变分同化方法反演海气耦合模型参数的研究

采用变分资料同化技术,结合最优控制思想,对一个海气耦合模型的模式参数和强迫项进行了反演。结果表明,采用该方法对模式进行优化,既可以补偿模式参数不准确性给预报带来的误差,又可以对模式参数本身进行修正和估计,为将来在实际应用中改善更复杂的预报模式、提高预报准确率提供了一个可借鉴的思路。     

长石砂岩对酸性环境的腐蚀劣化响应

为了揭示酸性环境对岩石的腐蚀劣化效应，利用CT图像处理技术分析经酸性水域浸泡后长石砂岩的细观组分及结构变化，并利用岛津AGI-250伺服材料试验机开展单轴压缩试验，观察其力学参数劣化情况。试验结果表明:经酸性水域处理后，长石砂岩试件其总体密度降低、分布趋向均一化，局部区域生成了更高密度的矿物成分；次生孔隙增多，试件外部孔隙变化可直观看到，内部孔隙变化可通过最小外接矩形像素面积直接反映；抗压强度、弹性模量、峰值应变最大下降量分别达34.092%，22.016%和13.705%，且反映砂岩强度参数的劣化度相对较高，应变参数的劣化度相对较低；酸性水域中H+浓度充足时，砂岩在酸性溶液中主要以溶解反应为主，H+浓度降低到一定程度后，正长石和斜长石溶解的同时可生成其他自生矿物，当H+消耗殆尽后，反应主要以水解的方式进行。通过将CT图像处理技术运用于经酸性水域处理后砂岩的力学特性变化机理分析，为研究类似岩石等非均质材料的组成及性质提供一种新思路和新方法。      

浅水湖泊洪水资源适度开发规模优选模型

在保障防洪与河湖生态安全的前提下,将汛期洪水尽可能多地蓄存起来以满足当前及未来一段时间的河道外用水需求,是浅水湖泊洪水资源利用所追求的目标。为综合考虑区域来水和需水不确定性、潜在储水空间和利用方式,合理确定洪水资源开发规模,采用模拟与优化相结合的方法,建立了浅水湖泊洪水资源适度开发规模优选模型,并将该模型应用于南四湖。研究结果表明：以滨湖反向调节利用方式为主的浅水湖泊洪水资源开发规模,受制于泵站启动水位、抽水能力和河道外蓄水空间的共同作用,但并不呈现线性关系,存在明显的阈值效应;南四湖洪水资源开发的适度规模为多年平均全年3.63亿m³、汛期1.56亿m³,开发条件是泵站启动水位为33.75 m、泵站抽水能力为48 m³/s、区域蓄水体容积为4.80亿m³。研究可为确定南四湖洪水资源利用规模提供依据,为类似流域提供借鉴和参考。     

倾斜煤层水力压裂起裂压力计算模型及判断准则

针对目前倾斜煤层起裂机制不明确,导致水力压裂时盲目升高压力或增大注水量来增加煤层透气性的问题,根据最大拉应力理论,分析真实环境下倾斜煤层压裂钻孔周围应力状态,建立压裂钻孔周围煤岩体起裂压力计算模型及判断准则,并在重庆松藻煤电公司同华煤矿进行了验证,结果表明,根据实测压裂区域地应力状态,起裂压力随煤层倾角增大而增大,钻孔起裂位置随煤层倾角增大逐渐向走向方向偏转;现场试验起裂压力与理论计算相符,随煤层倾角增大而增大,从而验证了计算模型的正确性。     

采用动态负载均衡的LiDAR数据生成DEM并行算法

随着高性能计算的发展,并行技术已经广泛应用于LiDAR数据的分析处理。本文针对现有LiDAR数据生成DEM并行算法所存在的负载不均衡问题,设计并实现了动态负载均衡的LiDAR数据生成DEM并行算法。该算法采用主从式并行策略,管理进程负责LiDAR点云的高效自适应条带划分,计算进程负责LiDAR点云生成DEM的计算。本文设计了任务量的动态调度策略:首先,由所有进程并行创建任务量由大到小排列的待处理任务队列;然后,管理进程根据计算进程的反馈对待处理任务进行动态分配,以达到负载均衡。在24 核集群环境下,用30 GB(约12 亿点)LiDAR数据对本文算法进行测试,生成分辨率为1 m的格网DEM,算法加速比峰值达到15.16;同时,与静态调度策略进行对比实验,结果显示本文的动态负载均衡策略可更好地保证进程间的负载均衡,有效地提高了LiDAR生成DEM并行算法的整体效率。     

波浪方向对两矩形驳船间窄缝内流体共振影响的数值研究

应用二阶非线性三维势流时域模型模拟两个并靠矩形驳船间的窄缝内流体共振现象。模型中,速度势分解为入射势和未知的散射势,其中散射势通过求解边界积分方程计算得到。采用四阶预报校正的方法对自由水面边界条件在时间上进行数值积分。本文研究了波浪方向对窄缝内一阶、二阶波高的影响。计算结果表明,入射波浪的角度不会影响窄缝内流体的共振频率,同时窄缝内流体发生共振时,最大的共振波高总是发生在窄缝中点处。然而,共振时对应的最大波高随着入射角度的变化而变化。同时,入射波浪的频率与窄缝内流体共振频率的相对大小导致窄缝内最大波高位置向上游或者下游移动。     

