两种耦合模糊控制的局地化方法研究

在集合数据同化过程中,由于远距离的观测与同化状态之间存在着虚假相关,局地化方法受到广泛关注.此外,由于集合数的限制,容易引起欠采样和协方差被低估等现象,使得滤波效果欠佳.因此,提出模糊控制算法,模糊控制算法主要用于判断观测点与状态更新点之间的距离来匹配相应的观测权重,进而调整局地化系数来更新背景误差协方差和观测误差协方差矩阵,从而得到有效的状态估计.基于背景误差协方差局地化方法和观测误差协方差局地化方法,耦合模糊控制,形成了新的算法—模糊控制的背景误差协方差局地化方法和模糊控制的观测误差协方差局地化方法.利用Lorenz-96模型,在小集合数和局地化半径下,得出模糊控制的背景误差协方差局地化方法和模糊控制的观测误差协方差局地化方法有较好的同化性能.通过分析泰勒图谱甄别出新算法与观测点具有高度的相关性以及较小的空间变异性.最后,在不同维数的模糊控制器下,新算法的有效性进一步得到验证.为今后数据同化误差处理方面提供了良好的研究平台.     

基于局域化EnKF同时同化地下水水流和溶质运移数据的渗透系数场识别研究

局域化改进集合卡尔曼滤波（EnKF）可以克服EnKF方法在使用小集合时,对参数识别精度较低的缺陷,其能同化 地下水位观测数据有效识别渗透系数场。实际工作中,溶质运移数据也较容易获得。崔凯鹏（2013）尝试增加溶质运移 数据以改进只同化水流数据对渗透系数的估计结果,但是精度提高有限。本文在其基础上修改模型,进一步增加溶质注 入井,探究同时同化水头和溶质运移数据,对渗透系数场识别效果,之后对比了局域化EnKF与非局域化EnKF参数识别结 果,并分析了溶质影响范围与参数识别的关系。结果表明：同时同化溶质运移和水头资料,比同化单一种类观测数据识别 的渗透系数精度更高;相同实现数目下,局域化EnKF比EnKF对渗透系数场的估计结果与真实场更为接近;仅考虑溶质影 响范围内的渗透系数,同化水头数据在最后时刻参数识别结果好于同化溶质运移数据参数识别结果,但差别不大。     

基于局地集合变换卡尔曼滤波的全球海洋资料同化系统设计及算法加速

通过对局地集合变换卡尔曼滤波(LETKF)算法的计算时间复杂度的完整分析,发现计算集合空间分析场误差协方差的逆矩阵这一过程计算量最大,耗时最长。且在并行计算环境下,该步骤CPU计算量分配不均是影响计算效率的直接原因。为解决这一问题,采用“贪心算法”设计了一套新的负载均衡策略,并使用该策略开发了一个基于LETKF和并行海洋模块2(POP2)的高性能并行海洋资料同化系统。将2004年1~2月日平均的最优插值海表温度资料(OISST)和同时期的Argo温盐剖面资料同化进入POP2。结果表明,同化有效降低了温度和盐度的均方根误差。同时,在不改变计算结果的前提下,相比原始同化系统,新系统计算性能提升1倍。在更高分辨率(0.1°×0.1°)下,该系统的计算性能仍然可以提升1倍,说明新设计的负载均衡方案稳定可靠。该方案具有很强的可扩展性和移植性,在业务预报中有广泛的应用前景。     

台风期间波浪和局地风对磨刀门水道盐淡水混合的影响机制

珠江磨刀门水道地处亚热带季风气候区,直面南海,容易受到热带风暴的袭击。选取台风"纳沙",采用SCHISM模型建立磨刀门水道三维水流盐度数值模型,通过数值试验对比,结合势能异常分析法,探究了台风期间波浪和局地风对磨刀门水道混合与层化的影响。结果显示:由于近岸及河道内水深较浅,波高整体较小,波浪对水体层化过程影响不大,对流速分布有一定的调整作用,使其分布更为均匀,并在一定程度上加强水体掺混,利于外海高浓度盐水向河口和海岸扩散。而台风期间强劲的局地风对垂向水体状态以及势能异常变化率各项均有显著作用,影响着盐淡水的层化混合过程。     

考虑量测误差的反分析方法

由于量测误差的存在,使反分析参数的可靠性降低。分析了路堤工程量测误差的来源以及确定方法,以及采用极大似然法导出了包含协方差矩阵的最小化目标函数表达式,并推导了测斜仪的协方差矩阵。将最小化目标函数值作为遗传算法的适应度值可以优化土性参数。给出一个实例,得出考虑测斜仪误差比未考虑测斜仪误差的计算结果更符合实际情况。     

