基于复值曲波变换的地震数据重建方法

传统的地震数据采样必须遵循奈奎斯特采样定理,而野外数据采样可能由于地震道缺失或者勘探成本限制,不一定满足采样定理的要求,因此需要进行叠前数据重建,以满足后续处理的要求。为此,笔者提出一种基于复值曲波变换和凸集投影算法( POCS)的地震数据重建方法。首先引入凸集投影算法和能够刻画地震数据局部化特征的复值曲波变换,在重建过程中针对传统阈值参数收敛速度较慢的缺点,提出了指数平方根衰减规律的阈值参数,并采用硬阈值算子对二维地震数据进行重建,从而降低了迭代次数,提高了重建精度。通过理论数据的研究表明,该方法重建效果显著,最后将该技术应用于实际地震勘探资料,获得较好的应用效果。     

黑土区土壤有机质和全氮含量遥感反演研究

以东北典型黑土区耕地为研究区,以Sentinel-2A（全球环境与安全监测计划的第二颗卫星,于2015年6月23日发射）影像作为数据源,构建光谱指数,分别采用多元逐步线性回归（Multiple Stepwise Linear Regression, MSLR）和随机森林（Random Forest, RF）算法建立土壤有机质（SOM）和土壤全氮（STN）预测模型,并采用十折交叉验证方法评估模型的性能。研究对比分析了不同气候、土壤类型和地形下土壤有机质和全氮的空间分布差异。研究表明：① 海伦示范区的SOM和STN含量最高,其年均温最低,高程最高,年降水量多,SOM含量升高,其年均温最低,年降水量多,STN含量升高;② 与基于多元逐步线性回归算法建立的SOM和STN预测模型相比,随机森林算法建立的SOM和STN预测模型,有着更高的精度和稳定性;③ 运用RF算法建立的SOM反演模型的R²为0.96,均方根误差为5.49 g/kg,STN反演模型的R²为0.95,均方根误差为0.27 g/kg; ④ 不同示范区统一建立SOM和STN预测模型,有助于提高预测精度,实现跨区域建模与制图。     

龙门山地区的kappa（κ0）模型及汶川MS8.0地震的强地震动模拟

在地震动模拟中,高频衰减参数（κ₀）是一个重要的参数,它控制了傅里叶谱高频部分的衰减特性.本文利用汶川M_S8.0地震和芦山M_S7.0地震主余震的1671组强震动观测记录,计算了龙门山地区50个断层距小于150 km的强震动台站的κ₀,基于随机有限断层法模拟了汶川地震中这些台站的加速度时程、傅里叶振幅谱和反应谱,并与前人的研究进行比较.结果表明,合理计算的κ₀可以有效地改善加速度时程振幅和高频谱（>1 Hz）的模拟结果.另一方面,本文基于κ₀与地形高程的相关性,建立了龙门山地区的κ₀经验模型.分别采用该经验模型和κ₀= 0.04 s模拟了汶川地震的峰值加速度分布,并与观测记录进行比较.结果表明,采用本文提出的κ₀模型可以更好地重现汶川地震的峰值加速度分布,特别是在断层破裂方向的反方向区域和山区.综上,汶川地震中山区的峰值加速度明显大于盆地地区的现象,不仅与断层破裂产状有关,还与山区和盆地地区的κ₀之间显著的差异有关.

     

资源环境保护下天津市用地空间增长模拟

从资源承载和生态保护的角度预测城镇土地利用变化,是实现国土空间用途管制的客观需求。以典型缺水城市天津市为研究区,采用系统动力学模型预测土地利用规模、最小成本路径法构建生态廊道和FLUS模型模拟土地利用变化等方法,分别模拟自然扩张和资源环境保护情景下天津市2035年土地利用情况。结果表明：① 资源约束条件显著制约城镇人口和建设用地的超量发展,随着资源约束增强、科技发展增速,人口和建设用地增长量随之降低,城镇GDP保持稳定增长。② 天津市重要生态廊道以南北向联系为主,东部和北部生态廊道重要性较高,部分生态廊道由于路径较长或距离建设用地较近而面临被蚕食挤压的风险。③ 水体湿地在资源环境保护情境下面积略有增长,在自然扩张情境下则延续以往不可持续的发展模式,出现向草地退化的情况,部分生态源地和廊道受到耕地侵占和建设用地扩张的影响。④ 受交通发展和京津职住分离的影响,天津市城镇建设用地增长主要发生在蓟州、武清和宝坻区。此外,在资源环境保护情景下,中心城区和滨海新区增长率较低,津南区表现出较大发展潜力。以资源环境承载约束城镇扩张,能够为国土空间规划实践提供科学引导。     

