变分同化框架通过背景误差协方差构建动力平衡约束的研究进展

通过背景误差协方差构建动力平衡约束是变分同化框架设计的重要环节。它不仅帮助实现变量间的协同分析,提高观测使用效率,还能改善变分极小化问题的性状。本文在系统梳理通过背景误差协方差引入动力平衡约束的方式、流程的基础上,对求解目前全球和有限区域变分同化系统普遍采用的准地转平衡和静力平衡约束的共性问题和存在的不足作了归纳总结。分析了求解准地转平衡约束的三类方案:动力平衡方程方案、统计方案和动力-统计相结合方案的优缺点。对照比较了不同垂直离散方案下求解静力平衡约束时遇到的欠定问题的表现以及解决途径。最后,展望了基于背景误差协方差构建动力平衡约束在赤道等特殊地区、高分辨率同化系统、以及集合-变分混合同化系统发展中面临的挑战和机遇。     

三维高密度电阻率法在堤坝工程中的模拟试验

为检测堤坝中裂隙、洞穴及渗漏层等隐患的存在,利用三维高密度电阻率法对数字模型和物理模型建立的裂隙隐患进行探测,结果表明室内建立的物理模型在立体图和分层切片图中裂隙的形态有些变化,但其分布范围、位置与相对各自模型中实际的比例尺寸相差不大,说明数值模拟得出的结论可以为实际工程进行理论指导,具有一定的参考价值。     

不同地质条件约束下的油气资源量概率组合加和方法及应用

目前, 国内普遍使用的“简单加和”或“概率加权加和”方法计算的区带或三(四)级圈闭资源量很大程度上与实际地质情况并不吻合.在PetroV开发过程中, 设计并实现了一种可充分考虑不同地质条件约束的油气资源量计算方法——以不确定性体积法的随机蒙氏模拟为基础, 对最新地质上识别出的、不可切分的含油气聚集单元, 进行符合不同地质模型约束的取样、组合; 在明确了哪些单元才应该同时出现的基础上, 将其他不同地质条件约束有机融合到模拟过程中, 客观描述各个计算单元体积模型的不确定性.从实例计算结果分析可以看出, “概率组合加和”可获取更加符合当前地质模型的不确定性油气资源量计算结果, 显著提升勘探部署项目优选排队的合理性.      

基于IBUNE方法的水文模型不确定性分析

在贝叶斯理论框架下,根据一种可结合多个水文模型给出模拟或预报结果的IBUNE方法探讨了水文模型的输入、参数以及结构的不确定性问题。将SCEM-UA算法和EM算法嵌入新安江和TOPMODEL水文模型用于参数优化和模型平均,进而将输入与参数的综合不确定性处理后得到的预报量后验分布进行多模型综合,据此对水文模型的不确定性及其对水文模拟结果的影响进行评价。以湖南洣水流域龙家山水文站以上集水区域为例进行了应用研究,结果表明,IBUNE方法能够有效估计水文模型的不确定性,并能给出合理的概率预报区间。     

P气田基于地质模型的储量不确定性分析

地质建模的最终目的是建立反映地质认识的地质模型,并对储层的不确定性以及由此带来的储量不确定性进行定量表征。南海P气田正处于开发的前期研究阶段,井点资料少,储层的纵横向变化快,储量不确定性强。该文以地质模型为载体,探讨了该气田地质储量不确定性分析的方法,总结了相似气田地质储量不确定性分析的一般方法:通过对变量的敏感性分析,确定影响该气田地质储量的主要变量,以此为基础通过拉丁超立方概率分析法进行储量评价及地质模型的优选,最终确定构造和气水界面的变化是影响该气田储量的主要因素,P50是该气田可动用储量。该方法为前期研究阶段的储量动用提供了新的思路。     

西南表层岩溶带土壤中砷的迁移规律实验与模拟

岩溶地下河是我国西南地区的重要水源,工业生产过程中产生的砷污染物,除通过落水洞等直接进入并污染地下水外,还会在表层岩溶带溶缝、溶隙内吸附、滞留及富集,并在特定条件下再次迁移,成为"稳定次生污染源".以广西某砷污染事件为例,采用窄缝槽物理模型装置进行砷的动态吸附、解吸实验,并结合地球化学模拟研究砷污染物在表层岩溶带土壤中的迁移规律.实验结果显示表层岩溶带对砷的吸附以物理吸附（扩散过程）为主,相比吸附过程而言解吸速率则显得缓慢,而酸溶液相比去离子水可促进砷的解吸过程.地球化学模拟结果表明土壤矿物中以针铁矿对砷的吸附贡献最大,而酸溶液通过溶蚀针铁矿等矿物削弱对砷的吸附能力.因此在西南岩溶地区,表层岩溶带系统一旦纳入砷污染物,则解吸过程缓慢,易形成砷污染物的滞留、富集;而酸雨作用下砷的解吸、迁移过程加快,则会提高地下水系统的污染风险.      

