移的影响,可模拟时间间隔一年以上的沙波运移.研究发现,沙脊两侧沙波运移方向相反是潮汐、地形与温盐三方面因素综合作用的结果,其中温盐分布所导致的密度流是沙波运移中不可忽略的因素之一.与实测结果比较证明,本文模拟结果优于2DV模型和Q3D模型,并且可模拟沙脊两侧沙波运移方向翻转的现象.     

“6·23”江苏阜宁EF4级龙卷超级单体风暴中尺度结构研究

2016年6月23日14—15时,江苏省阜宁县突遭"增强藤田"4级龙卷、强风、短时强降水和冰雹等强对流天气,致使99人罹难,800多人受伤,属极其罕见的极端天气事件.本文利用加密自动站数据、探空数据、单部雷达观测数据以及双多普勒雷达三维风场反演数据,研究了此次龙卷发生的天气背景、龙卷超级单体的三维结构及其演变特征.研究表明：（1）龙卷发生期间,阜宁处于地面暖湿舌内、地面有γ中尺度气旋和辐合线;环境大气抬升凝结高度很低、中低层有很强的水平风的垂直切变;这有利于龙卷的生成.（2）此次龙卷超级单体左移风暴的低层有钩状回波和入流缺口,有界弱回波区位于垂直剖面中低层、悬垂回波位于风暴前部高层.（3）龙卷发生前,风暴质心高度、最大反射率因子高度和风暴回波顶高度均持续增加,风暴垂直累积液态含水量激增;龙卷发生在上述参数的数值首次同时减小时.（4）双多普勒雷达反演的三维风场揭示,超级单体形成之前的对流风暴内部中低层已经有中尺度气旋形成,中尺度气旋伴随着超级单体的生成、发展和强化的各个阶段.中尺度气旋位于钩状回波顶端、其南端有反气旋,此涡旋偶对于中层动量下传、龙卷生成、发展、加强和触地具有重要作用.     

智能导向钻井一体化软件系统平台研发

导向钻井技术的智能化是实现复杂油气藏高效开发的重要途径.本文面向智能导钻系统的实际需求,基于云平台、大数据及人工智能等技术,开展了一体化软件系统的研发.针对整套系统模块众多、功能复杂的问题,首先研发了可扩展模块化底层软件平台,在此基础上建立起集成数据采集、传输、存储、应用与决策为一体的工业化软件系统.本文详细介绍了整套软件系统的研发思路、架构设计、实现方式及各模块主要功能,同时开展了人工智能算法研发和软件平台的集成测试.研发的各软件系统模块不仅实现了现有功能的工程实用化,而且具备良好的扩展性,能够为智能导钻技术的持续性发展奠定基础.     

三维非均匀地质模型中的逐段迭代射线追踪

地震射线追踪是地震定位、层析成像、偏移等领域的重要正演环节.随着这些领域研究的深入,针对传统的网格结构和层状结构在描述复杂地质模型遇到的很大困难,我们采用大小不等、形状各异的地质块组成的集合体来描述三维复杂地质模型,并用三角形面片来描述地质块之间的物性间断面,理论上可以描述任意复杂的地质模型.为适应任意非均匀速度分布的地质模型,基于费马原理,本文发展了与之相适应的逐段迭代射线追踪方法.该方法属于弯曲法范畴,对路径点采用一阶显式增量修正,相对于传统的迭代法,高效省时.数值试验表明,联合逐段迭代法和伪弯曲法的射线追踪扰动修正方案在三维复杂非均匀块状模型中有适用性和高效性.     

时序InSAR同质样本选取算法研究

分布式雷达目标时序InSAR技术是目前InSAR形变监测领域的主流方向,其中同质样本选取是该技术的基础,其估计精度直接影响SAR影像分辨率与后续参数解算精度.本文在追踪最新研究进展之上,系统回顾了当今统计同质选点算法的优缺点.在参数与非参数两类统计方法的应用中,采用蒙特卡罗方法和真实数据验证定量比较算法差异以及适用场景.根据之前的研究结论,提出一种改进的最优参数统计同质样本选择方法.最后,论文介绍了团队研发的MATLAB开源工具包,涵盖了同质样本提取和时序InSAR协方差矩阵估计两部分内容,为InSAR科研人员和后续数据处理提供高质量、全分辨率的观测源.     

伴随成像及其在地球深部结构研究中的应用

基于高精度的三维波场模拟和伴随方法, 伴随成像成功实现了天然地震全波形成像在区域和全球尺度下的应用。伴随成像技术基于谱元法, 使用全三维、 多参数的初始模型对地震波场进行数值模拟, 通过正演波场和伴随波场的相互作用快速求取目标函数的梯度, 结合高性能计算技术, 实现大尺度全波场成像。相比于传统的地震层析成像方法, 伴随成像对地球内部结构异常体的描述更加精细和全面, 更适用于构造活跃地区的深部动力学研究。本文首先介绍伴随成像方法的基本原理, 随后阐述其具体实现流程, 并回顾该方法在地球深部结构研究中的应用, 最后对其未来发展做出展望。     

体积CT中的图象重建算法研究综述

体积ＣＴ是继断层ＣＴ发展而来的一种高新技术。它具有获取投影数据的速度快、Ｘ射线利用率高、成象结果空间分辨率各向同性等优点,因而将成为用于医学影象诊断、工业无损检测等领域的更为有效的手段之一。本文对体积ＣＴ技术的发展历史、主要特点、算法分类及未来发展等进行了系统地回顾、分析和展望。     

复杂介质中地震波前及射线追踪综述

本文较为系统综述了国内外在不均匀介质中各种主要和实用的射线追踪方法,例如:基于射线理论的打靶法、弯曲法(伪弯曲法)、高斯射线束算法等;基于网格单元扩展的有限差分解程函方程法(FD)、最短路径算法(SPM);以及结合射线和网格单元扩展的波前构造法等.同时对目前出现的多次波射线追踪技术、以及多值波前追踪技术(如:相空间算法、水平集算法)也进行了分析讨论.同时对基于网格单元扩展算法的优缺点进行了评述,其基本结论是:基于单元模型的SPM要优于FD算法,而基于网格的SPM算法则次之.就传统的射线追踪算法(如:打靶法和弯曲法)而言,其未来的发展方向是实现完全非线性的相应算法,而基于网格单元的算法则主要是扩展功能(如:后续波、多值波前的追踪).射线追踪方法技术未来需要解决的问题主要有:块状模型中多次波的追踪;多值波前及多值射线追踪;走时与振幅的同时追踪计算;以及其它领域新方法的引入.