导航卫星太阳辐射压模型研究进展

由于难以精确模制,太阳辐射压摄动已经成为导航卫星精密定轨的主要误差源。因此,为了提高导航卫星的定轨精度,必须对太阳辐射压进行精确建模。随着我国北斗卫星导航系统的稳定运行,开发适用于北斗卫星的太阳辐射压模型已经成为一个研究热点。通过回顾国内外近几十年的太阳辐射压模型研究成果,详细介绍了几种常用的太阳辐射压模型,对其建模原理以及模型的优缺点进行了分析,并介绍了北斗卫星太阳辐射压建模的研究现状,为我国北斗卫星导航系统的太阳辐射压建模提供借鉴。     

地球系统模式CESM1.0对太阳辐射和温室气体的敏感性差异研究

利用通用地球系统模式CESM 1.0的全强迫试验和单因子敏感性试验结果, 初步探讨了CESM模拟的地表气温、降水率对太阳辐射和温室气体的敏感性差异, 以便更好地认识自然和人为因子对全球气候变化的贡献。结果表明: 地球系统模式CESM 1.0对温室气体变化的敏感性比对太阳辐射的敏感性高, 温室气体含量变化引起相当于1W/m2的辐射强迫增加会导致全球平均温度上升0.51℃, 而太阳辐射变化1W/m2时全球平均温度仅上升0.27℃; 在太阳辐射单因子敏感性试验中, 地表气温每升高1℃降水量增加2.91% , 要高于温室气体单因子敏感性试验的增量2.22% 。另外, 自然和人为因子所导致的地表气温空间变化特征也不相同, 在太阳活动影响下, 气温首先在北欧区域明显升高, 赤道西太平洋暖池区域随着总太阳辐射量的增加而明显变暖, 但在白令海峡和格陵兰岛区域则出现明显降温; 而在温室气体影响下, 地表气温则在北半球高纬区域显著增加, 赤道东太平洋区域随着温室气体浓度的增加呈现出类似 El Niño 的分布型态。     

基于机器学习方法的地下水氨氮时空分布规律

氨氮是地下水中的主要无机污染物之一,其主要来自农业、工业和生活污染。过量的氨氮会危害人类健康。氨氮时空分布受气象、水文、水文地质和土地利用类型等因素的影响,因此,基于有限采样点的地下水氨氮分析会产生很大的不确定性。本研究以三江平原松花江流域为例,选取土壤有机质质量分数、土壤全氮质量分数、土壤阳离子交换容量(CEC)、土壤pH值、地下水埋深、包气带黏土层厚度和土地利用类型作为潜在的影响因素,建立拟合氨氮质量浓度的机器学习模型;在此基础上使用解释机器学习模型的SHAP(shapley additive explanations)方法识别显著的影响因素,并据此建立机器学习预测模型,对研究区地下水氨氮质量浓度进行数据插补,分析其时空变化规律。研究结果表明：地下水埋深、土地利用类型、CEC和土壤有机质质量分数是研究区地下水氨氮的主要影响因素;2011—2018年期间,研究区地下水氨氮处于Ⅰ—Ⅲ类水质级别的面积呈现增加趋势,面积占比从31%增加到87%,Ⅳ—Ⅴ类水的面积呈现减少趋势,面积占比从69%减少到13%,水质整体向好。     

3 Ma以来轨道尺度东亚冬季风演化的模拟研究

轨道尺度东亚冬季风变率对认识第四纪东亚环境演化和北半球冰盖演化具有重要的作用。文章利用德国波茨坦气候影响研究所的中等复杂程度地球系统模式(CLIMBER-2)对过去3 Ma气候和环境的模拟结果,探讨了轨道尺度东亚冬季风演化特征及其变化机制。采用两种指数反映东亚冬季风强度,分别指示中纬度西风强度(EAWMU)和东亚北风强度(EAWMV)。CLIMBER-2较好地模拟出了3 Ma以来地球冰期-间冰期旋回特征,以及第四纪以来全球变冷趋势。东亚冬季风在过去3 Ma以来呈现逐渐增强的趋势,EAWMV和EAWMU分别在约2.6 Ma和约1.5 Ma突然增强。EAWMV(EAWMU)在约2.2 Ma(约1.5 Ma)之前主要以20 ka岁差周期为主导,约2.2~1.0 Ma(约1.5~1.0 Ma)的转型期以41 ka倾角周期和20 ka岁差周期为主导,约1.0 Ma之后则均出现100 ka、41 ka和20 ka这3个轨道周期特征,并以100 ka偏心率周期为主导。在约2.2 Ma(约1.5 Ma)之前,EAWMV(EAWMU)主要受控于太阳辐射的直接强迫作用,北半球冰盖的作用相对较弱,在此之后北半球冰盖起主导作用,太阳辐射的直接强迫作用相对较弱。因此,第四纪东亚冬季风与北半球冰盖存在复杂的耦合关系,当冰盖规模较小时,它们的关系很弱;反之,当冰盖规模较大时,它们的联系加强。

