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。     

月动力延伸预报500hPa高度场检验及其在重庆月气候预测中降尺度应用

根据2015年国家气候中心实时下发的第二代月动力延伸模式(DERF2.0)逐日资料和历史回算资料,统计构建不同时间起报的月500hPa高度场格点数据序列,针对重庆2月气温和8月降水量方差和预测难度较大的事实,分别分析2010-2014年逐年1月和7月16日、21日、26日、31日起报的2月和8月500hPa高度场预报场与同期NCEP资料实况场的分布型,结果表明：预测效果低纬好于中高纬,8月总体好于2月;基于上述滚动的500hPa预报场,试验了4个关键区和5种统计降尺度方法,对重庆2010-2015年2月气温和2010-2014年8月降水量进行回报预测和检验结果表明,16日起报的模式场对2月气温有较好的参考价值,配合最好的关键区为本区上空,而降尺度方案中Lamb方法效果最佳,二者结合的预测效果最好;8月降水回报检验表明,虽然8月降水预测效果不如2月气温,但在预测关键区取自定义关键区时,车氏方法的降尺度方案预测效果相对较好。     

北斗卫星导航系统双差动力法精密定轨及其精度分析

针对GEO卫星切向轨道分量与双差模糊度强相关的问题,对经典双差动力法进行了改进,提出联合使用载波相位和相位平滑伪距实现北斗系统精密定轨,并从理论上分析了以上处理策略的可行性及对模糊度固定的影响,然后结合北斗系统精密定轨特点,推导给出了利用QIF方法实现北斗卫星双差模糊度固定的基本原理,实测数据分析表明:联合载波相位和相位平滑伪距,既可降低相关性,又可兼顾精度,定轨效果优于经典双差动力法;利用QIF方法能够取得一定的模糊度固定效果,但受观测条件限制,北斗卫星双差模糊度固定成功率整体不高,双差模糊度固定之后对轨道的改进作用有限。     

地球资源环境动态监测技术的现状与未来

针对国家全球化战略和迫切需要解决的全球环境和资源问题,本文阐述了国内外地球资源环境动态监测技术主要研究进展,发现存在地球资源环境监测高精度产品缺乏、动态监测能力不完备、遥感信息服务及时性和便携不足等主要问题。在此基础上,提出中国迫切需要发展面向全球和重点区域的持续、动态观测能力,建立全球视野的资源环境动态监测产品和应用系统,突破全球资源环境研究的理论和关键技术,建立全球资源环境遥感监测指标和技术体系,形成全球立体协同观测、资源汇聚优化、信息智能处理、云平台业务应用的自主技术体系,完善支撑任务驱动的数据汇聚、模型调度、产品生成等在线遥感信息服务能力,发布全球、洲际和全国高质量空间要素遥感信息产品、专题应用系统、技术报告等成果。最终为全球资源环境研究提供知识发现的数据和服务,支撑中国在全球资源环境监测评估、重大灾害事件监测预警、应对国家安全与全球变化等领域的服务。     

中国海洋卫星及应用进展

中国十分重视海洋遥感及其监测技术的发展,初步形成了具有优势互补的海洋遥感观测体系,并发挥了显著的经济和社会效益。其中,海洋一号(HY-1A/B)卫星已经广泛应用于中国海温预报业务系统、冬季海冰业务监测、夏季赤潮和绿潮监测、海岸带动态变化监测、近岸海水水质监测和渔业遥感监测等方面。海洋二号(HY-2A)卫星不仅填补了中国海洋动力环境卫星遥感的空白,也是目前国际上唯一在轨运行的集主被动微波遥感器于一身的综合型海洋动力环境卫星,具备同时获取风场、有效波高、海面高度和海面温度的能力。通过卫星获得的数据提高了中国海洋环境监测与灾害性海况预报的水平,为国民经济建设和国防建设、海洋科学研究、全球变化研究等提供了可靠的遥感数据,同时还在国际对地观测体系中发挥了重要作用,受到国内外用户的高度认可。海洋一号和海洋二号卫星系列为中国建立完善的海洋环境立体监测体系奠定了坚实基础。根据国家发展和"一带一路"建设的实施,在加快建设海洋强国、维护海洋权益和加快发展海洋经济的进程中对海洋遥感的发展也进一步提出了更高的要求和更紧迫的需求。为此,紧紧围绕国家海洋强国战略需求,在《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》中专门规划了海洋观测卫星系列,服务于中国的海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面,同时兼顾陆地和大气观测领域的需求。在充分继承已有HY-1A/B、HY-2A、高分三号(GF-3)和中法海洋卫星(CFOSAT)成功研制经验和应用成果的基础上,发展多种光学和微波遥感技术,建设新一代的海洋水色卫星和海洋动力环境卫星,具备卫星组网观测能力;发展海洋监视监测卫星,构建优势互补的海洋卫星综合观测体系。通过空间基础设施的建设,海洋遥感卫星必将在建设海洋强国的进程中发挥出重要作用。     

