汶川地震灾后农田和森林植被恢复遥感监测

2008年汶川8.0级特大地震对当地的生态系统造成了极大的破坏,为了评估5年来灾区农田和森林植被的恢复情况,利用逐年机载高分辨率遥感影像,结合星载遥感数据和地面调查数据,开展了灾区农林植被恢复状况监测。在农田恢复监测方面,结合2008年地震发生后以及2013年5月中旬的机载高分辨率遥感数据,采用目视解译的方式对汶川地震中受损农田的恢复状况进行监测与评估,同时利用GVG(GPS、Video和GIS)农情采样系统的作物种植成数调查结果,分析了灾后作物种植结构的变化。结果表明,灾区1592 ha受损农田,5年后仅有约17.5%得到了恢复和耕种使用。就耕地利用强度而言,重灾区耕地利用率较高,作物种植结构没有发生重大变化。在森林恢复状况监测方面,对典型区(岷江干旱河谷区和盆周山地区的3个重点区域)采用目视解译方式识别出森林变化,并结合大区域尺度规一化植被指数(NDVI)时间序列变化分析,对整个灾区的森林损毁和恢复情况做出评价。监测结果显示,汶川县、什邡市和绵竹市的森林植被恢复情况总体较好,但是一些坡度较大的损毁区、次生灾害频发区的森林尚未恢复,大区域尺度的统计结果显示,地震重灾区的46381 ha重度损毁森林植被和177025 ha中度损毁森林植被区域,完全恢复的区域占13.52%和25.84%,部分恢复的区域都占到50%。在自然恢复较为困难的区域,如汶川县中部和东北部、都江堰市北部、彭州市北部、什邡市北部、绵竹市北部、安县北部及北川县南部等,需要加强人工干预。遥感监测方法既适用于震后的农田和森林恢复状况动态监测,也适用于其他自然灾害发生时对灾区农田和森林植被破坏状况进行应急监测,具有实际应用价值和良好的发展前景。     

基于TLS的滑坡形变分析方法研究

以四川理县一地质滑坡为例,分析扫描点空间位置的理论精度,探讨点云数据获取以及点云过滤、点云拼接、地理参考等数据预处理的关键技术,给出一套比较直观、全面的滑坡形变分析方法,包括基于点云比较的形变分析、基于TIN比较的形变分析、基于特征点的形变分析以及基于DEM的形变分析。为了充分利用非地面点云数据,提出一种提取滑坡区域电线杆、树干的几何特征来分析滑坡水平变化的新方法。通过分析得到的滑坡形变量与GNSS远程实时监测结果基本一致。     

地图概括中空间目标几何信息传递模型研究

地图概括是实现多比例尺地图生产和更新的一种重要理论方法。目前,国际国内制图学界对地图概括的研究主要集中在发展地图概括算法方面,在地图概括的质量评价方面的研究还很少。为此,本文以信息论为理论基础,以地图概括中空间目标几何信息的传递问题为研究对象,以相应空间目标几何信息的传递效率来度量地图概括中单个空间目标的概括质量。首先,建立了地图概括的空间信息传递模型,描述不同比例尺地图之间空间信息的传递过程。进而提出了地图概括过程中空间目标(即:线和面目标)几何信息的传递模型,并且对地图概括中空间目标几何信息的传递状况进行了评估,给出了具体的计算和实现方法。最后,通过实验初步验证了地图概括中空间目标几何信息传递模型的可行性。     

深海浮球内部气压对水下内爆波的抑制机理

深海潜器常携带中空浮球来为其提供浮力。陶瓷因其高强度、低密度等优点成为浮球的理想材料。然而,中空结构在外部高压环境下易发生内爆,产生的内爆波会对周围结构产生毁灭性损害。为了探索浮球内部初始气压对内爆波的影响,首先,利用气泡动力学对其不考虑球壳影响时进行理论分析,得到内爆波压力脉冲沿径向以指数?1 衰减,并指出其物理意义和隐含假设,进而从能量分析得到增加内压使压缩空气消耗的能量增加,从而减弱释放到水中的压力波能量;其次,采用三相流固耦合有限元模型进行计算,考虑水的可压缩性和球壳因挤压引起的脆性破裂的影响,得到更为接近实际的内爆压力的分布。由于两侧挤压球壳,外部的水在不断扩大的缺口处产生向内的射流,造成内部气体非球形塌缩,后续压力波呈现出与球壳碎裂方式有关的方向性差异。通过有限元模型对内部初始气压的研究表明,增加初始内部气体压力到 1 MPa 时,压力脉冲在球壳表面处下降了 15. 6%~24. 8%。这一结果表明,在几乎不增加浮球质量的条件下,增加内部初始气压具有很好地抑制近端内爆波强度的效果。     

