面向应用的航天遥感科学论证研究

为适应中国民用航天遥感从科学试验向业务服务模式转变,更好地探索、了解与解决应用需求与航天遥感系统对接等方面遇到的技术问题,促进航天遥感统筹协调可持续发展,中国适时于2004年成立了国家航天局航天遥感论证中心。10余年来,论证中心以航天遥感系统为研究对象,系统开展了面向应用的航天遥感科学论证概念、理论方法、技术工程与应用研究。本文是论证中心团队长期从事航天遥感科学论证研究与实践的系统总结,介绍了遥感论证初步认知、遥感论证关注问题、遥感论证理论体系与模型方法集、遥感论证能力建设及遥感论证实践等方面内容,给出了遥感论证定义并详细分析了研究范围和内容,提出了由知识维、进程维和逻辑维所组成的遥感论证作用域3维空间结构,指出社会发展加快和信息化水平提高,带动整个航天遥感数据信息链向更大规模、更短响应时间周期、更综合数据集成、更高数据质量、更加智能化方向发展,航天遥感系统将进入新的"智慧遥感"发展阶段。得益于十余年来中国民用航天快速发展,我们经历了风云三号新型载荷校飞、多角度多光谱偏振遥感器论证、环境星应用工程论证等实践,取得了多方面理论方法的突破,并应用到2030民用航天发展规划、高分辨率对地观测系统、国家自然灾害空间信息基础设施、国家民用空间基础设施中长期发展、2030中国综合地球观测系统规划等论证当中。经过不断实践,快速迭代,形成了遥感论证理论体系及相应的十大模型方法,包括遥感信息流模型、遥感信息特征模型、遥感信息应用模型、遥感信息量分析模型、遥感数据工程模型、航天遥感系统结构模型、航天遥感系统状态描述模型、航天遥感系统质量模型、航天遥感系统发展动力模型及能力体系模型。这些模型方法全面反映了航天遥感系统特征、结构、状态、发展动力、条件等,可广泛用于对航天遥感系统进行顶层设计、规划、考察、分析、评价、预测,并开展实践探索。     

横向振动格栅紊流紊动特性试验

建立了一套大尺度格栅紊流试验系统,格栅进行有别于传统垂向模式的横向振动,采用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)测量流速。对瞬时流速的检验表明,该系统产生的紊流场具有较强的随机性和统计规律性。均方根流速在格栅片附近变化较大,在两片格栅中间处趋于稳定,纵向均方根流速明显大于垂向均方根流速,二者比值在1.5~2.0之间,接近天然明渠紊流。雷诺应力在距格栅越近处波动越大,随着距格栅距离的增加而减小,至两片格栅中间处雷诺应力基本为0。时间和长度积分尺度在格栅片处最小,随着距格栅距离的增加而线性增加,至两片格栅中间处达到最大值。流速能谱呈现Kolmogorov理论的-5/3次方规律。本系统生成的紊流场的统计规律与传统的垂向振动格栅紊流较为一致,但纵向和垂向的紊动强度更接近实际,为后续紊流中泥沙和污染物等运动机理的研究奠定了基础。     

透明类岩石内置三维裂纹扩展变形试验研究

采用力学试验手段探究岩石受压情况下内部裂纹扩展贯通机制是了解岩石破坏失稳机制的重要手段。由于无法观察真实岩体内部裂纹扩展过程且CT扫描实时性不足等原因,自行研制了一种各项性质与岩石接近的透明类岩石材料,以观察研究其内部三维裂纹的扩展贯通机制。这一方法克服了真实岩体不透明的特点,可更方便地观察岩体内部裂纹萌生、扩展不同阶段的形状。然后制作了一批内置单裂隙和双裂隙的试件,在RMT-150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机上进行单轴压缩试验,详细观察研究了单裂隙和双裂隙试件在不同岩桥角和裂隙间距情况下的裂纹扩展贯通模式以及裂隙数量和间距对试件抗压强度的影响,并从理论方面对翼形裂纹的扩展过程进行了解释。试验表明,在不同的岩桥角和裂隙间距下,次生裂纹将呈现不同的扩展贯通模式,试验中观察到的次生裂纹有张拉翼裂纹、与翼裂纹反向生长的反翼裂纹和拉剪作用下的花瓣状裂纹等,试件最终破坏是各种形式的裂纹汇合贯通的结果。裂隙的存在极大地降低了试件的抗压强度,且随着裂隙数目增加,试件峰值强度呈降低趋势,同时裂隙间距也对试件的峰值强度产生一定的影响。试验成果对分析真实岩体的破坏失稳机制有着重要的参考价值。     

