3D正态分布变换在多波束自动校准中的应用

多波束测深数据存在横摇误差、纵摇误差、艏摇误差等,需进行校准。当前主要采用商业软件Caris进行人工手动校准,自动校准主要采用迭代最邻近算法等。针对Caris需要人工干预以及ICP容易陷入局部循环的缺陷,采用3D正态分布变换的配准方式,通过建立联合概率密度函数,采用似然函数建立匹配点云与目标点云之间转换关系。利用Hessian矩阵和梯度向量求最优化转换参数,完成多波束条带的自动校准。本文结合Caris中的人工配准结果,通过对3D-NDT算法匹配效果进行对比分析,验证了文中算法在平坦地区、斜坡区域等多种地形中都取得了更优的匹配效果,为实现多波束自动校准提供了重要的算法依据。     

基于梯度投影法的全变差正则化全波形反演

为降低地震全波形反演的不适定性,常用方法是引入未知模型的先验信息,从而将反演问题正则化。但是,传统正则化方法在包含多个先验信息的情况下,仍然面临挑战。本文提出一种扩展的全波形反演公式,其中包含对模型的凸集约束。本文以慢度平方作为反演的模型参数,展示了如何在施加全变差约束的同时,施加边界约束令其保持在一个物理意义上的可行范围内。为验证本文所提算法的适用性,分别开展简单模型及国际标准地质模型数值实验研究,结果表明,全变差正则化的引入可以提高光滑背景模型下高速扰动体的重构效果。     

一种基于相对梯度法的海水温度分层模型

提出了一种以海表面温度为输入参数的海水温度分层模型。以2005—2012年的Argo气候态数据集与Argo浮标数据为基础,采用相对梯度法对海水温度垂向结构进行了分层,并据此获取了各层拟合方程所需的参数,包括:混合层深度、混合层梯度、温跃层上界深度、温跃层下界深度、深层大洋起始深度以及方程拟合系数。本文通过世界大洋数据库09版的CTD、XBT实测剖面数据对模型进行了检验。检验结果表明,该模型可以有效地对海水温度结构进行模拟,特别是400m以上的中上层大洋。模拟结果的总体均方根差(RMSE)为0.778℃,而在水深400m以上的中上层区域误差为0.494℃。     

农村垃圾蚯蚓堆肥中优势菌群研究

对含牛粪、玉米秸秆、废菜叶和废纸的农村垃圾进行堆肥实验,实验分为预堆腐和蚯蚓处理2个阶段。预堆腐以EM(Effective Microorganisms)原液和有机物料腐熟剂(FU)为促腐剂,预堆腐结束后,堆料继续进行蚯蚓处理。利用聚合酶链反应与变性梯度凝胶电泳联用技术(PCR-DGGE)分析了对照组(CK)及适合蚯蚓生长繁殖的4‰FU和5‰EM组蚯蚓处理前后细菌和真菌群落中的优势菌群。结果表明:在4‰FU组、5‰EM组和CK组的细菌群落中均存在且占有优势的种群与藤黄单胞菌属和梭状芽孢杆菌属具有较高的亲缘性;在5‰EM组出现的占优势的真菌种群与轮枝孢属具有较高的亲缘性,在CK组中出现的占优势的真菌种群与镰孢菌属和曲霉属具有较高的亲缘性。     

基于极端梯度提升算法的西安市逐小时PM2.5浓度预报研究

利用西安市2016—2021年逐小时PM_2.5浓度监测数据和气象观测数据,基于极端梯度提升机器学习算法模型(extreme Gradient Boosting, XGBoost),选择气象因子和时间因子作为特征变量,对西安市逐小时PM_2.5浓度进行预报试验。结果表明：西安市PM_2.5浓度与平均气温和能见度显著负相关,冬季PM_2.5浓度与相对湿度和露点温度显著正相关,偏东风更易诱发重污染天气。西安市12月底至翌年1月初空气污染频发,但PM_2.5浓度总体逐年降低。冬季PM_2.5浓度的双峰形日变化最明显,最高值分别出现在凌晨和11时。西安市PM_2.5浓度变化存在“周末效应”。模型能够较为真实地反映PM_2.5浓度量级和演变趋势的变化,预报值与实况值之间的决定系数为0.77、平均绝对误差为12.79μg·m^-3、均方根误差为18.68μg·m^-3。模型秋冬季表现较为稳定,预报效果...     