     

青海省太阳辐射强度时空变化特征分析

利用西宁、刚察、格尔木、玉树和玛沁5站的1971-2014年逐日总辐射资料和青海省50个气象台站的温度、降水和日照时数等气象资料,分析了太阳辐射量与气象要素的内在关系,建立了无辐射观测资料地区的太阳辐射推算方法,并根据推算出的各气象站点太阳辐射量,分析了青海省全境太阳辐射量变化规律及分布特征。研究结果表明：青海省年太阳总辐射量在5 668~7 091 MJ·m^-2之间,由西北向东南逐渐递减,全省年太阳总辐射量超过6 000 MJ·m^-2的有42个站点,占全省总站点的84%。太阳总辐射量在春、夏季自东南向西北部逐渐增加,在秋季自西北向东南部逐渐减小,冬季全省各地差异较小。青海省4-8月的太阳辐射量最强,旬太阳辐射量主要集中在3月上旬-10月上旬,周太阳辐射量主要集中在第12周-第43周。青海省太阳日辐射变化趋势均呈抛物线型,早晨和傍晚辐射值较低,日出后开始呈上升趋势,北京时间13：00左右达到最高值后开始下降。日辐射持续时间从3月开始增加,9月开始减少。     

云南高原径流时空随机分布规律研究

本文对我省４５个测站的实测年、月径流序列用随机水文学的理论和方法进行了分析。用线性回归趋势分析检验趋势成分，用聚类分析法检验跳跃成份。用自相关分析和谱分析检验周期成分和相依成分，求得年、月径流序列的随机特性及地区分布规律。     

利用不同插值方法对青藏高原降水稳定同位素空间分布分析

利用稳定同位素大气环流模型模拟结果, 借鉴数据同化的思想, 运用Cressman插值法和最优插值法两种空间插值方法对青藏高原多年平均降水δ¹⁸O模拟结果进行客观订正, 并运用交叉验证方法检验空间插值的效果. 结果表明: 最优插值法订正的结果稍优于Cressman插值法; 对比订正结果与运用经验回归模型BW模拟结果表明, 最优插值所建立的降水稳定同位素的空间分布结果要优于BW模型模拟结果, 而Cressman插值方法订正的降水稳定同位素的空间分布结果与BW模型模拟的结果相当. 两种空间插值所得结果经过高程订正后, 对青藏高原南部的预测结果得到了明显改善.     

雅鲁藏布江流域1978-2009年气候时空变化及未来趋势研究

利用1 km 分辨率DEM数据及ArcHydro Tools 提取了雅鲁藏布江流域边界, 明确给出了该流域具体的地理边界及空间范围. 依据雅鲁藏布江流域范围内及周边39个气象站点1978-2009年近32 a逐年气象数据, 综合运用GIS空间插值技术及气象统计分析方法, 对雅鲁藏布江流域气候(着眼于降水和气温指标)时空变化特征及未来变化趋势进行了研究. 结果表明: 1978-2009年间流域范围内多年平均降水大致趋势为由西至东逐步增加, 年平均降水量以7.935 mm·(10a)^-1的速度缓慢增加. 流域多年平均气温大致由河源至下游逐渐升高, 河谷腹地至流域边界处逐渐降低, 并出现了以拉萨、乃东为中心的局部高温带; 近32 a流域年平均气温增加2.2 ℃, 增加幅度达到0.489 ℃·(10a)^-1, 高于全球及全国同期增温速率. 近10 a间, 流域平均降水以 -139 mm·(10a)^-1的速度显著减少, 气温则以1.14 ℃·(10a)^-1的速度增加, 整个流域气候呈现暖干趋势. 利用R/S分析法预测得知, 流域年降水量可能出现短时间的减少波动, 但未来较长一段时间内, 流域降水及气温仍将保持增加趋势, 流域气候呈现暖湿化趋势.     

