多频可控源电磁法三维有理函数Krylov子空间模型降阶正演算法研究

本文采用有理函数Krylov子空间模型降阶算法实现了同时求解多频可控源电磁法三维正演响应的快速计算.首先采用基于Yee氏交错网格的拟态有限体积法实现控制方程的空间离散,将任意频率的电场响应表示为关于频率参数的传递函数.采用有理函数Krylov子空间算法求解该传递函数.针对构建m维有理函数Krylov子空间需要求解m次（几十到上百）关于有理函数极点和离散控制方程系数矩阵的线性方程组的问题,本文提出采用单个重复极点的有理函数Krylov子空间模型降阶算法,结合直接法求解器PARDISO,采用Gram-Schmidt方法,只需要1次系数矩阵分解和m次矩阵回代即可实现有理函数Krylov子空间的构建,极大地减少了计算量.针对最优化有理函数极点选取问题,本文根据传递函数的有理函数Krylov子空间投影算法的误差分析理论,引入关于单个重复极点的收敛率函数,通过求解有理函数的最大收敛率直接给出最优化的单个重复极点公式.最终实现了不同发射频率的可控源电磁法三维正演响应的快速计算.分别计算了典型层状模型多发射频率的CSAMT和海洋CSEM的正演响应,通过与解析解的对比验证了本文算法在多发射频率正演的计算精度和计算效率;并通过一个三维海洋CSEM勘探设计最优化发射频率和接收区域选取的例子进一步说明本文算法的优点.     

广西北海滨海国家湿地公园生态海堤建设模式研究

通过调研,探讨广西北海滨海国家湿地公园的海堤现状和红树林景观结构存在的问题,分析海堤与堤前红树林的景观结构关系,探索生态海堤的建设模式。在该湿地公园中的近海区域,选择了研究样地。该研究样地的海堤可以分为斜坡海堤、陡墙式海堤、自然岸线、台阶式海堤、斜坡海堤+自然岸线混合式5种类型;其中,陡墙式海堤长度占海堤总长度的比例最大,为55.74%,主要为养殖虾塘的堤岸,目前陡墙式海堤已经面临倒塌的问题。海堤阻断了生物的生态廊道,限制了原有红树林的向陆向扩展。在该研究样地中,高效护岸红树林面积所占比例为47.9%,44.13%的自然海堤和36.13%的养殖海堤是裸岸,可以通过合理规划,在裸岸上进行人工造林。对该研究样地的海岸线按功能进行了改造,形成"柔性岸线"、"游憩亲水岸线"、"海堤—半红树林地—红树林滩涂"3种海岸线模式。对于斜坡海堤,应该增设监测项目,如地面沉降、斜度和孔隙水压力测量等;利用厚藤(Ipomoea pes-caprae),对坡面进行绿化处理,形成生态堤岸。     

基于高空间分辨率遥感影像的水深反演有效性评估

卫星遥感反演水深（Satellite Derived Bathymetry, SDB）是获取浅海水深信息的有效手段。然而,其有效范围只限于光学浅水区域,在深水区域呈现“伪浅海”的失真现象。因此,如何准确识别SDB数据的有效范围对其广泛应用至关重要。本文基于高空间分辨率多光谱卫星影像,在深入分析深/浅水辐射亮度统计分布特征差异的基础上,提出一种数据驱动的水深反演有效性评价方法。该方法以卫星影像辐亮度信息的局域标准差作为特征,基于K-S检验方法对光学深水区域统计特征进行模型优选,并使用假设检验方法对深水无效区域对应的SDB进行识别。甘泉岛水域实验结果表明,该方法通过统计分布划分光学浅水与深水区域边界,可以有效识别光学深水区域产生的无效水深反演数据。在剔除无效区域数据后,光学浅水有效区域内水深反演平均绝对误差（MAE）为1.01,均方根误差（RMSE）为1.52。实验结果表明,本文提出的方法可准确识别SDB结果的有效区域,进而为浅海地形解译提供方法支撑。     

飞机人工增雨的农业效益评估

利用催化剂线源扩散模式确定人工增雨作业后的目标区,并采用非随机活动对比区和目标区分层历史回归的方法估算作业效果。这评估增雨对农业的影响,利用自然降水对农作物产量贡献的积分回归,获得降水对农作物贡献系数。建立了每次人工增雨对主要农作物的经济效益模型。从而可根据增雨量对农作物产生的直接经济效益进行实时、动态、定量评估。     