冻融与静荷载双重作用下土体中水分场变化规律模型试验研究

在季节冻土区,反复冻融作用能够导致土体中水分迁移和重分布;对土体施加静荷载时,土体内部应力场发生变化,水分场也发生变化。通过对EC-5土壤水分传感器进行标定发现,相同密度条件下,含水量低于26.2%时,测试结果误差较小,高于26.2%时,则误差较大;不同密度时,密度越大,所测得的电压值越大。通过模型试验,研究冻融循环作用和冻融与静荷载双重作用下土体中水分场的变化规律,试验结果表明:两种情况下,土体内部水分含量都随冻融循环次数的增加而逐渐增大;无荷载时,在距表层0~20 cm范围内有含水量较高区域;施加静荷载时,在荷载下方和距离荷载最远的土体表层有三个水分集中区域,而在荷载两侧则有两个低含水量区域。     

孟加拉湾海表盐度变化特征的卫星遥感应用研究

本文利用2011年8月至2014年3月Aquarius卫星盐度产品结合Argo等实测盐度资料,探讨了孟加拉湾海表盐度的季节及年际变化特征。结果显示,Aquarius与Argo盐度呈显著线性正相关,总体较Argo盐度值低,偏差为-0.13,其中在孟加拉湾北部海域负偏差值比南部海域更大,分别为-0.28和-0.10。Aquarius卫星与Argo浮标在表层盐度观测深度上的差别是造成此系统偏差的主因。Aquarius盐度资料清晰显示了孟加拉湾海表盐度具有明显的季节变化特征,包括阿拉伯海高盐水的入侵引起湾南部海域盐度的变化以及湾北部淡水羽分布范围的季节性迁移等主要特征。此外,分析还揭示了2011(2012)年春季整个湾内出现异常高盐(低盐)现象。研究表明,2010(2011)年湾北部夏季降雨减少(增加)导致该海域海水盐度偏高(偏低),并通过表层环流向南输运引起次年春季湾内表层盐度出现异常高盐(低盐)现象,春季风应力旋度正(负)距平通过影响盐度垂直混合过程对同期表层盐度异常高盐(低盐)变化也有影响。     

南海中尺度涡强度的季节和年际变化分析

为了研究南海中尺度涡强度的季节和年际变化规律,利用Matlab提取50 a(1958~2007年)简单海洋资料同化(Simple Ocean Data Assimilation,SODA)月平均数据集中流场和海表面高度场数据,应用一个涡旋自动探测算法对南海中尺度涡初始生成位置进行分析,并分析了海表面高度异常均方根值的季节变化和年际变化。结果表明:50 a里南海中尺度涡主要分布在吕宋岛西北海域、吕宋岛西南海域和越南以东广大海域,秋、冬季中尺度涡能量较高,春季中尺度涡最弱,中尺度涡强度高值区年际变化明显。从季节变化上看,海面高度异常均方根春、夏季最小,秋冬季最大;从年际变化上看,与同时期Nino3指数有显著负相关,周期大约为3 a。     

新疆东准噶尔顿巴斯套金矿床含金黄铁矿Rb-Sr等时线年龄及地质意义

新疆东准噶尔地区金矿床矿石矿物的直接定年研究比较缺乏.顿巴斯套金矿床位于该地区阿尔曼泰构造带东段北东侧,为该构造带中规模最大的金矿床.应用Rb-Sr同位素定年方法对该矿床9件黄铁矿样品进行了成矿时代测定,获得等时线年龄为268±3 Ma（MSWD=0.7）,该年龄与矿区西北部高钾钙碱性花岗岩成岩时代一致,成矿与中二叠世构造岩浆活动具有密切关系.同时结合近些年来金矿床成岩成矿年代学研究成果,认为中二叠世（270~260 Ma）为东准噶尔地区一个重要的金成矿时限.黄铁矿Rb-Sr年龄的厘定,显示顿巴斯套金矿床为中二叠世东准噶尔地区后碰撞伸展背景下构造-岩浆-流体活动的产物,也为东准噶尔金矿床成矿作用对比和找矿实践提供了参考.      

