新疆克拉玛依强下坡风暴的机理研究

利用美国中尺度数值模式 WRF 对2013年3月7—8日克拉玛依强风进行了模拟,对下坡风发生、发展和结束3个阶段的三维结构特征进行了分析,并由此提出克拉玛依强下坡风的形成机制模型：上游地区出现中高层西南风、低层西北风并伴有强冷平流的配置,当风速不断增大时,气流能够翻越加依尔山在背风坡侧形成重力波,重力波相位向气流上游方向倾斜产生非线性效应,促进了波不稳定区域的形成并导致波破碎,形成湍流活跃层,不断把上层的能量向下传播;克拉玛依中低层形成三层夹心的大气层结稳定度分布,出现明显的过渡气流带从而导致强下坡风的形成;南北风分量在低层和中层符号相反,形成了临界层,不断吸收上层波能量并向地面传送,强下坡风暴不断维持发展。最后利用2006—2012年克拉玛依33个强下坡风过程中的探空观测资料对提出的形成机制进行了验证。     

Distinct quasi-biweekly features of the subtropical East Asian monsoon during early and late summers

Using Global Precipitation Climatology Project daily rainfall and ERA interim reanalysis data, we investigate the distinct characteristic of quasi-biweekly variation (QBV: 12–20 days) over East Asia (EA) during early (June 10–July 20) and late (July 21–August 31) summer. The QBV maximum variance is found over the core region of EA (30°–40°N, 110°–130°E), which includes eastern China (lower reaches of the Yellow, Huaihe, and Yangtze rivers) and the Korean Peninsula. At both its peak wet and dry phases, QBV over the core region has a baroclinic structure, but with different spatial distributions, different lower-level prevalent wind anomalies, and different upper-level major circulation anomalies in the two subseasons. Meanwhile, the two subseasons have different propagating tracks prior to reaching the peak phase, and different precursors associated with the local genesis of QBV. Furthermore, during the transition from the peak dry to peak wet phase of QBV, the major monsoon circulations have different behaviors that tropical monsoon trough extends eastward in early summer but retreats westward in late summer and the South Asia high (SAH) and western North Pacific (WNP) subtropical high move toward (away from) each other in early (late) summer. The abrupt change of mean state in mid to late July, which includes the northward migration of westerly jet, SAH and WNP, and the weakening and broken of westerly jet, is considered the root cause of the change in behavior of QBV. Finally, we indicate that the tropical monsoon trough and midlatitude westerly jet are possible sources of QBV over subtropical EA in both subseasons and provide useful guidance for 2–3 week predictions over EA.     

基于北京二号影像辅助nDSM的建筑物自动提取

针对建筑物提取方法缺乏泛化性的问题,本文提出了将nDSM、北京二号影像、NDVI、BAI的七通道图像相结合作为数据源的提取方法。采用随机森林、梯度提升机、支持向量机、BP神经网络分类器对建筑物进行提取获取最佳分类器模型,并运用二值化与开闭运算,以建筑物面积与最小外接矩形面积的比值为阈值,对建筑物分别进行最小外接矩形、DP算法拟合,优化建筑物提取结果。试验结果表明,梯度提升机(GBDT)较其他分类模型在不同场景下综合效果较好,F-score精度更高。     

基于GPU和UNITY的嵌入式图像实时传输方法

智能化无人矿山对作业现场环境的可视化要求较高,现有的可视化方法仍存在诸多问题:数据采集方式单一,存在监控盲区;数据传输线缆布设困难且易被损坏,传输延时较高;表现形式不够全面立体,并且不能用于VR/AR、SLAM、机器人定位避障等应用场景。为了满足智能矿山建设的可视化需求,本文结合当前传感技术、矿用机器人以及5G技术的发展,探讨了从数据采集、服务器部署到接收显示的详细步骤。针对全景及深度影像这类新型三维数据,提出一种基于GPU和UNITY的嵌入式视频实时传输方法,包括实时编码、异步传输、轻量级的嵌入式流媒体系统、利用UNITY实时处理以及元数据的同步传输。借助UNITY平台,将三维可视化任务从CPU转移至GPU,仿真实验表明,最高渲染帧率为60 fps时,GPU占用率在35%以下。最后,以全景和深度传感器为例进行了测试,对数据编码、位移贴图、纹理纠正进行有效性验证,并从延迟、帧率、CPU占用率3个方面评估性能。结果表明,所提关键技术均可有效提高运行效率、减少资源占用,相比FFplay延时更低。全景影像的可视化代替了视角固定的传统监控,深度数据为智能矿山巡检机器人定位及避障提供实时数据源,传输方法整体向下兼容。不仅解决传统方法视角单一、布线困难的问题,而且考虑到了智能矿山建设过程中的新需求。     

