基于随机变异—Kennard—Stone和偏最小二乘法的土壤重金属镉含量反演——以雄安新区西南部为例

土壤重金属污染对人类身体健康造成了严重威胁,作为快捷、高效、无损监测分析土壤重金属含量的方法之一,高光谱遥感反演土壤重金属含量的方法正逐步得到发展。本文以雄安新区西南部作为研究区,针对潜在生态风险最大且活性最强并易被植物吸收的重金属镉,开展高光谱反演研究。将采集来的426件土壤样品除杂、风干、过筛在实验室测得重金属含量,并用SVC便携式地面光谱仪测量样品350~2500 nm范围光谱。采用Savitzky—Golay卷积平滑方法进行光谱降噪平滑处理。由于粒径大小而不是化学成分差异可能会导致基线效应和漂移现象,为了增强光谱差异和光谱曲线形状,将数据进行标准正态变量变换(SNV)、一阶微分(FD)、二阶微分(SD)、多元散射校正(MSC)等数学变换,并分析变换后光谱与Cd含量的相关性。本文提出一种集成随机变异法—Kennard—Stone法—偏最小二乘回归的方法。针对变换后的光谱集和Cd含量集,第一步采用随机变异法—Kennard—Stone法将样本集分为70%训练集和30%验证集,使样本数随性质分布均匀并覆盖整个样本空间;第二步用偏最小二乘回归法结合交叉验证建立回归模型,用确定系数R2、均方根误差RMSE、偏差比值RPD、误差范围比值RER等参数开展模型评价,如果没有达到预期效果,则回到第一步,迭代反复选择,直至达到最优效果。结果表明,适用的最优反演重金属镉含量的技术方法是采用FD变换后,不断迭代集成RM—KS样本选择和PLS偏最小二乘法回归建立的模型,其验证综合效果最好,建模主成分数为11个,确定系数R2达到0.909,RMSE为0.604,RPD为2.696,RER达为15.516。成果可为类似区域快速、无损的土壤重金属Cd含量反演提供技术支撑。     

华北区域性低能见度天气的自动识别及预报

利用2002~2011年的能见度观测资料以及NCEP格点资料,采用天气学方法研究了华北地区的低能见度天气过程。结果表明:造成研究区域低能见度的500 h Pa天气形势可分为3种类型:2槽1脊型、低槽型、纬向气流型;用特征物理量作为这3种天气型的入型判据,建立了华北区域性低能见度天气的自动识别系统;并在此基础上,利用K指数、露点温度差以及500 h Pa和850 h Pa的假相当位温差等天气诊断物理量,进行第二次判别,进一步消空,最后制作低能见度天气预报。利用以上建立的预报方案,对2002~2011年进行冬半年逐日回代检验,预报准确率达到了78%左右;对2012年的试预报结果为:出现3 d区域性低能见度天气过程完全报对,试验结果表明预报方法达到了较好的效果。     

基于磁力耦合器的载人潜水器电力推进装置研究

基于磁力耦合传动技术,对载人潜水器电力推进装置进行了系统设计与传动特性研究。采用电磁场有限元方法研究了永磁式磁力耦合器的运行机理和矩角特性,分析了其稳定传动区域和失步条件;分析了螺旋桨的负载特性,采用切比雪夫多项式研究了螺旋桨的四象限全工况动态模型;建立了水下无刷直流推进电机的数学模型和传递函数,设计了推进电机的转速闭环控制系统以抑制转速波动,提高输出推力的平稳度。完成了样机的设计与制造,通过水池试验验证了该推进装置在载人潜水器上的可行性与适用性。     

松嫩平原含水层沉积物特征及其对砷赋存态分布的影响

松嫩平原西部地区为中国砷中毒区域,含水层沉积物特征及砷赋存态对地下水砷迁移、转化的影响并不清楚。在对研究区高砷区与低砷区钻孔沉积物进行取样的基础上,运用激光粒度分析、Tessier五步提取法和Keon分步提取法分别确定了不同深度沉积物的粒度分布和不同赋存态砷含量,系统研究了沉积物的水力传导系数、不同赋存态砷的分布及其与高砷地下水形成的关系。结果表明:沉积物5种赋存态砷(包括可交换态、碳酸盐吸附态、铁/锰氧化物吸附态、有机物或硫化物吸附态和基质态)中,铁/锰氧化物吸附态砷含量最高,并且砷含量与铁、锰含量呈明显正相关性;高砷区钻孔沉积物铁/锰氧化物吸附态砷质量分数为(1.18~6.11)×10-6,低砷区为(0.67~2.60)×10-6;高砷区钻孔沉积物以粉砂、黏土为主,水力传导系数介于0.004~0.027m·d-1,低砷区钻孔沉积物以细砂、中砂为主,水力传导系数介于0.005~0.2m·d-1;沉积物中粉砂或黏土含量越多,则沉积物颗粒越小,其水力传导系数越低,各赋存态砷含量越高,因此,高砷区低水力传导系数有利于还原环境的形成。通过地下水的循环,高砷含水层沉积物的淋滤作用和铁/锰氧化物的还原性溶解形成了研究区高砷地下水。     