基于CPTU解释黏性土不排水抗剪强度方法研究

黏性土的不排水抗剪强度Su是海上风电工程设计中重要的力学参数之一,孔压静力触探测试（简称CPTU）无法直接测得黏土强度,但其所提供的锥尖阻力、侧摩阻力以及孔隙水压力与土体的不排水抗剪强度存在映射关系,国内外基于CPTU已经演化出多种解释土体不排水抗剪强度计算公式。基于滨海某海上风电项目,开展了原位CPTU试验、三轴不固结不排水（UU）、三轴固结不排水（CU）、固结快剪（CQ）以及船上微型十字板剪切（MVST）试验,对已有计算公式的适用性进行了校验,分析发现需根据区域场地情况对其中经验系数进行相应的调整以提高计算精度。研究基于CU试验结果,结合工程实例对原有公式中经验参数进行优化修正,最后通过误差分析,验证了修正预测模型的准确性与合理性,利用改进后的修正预测模型可使江苏地区海域黏性土不排水抗剪强度的计算得到更准确的结果。     

未来北极夏季陆面气温变化区域特征及其与北大西洋海面温度的关系

未来变暖背景下北极气候变化特征研究具有重要意义,基于国际耦合模式比较计划第六阶段（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6）中对北极气候变化模拟能力较好的模式模拟结果,研究SSP2-4.5情景下21世纪北极2 m气温的时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）极地陆地的欧亚大陆（Eurasia,EA）和北美-格陵兰（Greenland,GL）对全球变暖具有不同的响应。EA在21世纪中叶前变暖趋势显著,之后主要表现为年代际尺度的冷暖振荡;GL则始终保持增暖趋势。EA、GL分区气温均存在年际、年代际（10~20 a）尺度上的波动,GL分区还存在20~40 a的准周期变化。（2）前冬北大西洋涛动正位相会引起次年夏季北大西洋呈南北向“-、+、-”三极型海面温度异常,并通过影响大气环流导致EA分区气温正异常,这种影响主要体现在年代际尺度上。（3）北大西洋多年代际振荡为正异常时,北美至格陵兰位势高度偏高,GL分区增暖,并且这种影响在21世纪70年代后更重要;北太平洋北部的海面温度正异常对GL分区增温也有贡献。     

长江下游南漪湖沉积记录的全新世以来温度变化

了解全新世的温度变化能为理解目前日益突出的全球变暖、评估未来全球气候变化给出重要的参考。在这项研究中,基于长江下游南漪湖沉积岩芯深度为0~450cm中161个样品的brGDGTs代用指标,对过去12.0ka的大气温度进行重建,以进一步深化对全新世温度变化的理解。发现湖泊周边土壤与湖泊沉积物brGDGTs分子组成存在显著差异：土壤以brGDGTs-Ⅰ系列为主,占到总比重的80%以上,计算得的MBT'_5ME平均值为0.81;湖泊表层和柱状沉积物的brGDGTs分子组成更相似,其brGDGT-Ⅰ和brGDGT-Ⅱ分别为43%、48%和62%、35%,对应的MBT'_5ME平均值分别为0.44和0.62,因此认为湖泊沉积物brGDGTs主要为自生来源,进而选用基于MBT'_5ME的湖泊温度经验计算式进行古温度的重建。重建的南漪湖年均大气温度自12.0 ka B.P.以来变化范围为13.8~22.4℃,根据变化趋势,可以分为4个阶段：①阶段,早全新世（约12.0~8.2 ka B.P.）,温度变化范围为15.1~20.6℃,属低温阶段;②阶段,中全新世（约8.2~6.0 ka B.P.）,温度为16.8~20.0℃,为稳定高温阶段;③阶段,中晚全新世（约6.0~3.0 ka B.P.）,温度为13.8~19.4℃,快速降温阶段;④阶段,晚全新世（约3.0 ka B.P.以来）,温度在17.4~22.4℃,快速升温阶段。通过对比其他古气候记录,可以得到以下结论：长江下游地区在约12.0~8.2 ka B.P.时期温度变化主要受高纬度冰川残留的影响,为低温时期;在约8.2~6.0 ka B.P.时期的温度变化主要受到较强的太阳辐射量控制,属稳定高温期,对应全新世大暖期;约6.0 ka B.P.后,温度受到6.0~3.0 ka B.P.中低纬度冷事件以及上升温室气体辐射强迫共同影响,呈现先降后升的"V"型变化趋势。本研究表明长江下游地区自12.0 ka B.P.以来温度变化主要受全球温度变化控制,自晚全新世以来温室气体辐射强迫是影响其温度变化的主要因素。

