Simulation of phytoplankton biomass in Quanzhou Bay using a back propagation network model and sensitivity analysis for environmental variables

Prediction and sensitivity models,to elucidate the response of phytoplankton biomass to environmental factors in Quanzhou Bay,Fujian,China,were developed using a back propagation(BP) network.The environmental indicators of coastal phytoplankton biomass were determined and monitoring data for the bay from 2008 was used to train,test and build a three-layer BP artificial neural network with multi-input and single-output.Ten water quality parameters were used to forecast phytoplankton biomass(measured as chlorophyll-a concentration).Correlation coefficient between biomass values predicted by the model and those observed was 0.964,whilst the average relative error of the network was-3.46% and average absolute error was 10.53%.The model thus has high level of accuracy and is suitable for analysis of the influence of aquatic environmental factors on phytoplankton biomass.A global sensitivity analysis was performed to determine the influence of different environmental indicators on phytoplankton biomass.Indicators were classified according to the sensitivity of response and its risk degree.The results indicate that the parameters most relevant to phytoplankton biomass are estuary-related and include pH,sea surface temperature,sea surface salinity,chemical oxygen demand and ammonium.     

华北克拉通岩石圈三维密度结构

显生宙以来华北克拉通岩石圈遭到破坏,这一现象的科学问题已受到世界地学家广泛关注.本文首先将地震层析成像反演得到的P波速度扰动转化为密度扰动,以此作为初始密度模型,然后利用布格重力异常反演得到了华北克拉通岩石圈高分辨三维密度结构.为了避开大型稀疏矩阵求逆计算,提高计算效率,我们将代数重构技术用于密度反演解算.反演结果表明:华北克拉通岩石圈密度在横向和纵向上均存在明显的不均匀性,密度分布形态与地表构造格局有很好的相关性;研究区地壳整体表现为低密度异常,地壳以下岩石圈部分则以高密度异常为主;鄂尔多斯块体地壳范围内以低密度异常为主,80~120 km深度上为呈南北两端集中分布的高密度异常,并分别与秦岭造山带和阴山造山带的高密度异常分布相连,这暗示了鄂尔多斯块体可能受到了来自其南北两端造山带深部动力学过程的影响;80~120 km深度上,华北克拉通东部地区呈现出显著的南北向非均匀的高密度异常,这表明遭到破坏后该地区上地幔物质分布具有强烈的南北向非均匀性.     

GRACE星体和SuperSTAR加速度计的质心调整精度对地球重力场精度的影响

本文利用改进的能量守恒法开展了GRACE星体和星载加速度计检验质量的不同质心调整精度影响地球重力场精度的模拟研究论证. 结果表明：第一,在120阶处,当质心调整精度设计为0 m,恢复累计大地水准面精度为17.616 cm;当质心调整精度分别设计为5×10^-5 m、1×10^-4 m和5×10^-4 m时,恢复精度各自降低至18.106 cm、19.033 cm和27.329 cm. 第二,以德国GFZ公布的EIGEN-GRACE02S地球重力场模型的实测累计大地水准面精度为标准,当质心调整精度设计为(5～10)×10^-5 m时,其和K波段星间测量系统、GPS接收机、SuperSTAR加速度计、恒星敏感器等GRACE核心载荷的精度指标相匹配,对地球重力场恢复精度的影响较小,因此建议我国将来研制的首颗重力卫星的星体和星载加速度计检验质量的质心调整精度设计为(5～10)×10^-5 m较优.     

基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法精确反演地球重力场

由于GRACE Follow-On双星系统等效于基线长为星间距离的一维水平重力梯度仪,因此本文基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法开展了精确和快速反演下一代地球重力场的可行性论证研究. 研究结果表明：第一,基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法（GFO-SGGM）,利用卫星轨道参数（轨道高度250 km、星间距离50 km、轨道倾角89°、轨道离心率0.001）、关键载荷测量精度（星间距离10^-6 m、星间速度10^-7 m·s^-1、星间加速度10^-10 m·s^-2、轨道位置10^-3 m、轨道速度10^-6 m·s^-1、非保守力10^-11 m·s^-2）、观测时间30天和采样间隔10 s反演了120阶地球重力场,在120阶处累计大地水准面精度为9.331×10^-4 m. 第二,在120阶内,利用将来GRACE Follow-On双星反演地球重力场精度较现有GRACE双星平均提高61倍,因此GRACE Follow-On卫星重力梯度法是进一步提高地球重力场反演精度的优选方法. 第三,下一代GRACE Follow-On计划较当前GRACE计划的优点如下：轨道高度更低（200~300 km）、载荷精度更高（10^-7 ~10^-9 m·s^-1）和星间距离更短（50~100 km）.     

川西西南涡加密探空资料分析及数值模拟试验

本文利用2010年夏,在名山、九龙、稻城三地进行的西南涡加密观测试验所取得的探空资料对川西地区的大气要素场的日变化特征进行分析,认为:3个测站的大气各个要素场的日变化特征明显,整层的风都具有日变化特征,边界层内风场的日变化更为规律一些,能观测到明显的夜间大风速带.温度和湿度场主要受下垫面影响,日变化特征只在边界层内体现.名山平均的边界层高度约为800hPa,九龙和稻城平均的边界层高度约为500hPa.3个测站相比而言,名山站的日变化幅度最小,而九龙站最为突出.将加密的探空资料引入AREM模式中,可以看到在有西南低涡存在的情况下,增加3个探空站资料后形成的初始场更有利于降水天气的产生.但主导整个模拟结果的因素还是模式系统本身,它对模拟结果产生效力主要在前24小时,其后的影响非常微弱.     

