海洋环境信息可视化研究进展

从数据模型和数据可视化这两方面对近10年来的海洋环境数据可视化研究进展进行了总结。海洋环境信息的可视化研究呈现出"从2维到n维,从数据可视化到面向知识发现的可视化"的发展趋势。目前,国内对海洋要素可视化表达的研究主要集中在"空间三维+时间维"的四维时空过程可视化表达,对海洋环境多维数据表达的研究还处于探索发展阶段。基于海洋环境多维时空数据模型,结合信息可视化中的多维数据可视化挖掘方法,建立面向知识发现的海洋环境数据多维可视化环境,挖掘多维要素之间的相互关系是今后研究的方向。     

汶川与昆仑山强烈地震激发的地球自由振荡频谱的对比分析

强烈地震激发的地震波信息非常丰富,高频信息能量部分会在小范围短时间内迅速衰减,而低频信息特别是较低频信息能量部分则衰减较慢,会绕地球很多圈后才会消耗殆尽,从而激发地球的自由振荡.虽然地球自由振荡的固有频率不变,但不同震源机制的地震激发的地球自由振荡频率成分会随着震级、震源机制、方位等的不同而有显著差别.本文利用2008年5月12日汶川(Mw7.9)地震与2001年11月14日昆仑山(Mw7.8)地震这两个能量震级相当但震源机制不同的地震,基于地震波传播理论,考虑横向各向同性PREM地球模型并融合Crust2.0地壳模型、S20RTS地幔模型及PREM径向衰减模型,利用谱元法结合高性能并行计算,对这两次强烈地震激发的全球地震波传播进行了数值模拟,计算它们激发的地球自由振荡频谱特征差异.计算结果显示了汶川地震的逆冲-走滑特性及昆仑山地震的水平左旋走滑特征.利用理论计算得到的地震波动记录进行功率谱密度估计对比分析,研究结果显示这两次强烈地震释放的低频信息能量大小相当,但总体上看昆仑山地震释放的能量略小于汶川地震的.对比分析表明,不同地震激发的地球自由振荡模式在同一台站处的发育程度不同;同一地震激发的地球自由振荡在不同台站处记录到的振型频率成分也有很大差异.对于不同地震激发的地球自由振荡,有一些频率成分共同出现,表现为地球自由振荡功率谱能量均较大;也有一些振型由于相长干涉,仅在某些地震中被激发而得以良好发育,表现为功率谱能量明显较大;而一些振型由于相消干涉,在一些地震激发方式下被压制,表现为功率谱能量明显很小,甚至接近于0.计算结果清楚地显示了不同地震激发方式下地球振荡模式丰富而复杂的特性,需要对不同地震激发的地球振荡信息进行综合深入的分析,才能对地球内部结构尤其横向不均匀特性给予全面的科学解释.     

日本M_w9.0大地震激发全球地震波传播特性的数值模拟研究与对比分析

2011年3月11日日本东北部海域发生Mw9.0级特大地震,并诱发海啸.本文利用Centroid Moment Tensor(CMT)震源机制解作为震源项,以地震波传播理论为基础,基于横向各向同性PREM地球模型,考虑地表地形及海洋等地球特性,利用谱元法结合高性能并行计算,对日本大地震激发的地震波传播特性进行了数值模拟研究.计算结果显示了全球地震波的传播形态.将数值模拟结果与理论模型的走时曲线和实际观测数据进行拟合对比,验证了模拟结果的可靠性和可行性.分别就考虑海洋和不考虑海洋两种数值模型下的地震波传播特性进行了对比分析.结果显示,海洋的存在对地震波强地面运动存在明显的影响.海洋会使P波运动位移峰值和速度峰值相对较小;海洋对S波的影响较复杂,不考虑海洋效应时使得位移和波速随时间推移迅速减小.因此,对沿海地区的地震灾害评估应该考虑海洋效应.此外,考虑地球重力因素情况下,对数值计算得到的2004年印尼苏门答腊地震、2008年汶川地震及2011年日本福岛大地震激发的球型场和环型场特征进行对比研究,通过对功率谱密度结果的观察并与理论值的对比分析,可以清晰的看到三个大地震释放的能量有很明显的不同,同时认识到数值模拟结果可以较准确重现长周期理论频率值,主要表现在0T2～0T13的环型振型及0S7～0S31的球型振型.结果显示数值模拟方法可以成功的用于地球自由振荡研究,未来可以作为一个主要工具深入探讨地球的横向不均匀性等特性对地球自由振荡特性的影响.     

地铁站点有害气体扩散三维可视化研究

本文运用高斯烟羽模型对地铁站点有害气体扩散事故进行三维模拟,计算出了有害气体在各个方向上的扩散距离和任意特定点的的气体浓度,并在三维场景中显示出了等浓度有害气体的扩散范围,以及有害气体扩散事故的三维影响范围。研究结果表明,运用高斯烟羽模型和GIS技术,能够在三维场景中更加直观地表示出有害气体在三维空间上的扩散范围。同时,论文实现并扩展了高斯烟羽模型在三维中的应用。     

利用数值模拟方法研究宏观丹霞地貌坡地的演化过程

由于红层岩性、节理发育状态、年代、构造运动特征、气候以及区域地质地理条件等的不同,丹霞地貌的形态在区域上有很大差别,其成因机制十分复杂.从丹霞地貌演化机制的宏观意义着眼,考虑岩性、节理、构造抬升速率及降雨等因素,基于地貌演化理论,利用数值模拟方法定量地展现了丹霞地貌坡地在构造抬升及流水侵蚀这两个主要的内外力作用下的动力学演化过程.地貌演化的幼年期和壮年期,流域输沙能力相对较大,主要表现为流水对基岩的侵蚀过程;直至演化的老年期,流域输沙能力相对较小,大量的风化物淤积,坡度变缓.同时,对不同岩性和垂直节理深度的计算结果进行了对比分析,砾石质地相对坚硬,计算得到的高程较大,表明岩性硬度越高,较容易形成陡壁,而岩性较软,易形成丘陵.垂直节理深度不同,坡地峰值几乎相同,但浅垂直节理较深垂直节理的谷值大,表明流水沿垂直节理进行下切侵蚀的程度不同,对景观的形成有着重要影响.数值模拟结果在物理上是合理的,有利于进一步定性地认识到岩层岩性、节理、构造抬升及流水侵蚀对丹霞地貌坡地演化的作用.     

