降雨输入对实时洪水预报精度与预见期的影响

针对降雨输入不确定性对实时洪水预报影响的问题,本文采用不考虑未来预报降雨、考虑未来预报降雨、考虑预报降雨的降雨量误差和降雨时间误差4种方法,以陕西省两个半湿润流域（陈河流域和大河坝流域）为研究区域,分析不同预见期和不同降雨输入情况下洪水预报的精度.研究表明：相对于不考虑未来降雨情况,考虑未来降雨后在预报预见期较长时对预报结果精度提升较大,在预见期较短时对预报结果精度提升不显著;暴雨中心位置不同对预报精度影响也不同,当暴雨中心位于流域下游时降雨量误差对流量预报误差影响更大;降雨量误差主要影响洪量相对误差和洪峰相对误差,且这种影响是线性的,对确定性系数的影响是非线性的二次函数,降雨时间误差主要影响峰现时间误差.     

识别和处理地震讯号的新方法

本文就地震讯号的识别和处理提出一些新的计算方法和计算机应用软件设计技术,主要包括:1.地震动反应谱和谱频的快速计算方法o2.实时地震汛号识别方法及程序流图;3.修正周期图方法的讯号功率谱估计;4.用于仪器误差修正的新型数字微分滤波器;5.进行记录零线修正时,根据不同的背景噪音特性,由计算机软件自动选定最佳滤波器带宽。     

大气扩散集合预报技术和确定性预报技术在日本福岛核事故全球扩散中的对比分析

将集合预报技术引入到大气扩散数值模拟中,这是提高大气扩散数值模拟能力的一种新的、有效的手段。2011年3月受日本东北部9.0级大地震影响,日本福岛第一核电站发生核泄漏事故。以此次核泄漏事故的全球扩散为研究对象,通过运用不同的大气扩散预报技术（集合预报和确定性预报）,模拟了福岛核泄漏释放出来的放射性物质在全球的扩散过程,并利用监测资料对模拟结果进行了对比分析和评估。文中采用的集合预报技术共三种,分别为气象场扰动技术MET、湍流扰动技术TUR和基于大气扩散物理过程参数化方案的集合预报技术PHY。模拟结果显示：集合预报的扩散轨迹模拟技术能更好地模拟粒子随大气环流扩散的过程;此外,与MET和TUR相比,确定性预报和集合预报PHY模拟扩散范围偏小,扩散速度偏慢,且无法模拟出4月初日本福岛核放射物质向我国东部海域扩散的过程。这是因为MET和TUR技术核心是对平均速度和湍流速度进行扰动,这种三维扰动,会促使污染物向更远方向进行扩散,水平方向扩散连续也更符合监测情况;PHY主要是对扩散物理过程参数进行扰动,以垂直速度的扰动为主,造成扩散范围偏小、水平方向扩散不连续。此外,监测站点与模拟结果的时间序列对比分析结果表明：模拟结果均能较好反应浓度趋势演变,不过模拟浓度偏低,尤其是确定性预报和PHY试验;此外,通过与监测站点的比较得出：与PHY相比,MET和TUR在平均浓度和最大浓度出现概率上具有更大优势。本文的研究结果对于丰富大气扩散数值模拟研究,提高环境应急响应水平具有参考意义。     