雅鲁藏布江大拐弯典型泥石流全新世以来发育历史及活动特征

雅鲁藏布江大拐弯附近晚更新世末次冰期—全新世发育多期次泥石流,组合形成了现代大规模扇形堆积体。以派镇蹦嘎沟泥石流为例,采用地面调查、钻孔及¹⁴C测年等方法,研究泥石流形成年代序列、堆积深度、冲出范围等特征,分析结果表明：现代蹦嘎沟依然有小规模的支沟泥石流发育且广泛堆积于沟道内,现存堆积扇区域尚未发现泥石流堆积;距今8500年左右为蹦噶沟全新世泥石流活跃期,单期次累积堆积深度约10.9 m;滨湖浅水相沉积(河流相)形成的浅灰色粉细砂中的两处碳样表明雅鲁藏布江现代河床在40～100年左右沉积深度约0.4 m,年平均沉积速率4～10 mm;海拔2906.1～2896.7 m及2849.4～2848.2 m处钻孔依次揭露厚度为9.4 m和1.2 m饼状青灰色粉质黏土,推测发生两次堵江事件。上述结果可为该区域全新世以来泥石流活动性特征研究提供参考。     

用积云参数及数值预报产品作对流性降水量模拟试验

应用部分实时资料和数值预报输出产品，以积云参数化为基础，依据湿绝热过程中饱和湿静力能量守恒原理，并通过克拉贝龙方程转换，实现积云形成所需不汽凝结量及积云面积比等积云参数的计算，进而实现对流性降水量的模拟计算，对计算值再做经验订正，建立对流性降水量的经验预报公式，预报效果较好。     

GMS卫星图象重采样方法探讨

为便于小区域静止气象卫星图象与地理信息、数字化雷达等资料的同化、叠加分析,必须对ＧＭＳ卫星图象资料进行重采样。本文采用非线性卫星原始图象定位技术,讨论了ＧＭＳ卫星图象的４种重采样方法,结合实例计算,对各方法的综合能力作了评估。结果表明,静止气象卫星环境监测资料重采样以最优权重法为宜,卫星云图资料重采样应采用双线性法。     

2015年固体地球科学发展态势概览

随着人类对自然界认识和开发利用的不断深入,地球科学的重要性日益凸显,已成为妥善解决人类经济社会发展面临的能源安全、资源安全、气候变化、生态环境、城镇化等一系列挑战的重要基础。本文主要基于对2015年国际地球科学领域的重要科学战略规划、重要科技进展和重要科技文献等反映的科学研究发展动态的系统监测和整理,遴选并总结了2015年固体地球科学领域的主要科学前沿问题和科技发展态势,以供读者参阅。     

以HJ-1卫星遥感数据估算高寒草地植被净第一性生产力的潜力评估——以若尔盖草地为例

基于HJ-1卫星数据、数字高程数据、气象数据和地面实测数据,利用改进后的CASA模型估算了2010年若尔盖草地的植被净第一性生产力（NPP）,以评价该卫星数据在高寒草地NPP估算中的应用潜力。结果表明：（1）利用改进后的CASA模型模拟草地生物量,通过与实测地上生物量比较,两者的相关程度较高,R2=0.8726。模拟精度达80%,因此可以作为估产模型实际应用;（2）利用改进后的CASA模型模拟草地NPP,模拟结果比其他研究结果略大,但更适合于若尔盖草地;（3）HJ-1卫星数据为高寒草地NPP的估算提供了高时间和高空间分辨率的数据源。     

重载铁路路基面动应力峰值随机分布特征研究

掌握列车移动荷载作用下路基的动应力响应特性可为路基沉降预测、状态评估提供依据。建立重载铁路车辆-轨道-路基三维动力有限元模型,并在钢轨轨面引入中国三大干线不平顺轨道谱以实现轨道不平顺的模拟。通过数值计算,分析了轨道高低不平顺对路基面动应力分布的影响,统计了4种列车轴重下路基面3个位置（钢轨下方,线路中心）处的动应力峰值沿线路纵向的分布,对路基面动应力峰值的随机分布形式进行了正态性检验,对动应力峰值的最大值进行了预测。结果表明：轨道不平顺导致路基面动应力沿路基面中心不对称,路基面动应力峰值沿线路纵向服从正态分布。随着轴重的增大,动应力峰值离散程度增大,动应力峰值分布曲线变陡。动应力峰值的预测值和现场实测值相吻合,证明了有限元模型及统计分析方法的正确性。研究结果对路基动变形及累积沉降的可靠性分析提供依据。