垂直梯度法与最优分割法确定温跃层边界的比较分析

垂直梯度法是跃层示性特征计算中普遍使用的方法,但在某些情况下并不能很好地描述海洋要素的跃变特征.针对垂直梯度法的不足,引入水团分析中的最优分割法,对典型剖面,以及边界型、逆变型、多层型等几类特殊剖面的跃层边界分别进行了计算,并对垂直梯度法与垂直梯度法的计算结果进行了比较分析,结果表明最优分割法确定的跃层边界更为合理.通过对两种方法确定的中国近海温跃层的整体分布进行比较分析,证明了最优分割法能够弥补垂直梯度法在计算深海与浅海过渡区中的跃层时遇到的标准不匹配问题,较好地保持跃层的连续性.     

非线性共轭梯度法在东海黑潮流计算中的应用

基于现有的几种海流计算方法,根据与P矢量法相同的动力特性和内在假设,对海流计算提出了一种简单、高效、易扩展、适用范围广的新方法:非线性共轭梯度法.利用1989年4月以来的"中日黑潮合作调查研究"6个航次的CTD资料,对东海黑潮流区域应用非线性共轭梯度法进行了海流计算.通过与船载ADCP实测结果比较表明,非线性共轭梯度法是可行的.     

1917号台风“塔巴”对浙江沿海风场的影响及其成因分析

通过分析浙江省区域自动站加密资料、常规观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°和0.25°×0.25°再分析资料以及卫星TBB (Black Body Temperature)资料,研究2019年第17号台风"塔巴"影响期间,浙江沿海风场分布的特点及其成因,以寻找台风影响时浙江沿海风场预报的着眼点。此次台风大风具有影响时间早、持续时间长、影响范围大和大风强度强的特点。台风环流与浙江沿海地面弱冷空气之间形成一定气压梯度的堆积,以及后续随着台风环流的发展加强,两者之间气压梯度进一步增大,是导致此次台风大风提早出现的原因之一。垂直环流有利于水平的动量输送和高层动量下传,导致此次台风大风范围大、强度强。冷空气在这次台风大风中起到非常重要的作用。随着台风外围环流与冷空气距离拉近,部分干冷空气侵入台风环流,冷、暖气团之间θse等值线密集,环流附近风速增强。由于干冷空气的继续侵入,冷、暖空气相互作用累积并释放斜压能。同时台风低层的暖心结构被冷空气占据,高层暖心结构上抬,形成上暖下冷的中心结构,导致台风开始变性减弱。地形的辐合、阻挡和摩擦作用对风场的再分布也有一定影响。     

一种应用于遥感影像的自适应边缘检测算法

本文基于传统的边缘检测算法提出了一种自适应的边缘检测算法,算法对传统边缘检测的4个过程进行了替代与改进,适用于遥感影像。本算法对梯度算子依据距离加权,构造了较为精确的梯度算子模板;通过二次非极大值抑制,保证了单次响应原则,间接提高了定位精度;提出了阈值圆的方法进行阈值判定,并通过静态动态结合的检测方法提高了算子对不同频率区域的适配性;引入引导滤波进行影像平滑,在去噪同时,良好地保持了边缘特性。实验结果表明：本算法符合单次响应原则,误检率低,定位精度高,细节清晰,边缘检测完整,适合于遥感影像的边缘检测。     

井地2.5维DC反演研究

开展了不同观测方式的井地2.5D直流电阻率反演研究。①从2.5维直流电阻率满足的边值问题出发,采用变分原理结合节点线性基函数推导了2.5维井地DC满足的积分弱解形式;②构建了二阶最大平滑稳定泛函的2.5维井地直流电阻率正则化目标函数,采用共轭梯度算法对正则化目标函数进行最优化求解,并采用逐步衰减正则化因子的求解策略来提高反演的稳定性;③设计了均匀半空间模型得到的数值解与解析解对比,电位的相对误差在2%以内,阐述正演算法的正确性和高精度。另外,分析了不同观测装置的2.5维井地直流电阻率异常体特征,并对不同观测方式对2.5维井地DC理论数据进行反演研究。研究结果表明,井中数据的引入提高了2.5DC对纵向探测的分辨率能力,同时提高了2.5DC反演有效性以及准确性。