中国1980-2019年1 m土层贮水量的时空变化特征分析

土壤剖面水分信息比表层土壤水分信息难以获取,但对全面认识整个土层的水分含量至关重要。融合多源数据是估算区域土壤剖面水分的有效途径。本文采用随机森林回归算法,利用中国实测土壤水分数据建立了不同季节的表层-深层土壤水分关系模型。据此采用ESA CCI SM遥感表层土壤水分产品估算获得了中国1980—2019年0~10、0~20、0~30、0~40、0~50、0~60、0~70、0~80、0~90和0~100 cm 共10个深度层次土壤水分的时空变化特征。ESA CCI SM产品与实测数据整体上匹配较好但普遍高估,本文提出采用饱和含水量和凋萎系数信息对其进行值域控制,有效降低了该产品的高估误差。随机森林回归模型的精度在秋季最高,夏季和春季次之,冬季最低。模型对干带土壤水分的估算最准确,暖温带和冷温带次之,青藏带准确性最低。计算了中国10个深度层次的土壤贮水量,其多年平均值和标准差分别为1.64±0.11、3.50±0.21、5.29±0.30、7.13±0.38、10.04±0.46、12.25±0.54、14.47±0.62、16.75±0.69、19.05±0.76和21.36±0.83 cm。各深度的土壤水分呈明显的分层,即波动层（0~40 cm）、跃变层（40~60 cm）和稳定层（60~100 cm）。中国1m土层贮水量呈自西北向东北和东南方向递增的分布格局,寒旱区该值较低且空间变异明显,暖湿区该值较高且空间分布更均一。热带、干带和青藏带的1 m土层贮水量在夏季最高,暖温带和冷温带该值在夏季最低。近40年来中国1m土层贮水量在空间上“湿区愈湿,干区愈干”,在时间上“湿季愈湿,干季愈干”。热带土壤在2004—2009年显著变湿,干带土壤显著变湿和变干的转折年份分别为1985—1986年和2013—2014年。中国1m土层贮水量序列最常见的周期是5年和11年。     

随机物理集合预报研究进展

由于暴雨对流尺度集合预报模式中随机参数扰动能量偏小,本文利用WRFv3.9模式对我国长江流域一次特大暴雨天气过程开展对流尺度集合预报试验,对比分析随机参数扰动(SPP)方法和随机物理倾向扰动(SPPT)方法、随机动能补偿(SKEB)方法混合的扰动特征、评估多种混合扰动方案预报效果,主要结论如下：暴雨对流尺度集合预报中多随机物理扰动气象要素的离散度在单SPP方案基础上均增大,三种方案混合SPP+SPPT+SKEB的离散度最大,总体评分最优;其中SPP+SPPT试验较SPP+SKEB地面气象要素离散度更大,而SPP+SKEB试验较SPP+SPPT气象要素在高空(尤其是风场)离散度更大;SPP+SPPT试验在积分初期各气象要素离散度增加明显,SPP+SKEB试验随着积分时间的延长各气象要素离散度在各高度层增加更为凸显;多种随机扰动混合对降水的预报在集合平均、离散度分布和概率预报技巧等方面均优于单SPP方案,综合来看SPP+SPPT+SKEB方案总体评分最优。SPP+SPPT+SKEB综合了SPP、SPPT和SKEB的优势,在各高度层整个积分时间段各气象要素离散度达到最佳,多随机扰动方案的混合达到了有效互补的效果。

     

新型静止气象卫星对流初生识别展望

为了解并提升风云四号卫星A星(FY-4A)对流初生(Convective Initiation,CI)产品对青藏高原夏季降水的指示意义,基于FY-4A CI产品及全球降水测量计划(Global Precipitation Measurement,GPM)降水数据,根据青藏高原地区2020—2022年6—8月FY-4A CI产品识别出的CI样本与1 h后实际观测降水的对应关系,将CI样本划分为无降水CI、弱降水CI和强降水CI三类,并结合大气对流参数与地理位置等信息,利用决策树和随机森林两种机器学习算法建立CI类别识别模型并检验,结果表明：青藏高原地区对流初生后1 h内的降水情况存在明显区域差异,其西北部无降水比例高而东南部降水的比例高;利用抬升指数、云水总量、垂直风切变、中低层湿度、云底高度、零度层高度等大气对流参数信息,能较好区分青藏高原CI出现后是否有降水及降水的强弱;随机森林识别模型结果对于CI类别的识别效果优于决策树识别模型结果,利用随机森林识别模型可以更有效地对青藏高原夏季CI按照降水强度的分类进行识别。

     

基于DSP的通用伪随机激电观测系统

随着微电子技术的发展,将DSP芯片技术运用于地球物理勘探仪器之中,提高实时数据处理效率是重要的发展方向。在分析数字信号处理技术与DSP芯片技术的基础上,结合伪随机多频激电法理论,设计了基于DSP芯片的通用伪随机激电观测系统,分析了仪器的基本功能,为进一步研究奠定了基础。     

分形随和漫步噪声及相关函数

讨论了在地学、工程测量研究领域常见的随机漫步噪声，从理论上将经典布朗运动随机过程(随机漫步噪声)推广到分形布朗运动随机过程，并导出分形布朗运动随机过程的相关函数。     

作为随机振动的海冰变化模型

本文从B.Saltzman的海温—海冰模式出发,得到了一个描述海冰范围变化的随机气候模型,接着对模型的性质进行了一些分析和讨论,并把从模型得到的模拟谱与计算的南极海冰扩展范围的观测谱做了比较。