超强台风Soudelor(2015)登陆前后局地强降水的动力过程分析

基于中尺度站点观测、雷达图像、卫星红外云图和NCEP全球业务分析数据资料,详细分析了2015年13号台风Soudelor在华东地区尤其在浙江省沿海产生局地灾害性强降水的分布、强度、触发因子及相应的动力过程.这次台风降水过程可分为4个阶段:第一阶段由台风北侧外围环流偏东风分量与浙江沿海地形相互作用而产生;第二阶段的降水强度最强,累积降水最大,是台风内区主体环流与局地地形相互作用的结果;第三阶段是由于台风内区减弱,主要降水云带在台风东北侧发展而形成;第四阶段由于台风环流与中纬度系统相互作用,使得降水云带"北跳"至江苏省中东部,引起浙江省内的降水迅速减弱.定量计算表明,"地形效应"对局地台风降水增幅起确定性作用,其在台风总体降水中占比达50%左右.台风登陆后结构变化引起水汽输送发生变化,进而引起台风局地降水云带发展的非对称分布,是造成台风强降水空间非对称分布的主要因子.对此个例分析表明,影响中国沿海灾害性强降水不仅与台风强度、结构及外围云带紧密相关,其降水强度会因为台风与沿海地形的复杂相互作用而增加,而其影响时间会因为由大尺度环流引导的弧线路径而延长.此次台风强降水过程的物理及动力分析可以用于指导对未来台风降水灾害的理解、预报及预防,尤其有益于由登陆台风与沿海地形相互作用引起的闪雨、山洪、泥石流及洪涝灾害的预报预警.     

WRF模式短期高温天气模拟对陆面方案的敏感性

利用中尺度模式WRFV2.2及NCEP再分析资料,以24h短期天气模拟的方式,模拟了我国2003年7月下旬江南及华南地区的高温天气,检验了模拟高温对不同陆面方案的敏感性.结果表明,模式总体上能模拟出≥35℃的气温分布形势,但模拟高温对不同陆面方案比较敏感,在模拟强度、TS评分及误差上存在较大差异,如从评分来看,SLAB方案模拟最好,RUC次之,NOAH再次之;不同陆面方案能模拟出方案之间的系统性差异,如三个方案中SLAB方案模拟平均绝对误差最小,模拟低层西太平洋副热带高压脊线最为偏东;不同的陆面方案主要通过模拟地表感热通量的变化影响地面气温变化,由不同方案引起的环流变化与地面气温变化之间的正反馈机制不重要,甚至在主要高温区存在＂负＂反馈.改进陆面方案对提高地面气温的数值预报能力具有重要意义.     

降雨型滑坡时空预报新方法

地质条件和降雨是引起重庆地区山体滑坡的两个最主要条件. 文中在分析降雨型滑坡形成条件的基础上, 提出了将地质条件和降雨因素进行分级叠合的降雨型滑坡时空预报新方法. 首先, 利用多因素相互作用关系矩阵, 对某个地区或者某个边坡所在位置的地质条件进行半定量的评价和分级. 然后, 根据日最大降雨量和降雨过程的总降雨量, 对该地区降雨的严重程度进行分级. 最后将“地质条件影响因子”和“降雨影响因子”进行分级叠合, 得到了“滑坡易滑程度判别因子”, 并据此将滑坡按照其易滑度分为滑坡极易发生、滑坡易发生、滑坡不易发生和滑坡基本不发生4级. 通过对某个地区的一些危险边坡进行地质勘察, 结合比较准确的天气预报, 可以对该地区的降雨型滑坡进行较为准确的时空预测预报. 以鸡扒子滑坡为例, 验证了利用“双因素”分级叠合方法进行降雨型滑坡时空预报的可靠性和可行性.     

位场数据边界识别的新方法—增强型水平导数法

边界识别是位场数据解释的一项基本任务.现有边界识别方法大多是基于水平与垂直导数的高通滤波器,但垂直导数的计算会明显地增大噪声的干扰.为了改善这一问题,本文提出了一种新的边界识别滤波器,该方法是利用不同阶水平导数之间的线性组合来进行地质体边界的识别,由于该方法不需要垂直导数参与计算,因此其输出结果较稳定.理论模型试验表明,该方法能够更加清晰的识别地质体的边界,且与其真实边界相吻合.最后将其应用于实际数据的处理中,其结果清晰地反映出断裂的位置及构造之间的界线,并能识别出更多的细节信息.     

