慢特征分析法在气象上的应用进展

气候系统具有非平稳特征,根本原因在于其外强迫随时间发生改变,因此外部驱动力的分析对于理解气候系统的动力学特征至关重要,而如何有效提取系统外部驱动信息是一个亟待解决的前沿科学问题。最近几年,在生物神经学领域中应用的一种提取非平稳信号中外强迫信息的方法——慢特征分析法(Slow Feature Analysis,SFA),在气象领域中也得到了初步成功的尝试,结果显示出此方法对气候系统的外强迫信息分析及有关动力学机制的探究有较好的应用前景。本文主要介绍SFA方法的理论思想及实施步骤,并通过一个理想的非平稳时间序列检验其提取外强迫信息的能力,结果证明在衰减的Logistic模型中,可利用SFA算法提取出模型中的外强迫,且与真实外强迫的相关系数可达0.99;此外,还介绍将该方法应用于Arosa臭氧时间序列,分析其提取的外强迫信息的动力学特征;并介绍了在气候时间序列建模中引入外强迫因子的预测效果。     

基于LLS的雷电流波头时间分布特征

利用湖北省2007—2013年雷电定位系统(Lightning Location System,LLS)监测的雷电流相关参数资料,采用数理统计方法,对雷电流波头时间的年、季、月、日变化以及累积概率和概率密度分布进行了统计分析。结果表明,正闪电平均波头时间为4.8μs,负闪和总闪电为3.6μs;一年中,正闪电7月波头时间最短,月变化特征大致呈"V"形;负闪和总闪电5—7月波头时间比其他月份短,月变化特征大致呈"U"形。正闪电波头时间季节、日变化明显,负闪和总闪电季节、日变化不明显。波头时间小于等于10μs时,正闪、负闪和总闪电的波头时间累积概率分别为95.5%、99.7%和99.6%,总闪电95%的波头时间大于1.5μs,50%的大于3.1μs,5%的大于6.0μs。波头时间在2~3μs时,正闪、负闪和总闪电的概率密度最大。气温较低月份,波头时间相对较长,反之,波头时间相对较短,其原因可能与雷电流幅值大小有关,具体原因有待进一步研究。     

ZQZ TF型风传感器冻结故障自动检测装置设计

近年来我国大部分地区在冬、春两季多遭受冻雨灾害,自动气象站的风向风速传感器容易因冻结而无法正常工作。针对冻结故障的实时检测问题,本文设计了一种基于ZQZ-TF型风传感器的故障自动检测装置。该装置通过检测风传感器的工作电压和工作电流,实现对传感器实时状态的监控。同时,结合具体的故障诊断算法,能够快速判断风传感器是否被冻结。系统的核心硬件电路、软件算法可分别集成在自动气象站风向风速数据采集电路和嵌入式软件中,具有结构紧凑、操作简单的特点。经验证,该装置能够实时检测风传感器冻结故障,且工作稳定,检测精度高。     

基于 DTW 距离的时序 NDVI 数据植被信息提取--以秦巴山区为例

秦巴山区是我国重要的生态屏障,对该区的植被信息提取开展研究,可为区内生态服务功能及自然资源开发利用提供基础数据。通过加窗处理改进DTW距离相似性算法,结合临近度模糊分类方法对2005—2014年的MODIS NDVI时序数据进行植被信息提取。首先利用S-G滤波对MODIS NDVI时序数据进行重建;再利用2013年的采样数据构建各类植被的标准NDVI时序曲线,逐像元计算与标准NDVI时序曲线的加窗DTW距离,利用临近度模糊分类实现植被信息提取;最后验证提取精度。结果表明,算法具有较高的运行效率,可避免错误匹配,以较高的精度(总体精度83.8%,kappa系数0.77)实现长时间序列的植被信息提取。     

基于“天地图”的地震应急服务平台设计

地震应急与社会经济紧密相关,也是防震减灾的重要内容。在总结地震应急相关研究与信息服务的基础上,采用网络技术、GIS技术、数据库技术,设计并开发基于"天地图"的地震应急服务平台,实现震情实时发布、空间查询定位、灾情实时反馈、直接经济损失快速评估、经济人口信息的统计分析等功能。该平台的建立将为震前预测提供完备、现势的数据基础,为震中救援提供可视化的分析平台,为震后恢复重建的资源调配提供数据支持。     

基于时序InSAR的东营地区地表沉降研究

黄河携带大量泥沙入海,河口三角洲覆盖20~50m厚的沉积层。沉积层的自然压实导致该地区的地表沉降。此外,黄河三角洲油气资源的开发和地下水的开采也加速地表的下陷。InSAR作为一种有效的空间大地测量工具,可以提供几十公里范围内的高精度地表形变场。时序InSAR技术在多幅雷达影像组成的干涉网络基础上,识别永久散射体(PS)等雷达回波信噪比高的像素。与传统的InSAR技术相比,时序InSAR技术削弱雷达影像去相干效应的影响,实现长期的形变序列提取。文中利用两组雷达影像:19幅ERS卫星1992年12月至1996年1月的SAR影像,17幅ENVISAT卫星2003年5月至2008年3月的SAR影像。影像主要覆盖山东省东营市及其周边部分区域。结果显示,东营地区存在每年15mm以上的地表沉陷,该地区的地表沉降与油气开采活动有关。     

时空信息云平台下数据管理及可视化方法

针对智慧城市时空信息云平台中海量时空数据的管理和可视化问题,该文提出了一种时空索引建立及时空数据可视化方法。时空索引机制将时间、空间与专题属性作为同等重要的维度,兼顾了三者的查询效率,实现对时空数据的快速有效提取。时空数据可视化表达方法提出了时间轴动画、多时态对比、对象状态回溯等可视化方式,实现时空数据的动态交互式表达。该方法在"智慧常州时空信息云平台"项目中进行了实现,证明这种时空数据组织管理方法可较高效地实现数据的检索调度,且具有较强的可操作性;基于此的时空数据可视化方法亦具备较佳的时空对象动态表达效果。     