岩石圈磁场数据网格化方法研究

选取最小曲率、克里格、改进Shepard、反距离加权和径向基函数等5种网格化数学模型,对小江断裂地磁总强度加密区岩石圈磁场数据进行数据网格化,采用均方根预测误差和插值数据残差均方根等评价指标对网格化结果进行评价,结果表明,克里格插值与反距离加权插值法的精度最高。进一步比较克里格插值与反距离加权插值法的网格化图形质量,结果显示克里格插值网格化过程中兼顾了数据的平滑性和各实测点与待估点之间的空间位置关系,避免了系统误差,得出克里格插值更适用于岩石圈磁场数据网格化的结论。     

一种改进的SAR图像聚焦算法

针对现有的相位梯度自聚焦(phase gradient autofocus,PGA)算法的加窗方法和特显点选取所存在的问题,提出一种改进的PGA算法。该算法提出一种新的确定相位误差点扩展函数支撑域的方法,此方法计算方位向上能量分布的平均值作为支撑域外的平均能量,以此来确定加窗的宽度。基于这种自适应加窗方法,还提出一种改进的特显点选取方法,该方法能够选择信杂比大的特显点,去掉信杂比小的特显点。试验结果表明,与传统的加窗方法和特显点选取方法相比,该方法能够得到更好的聚焦效果。     

TMI降水结构的反演算法和最佳分辨率选取个例试验

利用热带降雨测量卫星（TRMM）的微波成像仪（TMI）和星载测雨雷达（PR）资料,选取了2003年出现在西北太平洋亚洲季风区的热带气旋ETAU（T0310）,采用间接对数组合方案建立了多频道线性回归算式,对4种不同分辨率（0．1°、0．2°、0．25°、0．5°）进行了TMI反演降水试验。结果表明,间接对数组合法能够较好地表征降水区的范围和强度分布,且反演结果稳定,是由微波亮温资料反演洋面降水的一种较为理想方法。采用0．2°和0．25°分辨率反演降水效果相对较好,具有实际应用价值,能对降水的宏观特征做出一定的指示。本文结果对于利用卫星微波遥感资料反演降水的研究具有一定参考价值。     

ANALYSIS OF RAINSTORMS ASSOCIATED WITH SIMILAR TRACK TROPICAL CYCLONES HAITANG (0505) AND BILLS (0604)

It is generally thought that the influence of comparable track typhoons is approximately similar,but in fact their wind and especially their rainstorm distribution are often very different. Therefore,a contrastive analysis of rainstorms by tropical cyclones (TCs) Haitang (0505) and Bilis (0604),which are of a similar track,is designed to help understand the mechanism of the TC rainstorm and to improve forecasting skills. The daily rainthll of TC itaitang (0505) and Bills (0604) is diagnosed and compared.The result indicates that these two TCs have similar precipitation distribution before landtall but different precipitation characteristics after landthll. Using NCEP/GFS analysis data,the synoptic situation is analyzed; water vapor transportation is discussed regarding the calculated water vapor flux and divergence.The results show that the heavy rainfall in the Zhejiang and Fujian Provinces associated with Haitang (0505) and Bitis (0604) before landlhll results ti'om a peripheral easterly wind,a combination of the tropical cyclone and the terrain. After landthll and moving far inland of the storm,the precipitation of Haitang is caused by water vapor convergence carried by its own circulation; it is much weaker than that in the coastal area. One of the important contributing thctors to heavy rainstorms in southeast Zhejiang is a southeast jet stream,which is maintained over the southeast coast. In contrast,the South China Sea monsoon circulation transports large amounts of water vapor into Bills - when a water-vapor transport belt south of the tropical cyclone significantly strengthens - which strengthens the transport. Then,it causes water vapor flux to converge on the south side of Bilis and diverge on the north side. Precipitation is much stronger on the south side than that on the north side. After Bilis travels far inland,the cold air guided by a north trough travels into the TC and remarkably enhances precipitation. In summary,combining vertical wind shear with water vapor transportation is a good way to predict rainstorms associated with landing tropical cyclones.