瑞利面波地形效应的数值模拟研究

在地震工程中,经常观测到地震波受地表起伏的影响而产生地形效应.本文基于数值模拟,研究了地震远场区域起伏地形对地表瑞利面波传播影响和对应的地形效应特征.结果表明:起伏地形的转折点或面的散射或反射,产生反方向传播的反射RR波和向空间扩散传播的转换RS体波,导致通过地形的瑞利面波能量极大的减弱,地形总体表现出强的隔震效应.地形起伏与地震动的波长比越大,隔震效应越强.凹陷地形表现出远比隆起地形更大的隔震效应.起伏地形转折引起的地表张角变化,导致地震动能量分布密度改变,是地形出现局部放大或减弱特征的主要因素.地表张角小于180°,地震动放大,张角越小放大作用越明显.地表张角大于180°,地震动减弱,张角越大减弱作用越强.当地形对地震动产生放大作用时,地震动水平分量比垂直分量放大效果更明显,而当地形产生减弱作用时,相对于水平分量,垂直分量更容易被减弱.     

分层气流过地形的稳定性及其对飞行的影响分析

基于不可压缩流体包辛内斯克方程组,利用傅里叶变换法和流动内边界条件,研究了两层气流和多层模式气流过地形引起飞机载荷因素变化的解析解和流动的稳定性及其飞机颠簸产生的数值仿真实验.研究结果表明在分层模式气流中,分层急流和地形的相互作用,在大气层结稳定的条件下,由于惯性不稳定常在高压反气旋区域产生飞机颠簸,而天气尺度对流不稳定常在低压气旋区域引起飞机颠簸,可能是飞机经过山脉地区急流附近飞机颠簸产生的两种可能机制.有利于改进航空飞机颠簸预报方法,增强航空飞行气象保障能力.     

基于三维正演的音频大地电磁阻抗相位不变量校正技术

复杂地形、地质条件的大地电磁数据解释容易出现假象,采用三维正演技术模拟地形和地表不均匀体的背景响应,对实测数据阻抗相位不变量进行校正,实现更准确的定性分析;对三维异常体模型的合成数据进行一维、二维多参数反演试算,以确定地形剧变区选择反演技术的最佳方案.合成数据的试反演结果显示一维反演水平切片假异常较多,二维反演能压制测向假异常,但不能压制走向的假异常,水平切片多出现测向条带.使用本文提出的阻抗相位不变量校正法扣除地形、地表背景响应,结合一维、二维反演,能使实际资料解释成果更加可靠.     

地形影响地面运动的观测研究

本文利用矿山爆破,进行了地形对地面运动影响的观测研究.9次爆破的结果表明,山顶处位移和速度的谱曲线的峰区较山前和其它测点的集中,振幅的量值也大,其放大倍率约为3,其中与山体走向平行的水平分量放大得最大,与之垂直的次之,而垂直于地面的最小;山顶测点不同分量上最大位移所对应的周期接近,其对山前的放大量值近于2,也是水平分量大于垂直分量;山顶处地面运动的延续时间取决于爆破的药量和方式,山前等测点延时的放大为3-4倍,也是水平分量大于垂直分量.山顶上地面运动的这种特殊性,是由于入射波所激发的山体共振所引起的.     

Numerical modeling groundwater recharge and its implication in water cycles of two interdunal valleys in the Sand Hills of Nebraska

The topography and geomorphology of the sand dunes and interdunal valleys in the Nebraska Sand Hills play important roles in regional water cycle by influencing groundwater recharge and evapotranspiration (ET). In this study, groundwater recharge, associated with precipitation and ET as well as soil hydraulics, and its spatial variations owing to the topography of dunes and valleys are examined. A method is developed to describe the recharge as a function of the storage capacity of dunes of various heights. After the method is tested using observations from a network of wells in the Sand Hills, it is used in the MODFLOW model to simulate and describe recharge effects on groundwater table depth at two different dune-valley sites. Analysis of modeled groundwater budget shows that the groundwater table depth in the interdunal valleys is critically influenced by vertical groundwater flows from surrounding dunes. At the site of higher dunes there are steadier and larger vertical groundwater flows in the dunes from their previous storage of precipitation. These vertical flows change to be horizontal converging groundwater flows and create upwelling in the interdunal valleys, where larger ET loss at the surface further enhances groundwater upwelling. Such interdunal valley is the major concentration area of the surface water and groundwater flow in the Sand Hills. At the site of shallow dunes and a broad interdunal valley the supply of groundwater from the dunes is trivial and inadequate to support upwelling of groundwater in the valley. The groundwater flows downward in the valley, and the valley surface is dry. Weak ET loss at the surface has a smaller effect on the groundwater storage than the precipitation recharge, making such area a source for groundwater.     