不同化探数据处理方法的对比研究

为了圈定合理的化探异常指导找矿工作,本文采用传统统计法、趋势面法和含量-面积法三种方法对1:1万土壤地球化学测量中的Ag、Au、Cu、As四种元素含量数据进行了专项处理,并对获取的异常进行了对比研究。结果显示:同一元素采用不同方法确定的异常下限或获取的异常存在明显的差异;经研究发现研究区地球化学元素含量数据具有明显的多重分形分布特征,通过与研究区地质特征对比,认为含量-面积法确定的异常下限更适合本区。因此,甄别各元素含量数据的空间分布特征以及进行不同化探数据处理方法之间的对比对找矿工作至关重要。     

不同化探数据处理方法的对比研究

为了圈定合理的化探异常指导找矿工作,本文采用传统统计法、趋势面法和含量-面积法三种方法对1:1万土壤地球化学测量中的Ag、Au、Cu、As四种元素含量数据进行了专项处理,并对获取的异常进行了对比研究。结果显示:同一元素采用不同方法确定的异常下限或获取的异常存在明显的差异;经研究发现研究区地球化学元素含量数据具有明显的多重分形分布特征,通过与研究区地质特征对比,认为含量-面积法确定的异常下限更适合本区。因此,甄别各元素含量数据的空间分布特征以及进行不同化探数据处理方法之间的对比对找矿工作至关重要。     

气候模式中积雪覆盖率参数化方案的对比研究

利用基于NCEP再分析的近地面气候资料驱动陆面过程模型NCAR CLM3,检验了6种积雪覆盖率参数化方案(CLM3、Douville1995、Roesch2001、Wu2004、Yang1997、Niu2007)模拟的积雪覆盖率的季节变化,并与NOAA AVHRR得到的观测结果进行了对比分析.结果表明,在NCARCLM3的物理过程框架之下,CLM3、Douville1995、Roesch2001三种方案低估了广大地区的积雪覆盖率,模拟的雪线位置偏北,尤其是在秋季积雪初期;Wu2004方案低估了秋季欧亚大陆的积雪覆盖率;Yang1997方案模拟的积雪覆盖率有些偏高,尤其是在积雪覆盖区的南部边缘;考虑积雪密度变化的Niu2007方案一定程度上克服了Yang1997方案的正偏差.春季末期,6种方案模拟的雪线位置都偏北.在地形比较平缓的地区,Niu2007方案的整体效果最好.观测和模拟的积雪覆盖率的出现频数大部分集中在低(小于0.2)和高(大于0.8)覆盖率等级,中等覆盖率所占比例很少.     

川渝地区煤的石墨化潜势研究

煤及煤系石墨化利用对于增强石墨矿产的战略保障能力、促进煤系矿产资源高效利用和推动煤炭企业转型升级等均具有重要意义。在能源矿产改革转型的关键时期,为了厘清川渝地区煤的石墨化潜势,在梳理分析煤的石墨化、煤基碳材料前驱体选择和川渝地区煤田地质概况的基础上,通过对川渝地区主要赋存煤类、煤质和显微组分特征的分析,从影响煤石墨化的内在因素和煤基碳材料的需求出发,采用主成分分析法探讨了川渝地区煤基碳材料前景和煤系石墨资源赋存潜力。结果表明:研究区煤的显微组分以镜质组为主,低灰、低硫,演化程度更高的无烟煤更易于石墨化,煤石墨化后的产物则是制备碳材料的极佳前驱体;根据主成分分析的定量评价结果,可将川渝地区煤系石墨资源潜力区带划分为Ⅰ级优势区、Ⅱ级良好区和Ⅲ级潜力区。四川雅安?攀西Ⅰ级区带三叠系上统须家河组煤具有变质程度高、低灰、低硫特征,龙门山构造岩浆带是煤石墨化的外在条件,是煤系石墨矿产资源优势赋存区和制备煤基碳材料的优选资源;渝东北Ⅱ级区带和渝东南Ⅱ级区带具有构造条件复杂、煤演化程度高的特点,为煤系石墨资源赋存良好区;南桐松藻Ⅲ级区带和四川芙蓉?古叙Ⅲ级区带则为煤系石墨资源的潜力区。煤系石墨的潜力研究是能源矿产由粗放型利用向高端新型材料精细化应用转变的重要桥梁,为实现煤炭资源高价值、绿色开发利用提供了指导方向。      

