多源卫星影像的摄影测量遥感智能处理技术框架与初步实践

回顾并分析了摄影测量与遥感学科的发展历程,并针对大数据和智能化测绘新时代的多源遥感影像精准快速智能处理的迫切需求,本文提出摄影测量遥感的科学概念.全新的摄影测量遥感主要由摄影测量和遥感两个学科的交叉融合而形成,致力于研究解决同步探测被摄目标的几何位置、物理属性、语义信息和时序变化关系的理论方法及技术问题,其理论基础和支撑学科包括摄影测量、遥感、人工智能、大数据处理与高性能计算等,将突破目前摄影测量侧重几何处理、遥感侧重语义信息提取反演的相对独立现状和串行技术路线,通过几何模型与光谱辐射反射信息的深度交叉融合形成几何语义一体化处理机制.本文在阐述摄影测量遥感基本概念的基础上,初步探讨了其涉及的主要科学问题及相关研究应用领域,并以多源遥感卫星影像为例构建了一体化摄影测量遥感智能处理技术框架,通过语义信息提取与精准几何处理的交叉闭环融合,显著提升了高分辨率多源遥感卫星影像精准快速处理的自动化和智能化水平,多个应用实践初步验证了相关理论方法的正确性和有效性.     

GRAPES-MESO模式浅对流参数化的改进与试验

参考Berg 等2005、2013年提出的扰动对流触发函数方法,对GRAPES-Meso模式积云对流参数化方案(KF eta)中的浅对流激发进行改进设计和试验,将单一的温、湿度触发改为对近地层进行一组温度、湿度扰动后的触发,并且用与该组扰动相关的边界层温、湿度分布确定的联合概率密度函数(JPDF)来表征浅对流云的特征参量及计算浅对流的强度。 着重分析了改进方案的浅对流激发、浅对流对环境场的反馈、模式地面降水和2 m气温的相关响应等,并与原方案和相关观测比较,验证了改进方案的合理性。 结果显示,改进方案比原方案能较早地激发出浅对流,且浅对流的激发频次高,浅对流激发的增加致使在模式低层距地数百米至2—3 km的垂直层内对环境温、湿度场和云雨水反馈增大,对GRAPES-Meso浅对流激发偏弱有改进作用,并对格点尺度与次网格尺度降水分配比不协调有改进。 对连续两个月批量试验的检验表明,浅对流激发的改进,可对GRAPES-Meso的24 h降水预报技巧的提高和2 m气温偏差的减小等产生不同程度的正影响。     

山东中西部后向发展雷暴初步研究

基于山东济南新一代天气雷达多年资料,首先提出后向发展雷暴的概念,并规定了普查标准。通过普查2005—2012年8年济南多普勒天气雷达资料,选取了75个后向发展雷暴个例,分析了山东中西部后向发展雷暴的统计特征,给出了常见的3种后向发展雷暴概念模型。选取典型个例,分别对3种类型后向发展雷暴的演变方式及其物理机制进行了初步分析,为山东中西部后向发展雷暴的生成和演变提供了初步的认识。结果表明:(1)后向发展雷暴主回波以带状为主,生命史1—5 h,最大反射率因子在50 dBz以上,移动路径有西—西北、西南、原地新生3种类型;(2)新回波初生时间发生在16—17时(北京时)最多,初生地点在鲁西北和鲁中山区一带,强度一般在30 min内超过40 dBz,生命史在1 h以上,74.7%的新生回波与主回波合并或连接;(3)山东省中西部具有后向发展特征的对流系统产生的灾害性天气以冰雹和雷暴大风为主,很少伴随暴雨灾害;(4)新回波的源地特征可以分为随主回波移动、沿同一方向延伸以及位于两雷暴群之间3种类型;多个雷暴群共存时,新回波的源地介于两个回波带之间,使二者逐渐趋为一体;(5)当主回波传播方向与其长轴相交时,其长轴方向转向,距离新回波较远的一侧减弱;当主回波传播方向与其长轴方向一致,新回波源地位于主回波长轴的延长线上时,主回波加强;(6)天气尺度系统为后向发展雷暴提供了条件不稳定的大气层结和丰富的水汽,地面辐合线和冷池前沿阵风锋是产生新雷暴的主要抬升触发机制;适当的低层垂直风切变有利于新雷暴持续产生并加强;地形的阻挡使新回波源地在同一地点停滞,冷池阵风锋在低层风引导下沿地形向下游移动,新回波源地也随之移动。     

中国L波段探空湿度观测资料的质量评估及偏差订正

L波段探空观测资料无论在天气预报还是数值预报中均为最基本和最重要的一类数据,而其湿度观测资料的质量对同化分析及降水预报有直接影响。通过用L波段探空湿度观测资料与不同类型的其他观测反演的湿度资料互校及与NCEP、GRAPES、EC等不同模式分析场为背景的湿度场比较,评估中国L波段探空湿度观测资料的质量状况,对探空湿度资料的质量有了新的认识,为更好地使用该资料提供依据。研究发现中国L波段探空湿度观测资料存在偏干的现象,特别是当背景场湿度大于60%时,观测湿度偏低更加明显。通过分析其偏差特征,找出了适合中国L波段探空湿度观测资料偏差特点的分段函数订正方法。个例试验表明,对探空湿度观测资料的偏差订正后,观测偏差明显减小,订正效果非常显著;模式降水强度预报能力有一定的提高。从连续试验检验的降水预报评分(TS)和预报偏差(Bias)看,中雨和暴雨的预报在探空湿度观测偏差订正后都表现出正效果。     