Local relief and the height of Mount Olympus

A three‐dimensional assessment of the net volume of rock differentially eroded from below mountain tops to form valleys yields a range‐wide constraint on feedback between valley development and the height of mountain peaks. The ‘superelevation’ of mountain peaks potentially attributable to differential removal of material from below peaks in the Olympic Mountains, Washington, was constrained by fitting a smoothed surface to the highest elevation points on a 30 m grid digital elevation model of the range. High elevation areas separate into two primary areas: one centred on Mount Olympus in the core of the range and the other at the eastern end of the range. The largest valleys, and hence areas with the greatest volume of differentially eroded material, surround Mount Olympus. In contrast, the highest mean elevations concentrate in the eastern end of the range. Calculation of the isostatic rebound at Mount Olympus attributable to valley development ranges from 500 to 750 m (21 to 32 per cent of its height) for a 5 to 10 km effective elastic thickness of the crust. Comparison of cross‐range trends in mean and maximum elevation reveals that this calculated rebound for Mount Olympus corresponds well with its ‘superelevation’ above the general cross‐range trend in mean elevation. It therefore appears that the location of the highest peak in the Olympics is controlled by the deep valleys excavated in the centre of the range. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

航空电磁数据主成分滤波重构的噪声去除方法

主成分分析方法利用低阶主成分重构航空电磁数据,解决了航空电磁探测中噪声与数据在频谱重叠情况下的噪声压制问题,但是参与重构的低阶主成分仍包含高频空间噪声,影响数据成像精度.本文提出的主成分滤波重构去噪方法,根据自适应窗宽平滑算法,设计了主成分低通滤波器组,对参与重构的低阶主成分进行测线滤波,再将滤波后的低阶主成分重构为电磁信号,不仅可以去除低阶主成分中的高频空间噪声,而且去除了高阶主成分包含的不相关噪声.仿真数据的去噪结果表明,主成分滤波重构获得较高的信噪比,较常规测线滤波与主成分重构分别提高了10.96dB和2.52dB;电导率深度成像结果证明了主成分滤波重构方法能够提高地下深部异常体的识别能力.最后通过实测数据的成像结果进一步验证了本文研究的主成分滤波重构去噪方法的有效性.     

低信噪比地震资料FDOC-seislet变换阈值消噪方法研究

地震数据本质上是时变的,不仅有效同相轴表现出确定性信号的时变特征,而且复杂地表和构造条件以及深部探测环境总是引入时变的非平稳随机噪声.标准的频率-空间域预测滤波只适合压制平面波信号假设下的平稳随机噪声,而处理非平稳地震随机噪声时,需要将数据体分割为小窗口进行分析,但效果不够理想,而传统非预测类随机噪声压制方法往往适应性不高,因此开发能够保护地震信号时变特征的随机噪声压制方法具有重要的工业价值.压缩感知是近年出现的一个新的采样理论,通过开发信号的稀疏特性,已经在地震数据处理中的数据插值以及噪声压制中得到了应用.本文系统地分析了压缩感知理论框架下的地震随机噪声压制问题,建立了阈值消噪的数学反演目标函数;针对时变有效信息具有的可压缩性,利用有限差分算法求解炮检距连续方程,构建有限差分炮检距连续预测算子(FDOC),在seislet变换框架下,提出一种新的快速稀疏变换域———FDOC-seislet变换,实现地震数据的高度稀疏表征;结合非平稳随机噪声不可压缩的特征,提出了一种整形迭代消噪方法,该方法是一种广义的迭代收缩阈值(IST)算法,在无法计算稀疏变换伴随算子的条件下,仍然能够对强噪声环境中的时变有效信息进行有效恢复.通过对模型数据和实际数据的处理,验证了FDOC-seislet稀疏变换域随机噪声迭代压制方法能够在保护复杂构造地震波信息的前提下,有效地衰减原始数据中的强振幅随机噪声干扰.     