Origin and evolution of geothermal fluids from Las Tres Vírgenes and Cerro Prieto fields,Mexico – Co-genetic volcanic activity and paleoclimatic constraints

Major and trace elements, noble gases, and stable (δD, δ¹⁸O) and cosmogenic (³H, ¹⁴C) isotopes were measured from geothermal fluids in two adjacent geothermal areas in NW-Mexico, Las Tres Vírgenes (LTV) and Cerro Prieto (CP). The goal is to trace the origin of reservoir fluids and to place paleoclimate and structural-volcanic constraints in the region. Measured ³He/⁴He (R) ratios normalized to the atmospheric value (R_a = 1.386 × 10⁻⁶) vary between 2.73 and 4.77 and are compatible with mixing between a mantle component varying between 42 and 77% of mantle helium and a crustal, radiogenic He component with contributions varying between 23% and 58%. Apparent U–Th/⁴He ages for CP fluids (0.7–7 Ma) suggest the presence of a sustained ⁴He flux from a granitic basement or from mixing with connate brines, deposited during the Colorado River delta formation (1.5–3 Ma). Radiogenic in situ ⁴He production age modeling at LTV, combined with the presence of radiogenic carbon (1.89 ± 0.11 pmC – 35.61 ± 0.28 pmC) and the absence of tritium strongly suggest the Quaternary infiltration of meteoric water into the LTV geothermal reservoir, ranging between 4 and 31 ka BP. The present geochemical heterogeneity of LTV fluids can be reconstructed by mixing Late Pleistocene – Early Holocene meteoric water (58–75%) with a fossil seawater component (25–42%), as evidenced by Br/Cl and stable isotope trends. CP geothermal water is composed of infiltrated Colorado River water with a minor impact by halite dissolution, whereas a vapor-dominated sample is composed of Colorado River water and vapor from deeper levels. δD values for the LTV meteoric end-member, which are 20‰–44‰ depleted with respect to present-day precipitation, as well as calculated annual paleotemperatures 6.9–13.6 °C lower than present average temperatures in Baja California point to the presence of humid and cooler climatic conditions in the Baja California peninsula during the final stage of the Last Glacial Pluvial period. Quaternary recharge of the LTV geothermal reservoir is related to elevated precipitation rates during cooler-humid climate intervals in the Late Pleistocene and Early Holocene. The probable replacement of connate water or pore fluids by infiltrating surface water might have been triggered by enhanced fracture and fault permeability through contemporaneous tectonic–volcanic activity in the Las Tres Vírgenes region. Fast hydrothermal alteration processes caused a secondary, positive δ¹⁸O-shift from 4‰ to 6‰ for LTV and from 2‰ to 4‰ for CP geothermal fluids since the Late Glacial infiltration.     

Reaction time scales for sulphate reduction in sediments of acidic pit lakes and its relation to in-lake acidity neutralisation

Sulphate reduction is a key reaction to remove acidity from water bodies affected by acid mine drainage. In this study, ³⁵SSO₄²⁻ reduction rates determined in sediments from a variety of acidic lignite pit lakes have been compiled. The rates decreased with pH and are strongly dependent on carbon substrate. The rates were fitted to a Monod model adapted to the specific conditions of acidic pit lakes (APL) sediments: i) sulphate reduction rate is independent from sulphate concentration due to the high concentration typically observed in APL systems (10–30 mM), ii) the observed pH dependency of sulphate reduction was accounted for by an inhibition function F_inihibt which considers the occurrence of low cell numbers of sulphate reducing bacteria at pH values < 4.75. Simulated steady-state sulphate reduction rates are predicting measured rates at carbon substrate concentrations of <10 μM. Estimated steady-state reaction time scales range between 2.4 h at pH 7 and 41 h at pH 3 at a carbon half-saturation constant of K_C−S = 100 μM and are increasing with increasing K_C−S values. Time scales at low pH are too long to allow for significant generation of alkalinity during the time of residence of groundwater passing through the top and hence most reactive zone of APL sediments which has important implications for the remediation of acidic pit lakes.     

早白垩世泥炭地净初级生产力及其控制因素--来自二连盆地吉尔嘎郎图凹陷6号煤的证据

现代泥炭地中蕴藏着巨量的碳,泥炭地生产力的高低会影响全球碳循环及全球气候变化。前人对全新世以来泥炭地生产力做了大量研究,但对前第四纪的“深时”阶段的泥炭地生产力则极少涉及,其主要原因是缺少精确的定年方法。以二连盆地吉尔嘎郎图凹陷早白垩世6号煤为例,利用地球物理测井信号进行频谱分析并获得煤层中米兰科维奇旋回周期参数（123 ka（偏心率）:38.1 ka（斜率）:22.1 ka（岁差））,将米兰科维奇旋回作为“深时”地层时间的“度量”工具,计算出6号煤层碳的聚集速率为35.1~38.9 g C/（m2·a）,进一步推算出其所代表的泥炭地的碳聚集速率为46.2~51.2 g C/（m2·a）,净初级生产力（NPP）为231~256 g C/（m2·a）。将该计算结果与全新世同一纬度带泥炭地生产力水平比较,并结合前人研究成果综合分析影响因素,得出早白垩世泥炭地生产力水平主要受温度和大气中二氧化碳含量控制,而这两种因素又与气候相关联,则泥炭地生产力的研究可能对进一步了解古气候提供帮助。