实数编码遗传算法在大地电磁测深二维反演中的应用

作为全局非线性优化的新方法之一的遗传算法,近年来已从生物工程流行到大地电磁测深资料解释中.然而,大地电磁反演问题具有不适定性,解的非唯一性.通过结合求解不适定问题的Tikhonov正则化方法,本文采用实数编码遗传算法求解大地电磁二维反演问题.此算法在构建目标函数时引入正则化的思想,利用遗传算法求解最优化问题.常规的基于局部线性化的最优化反演方法易使解陷入局部极小值,而且严重的依赖初始模型的选择.与传统线性化的迭代反演方法相比,实数编码遗传算法能够克服传统方法的不足且能获得更好的反演结果.通过对大地电磁测深理论模型进行计算,结果表明:该算法具有收敛速度快、解的精度高和避免出现早熟等优点,可用于大地电磁资料解释.     

冰川运动速度研究: 方法、变化、问题与展望

冰川流速是表征冰川运动的重要参数之一,对于冰川动力学、气候变化以及物质平衡等研究具有重要意义。冰川流速的影响因素多样,其中气象因子主要是通过改变冰川物质平衡、活动性以及水力特征来对冰川运动产生影响,所以冰川流速也可能与气象因子一样具有季节性差异。基于2017-11-06—2020-11-02期间31景哨兵1号（Sentinel-1）雷达影像,采用外部数字高程模型（digital elevation model,DEM）辅助的偏移量追踪法对中国西藏自治区昌都市八宿县境内然乌湖流域的雅弄冰川进行了冰川表面流速提取,并结合研究区冰舌面积变化以及气象因子（平均气温、降水量、降雪日数以及平均日照数）对雅弄冰川流速季节性变化进行了分析。结果表明：雅弄冰川流速分布呈现中上部流速高而下部流速低的特点,且冰川中部主流线流速明显高于两侧速度。30组冰川流速变化具有明显的季节性,夏季流速高而冬春季流速低。与流速变化相同,冰舌面积变化同样具有季节性差异,冬季面积明显大于夏季面积。与气象影响因子对比分析发现,气温、降水以及日照均对冰川表面流速具有正效应,促进冰川运动,而降雪抑制了部分热量及辐射传递,进而抑制了冰川融水过程,减缓了冰川运动。在气象因子影响力上,气温对冰川运动的效应最明显,降雨次之,日照影响最小。     

A Reconstruction of Observed Profiles in the Sea East of Japan Using Vertical Coupled Temperature-Salinity EOF Modes

It is important to estimate hard-to-observe parameters in the ocean interior from easy-to-observe parameters. This study therefore demostrates a reconstruction of observed temperature and salinity profiles of the sea east of Japan (30°≈40°N, 140°≈150°E). The reconstruction was done by estimating suboptimal state from several values of the observed profiles and/or sea surface dynamic height (SDH) calculated from the profiles. The estimation used a variational method with vertical coupled temperature-salinity empirical orthogonal function (EOF) modes. Profiles of temperature and salinity in the subtropical region are effectively reconstructed from in situ temperature profile data, or sea surface temperature (SST) and SDH. For example, the analyzed temperature field from SST and SDH has an accuracy to within 1°C in the subtropical region. Salinity in the sea north of Kuroshio, however, is difficult to estimate because of its complex variability which is less correlated with temperature than in the subtropical region. Sea surface salinity is useful to estimate the subsurface structure. We also show the possibility that the estimation is improved by considering nonlinearity in the equation calculating SDH from temperature and salinity analysis values in order to examine the misfit between analysis and observation. Analysis using TOPEX/POSEIDON altimetry data instead of SDH was also performed. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

秦皇岛市洋河、戴河滨海平原海水入侵的控制与治理

秦皇岛市洋河,戴河冲洪积平原,近20年来抽取地下水量迅速增加,80年代初形成了低于海平面的降落漏斗,造成海水从海岸线向内陆和从河流下游河床向两侧同时侵入孔隙含水层。由于水质恶化,北戴河区水源地面临报废的危险。为了保护和开发淡水资源,控制海水入侵,必须对地下水的水质和水量进行综合评价。采用水动力弥散型地下水水质模型来描述滨海含水层中海水和淡水的运动,把氯离子作为水质模型的变量。在水量模型中采用孔隙压力代替水头作为变量。数学模型用有限单元法求解。模拟面积约180km²,剖分为321个单元,184个结点。作为水文地质实体的模型,它被用来模拟和预报不同降水量年份的地下水水位和水质。计算结果表明,如果保持目前的地下水开采量,海水入侵还会深入。为了控制和治理海水入侵,本文探讨了可行措施。根据数学模型模拟的结果,在洋河下游人海口修建防潮闸,同时加强滨海含水层的管理,具有较好的经济效益和环境效益。     