岩石圈根拖曳作用在青藏高原西部和东部造山中的比较研究

根据地球物理探测资料,基于二维模型,利用黏弹性有限元方法,研究青藏高原西、东剖面的地壳均衡和岩石圈根拖曳的构造应力机制.数值模拟结果表明,青藏高原西部（B B′剖面）的造山水平挤压力主要来源于岩石圈根的向下拖曳,印度板块向北挤压为次要因素,形成“山隆盆降”的地表形态;而青藏高原东部（A A’剖面）岩石圈根向下拖曳还不足以形成硬上地壳中挤压造山的主要力源.对比结果认为,青藏高原的深部层圈结构和应力体系在西、东部存在明显的差异,反映了高原内部造山演化的西、东分异特征.     

Random noise attenuation using a structure-oriented weighted singular value decomposition

Singular value decomposition (SVD) is a useful method for random noise suppression in seismic data processing. A structure-oriented SVD (SOSVD) approach which incorporates structure prediction to the SVD filter is effcient in attenuating noise except distorting seismic events at faults and crossing points. A modified SOSVD approach using a weighted stack, called structure-oriented weighted SVD (SOWSVD), is proposed. In this approach, the SVD filter is used to attenuate noise for prediction traces of a primitive trace which are produced via the plane-wave prediction. A weighting function related to local similarity and distance between each prediction trace and the primitive trace is applied to the denoised prediction traces stacking. Both synthetic and field data examples suggest the SOWSVD performs better than the SOSVD in both suppressing random noise and preserving the information of the discontinuities for seismic data with crossing events and faults.

     

基于非平稳相似性系数的构造导向滤波及断层检测方法

不连续地质体（如断层）的自动检测一直以来都是叠后地震数据解释中的关键问题之一,尤其在三维情况中尤为重要.然而,大多数边缘检测和相干算法都对随机噪声很敏感,随机噪声衰减是叠后地震数据解释的另一个主要问题.针对构造保护去噪和断层检测问题,本文基于非平稳相似性系数完善一种构造导向滤波方法并且提出一种自动断层检测方法,形成了一套匹配的处理技术.该构造导向滤波既能够有效地衰减随机噪声又可以很好地保护地震资料中的断层等信息不被破坏,增强地震剖面中弯曲、倾斜同相轴的连续性.根据地震数据局部倾角走向,利用相邻道构建当前地震道的预测,通过预测道的叠加得到参考道,计算预测道与参考道之间的非平稳相似性系数可以设计出数据驱动的加权中值滤波.另一方面,预测道与原始道之间的非平稳相似性系数能够用于带有断层指示性的相干分析.这两种方法都基于构造预测和非平稳相似性系数,但是使用不同的调节参数和处理方案.理论模型和实际数据的处理结果证明了本文提出构造导向滤波和断层检测方法的有效性.     

基于ARMA模型非因果空间预测滤波(英文)

常规频域预测滤波方法是建立在自回归(autoregressive,AR)模型基础上的,这导致滤波过程中前后假设的不一致,即首先利用源噪声的假设计算误差剖面,却又将其作为可加噪声而从原始剖面中减去来得到有效信号。本文通过建立自回归-滑动平均(autoregres sive/moving-average,ARMA)模型,首先求解非因果预测误差滤波算子,然后利用自反褶积形式投影滤波过程估计可加噪声,进而达到去除随机噪声目的。此过程有效避免了基于AR模型产生的不一致性。在此基础上,将一维ARMA模型扩展到二维空间域,实现了基于二维ARMA模型频域非因果空间预测滤波在三维地震资料随机噪声衰减中的应用。模型试验与实际资料处理表明该方法在很好保留反射信息同时,压制随机噪声更加彻底,明显优于常规频域预测去噪方法。