基于断层滑动数据古应力反演的影响因素及其误差分析

古构造应力场是构造动力学研究中的一个重要内容,且断层滑动数据古应力反演已经成为古构造应力场恢复研究中比较常用的重要方法之一。近年来,断层滑动数据古应力反演方法研究和应用取得了一系列重要进展,但有关反演结果的解释仍存歧义,反演结果的影响因素及其误差范围等并未得到深入研究与定量分析。本文总结指出,影响断层滑动数据古应力反演结果的主要因素包括变形体制、剪切破裂面类型、断层面的形态以及地质体内薄弱面的存在等。在此基础上,分别对新生断层和先存薄弱面滑动数据的古应力反演综合误差进行了定量分析。研究指出,在可以大致厘定变形体制或误差在允许范围内的前提下,将断层滑动数据反演结果解释为应力状态是合理可行的。各种因素导致的反演误差定量分析表明,同一期构造应力场形成的破裂面滑动数据的古应力方位反演误差最大不超过35°。换言之,在没有证据表明存在不同期次的应力作用情况下,主应力方位变化小于35° 的应力状态,可以划归同一期应力场。     

伊宁地块早石炭世球泡流纹岩的发现及地球化学特征

伊宁地块西段中部阿腾套山一带发现的球泡流纹岩,多数产于早石炭世海相无球泡流纹岩夹层中,整体呈层状、互层状,球泡通气孔顺层平行于流纹构造定向分布,推断是海相极浅水环境下的产物,因而具有精细指相意义。该球泡流纹岩与同期A型花岗岩类共生,属碱性岩类,SiO_2含量为69.18%~77.69%,K_2O大于4%,Al_2O_3为11.32%~16.24%,Ga/Al×10~4=2.1~7.8,∑REE=85.22×10~(-6)~348.8×10~(-6),(La/Yb)_N=6.7~14.8,相对富集轻稀土,δEu具明显负异常,稀土配分及大离子元素蛛网图均与A型花岗岩类地球化学特征总体相同。ε_(Hf)(t)均大于0(+12.5~+15.5),两阶段锆石Hf模式年龄大于锆石U-Pb年龄,表明源区可能为早古生代新生地壳物质部分熔融演化而来。A型球泡流纹岩与同期A型花岗岩类均形成于拉张构造环境,是区内早石炭世大哈拉军山组中迄今唯一发现的显示拉张构造环境的珍贵实例。为揭示和探讨伊宁地块总体处于汇聚大背景下的局部拉张环境,以及东窄西宽之楔形构造形态提供了可能。     

喀喇沁变质核杂岩形成时代的锆石年代学制约

喀喇沁变质核杂岩位于燕山构造带北缘,是认识华北克拉通晚中生代破坏过程的重要对象。通过对核杂岩内安家营子岩体与伴生花岗闪长岩脉的变形特征与锆石年代学研究,限定核杂岩的变形序列与时代。野外观察表明,安家营子岩体与伴生花岗闪长岩脉的侵位发生在早阶段伸展变形之后,属于晚阶段伸展的同构造岩浆活动。通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,安家营子岩体2个样品分别给出133 Ma和131 Ma的年龄,而1个花岗闪长岩脉样品给出了135 Ma的年龄。结果显示该变质核杂岩的早阶段伸展活动发生在156～135 Ma之间,而不是过去认为的早白垩世。结合前人研究结果,可以限定这一早阶段伸展活动发生在晚侏罗世(156～150 Ma),形成了未完全剥露的变质核杂岩;在早白垩世再次经历伸展变形的叠加改造。对喀喇沁变质核杂岩形成时代的重新厘定,为燕山构造带存在晚侏罗世伸展活动提供了证据,暗示华北克拉通破坏可能从晚侏罗世已经开始发生。