海面溢油无人机高光谱遥感检测与厚度估算方法

海上溢油是海洋国家所面临的共同问题,但至今仍没有一种可靠实用的海上溢油准确识别和油量遥感监测方法。为此,本文以无人机高光谱遥感为手段,开展了海面溢油检测与厚度估算方法研究。实验中,通过搭建室外大型水槽溢油实验装置,获取了模拟真实海洋环境条件下不同溢油量的遥感和现场光谱数据,在此基础上,分析并提取了海上溢油特征光谱波段,给出了海上溢油高光谱检测模型;针对现场实验条件下水面油膜厚度难以测定的问题,设计了3种利用总体溢油量的油膜厚度估算模型。得到如下主要结论:（1）675 nm和699 nm是海上溢油检测的有效特征波段,但对极薄的油膜没有检测能力;（2）提出了归一化溢油指数模型、反比例模型和吸收基线模型等3种海上溢油油膜厚度估算模型,其中对于薄油膜（厚度≤ 5 μm）和厚油膜（厚度>50 μm）,反比例模型是溢油厚度反演的首选也是唯一选择。对于中厚度油膜,晴朗天气条件下,归一化溢油指数模型是油膜厚度反演的首选,同时反比例模型和溢油吸收基线模型也都有较好的反演能力,而在多云天气条件下,反比例模型效果最佳。     

作为体积目标的舰船辐射噪声建模

舰船辐射噪声是由舰船上机械运转和舰船运动产生并辐射到水中的噪声,是水下目标探测系统对运动舰船进行探测、识别的基础,亦是扫雷装备需重构的重要物理场信息,具有重要的理论和应用价值。 基于舰船辐射噪声的来源和时频空域特点,将作为体积目标的舰船辐射噪声源简化为 3 个主要噪声辐射源,建立了“三亮点” 的体积目标辐射噪声模型,在保留目标主要特征的基础上,简化了重构算法的复杂性,提高了模型的实用性,可以为实验室目标探测、识别研究和扫雷装备提供较为逼真的目标数据来源。     

渤、黄海生态环境模拟的参数敏感度空间差异分析

随着海洋生态系统模型的发展,生态变量增多,众多生物过程参数量值的确定成为制约生态环境模拟的瓶颈问题,生态系统结构区域性要求模型中的生态参数具有区域差异。为探究不同海区的关键参数及参数敏感度的空间差异,本研究在渤、黄海建立了ROMS-CoSiNE物理–生物耦合的高分辨率生态系统模型,并对13种生态参数的敏感度空间分布进行分析。结果表明:南黄海中部与渤海及近岸海域的敏感度差异较大。渤海敏感度最大的参数为决定光合速率的浮游植物P-I曲线初始斜率,其次为浮游动物捕食半饱和常数和浮游动物最大捕食率。而南黄海中部敏感度最大的参数为浮游动物最大捕食率,其次为浮游植物死亡率和浮游植物P-I曲线初始斜率。结合敏感度分布及浮游植物生物量收支得出,渤海水体透明度较南黄海偏低、浮游植物生长光限制较强,是引起浮游植物P-I曲线初始斜率敏感度在渤海高于黄海的主要原因。浮游动物最大捕食率及浮游植物死亡率的敏感度空间差异,受渤、黄海浮游植物生物量差异的影响,与生态系统中的高度非线性特征有关。     

应用Hydrolight模式研究含油水体辐射传输特性的关键技术

辐射传输模式Hydrolight在国际水色遥感研究领域已被广泛用于解决水体光学的各种问题,也是进行石油类污染水体辐射传输特性研究的有效模型。结合Hydrolight模式的机理、应用现状及含油水体的特点,提出了将该模式应用于光学特性复杂的石油污染水体辐射传输特性研究时需要解决的关键技术,包括测定石油污染水体吸收系数和散射系数、建立石油污染吸收和散射特性随波长和深度变化的参数化模型、确定油物质的吸附后悬浮颗粒物体散射函数模型等方面。依据2018年8月和2016年8月分别在辽宁大连港和辽宁盘锦辽河油田等区域测定的含油水体数据,讨论了这些关键技术的解决方案。     