提取地震同震形变场特征的最佳雷达波段问题研究

利用弹性形变模型, 并以走滑型断层为例, 对地震同震形变场进行了模拟研究。 结合雷达成像几何关系, 得到干涉雷达的LOS向形变场以及干涉相位条纹图像。 对比分析了不同雷达波段(X波、 C波、 L波)以及不同雷达入射角(30°和50°)的同震形变场和干涉相位图。 结果表明, 同一雷达波段不同雷达入射角的LOS向形变场会有不同的效果, 入射角逐渐增大时, LOS向形变量随之增大, 体现了发震断层走滑特征; 采用不同雷达入射角, 其探测到的地表形变垂向分量和水平分量信息量不同, 表明入射角较大或较小时能够分别较好地对地表形变的水平变化和垂向变化进行监测; 同一雷达入射角, 不同雷达波段的干涉相位条纹有明显区别, 波长越短, 干涉条纹越密集, 容易出现去相关现象, 长波长的干涉相位条纹比较清晰。 从某种意义上讲, 尽管长波长的干涉相位反映地表形变信息的细节会减少, 但受噪声影响较小, 抗干扰性能较短波长的强, 干涉像对相干性高。 地表形变表现为长期缓慢的小幅度渐变性形态, 也表现为短期迅速的大面积突发性形态。 不同雷达波长探测到的地表形变有效信息不同, 为了更好地利用干涉雷达对各种尺度和不同变化速率的地表形变进行监测, 需要在满足精度的条件下尽可能地选择波长较长及多样化的雷达数据。     

自然地理因素对城镇体系空间结构影响的样式分析

由于微波可以对地表的微起伏、建筑及地表粗糙度等具有敏感的响应,使得雷达遥感在这些方面研究中成为最有用的工具之一。本文利用由加拿大遥感中心 PCI提供的Radarsat Scan SAR数据,对黄、淮、海平原城镇体系空间结构提出自然因素影响下的样式研究。自然条件是城市形成和发展的自然基础。本文通过自然地理因素中水文 (河流、古河道 )、地形这两个重要要素对城镇体系空间结构形成的影响,分析了华北平原区在不同要素影响下的城镇体系空间结构样式 :1在水源充足的准“均质”河北冲积平原上,基本满足六边形形成条件,但由于周边中心地发展竞争力不同,故使得正六边形发生畸变——覆盖面积减小而周长却保持不变 ;2构建了在一条河流影响下的六边形网络结构朝五边形网络演变的模型 ;3构建了在平行状河流作用下六边形网络向四边形网络演替的模式 ;4指出了在水源充足的狭长地理空间,城镇体系空间结构发育成等间距的现象与原因。     

航天飞机成像雷达数据在库车冲断带前缘构造分析中的应用

通过新疆库车县北航天飞机TM和SIR-C/X-SAR图像的处理,利用多参数雷达图像对浅覆盖物下隐伏构造的探测能力,从雷达图像上提取研究区低序次的构造信息,以此分析左行走滑活动相关变形产生的正、负花状构造的地面特征。采用分数维分析方法,研究不同冲积物图像表面的粗糙度特征,确定了库车冲断带前缘在库车县北向西端延伸的位置。显示出多波段多极化成像雷达对新构造的识别能力,从而确定库车冲断带前缘的构造特征。     

基于雷达卫星图像的黄淮海原城体系空间结构研究

基于雷达卫星ScanSAR遥感图像分析，根据中心地理论，对黄淮海平原不同地貌，水文等要素影响下的城镇体系空间结构进行研究，结果表明：１）利用雷达遥感对结构信息的灵敏反应和雷达卫星ＳcanSAR合适分辨率，在图像上直接显示出建成区和范围，直观反映出城镇相对等级，这也表明雷达遥感在城市地理研究中的应用潜力，２）黄河海平原城镇空间结构深受自然条件特别是地貌尤其是水文（河流、古河道、湖泊）的影响，城镇体系可划分为５种类型区，３）发展体现了理论上对中心地体系由六边形向五边形或四边形演化的构建模型，４）无论六边形还是五边形的中心地体系，本区体现了理论上对中心地间的距离构造法则与实际情况的良好关系，证衤了克氏的中心地理论在黄淮海平原重要农产区的某种存在。     

库车冲断带新构造遥感分析

库车坳陷区在新生代产生一系列向盆地逆冲的冲断构造,这些构造在遥感图象上表现明显。通过对区内４景ＴＭ数据数字镶嵌,编制了研究区岩性地层解译樗表并以此对全区进行了解译。根据遥感影象特征分析了该区的褶皱断裂构造分布,确定了库车县北部、喀拉玉尔滚区、库独公路段的各个新生代晚期背斜构客相关断层的空间分布,以及相应的次级剪切面构造。从第四纪沉积物、冲积物以及沟系的影象中撮相关构造信息,分析浅覆盖物下地质体界面