胶东中生代两期金矿化作用的对比研究及其意义

中生代，胶东地区存在燕山期和燕山晚期两期金矿化作用。燕山期金矿化与陆内碰撞（俯冲）的挤压地球动力学环境有关，形成中深石英脉型和蚀变岩型金矿床，以玲珑型和焦家型金矿床为代表，与区域花岗岩浆活动存在时间、空间和成因上的紧密联系。燕山晚期金－多金属矿化与陆内拉张火山裂谷带地球动力学环境有关，形成浅成蚀变岩型（或脉型）金－多金属矿床，以蓬家夼金矿床为代表，与青山期火山－岩浆活动有关。本就两期金矿化的成矿地球动力学环境、矿床地质特征、矿床稳定同位素特征等进行了详细的研究，指出燕山晚期金－多金属矿化作用是胶东地区与燕山期金矿化作用同等重要的成矿阶段。加强燕山晚期金－多金属成矿作用的研究，对于扩大胶东金矿床的找矿远景，保持胶东黄金产业的可持续发展具有十分重要的意义。     

常用时频分析方法的瞬时Teager主能量储层检测对比研究

地震谱分解技术能够从地震数据中提取丰富的地质信息,当层位中含有储层时,能量衰减就会出现“高频衰减,低频共振”的异常现象,瞬时Teager主能量这一地震属性能增强这种能量衰减异常现象,更有效地突出油气区域。首先利用测试信号对比分析了短时傅里叶变换、小波变换、S变换、Wigner-Ville变换、平滑伪Wigner-Ville变换的时频聚集性;然后利用短时傅里叶变换、小波变换、S变换、Wigner-Ville变换、平滑伪Wigner-Ville变换获得实际数据的时频表示,再利用时频表示计算地震数据的单频瞬时Teager能量和瞬时Teager主能量,并比较了不同时频分析方法的瞬时Teager主能量在储层预测方面的性能。研究结果表明基于平滑伪Wigner-Ville变换的瞬时Teager主能量储层预测效果最好,可以有效地区分储层和岩石层。     

湿雪的密实化与颗粒粗化过程研究

研究了处于自然状态下的湿雪的密实化和颗粒粗化过程.在野外观测的基础上,通过应用粘滞流体模型,发现与干雪相反,当湿雪的含水率达到一定程度(重量含水率约5%)后,粘滞度随密度增加而降低.通过粒径量测与颗粒大小分布统计发现,与含水饱和的雪相同,在湿雪演变过程中,不同时刻的雪粒粒径积累频率分布曲线形状基本相同,且与含水饱和雪的基本一致,说明含水不饱和的雪与含水饱和的雪在颗粒粗化过程中具有相同的粒径分布及其演进特征.分析还显示,含水不饱和雪的颗粒粗化速率比含水饱和雪的小得多.     

土壤水分同化系统的敏感性试验研究

利用1998年7月6日至8月9日青藏高原GAME-Tibet试验区MS3608站点的4cm、20cm和100cm的土壤水分观测数据同化SiB2模型输出的表层、根区和深层土壤水分,探讨了一个基于集合卡尔曼滤波和简单生物圈模型的单点土壤水分同化方案。分析和评价了集合大小、同化周期、模型误差、背景场误差以及观测误差对同化系统性能的影响。结果表明:①增加集合数目可以减小土壤水分同化系统的误差,但同时又降低了运行效率;②对于集合卡尔曼滤波,初始场的估计是否准确对同化系统性能影响不大;③模型误差和观测误差的准确估计可以提高土壤水分的估计精度;④利用数据同化的方法对土壤水分的估计有显著提高。     

贵州金沙县化觉背斜煤矿地质特征及煤层对比研究

黔北煤田南部化觉背斜地区地质构造简单,含煤地层为晚二叠系龙潭组,其含煤性稳定,区内可对比煤层8层(M5-M12),煤层结构简单,厚度较稳定-稳定,为薄-中厚无烟煤层。本文通过标志层、层间距、测井曲线、煤层自身特征等对比,各煤层的对比标志明显,依据充分,对比可靠,可作为区域煤矿地质勘查及开发利用的地质依据。     