融雪洪水跳跃变异对其参数估计不确定性影响分析

利用Pettitt非参数检验法和Mann-Kendall非参数趋势检验法,分析年最大洪峰流量序列的非一致性,确定序列的变异形式,采用“分解-合成”理论对其进行一致性修正,得到过去、现状两种条件下年最大洪峰流量序列,根据贝叶斯理论对序列一致性修正前后参数不确定性进行估计,并对其预报区间优良性进行评价。研究结果表明：年最大洪峰流量序列变异点发生在1993年,序列整体上升趋势不显著,在1957-1993年子序列呈显著下降趋势,而1994-2006年子序列变化趋势不显著,跳跃变异为序列主要变异形式;给出了实测、还原及还现序列参数后验分布估计值及95%置信区间,将其结合优化适线法进行P-Ⅲ型频率分析,得到修正前后设计频率年最大洪峰流量预报区间估计值;还原、还现序列与实测序列相比,预报区间覆盖率均提高24%,平均带宽分别减少39.59%、23.17%,平均偏移幅度分别减少28.45%、11.39%。通过对非一致性年最大洪峰流量序列还原/还现计算,可减小参数估计不确定性对其计算产生的影响,从而提高预报区间的可靠性。     

全球数据库数据研究的初步进展

人类已进入大数据和人工智能时代,其成果已惠及千家万户。然而,大数据和人工智能技术在科学研究领域的应用却相形见绌,还未真正得到重视。大数据和人工智能是一种方法,一种思路,它不同于传统的科学研究方法和思路。在科学研究中,什么是大数据研究呢?符合大数据3个技术取向的是大数据研究,采用全数据模式的是大数据研究,从数据出发的是大数据研究。文中介绍了我们利用全球数据库数据厘定的玄武岩、安山岩、大陆边缘弧玄武岩(CAB)构造环境判别图,其中安山岩判别图填补了学术界的空白。玄武岩(MORB、OIB、IAB)判别图也不同于学术界早先熟知的判别图,是根据元素之间的相关关系厘定的。文中还讨论了大数据研究带来的一些可能很有意义的科学问题。如:1.在判别图研究中发现了许多效果较好的图解,主要依赖的是主元素、过渡元素和金属元素之间的关系,上述关系有什么意义,为什么会起到判别的作用?2.数据挖掘发现,全球大洋中脊中酸性岩极度匮乏,是否说明上地幔严重缺水?3.研究发现,中新世是全球岩浆活动最发育的时期,这一时期全球还出现了许多重大地质事件,二者之间是否存在关联?4.中新世全球埃达克岩最发育,按照埃达克岩的出露,发现从青藏高原到喀尔巴阡可能存在一个巨型的欧亚高原;5.根据对新生代苦橄岩全球时空分布研究,提出了一个如何认识全球热点问题等。文中还提出了下一步研究的建议并强调指出,科学已经进入大数据和人工智能时代,在大数据和人工智能时代,科学划分的标准发生了变化:凡是能够用数据化表述的学科才称之为科学,而不能用数据化表述的学科就不是科学,看来,能否被数据化是科学与非科学的分水岭。在大数据和人工智能时代,地质学和矿床学遭遇了空前的危机。按照我们的预测,在可以预见的未来,地球物理学将远超地质学,空间科学将异军突起,而在地质学领域内地球化学一花独放的局面还将维系很长一段时间。文中最后还探讨了今后找矿靠什么的问题,认为物化探和钻探测试技术的进步非常重要,同时,发展人工智能技术也已迫在眉睫。     

开敞式潮滩-潮沟系统发育演变动力机制——Ⅲ.海平面上升影响

为研究海平面上升对潮滩-潮沟系统的影响,以江苏中部粉砂淤泥质海岸为原型,建立变态物理模型,模拟研究在不同海平面潮汐过程作用下的潮沟发育和演变过程,分析了潮滩淹没历时、排水密度、潮沟断面形态等特征参数变化规律。研究表明:潮沟在发育初期伸长速率高于拓宽速率,最终趋于动态平衡;海平面上升后,潮滩淹没历时增加,露滩时间缩短,归槽水对潮沟底床的塑造作用减弱;平均归槽水流长度和Horton排水长度均随海平面上升呈现出减小趋势,潮沟的排水能力增强;潮沟断面宽深比服从对数正态分布,随着海平面上升,潮沟断面面积和宽深比均呈现出增大趋势,宽深比分布范围变广。     

基于模糊集理论的彩色图像融合分割

基于二维直方图的图像分割方法综合考虑目标像素灰度值及其邻域的平均灰度,通过确定阈值进行图像分割,本质属于硬决策方法。由于位于阈值附近的像素在分割时具有不确定性,硬决策法容易产生错误分割。因此,本文基于模糊集理论提出一种融合分割方法,利用隶属度函数对基于二维直方图分割中存在的不确定性建模,并通过模糊推理综合利用彩色图像各颜色通道的信息。实验结果表明,本文所提方法相较传统的阈值方法有更好的分割效果。