多普勒雷达资料同化在“7.21”北京特大暴雨个例中的应用

基于WRF(Weather Research Forecast)模式和GSI(Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统,研究了同化4部多普勒雷达探测资料对"7.21"北京特大暴雨过程中降水预报的改善作用。GSI系统直接同化径向风,而采用云分析的方式间接同化反射率。2012年7月20日21时—21日00时(世界时)雷达探测资料同化试验采用30 min循环同化径向风和反射率资料。结果表明,循环同化雷达探测资料改善了短时(0—6 h)和短期(0—24 h)降水预报,ETS评分提高了约0.2。同化反射率资料增加了初始场的水凝物,改善了温度场分布,直接影响了降水的形成,同时还使650—250 hPa位势高度的均方根误差平均降低了8 gpm。直接同化径向风资料对中尺度风场产生了一定影响。ETS评分结果表明:同化反射率资料的效果要优于同化径向风。     

地电化学提取法在武山铜矿深部找矿的试验研究

选用具有极强吸附能力,并做纯化处理的高泡聚氨脂泡塑和碳棒组装成的提取器,用1 L纯水作为提取剂,采用低电压(9 V)偶极地电提取方法在江西武山铜矿区开展了地电化学技术寻找隐伏矿体可行性研究。试验结果显示,在隐伏铜矿体上方出现明显的Cu、Pb、Zn电化学异常,异常出现的位置与矿区已知矿化体出现的地质部位比较吻合,表明该方法针对本地区深部矿体指示作用较强。     

液力衡扭旋冲提速工具及其在达深16井的应用

大庆油田深部地层岩石坚硬、研磨性强,运用常规手段钻进,单只钻头进尺少、寿命短且机械钻速较低。应用液力衡扭矩提速工具,有效解决了这些问题,显著提高了机械钻速和单只钻头的进尺。通过达深16井的现场试验证明,该工具能够使钻头的破岩方式在剪切的基础上附加机械冲击和高压水力脉冲,有效提高PDC钻头剪切岩层的效率,为深井提速提供了一种有效的手段。     

湖南常宁仙人岩金矿找矿过程及实物地质资料再利用

通过1988—1990年对前期保存的岩心进行重新取样分析测试,发现了达到工业品位的金的赋矿有利地段。实物地质资料的二次开发对该矿的找矿突破起到了关键作用。此后开展的几次勘查成果,保守累计至少金属资源量达到中-大型规模,经济效益显著。对该矿的成矿地质特征及成因进行了分析,指出了找矿方向。该实例表明,随着找矿理论的不断深入,通过研究周边已知矿床成矿模式及控矿条件,运用相似类比方法,科学开发已有的实物地质资料,是实现找矿突破的有效途径。     

安第斯山中段现今地应力测量及地震相关性分析

安第斯山位于纳兹卡洋壳板块和南美板块之间,是全球地震频发区域之一,被誉为地震与活动构造学家的天然实验室。本文利用矿山探矿钻孔,采用水压致裂原位地应力测试技术,首次获取安第斯山中段千米深孔原地应力大小及方向随深度变化规律。结果表明测试深度范围内主应力的量值随深度增加而增大,水平最大、最小主应力及垂向应力量值范围分别为12.38~34.47 MPa,7.97~24.15 MPa和6.81~26.10 MPa,主应力之间的关系为σHσv≥σh,σH/σh比值介于1.43~1.66之间。最大水平主应力方向与震源机制解和地表调查结果基本吻合。以实测地应力资料为基础,利用安德森断层理论及库伦摩擦破裂准则,探讨了震源深度(假定30 km)处的应力状态及断层达到临界破坏时的孔隙压力,结果表明除纳兹卡板块持续俯冲外,高孔隙压力可能是该区地震频发的主要原因。研究结果不仅为该区地震机理研究提供了实测资料,而且对世界应力图数据库具有重要补充价值。     

Paleozoic Tectono-Metallogeny in the Tianshan-Altay Region, Central Asia

The research on Paleozoic tectonics and endogenic metallogeny in the Tianshan-Altay region of Central Asia is an important and significant project. The Altay region, as a collision zone of the Early Paleozoic(500–397 Ma), and the Tianshan region, as a collision zone of the early period in the Late Paleozoic(Late Devonian-Early Carboniferous, 385–323 Ma), are all the result of nearly N-S trending shortening and collision(according to recent magnetic orientation). In the Late Devonian-Early Carboniferous period(385–323 Ma), regional NW trending faults displayed features of dextral strike-slip motion in the Altay and Junggar regions. In the Tianshan region, nearly EW-trending regional faults are motions of the thrusts. However, in the Late Carboniferous-Early Permian period(323–260 Ma), influenced by the long-distance effect induced from the Ural collision zone, those areas suffered weaker eastward compression, the existing NW trending faults converted into sinistral strike-slip in the Altay and Junggar regions, and the existing nearly E-W trending faults transferred into dextral strike-slip faults in the Tianshan region. The Rocks of those regions in the Late Carboniferous-Early Permian period(323–260 Ma) were moderately ruptured to a certain tension-shear, and thus formed a number of world famous giant endogenic metal ore deposits in the Tianshan-Altay region. As to the Central Asian continent, the most powerful collision period may not coincide with the most favorable endogenic metallogenic period. It should be treated to "the orogenic metallogeny hypothesis" with caution in that region.