晚更新世江苏海岸带沉积分布模拟研究

中国边缘海大陆架在晚更新世时期曾是海岸平原,在古长江、古黄河泥沙填充下形成了陆架堆积体,并在全新世发育了南黄海辐射沙脊群、废黄河三角洲和长江三角洲。根据点状的地质钻孔分析和重建,对南黄海-江苏海岸的沉积体系的分布和变化机制尚不明了。作为动力机制探讨,基于气候-海面-沉积系统,根据气候水文学、沉积学原理以及泥沙沉积面的动态高程计算,构建了气候冰川驱动-东黄海地海系统响应-河流沉积建造的数值模式,模拟了14万年、4万年和1万年不同时间尺度江苏海岸线和长江三角洲沉积的变化过程和分布,进而对冰川气候、构造沉降、沉积压实等复杂效应下的海面特征、陆源泥沙沉积和海岸线进行分析。模拟结果与地质钻孔资料揭示的层序和埋深能够进行对比。     

基于DEM的广西旅游气候舒适度时空分异研究

基于数字高程模型(DEM)和3S技术,以广西壮族自治区1981-2010年74个气象观测点的气象常规观测数据为基础,对广西各地区地形下温度、相对湿度、风速、温湿指数、风寒指数、着衣指数和综合旅游舒适度指数等时空分布特征进行分析研究,并结合2015年广西307个2A级旅游景区时空分布进行评价,结果表明：在时间差异上,广西大部分地区最佳旅游时间为1月、2月、3月、10月和11月,此时全区大部分地区气温保持在15~25 ℃之间,处于非雨季期;4月、12月在气候舒适上为较适合旅游的季节;由于广西地处南疆,雨热同期,高温多雨的6、7、8月在气候舒适度上为最不适合旅游月份;就季节而言,旅游气候舒适度排序为冬季＞秋季＞春节＞夏季。在空间差异上,6个月旅游舒适期地区仅占广西面积的0.12%,仅在桂西西林县西面和桂北资源县北面零星分布,没有2A级以上旅游景区分布其中;7个月旅游舒适期地区主要分布在桂西、桂西南和桂西北地区,桂北资源县、桂南博白县和合浦县、桂南贺州市、梧州市均有分布,占广西面积的36.78%,共有72个2A级旅游景区分布其中,占23.5%的景区数量比例;舒适期为8个月的地区分布最广,占广西区面积的63.1%,共有235个2A级以上旅游景区,占2015年2A级以上景区数量的76.5%,主要分布在桂中、桂南和桂北地区。     

基于DEM的天山山区气温和降水序列推算方法研究

为了计算天山山区区域气候要素平均值序列,提出了一个新的气候序列计算方案.对天山山区17个气象站和10个水文站的1961-2000年的年气温、降水资料进行了自然正交分解(EOF),并以DEM(Digital Elevation Model)的1 km×1 km网格数据为基础,结合多元回归等方法,分别建立了前3个特征向量与经度、纬度及海拔高度因子的插值模型,由此推算出天山山区(海拔≥1500 m)年平均气温、降水序列.误差分析表明,27站实测的年平均气温序列与计算的区域平均序列值的相关系数为0.996,系统性偏差小,平均相对误差为5.5%;年降水量序列的实测值与计算值平均相对误差略大,为14.8%,相关系数为0.972.区域平均序列的计算值与测站简单的算术平均序列在量值上存在明显的差异,计算出的气温平均偏低4.3℃,降水量平均偏高43.2 mm.此方法为计算站点稀少、地形复杂的区域平均的要素时间序列方面提供了一个解决手段.     

矿体三维数据模型及品位插值方法研究

传统的储量计算方法采用几何平均法计算矿体的体积,用部分化验数据的平均品位代替矿块的整体品位,其计算精度很难满足需要.以三维矿体模型为基础计算矿体体积能够提高体积计算精度,以空间插值技术对矿体任意空间位置的品位进行估值,有助于提高品位估值的精度.提出了一种适于矿体储量计算的混合数据模型（线框块段模型）,详细论述了根据剖面数据生成矿体线框模型进而在线框模型基础上生成块段模型的方法.介绍了距离反比法和克立格法的原理,利用距离反比法结合某金矿体数据进行了储量估算,结果表明以线框块段模型为基础,采用空间插值技术计算矿体储量具有一定的实用价值.     

绕坝渗流地下水位的时空分布模型研究

许多大坝的失事是由于高地下水位引起坝肩失稳所致。绕坝渗流是影响坝肩高地下水位的主要因素。为此通常将大坝基础防渗帷幕延伸到坝肩岸坡内一定距离,以减小绕坝渗流影响。而防渗帷幕运行性态随时间变化,为了评价坝肩防渗帷幕和地下水位的运行性态,首先分析了地下水位观测资料和水位、降水、温度、时效等时空影响因素及其表达式,随后基于岸坡地下水位观测资料,利用最小二乘法建立了大坝岸坡地下水位的时空分布模型。通过比较模型剩余标准差和测点的剩余标准差,可以确定坝肩地下水位的异常测点,分析岸坡防渗薄弱部位,掌握坝肩岸坡渗流场时空分布规律,监控绕坝渗流的性态。     