豫西宜阳地区寒武系馒头组鲕粒中的泥晶方解石特征及其成因

依据鲕粒的形态、结构及方解石组成,将豫西宜阳地区寒武系馒头组鲕粒灰岩中的鲕粒分为4种类型:不规则放射状泥晶鲕粒、泥晶套亮晶表皮鲕粒、同心放射状泥晶鲕粒和规则放射状微亮晶鲕粒。这些鲕粒多由泥晶方解石组成,且泥晶方解石可出现在鲕粒的不同部位,从而与研究区张夏组的鲕粒明显不同,后者由亮晶方解石组成。在电子显微镜下,鲕粒中的泥晶方解石表现为六边形蜂格和片状壁,而这种结构被认为是细菌或蓝细菌的细胞结构,是由附着的微小晶粒呈切向围绕细菌或蓝细菌排列所致。构成蜂格结构的矿物主要为碳酸钙,其被认为是蓝细菌死亡后灰泥化的结果。由此可见,鲕粒中泥晶方解石的形成与微生物的生命活动密切相关,这对于阐明鲕粒在其形成过程中受到微生物的影响具有重要意义。     

洛阳龙门地区寒武系第三统张夏组碳酸盐岩风暴沉积类型及遗迹化石特征

洛阳龙门地区出露连续的寒武系第三统张夏组碳酸盐岩,层内发育大量的风暴沉积构造,是研究碳酸盐岩风暴沉积的良好剖面。研究区发育了6种典型的风暴相关沉积构造,根据风暴岩的沉积序列,识别出5种风暴沉积岩;研究了该区风暴沉积中遗迹化石,依据遗迹化石的分布特征以及镜下特征,划分出了3个风暴沉积序列层段,识别出6个遗迹属,建立了研究区遗迹化石的风暴沉积分布模式图,得出了研究区沉积环境演化规律。      

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基于下一代三向车轮双星编队改善地球重力场空间分辨率研究

由于当前GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)串行式编队存在"南北向条带误差"等缺陷,因此本文基于星间速度插值法开展了利用下一代三向车轮双星编队ACR(Along-Cross-Radial)-Cartwheel提高地球重力场空间分辨率的可行性研究论证.第一,采用GRACE卫星轨道参数和关键载荷精度,利用三向车轮双星编队ACR-Cartwheel-A/B反演了120阶地球重力场.结果表明:基于ACR-Cartwheel-A/B双星编队反演地球重力场的模拟精度较德国波茨坦地学研究中心(GFZ)公布的EIGEN-GRACE02S地球重力场模型的实测精度平均提高2.6倍,从而检验了基于下一代三向车轮双星编队ACR-Cartwheel-A/B反演地球重力场精度优于当前GRACE串行式双星编队的可行性.第二,通过星间速度插值法,采用卫星轨道参数(初始轨道高度350km、平均星间距离100km、初始轨道倾角89°、初始轨道离心率0.0046)、卫星关键载荷精度指标(星间速度10-7 m·s-1、轨道位置10-3 m、轨道速度10-6 m·s-1、非保守力10-11 m·s-2)、观测时间30天和采样间隔10s,基于经向车轮双星编队Lo-AR(Longitudinal-Along-Radial)-Cartwheel-A/B、纬向车轮双星编队La-AR(Latitudinal-Along-Radial)-Cartwheel-A/B和三向车轮双星编队ACR-Cartwheel-A/B,分别反演了120阶地球重力场;在120阶处,累计大地水准面精度分别为5.115×10-4 m、4.923×10-4 m和3.488×10-4 m.结果表明:(1)由于La-AR-Cartwheel-A/B编队的轨道稳定性优于Lo-AR-Cartwheel-A/B编队,因此基于La-AR-Cartwheel-A/B编队反演重力场精度高于Lo-AR-CartwheelA/B编队;(2)由于ACR-Cartwheel-A/B编队可以同时获得轨向、垂向和径向的重力场信息,卫星观测数据具有各向同性优点,因此ACR-Cartwheel-A/B编队是建立下一代高精度和高空间分辨地球重力场模型的优化选择.     

山西黎城中元古界常州沟组微生物成因构造(MISS)及其地质意义

在山西黎城县西井镇彭庄至大井盘公路旁剖面以及黄崖洞景区发育大量的微生物成因构造(MISS),多发育在砂岩表面。由于构造形态奇特,被误以为各种遗迹化石或是不规则的泥裂构造。依据其形态特征、成因构造和前人分类方案,将研究区此类构造分为3种类型,即微生物席生长构造、微生物席破坏构造和微生物席腐烂构造,以及9个不同形态构造,即小瘤状突起、圆顶大瘤状突起、不规则侧向生长脊、大脊状生长构造、纺锤状脱水裂痕、多边形网状脱水裂痕、曲形脱水裂痕、微生物席砂片、砂火山构造,对9种不同形态的MISS进行了详细的论述。对研究区微生物成因构造(MISS)的成因进行了探讨,与豫西鲁山地区、贺兰山苏峪口地区、北京南口地区、河北兴隆地区发育的MISS及地层特征进行类比,认为MISS对华北地台中元古代地层对比以及古环境研究有重要的指导意义。