基于GPS和MODIS的ENVISAT ASAR数据干涉测量中大气改正方法研究

GPS数据用于改正InSAR中大气延迟误差的方法受GPS站点密度的限制,只利用有限的几个站点所观测到的大气数据来生成干涉图的大气改正图,往往达不到很好的效果.本文研究利用GPS与MODIS数据的联合使用来生成大气改正图,首先用GPS数据对MODIS水汽产品进行分块校准,并且对MODIS水汽数据进行了空间结构函数分析,得到研究区域内水汽场的空间分布规律.然后把这种区域水汽场的空间分布信息结合到Kriging内插法中生成更为合理的水汽图.通过上海地区ENVISAT ASAR数据的实验发现,这种加以改正的GPS和MODIS数据联合改正法不仅可以对长波大气信号有明显的消弱,还能消弱一些短波的大气信号,特别是一些幅度较强的短波信号;经过GPS+MODIS算法改正后,短波信号占优和长波信号占优的两幅差分大气延迟图的整体RMS分别降低了32.74%和38.82%,去除幅度较大.与GPS+ATM(大气传输模型)算法比较,我们发现,在上海地区有限的数据条件下（即研究区域内只有6个GPS点）,GPS+MODIS法在大气去除效果或者说大气信号重现能力方面优于GPS+ATM算法.GPS+MODIS算法在捕获短波大气信号方面要比GPS+ATM更有优势,因此也可以改正短波大气误差.     

基于软硬协作决策的半监督珊瑚礁底质分类方法

珊瑚礁底质分类对海洋资源开发和海洋生态环境保护起到至关重要的作用。目前,深度学习语义分割方法在遥感图像分类领域应用广泛,但在底质分类方面的研究较少。由于基于全监督深度学习的方法中逐像素标注标签的成本较高,不适用于大规模、高频次的底质分类工作,基于半监督的深度学习方法能够有效利用已标注标签为无标签数据产生伪标签,从而有效降低人工成本,然而现有半监督方法的性能易受伪标签噪声的干扰。针对以上问题,本文提出了一种基于软硬协作决策的半监督底质分类方法。首先,利用多模型联合决策生成高质量的伪标签;然后,提出了一种能够顾及伪标签像素置信度的损失函数来指导模型进行训练;最后,采用软硬协作的决策方式得到精确的底质分类结果。在美属维尔京群岛圣克罗伊岛北部的巴克岛礁和夏威夷群岛的中途岛东南约400 km处的珍珠与爱马仕环礁的浅层底栖生物栖息地地图数据集上评估了本文方法的精度,实验结果表明,本文提出的方法与全监督学习方法精度相当,比主流的语义分割方法精度平均高3.08%,能够有效服务于珊瑚礁底质调查工作。     

天津市滨海新区滩涂开发利用特征的遥感分析

为评估滨海滩涂开发利用对生态环境和水资源利用的影响,提出了滩涂开发利用特征遥感分析方法。该方法基于Landsat遥感影像,先利用阈值分割与目视解译相结合的方式解译人工岸线,再定位滩涂开发利用区并对其土地利用进行分类识别,然后通过人工岸线和土地利用的时空变化,分析揭示滩涂开发利用特征。采用2002—2018年五个时期Landsat遥感影像,利用该方法分析了天津市滨海新区滩涂开发利用的时空演变特征。结果表明该方法不受潮位影响,能够科学准确地反映滩涂开发利用特征。截至2018年,滨海新区人工岸线由2002年的146.22 km增加至315.69 km,增加了115.9%;累计围填海350.76 km~2,为滨海新区增加了15.5%的土地资源;滩涂开发利用区新增的建设用地面积为63.43 km~2,超过滨海新区新增建筑面积的20%;陆地区域未利用土地面积仅3.58 km~2,而滩涂开发区内尚未利用的土地为228.05 km~2,为未来发展提供了重要的后备土地资源。时间上,滩涂开发利用从2002年起步,2006—2014年扩展速度最快,此后明显回落,主要集中于2006—2014年;在空间上则以天津港与南港工业区附近为主。     

复杂地理背景下耕地分布监测与形成机理研究

针对复杂地理条件下,遥感影像中地物纹理复杂、光谱多样,耕地难以提取的问题,该文提出了一种基于动态时间弯曲算法的耕地提取方法。采取动态时间弯曲法计算NDVI时间序列的相似性,将耕地与林地、草地等其他有相似物候特征的地物区分开来,并解决不同作物的时间序列曲线的弯曲和平移问题。实验表明,此方法提高了耕地提取的精度,长株潭城市群2013年耕地信息提取的正确率达82.08%,完整率达81.63%。使用景观格局指数定量计算耕地空间分异信息,以经济社会数据作为潜在驱动因子,使用冗余分析方法对驱动因子进行约束性排序分析,结果表明人口因素、经济因素、农业因素是影响长株潭地区耕地分布的主要驱动因素。