沉管灌注桩大面积断桩原因分析

通过2个工程实例分析了沉管灌注桩出现大面积断桩的原因是由于后期基坑开挖不当造成的，并提出了预防断桩出现的一些措施以及对断桩的处理补救措施。     

高分五号高光谱数据融合方法比较

数据融合是解决高光谱卫星在时空分辨率等指标上受限的有效途径,探讨不同方法在GF-5高光谱数据上的融合效果,对GF-5高光谱数据的信息挖掘与推广应用有着重要意义。本文本着算法简单易用、适于推广的原则,采用GS（Gram-Schmidt）葛兰—施密特正交变换融合算法、GSA（GS Adaptive）自适应GS融合算法、CNMF（Coupled Non-negative Matrix Factorization）耦合非负矩阵分解融合算法、CRISP-W（Color Resolution Improvement Software Package with Wavelet transform）基于小波变换和CRISP-B（Color Resolution Improvement Software Package with Butterworth）基于巴特沃斯滤波器的分辨率提升融合算法、GLP（Generalized Laplacian Pyramid）广义拉普拉斯金字塔融合算法共6种融合方法,分别对BJ-2、GF-2、GF-1、GF-1C、GF-1D国产卫星多光谱数据与GF-5高光谱数据进行融合实验。通过目视分析、指标评价（相关系数、通用图像质量指标、峰值信噪比、光谱角、全局综合误差）、分类应用、时间成本4种方式对融合结果进行综合比较分析。结果表明,相融合的一组图像系列相同、空间分辨率相差越小,融合结果越好。CRISP-B、CRISP-W、GLP在提升空间分辨率、光谱保真度方面能达到较好的平衡,空间重建方面,GLP稍优且更稳定,CRISP-B、CRISP-W则在光谱信息保持方面稳定性更强且效果更好。数据源会对融合方法产生一定的影响,在光谱特征信息提取、分析等对光谱保真度要求高的工作中,GLP更适合同源数据（如GF-5与GF-1/1C/1D/2）融合,而在多源数据间（如GF-5与BJ-2）进行融合时,则优先选择CRISP-W。CNMF存在一定程度的色彩畸变,且运行时间较长。GSA、GS融合效果最差,其中,GSA不论是光谱保持能力还是空间分辨率提升能力均较GS更稳定。在小样本高光谱图像分类应用中,CRISP-B融合结果分类效果稳定,分类精度较高。GSA融合结果空间细节丰富,虽光谱失真较为严重,但同时增大了地物光谱分离度,仍适用于准确勾勒建筑物、道路等地物。本研究为GF-5高光谱数据与其他国产卫星多光谱数据融合方法的选择提供参考,有助于高分五号高光谱数据的应用与推广。     

基于全站仪工程控制测量的三维间接平差法

目前,利用高精度全站仪三维坐标测量功能建立三维工程控制网已成为一种趋势。针对这一问题的观测数据处理,提出了一种考虑平面观测数据和高程观测数据二者间整体性的三维间接平差方法,详细推导了水平角误差方程,天项距误差方程,斜距误差方程等关键步骤,较之已有的方法,严密性和实用性更强,具有一定的参考价值。     

优化网格法在小面积区域雷暴特征分析中的应用

为满足小面积区域(10 000 km²左右)雷电防御工作准确化、精细化的要求, 选取人工观测半径用以优化1 km×1 km网格的雷电参数。实例分析表明:优化网格法可以修正1 km×1 km相邻网格的年平均地闪密度值的大幅波动, 避免相邻网格突变值的出现。也可以使1 km×1 km网格的雷电日更符合气象意义。并可以准确分析用于表征区域强雷暴分布的平均单位雷电日地闪密度和最大单位雷电日地闪密度等雷电参数。     

跨区域人工影响暴雨强度的数值模拟Ⅰ:条件分析及增雨模拟

利用IAP三维云模式对2005年7月一次强暴雨过程上游的水汽通量进行了人工影响试验．模拟和分析发现，AgI播撒速率的选择对增雨效果影响较大，仅当播撒速率在0．07g／s以下时才有增雨效果；过冷云水发展到极大值时，以0．05g／s播撒AgI获得的增雨效果最好，播撒过程使得自然云内的冰晶和雪晶出现的时间提前，含量明显增加。     

估算地表热通量和近地层土壤含水量的变分方法

提出一种反演地表感热通量、潜热通量和近地层土壤含水量的变分方法,该方法把不同高度上的风速、位温以及湿度梯度的观测资料与Monin-Obukhov相似理论计算值的偏差、土壤水分蒸发参数化方案估算的蒸发潜热与由相似理论导出值的偏差在地表能量平衡的约束下融合到一个目标泛函数中,采用最优化算法寻求问题的解.利用2001年6月中国暴雨试验与研究项目在安徽肥西观测资料进行了数值验证,结果表明该方法估算的通量值与Bowen比法具有很好的相关性且又能克服当Bowen比等于-1时计算通量出现的不稳定;同时能克服用廓线法求解热通量与地表能量平衡条件有较大出入的缺点.对观测误差的敏感性试验也表明变分方法是3类方法中最稳定的.反演的近地层土壤含水量对降水具有很好的响应并与观测的0-15 cm深度上平均土壤湿度的变化趋势具有很好的一致性,其绝对偏差小于0.03 m3/m3.