空间插值方法模拟地下水空间分布适宜性探讨——以敦煌盆地东湖保护区为例

选取敦煌盆地东湖保护区稀少地下水控制点区域为研究区,以潜水埋深数据为例,利用克里金、反距离加权法和径向基函数法等3种插值方法获取地下水潜水埋深栅格图像,并通过交叉验证和拟合分析对插值结果进行比较,分析总结3种插值方法在缺少足够控制点区域获取插值图像的适用特点及差异性,结果认为:在干旱半干旱地区艰苦环境下,利用取之不易的少量地下水控制点通过克里格插值方法模拟区域地下水位埋深结果是可靠的,同时对于空间相关性较强的类似空间变量,利用克里格插值可以较好地获取区域变量空间分布趋势。     

湖泊中磷循环及其生态健康效应的模拟研究

以巢湖为例,开发了模拟巢湖磷循环的生态系统动力学模型,并将其应用于模拟大型水生植物恢复对巢湖生态结构和生态健康的影响.     

三角网格模型剖分方法的研究与应用

数值波场正演在地震学和勘探地球物理学领域正得到越来越广泛的应用,用一个好的方法来建立一个复杂的地质模型则显得尤为关键。三角网格模型相对于层状模型和矩形网格模型在反映地质界面形态、三角网格剖分个数调节及射线追踪速度等方面具有明显优势。利用三角网格剖分的建模方法,在VC2008编程环境下实现了复杂地质模型的描述。通过对复杂模型的建模测试,表明采用三角网格剖分方法,可解决以下模型难题：①对复杂模型界面的描述;②对复杂逆断层的描述;③对封闭块体的描述;④对模型弹性参数进行描述。     

静力触探识别场地土层分布的贝叶斯学习方法研究

静力触探试验(CPT)通常是垂直于地表进行的,用以识别工程场地土层分布情况。实际工程中,常常由于时间和预算的限制,工程场地中的CPT探测点数量有限且分布稀疏。准确推测CPT探测点之间未测区域的数据和分层情况非常困难。本文提出了一种贝叶斯学习算法来解决这一难题。该方法可使用少量CPT探测点来预测二维剖面中土的分类和分层。该方法包括3部分:(1)使用贝叶斯学习对CPT数据进行二维空间插值;(2)利用Robertson土性分类图在二维剖面中确定每个位置(包括已探测和未探测的位置)土性分类(SBT);(3)使用边缘探测方法描绘二维剖面中的土层边界。本方法仅利用少量CPT探测点可直接得到表征二维地质剖面的高分辨率CPT数据和土体分类信息,并自动划定土层边界。本文用模拟算例探讨了该方法的效果。结果表明,仅使用5个CPT探测点的数据即可得到合理的推测结果。此方法可应用于地质信息化研究和城市地下空间建模。     

地质灾害与不同尺度降雨时空分布关系

降雨是地质灾害最重要的诱发因素之一,开展地质灾害与不同尺度降雨的时空分布研究,分析降雨诱发地质灾害的特点规律,对于提升地质灾害区域预警水平和防灾减灾实践具有重要意义。本文以2006～2007年汛期地质灾害的实际发生情况为例,通过统计分析方法,对区域地质灾害与年降雨量、月降雨量、月暴雨日数、典型降雨过程之间的时空分布关系开展系统分析,研究表明:降雨是群发型地质灾害发生的重要诱发因素,地质灾害的发育密度与年均雨量成正比,地质灾害发育密度最大的区域,其年均雨量最大;地质灾害分布与月降雨量、月暴雨日数的分布总体上具备一定的对应关系,但并不是完全对应的,主要受到典型强降雨过程的落区控制;在地质灾害多发区出现典型强降雨过程时,地质灾害群发。     

东北三省月降水量的时空克里金插值研究

为了实现对时空场任意点进行时空插值,以东北三省1999~2008年的月降水数据为研究对象,选用了一类比较实用的积和式时空变异函数模型进行时空克里金插值。每个站点的降水量都是时间序列,插值之前对各站点的降水进行了时序分解和去季节项处理。在分别得到纯空间和纯时间的变异函数基础上建立时空变异函数。将二维的普通克里金插值扩展为三维,并对1999年10月各站点进行降水量估计,同时与单纯空间克里金插值效果进行比较。结果表明时空插值效果理想,因为同时考虑了空间、时间的相关性,插值精度较空间克里金更高。     

沉积模拟的基本数学模型及其在第四纪研究中的应用

内容提要本文扼要介绍了沉积模拟的基本数学模型,其中包括十种随机模拟数学模型和十种确定模拟数学模型,阐明其简要原理和应用范围,并讨论它们在第四纪研究中的应用现状和前景。本文涉及的应用范围主要为:第四纪沉积环境、第四纪沉积物特征和成因类型。最后讨论了地质过程数学模拟的特点和意义、第四纪沉积过程数学模拟对提高第四纪地质学研究定量化水平的作用,以及进一步开展工作的方向。