     

火山岩与地形联合约束下海岛土壤稀土元素地球化学空间分布异质性——以广西涠洲岛为例

海岛土壤地球化学特征的研究对于认识海岛表生地质环境有重要意义。本研究以我国最大的第四纪火山海岛——涠洲岛为案例,重点研究亚热带海岛环境下火山岩风化土壤的稀土元素（REE）地球化学特征,并探讨影响其空间分布的关键因素。结果表明,涠洲岛土壤REE总量（ΣREE）自然变化范围较大,介于59.07~575.30 mg/kg,平均值为285.53 mg/kg,高于中国大陆土壤背景值（163.86 mg/kg）,指示火山岩风化海岛具有较高的土壤REE丰度。反距离权重插值法（IDW）分析指示,岛内土壤的REE含量高低变化呈现出以带状和斑块状为主体形态的空间分布不均一性,推断其成因与母质岩石类型和地形位置等因素密切相关。3种不同岩性的成土母岩的ΣREE含量变化序列为：玄武岩（236.66 mg/kg）>火山碎屑岩（215.58 mg/kg）>含生物碎屑海滩沉积物（18.99 mg/kg）,对应的土壤ΣREE含量具有类似变化规律,即玄武岩土壤（307.20 mg/kg）>火山碎屑岩土壤（297.46 mg/kg）>含生物碎屑海滩沉积物土壤（89.73 mg/kg）。该证据指示母岩是控制岛内土壤REE含量变化的首位因素,玄武岩整体上易形成具有较高REE丰度的土壤,火山碎屑岩次之,而含生物碎屑海滩沉积物反之。此外,本研究还发现火山碎屑岩单一岩性区内,发育的土壤REE含量也会随地形地貌差异而出现显著变化,其原因是地形地貌制约了土壤矿物和化学风化程度,海蚀丘陵比海积平原更利于海岛土壤中REE次生富集作用的发生。

     

CORS系统在航空重力测量地面GNSS基站解算中的应用

航空重力测量是以飞机为载体,快速、高效获取大面积中、高频地球重力场信息的航空物探测量方法。航空重力测量技术的商业化运行归功于动态差分GNSS定位技术的成熟,使得载体的动态定位、动态测速和加速度解算精度大大提高,而差分GNSS技术解算载体动态定位的精度又依赖于地面基准站坐标精度。在实际作业中,通过组建控制网并设立地面GNSS基站,联测国家GNSS控制点,不仅需要花费较多的经济成本和时间成本,而且在人迹罕至的沼泽、高原、荒漠无人区以及远离大陆的海岛礁地区,这种方法都面临很大的困难。随着我国CORS站建设的不断深入,CORS系统精度和网度不断提高,利用CORS站数据,通过GAMIT等软件进行地面GNSS基站解算来确定其准确坐标位置的方法成为一种新趋势。本文以某测区实际数据为例,对比分析了两种方法得到的基站坐标精度及对重力测量结果的影响,介绍了CORS系统在航空重力测量地面GNSS基站解算中的应用效果,说明利用CORS系统解算不仅满足航空重力测量精度要求,而且能够提高工作效率。     

海南三亚中元古代变质砾岩的发现及其对Columbia超大陆裂解的指示

海南岛中元古代沉积记录对于探讨华南陆块早期大陆演化过程起关键作用。对海南三亚三郎岭地区奥陶系干沟村组砂岩-板岩组合中的变砾岩形成时代进行了重新厘定。碎屑锆石U-Pb同位素年龄分析结果表明,65颗锆石207Pb/206U年龄范围为2691~1350 Ma,且分成2691~2444 Ma、1838~1632 Ma、1540~1350 Ma三组,形成约1699 Ma、约1440 Ma 2个主要峰值和约2461 Ma的1个次要峰值。基于最年轻锆石年龄为1350 Ma,且没有出现海南岛常见的1250~1100 Ma和1000~900 Ma年龄记录,将该套变质砾岩沉积时代限定在1350~1250 Ma,而并非前人划属的奥陶纪,这是海南岛首次发现中元古代的砾岩建造。该套变砾岩砾石成分成熟度高、结构成熟度中等,表现为裂谷盆地高密度的碎屑流沉积特征,是研究区Columbia超大陆裂解晚期的沉积响应。变质砾岩与劳伦大陆西部的Belt-Purcell超群下部沉积地层具有相似的碎屑锆石年龄组成和年龄谱特征,暗示中元古代哥伦比亚超大陆中,海南岛与劳伦西部靠近。