2021年夏季中国大陆涝渍灾害时空分布分析

涝渍害是中国除干旱以外对农作物影响最严重的气象灾害,涝渍害的发生和发展对人民的生命和财产安全以及农作物的生长发育产生巨大的影响。2021年7月至8月间,中国北方多地降水达到历史观测极值,而相应时期地面的涝渍害发生和发展状况及其时空特征并未得到有效研究。因此,本研究首先利用中国大陆土壤水分站点日数据和被动微波遥感卫星SMAP反演土壤水分日产品获取中国高精度表层土壤湿度数据（0—10 cm）;随后,结合田间持水量数据计算土壤表层相对含水量。在此基础上,以连续10 d土壤相对含水量大于等于90%为标准,分析中国大陆2021年7月1日—8月25日的涝渍害时空分布情况。结果表明：（1）融合后的土壤水分产品较原始的SMAP微波土壤水分产品精度具有明显的提高;（2）中国东北地区水稻田种植区的土壤相对含水量大于等于90%的最长持续天数均为56 d,土壤的水分长期处于饱和状态,说明了本文方法能够较为准确的反应出土壤涝渍害的情况;（3）中国东北及华北地区受灾较为严重,其中黑龙江的西部和河北、河南、山东发生的涝渍面积最大。中国大陆耕地部分受涝渍灾害区域占到总耕地面积的1/2左右,重灾区面积为1.940×10⁵ km²;（4）黑龙江的西部及河北、河南、山东等地较往年降水偏多,这与涝渍害受灾区基本吻合。     

全球降水观测计划多卫星联合反演降水产品的极端降水监测潜力研究

基于全国自动站与CMORPH融合降水数据集,综合评估全球降水计划（GPM）下的IMERG与GSMaP的4套纯卫星降水数据,从极端降水指标、极端降水事件探测能力、对于不同历时的极端降水事件精度评估3个方面研究纯卫星降水产品监测极端降水的能力。依据极端降水的阈值将研究区分为3个区域进行研究,结果表明：（1）在RX1指标中,IMERG、GSMaP数据均在受季风影响的复杂地形区域呈现出明显的高估状态,在其余地区存在不同程度的低估现象;在R95pTOT指标中,卫星数据均表现较好,与地面参考数据具有较高的相关性。（2）在极端降水事件探测方面,4套纯卫星产品在东北地区的表现均优于其他区域;GSMaP表现优于IMERG数据,具有较低的误报率,但对极端降水的反演精度较低。（3）在不同历时的极端降水事件精度评估中,IMERG、GSMaP卫星降水产品在历时较长的极端降水事件中的表现较好,具有更高的精度;对于极端日降水事件,卫星降水产品在高雨强下的误差显著性十分明显,远远高于复杂地形对卫星降水反演精度的影响,导致卫星降水在复杂地形区域（Ⅲ区）的表现优于其他区域。总体上,IMERG产品在研究区对极端降水的监测能力优于GSMaP产品,其中又以IMERG_Late表现最佳;4套卫星降水产品均能表现出研究区的极端降水区域特征,但在研究区大部分区域呈现出低估状态,卫星降水产品对于雨强的误差订正仍是未来极端降水反演的重点与难点之一。     

广域滑坡灾害隐患InSAR显著性形变区深度学习识别技术

全面识别和发现地质灾害隐患,已成为我国地质灾害防治的重大实际需求。目前,基于InSAR技术和深度学习相结合用于广域尺度下地质灾害隐患智能识别应用效果与适用性还需要进一步探索与研究。本文基于Stacking InSAR技术获得地表形变相位数据,利用深度学习检测识别正在变形的滑坡隐患位置与分布,确定显著性形变区边界,探索将上述技术方法推广到一定的广域范围和动态更新数据集。结果显示,测试数据集显著性形变区平均识别精度为0.69,召回率为0.67,F₁ score为0.67,动态更新数据集识别精度为0.85,召回率为0.58,F₁ score为0.68。研究表明,本文方法在广域地灾隐患识别中具有应用可行性,可为地质灾害监测预警提供理论基础与技术支撑。     

基于新疆准东基地水源地地下水开采方案的数值模拟

为探究新疆准东基地水源地地下水开采量可实行方案与地下水水位下降状况,采用Processing MODFLOW软件,对项目区进行地下水数值模拟研究。经过模拟流场形态与观测值以及对地下水动态进行拟合,提取地下水梯度场、降速场与实测资料进行对比分析。总结得出符合该地区地下水变化的地下水开采量方案。研究表明该水源地地下水开采实施方案符合该地区水资源长期发展。     

传感光纤-砂土界面力学性质的试验研究

近年来分布式光纤感测技术在岩土与地质工程领域的应用研究已成为一个研究热点,但工程实践表明,埋入式传感光纤与被测岩土体之间的变形协调性会对监测结果产生显著的影响,该问题一直制约着光纤感测技术在工程监测中的推广。本文通过一系列室内拉拔试验,对比了3种预埋于砂土中的单模光纤在不同上覆压力的作用下的拉拔力-拉拔位移曲线,并建立了一个用于描述光纤-砂土界面力学性质的三段式的拉拔模型,分析峰值拉拔力、残余拉拔力、有效拉拔位移和残余拉拔位移4个参数在不同上覆压力作用下的变化情况。分析结果揭示传感光纤-砂土界面的力学特性和应力传递规律,为分布式光纤传感技术在岩土体变形监测中的应用,尤其在变形监测光纤的选用标准方面,提供了参考依据。