任意阵列形状的欠定多目标方位估计

随着人类社会对海洋认识和探索的深入,对水下监测和探测设备提出了更高的要求,探测阵列模型和阵列信号处理算法决定了监测和探测设备的复杂度。 针对特定水下多目标定位平台的复杂环境,建立了一种任意空间阵列数学模型,介绍了四阶累积量算法,分析了阵列信号处理中四阶累积量的阵列扩展特性。 基于四阶累积量的 MUSIC 算法的空间谱分析,建立了任意阵列形状的欠自由度多目标方位估计的理论基础。 计算机仿真结果表明了算法的正确性和有效性。     

海岸沙坝剖面和滩肩剖面特征研究

通过物理模型实验研究了海岸沙坝剖面和滩肩剖面的形成和演化过程,给出了稳定的沙坝剖面和滩肩剖面的几何特征。实验中考虑了两种初始坡度(1∶20和1∶10)和不同波高的规则波和不规则波,讨论了不同初始坡度海岸上破碎波空间分布特征。结果表明,沙坝产生后存在向岸和离岸两种运动形态,但最终将停留在稳定位置。稳定的沙坝剖面对应不同初始坡度和波浪存在不同的大沙坝和小沙坝分布。沙坝剖面由长时间小波高波浪序列作用后可转化为稳定滩肩剖面,该剖面不依赖于波浪和初始坡度。实验也给出了平衡剖面与理论曲线的对比以及剖面上泥沙粒径的分布。     

Hydrodynamic effect of the regulation project of Yangtze River deepwater channel downstream of Nanjing

A two-dimensional flow numerical model of the tidal reaches, which total length is more than 700 km, is established from Datong to the Yangtze River estuary. The tidal levels, velocities, diversion ratios and dynamic axes before and after the separate regulation of each reach and combined regulation of all reaches are obtained. The comparative analysis shows that the regulation project of a separate reach basically has no impact on velocity distributions and variations of diversion ratios of upper and lower reaches, the variations of dynamic axes are only within the local scope of the project. The regulation project of a separate reach also has less impact on the water level in the lower adjacent reaches, but will make the water levels in the upper reaches rise. After the implementation of the regulation projects for all reaches, the rise of water level in the upstream reaches will have a cumulative impact.     

Numerical analysis and centrifuge modeling of shallow foundations

The influence of non-coaxial constitutive model on predictions of dense sand behavior is investigated in this paper. The non-coaxial model with strain softening plasticity is applied into finite-element program ABAQUS, which is first used to predict the stress-strain behavior and the non-coaxial characteristic between the orientations of the principal stress and principal plastic strain rate in simple shear tests. The model is also used to predict load settlement responses and bearing capacity factors of shallow foundations. A series of centrifuge tests for shallow foundations on saturated dense sand are performed under drained conditions and the test results are compared with the corresponding numerical results. Various footing dimensions, depths of embedment, and footing shapes are considered in these tests. In view of the load settlement relationships, the stiffness of the load-displacement curves is significantly affected by the non-coaxial model compared with those predicted by the coaxial model, and a lower value of non-coaxial modulus gives a softer response. Considering the soil behavior at failure, the coaxial model predictions of bearing capacity factors are more advanced than those of centrifuge test results and the non-coaxial model results;besides, the non-coaxial model gives better predictions. The non-coaxial model predictions are closer to those of the centrifuge results when a proper non-coaxial plastic modulus is chosen.     

非线性Rossby波所满足的三阶Zakharov方程与低频振荡

本文在基本气流具有水平切变的情况下,利用摄动法导出了非线性Rossby波所满足的三阶Zakharov方程,然后,考虑了基流具有弱切变的情况,通过使用三阶Zakharov方程研究了Rossby波列的第一类不稳定性问题。结果表明:通过非线性作用,大气中的Rossby波列可产生调制不稳定。同时,本文对这种不稳定的区域,增长率和周期进行了详细的计算,并讨论了波振幅、波数、纬度和基流切变对它们的影响,指出Rossby波列的调制不稳定可以激发30～60天的低频振荡。     

气温长期演变趋势中城市化的可能影响

利用兰州、上海及其周围站点的１月和年平均气温资料，通过对比，分析了城市化对气温长度演变趋势的影响。结果表明在区域性气候增暖过程中，城市化的影响是不可忽略的。