个旧高松矿田线性构造对比分析研究

在遥感影像中,一些断层和断裂受侵蚀作用会显现出线形特征,即线性构造。本文对个旧矿区高松矿田区域遥感影像经降噪处理后采用线段追踪法(STA:Segment Tracing Algorithm)提取线性构造并进行线素连接,连接后的影像进行解译并做数据提取,最终将提取出的对比数据与实测断裂数据进行再对比和相关性分析,分析结果表明:断裂长度和走向的Pearson相关系数分别为0.67和0.987,双尾显著性值分别为0.048和0,说明线段追踪法提取的断层长度和走向与实测数据相关性较高,可以较好地解译出个旧矿区断裂的分布情况;同时,还可以看出部分大断裂交汇处的小断裂发育良好,可为圈定预测成矿靶区提供参考。但是,矿区影像东北区的线性构造分布较少,个松断裂的长度连贯性和芦塘坝断裂的走向都没有得到很好的解译,这可能与图像降噪不完善和线性构造提取中的程序参数设定不准确以及线素连接过程中线素之间的联系和转折过大有关,这些问题有待于在下一步的工作中逐步完善。     

消石灰对膨胀土团粒化作用的研究

用消石灰作为外掺剂,进行了两种不同的膨胀土的对比试验。研究了不同灰剂量和龄期对膨胀土“团粒化”作用效果的影响。对于消石灰改性膨胀土而言,不同性质膨胀土界限含水率的改性效果不尽相同。强膨胀土的改性效果相对较为明显,而弱膨胀土的改性效果相对较差,其改性效果存在一个下限。在膨胀土路基的施工中,二次掺灰工艺的闷料周期可以相对缩短。这样不仅有利于加快施工进度,同时对提高石灰改良土碾压质量和加固效果十分有利。     

ASE3OO与快速索氏抽提仪处理沉积岩样品的地化参数对比

本文对加速溶剂萃取仪(ASE300)和快速索氏抽提仪提取的氯仿沥青“A”及由其分离出的饱和烃、芳烃、胶质和沥青质组分做了详细对比.结果表明:多数情况下ASE300抽提出的氯仿沥青“A”的量比快速索氏抽提仪抽提出的量略多,主要是胶质和沥青质量的增加;不同抽提装置得到的饱和烃和芳烃组分的色谱-质谱谱图高度一致,定量结果的相对偏差在5％以内.各组分的稳定碳同位素分析精度±0.5‰.所有的地化参数表明ASE300完全可以替代快速索氏抽提仪,从而降低消耗、提高分析效率.     

基于CLoE与Gudehus-Bauer亚塑性模型的颗粒材料应变局部化对比研究

基于CLoE与Gudehus-Bauer亚塑性模型数值模拟了平面应变条件下Hostun砂的应变局部化现象。从侧向压力和初始缺陷两个方面对比研究了两种模型所预测应变局部化的产生及演化模式。结果表明：（1）两种模型均能反映Hostun砂刚度随着侧向压力提高而增大的现象。（2）相比Gudehus-Bauer亚塑性模型,CLoE亚塑性模型所得出的应变局部化形态与试验结果更加一致。（3）CLoE亚塑性模型能够反映随着荷载增加,砂的体积先膨胀后缩小的特点。（4）相比Gudehus-Bauer亚塑性模型,CLoE亚塑性模型所得到的应变-应力曲线能够更明显地反映应变局部化带中单元的软化现象。（5）CLoE亚塑性模型能够更好地模拟由初始缺陷导致的不均匀应变。总的来说,所得的数值结果表明,CLoE亚塑性模型能够较好地模拟侧向压力和初始缺陷对应变局部化的影响,在模拟应变局部化现象方面较Gudehus-Bauer更有优势。然而,现有CLoE亚塑性模型无法考虑孔隙比,也未包含颗粒材料内尺度变量,有待进一步完善。     

基于空间自相关特征的人口密度格网尺度效应与空间化研究——以石羊河流域为例

以石羊河流域为例,运用GCAWI法、空间自相关指数以及考虑空间自相关性的多(单)中心指数模型等实现了乡镇单元向格网单元图层的转化、适宜格网大小的确定以及人口密度的空间模拟。结果表明:①石羊河流域人口密度的空间分布差异较大而又相对集中,具有"3点4线3区"的"点—线—区"状空间结构;②不同单元大小的格网图层提高了流域整体的空间自相关性,Mo-ran’s I指数表现出较大的差异性和偶然性;③石羊河流域人口密度空间分布存在明显的正空间自相关,8 000～10 000 m是表现流域人口密度空间分布特征的最优选择范围;④空间自相关性影响下的人口密度空间化多(单)中心模型大大提高传统指数模型的精度,却改变了距离衰减系数的性质和大小,多中心和单中心模型模拟系数的差异主要是由金昌人口密度中心引起的。