Tessellations in GIS: Part II–making changes

Abstract

We attempt to describe the role of tessellated models of space within the discipline of Geographic Information Systems (GIS) – a speciality coming largely out of Geography and Land Surveying, where there was a strong need to represent information about the land’s surface within a computer system rather than on the original paper maps. We look at some of the basic operations in GIS, including dynamic and kinetic applications. We examine issues of topology and data structures, and produced a tessellation model that may be widely applied both to traditional “object” and “field” data types. The Part I of this study examined object and field spatial models, the Voronoi extension of objects, and the graphs that express the resulting adjacencies. The required data structures were also briefly described, along with 2D and 3D structures and hierarchical indexing. The importance of graph duality was emphasized. Here, this second paper builds on the structures described in the first, and examines how these may be modified: change may often be associated with either viewpoint or time. Incremental algorithms permit additional point insertion, and applications involving the addition of skeleton points, for map scanning, contour enrichment or watershed delineation and simulation. Dynamic algorithms permit skeleton smoothing, and higher order Voronoi diagram applications, including Sibson interpolation. Kinetic algorithms allow collision detection applications, free-Lagrange flow modeling, and pen movement simulation for map drawing. If desired these methods may be extended to 3D. Based on this framework, it can be argued that tessellation models are fundamental to our understanding and processing of geographical space, and provide a coherent framework for understanding the “space” in which we exist.     

鄱阳湖生态环境动态监测服务系统

针对目前生态环境监测中多源多尺度数据获取、定量遥感模型半自动化条件制约海量数据的快速处理与分析以及静态的时空快照服务难以表达动态变化过程等问题,该文从基于传感网的数据多元化实时感知获取、基于数据仓库的生态信息主题化动态汇聚、基于多尺度WFS的智能化服务、基于动态数据驱动的仿真动态模拟知识化应用方面考虑,设计湖泊流域生态环境动态监测服务系统。以鄱阳湖为例进行验证,为鄱阳湖流域的生态监测以及江西省生态文明试验区建设提供服务。     

耦合长期预报的跨流域引水受水水库调度模型

为提高跨流域引水工程受水水库引水有效性,研究了耦合长期径流预报信息的跨流域引水受水水库调度模型。首先选取汛期径流预报信息,采用径流预报概率修正先验概率来描述径流的不确定性,建立了贝叶斯随机动态规划模型(BSDP-LTF)。然后将模型应用于碧流河水库,并与仅考虑径流相关的随机动态规划模型(SDP-I)、仅考虑长期预报信息的随机动态规划模型(SDP-LTF)进行比较。比较结果得出在供水保证率基本一致且不增加调度风险的情况下,BSDP-LTF模型相比SDP-I、SDP-LTF模型,可分别减少引水8.2%、4.1%。表明贝叶斯随机动态规划模型BSDP-LTF有效改进了径流描述,提高了跨流域引水的有效性。     

面向矿床三维动态建模的地质勘探数据库增量更新方法

针对深部找矿过程中地质勘探数据增加和动态三维地质建模需要,提出了一种基于版本管理的矿床地质勘探数据库增量更新方法。在分析矿床地质勘探工程数据与三维地质模型映射关系的基础上,建立时序版本和建模版本作为矿床勘探数据增量更新版本标识。针对矿床地质勘探数据库增量更新的版本管理,提出了一种扩展的有向无环图版本管理模型,设计了基于关系数据库的版本管理方法并探讨了其实现过程。以安徽铜陵凤凰山矿床地质勘探数据为例,基于SQL Server数据库系统建立了实例矿床地质勘探版本数据库,以C#编程实现了实例矿床勘探数据库的版本管理,包括版本的建立、查询与显示等功能,通过勘探工程增量更新版本数据建立了三维矿体的动态修正模型,证实了方法的可行性与有效性。     

COPEX和HM2000与APEX型剖面浮标比测试验及资料质量评价

利用船载CTD仪、国外剖面浮标(APEX)和实验室盐度计等标准仪器设备,在西北太平洋海域对2种型号国产剖面浮标(COPEX和HM2000)进行了现场比测试验,并对观测资料质量进行了定性和定量分析与评价.结果表明:(1) COPEX和HM2000型剖面浮标观测的盐度资料均能达到国际Argo计划提出的±0.01的精度要求;(2)HM2000的最小观测深度离海面1 m以内,最大观测深度基本稳定在2 000 m左右,并能保持在1000 m深度附近漂移,而COPEX的最小观测深度在8～9 m之间,最大观测深度则在1 800～1 900 m之间波动,且漂移深度都在600～800 m之间;(3)COPEX和HM2000都获得了70条以上有效观测剖面.总体而言,两种国产剖面浮标观测的温、盐度资料都是可信、可靠的.但试验中暴露的一些问题和不足仍有待不断改进和完善.