Influence of river channel morphology and bank characteristics on water surface boundary delineation using high‐resolution passive remote sensing and template matching

Accurate mapping of water surface boundaries in rivers is an important step for monitoring water stages, estimating discharge, flood extent, and geomorphic response to changing hydrologic conditions, and assessing riverine habitat. Nonetheless, it is a challenging task in spatially and spectrally heterogeneous river environments, commonly characterized by high spatiotemporal variations in morphology, bed material, and bank cover. In this study, we investigate the influence of channel morphology and bank characteristics on the delineation of water surface boundaries in rivers using high spatial resolution passive remote sensing and a template‐matching (object‐based) algorithm, and compare its efficacy with that of Support Vector Machine (SVM) (pixel‐based) algorithm. We perform a detailed quantitative evaluation of boundary‐delineation accuracy using spatially explicit error maps in tandem with the spatial maps of geomorphic and bank classes. Results show that template matching is more successful than SVM in delineating water surface boundaries in river sections with spatially challenging geomorphic landforms (e.g. sediment bar structures, partially submerged sediment deposits) and shallow water conditions. However, overall delineation accuracy by SVM is higher than that of template matching (without iterative hierarchical learning). Vegetation and water indices, especially when combined with texture information, improve the accuracy of template matching, for example, in river sections with overhanging trees and shadows – the two most problematic conditions in water surface boundary delineation. By identifying the influence of channel morphology and bank characteristics on water surface boundary mapping, this study helps determine river sections with higher uncertainty in delineation. In turn, the most suitable methods and data sets can be selectively utilized to improve geomorphic/hydraulic characterization. The methodology developed here can also be applied to similar studies on other geomorphic landforms including floodplains, wetlands, lakes, and coastlines. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

江西省霾天气气候特征及其与气象条件的关系

利用1980-2011年江西83个常规站和南昌、赣州2个探空站的观测资料,对江西霾的气候特征及其与气象条件的关系进行了分析。结果表明：近32 a来江西霾日总体呈上升趋势;霾日的季节、年际和年代际变化明显,秋冬季多（12月最多）春夏季少（7月最少）,4 a左右和8 a左右的年际变化周期显著,年代际变化主要为15 a左右的变化周期;江西霾日空间分布不均,呈现中北部多,南部及山区少的分布形势。霾与地面风速、大气逆温、海平面气压、降雨量和相对湿度密切相关,低风速、大气逆温、高气压、高湿度和少降雨有利于霾天气的发生,反之,高风速、低气压、低湿度和多降雨不利于霾天气的发生。     

一阶弹性波方程数值模拟中的混合吸收边界条件

Liu和Sen（2010和2012）在地震波场数值模拟中提出一种混合吸收边界条件. 该方法具有计算量小、容易实现及吸收效果好等优点. 但现有的混合吸收边界条件是针对二阶位移-应力方程设计的,存在稳定性问题. 本文首先推导了两种速度-应力单程波方程：二阶Higdon单程波方程和一阶Higdon单程波方程. 进而提出基于一阶弹性波方程的混合吸收边界条件方法. 在内部区域和边界之间引入一个过渡区域,通过单程波与双程波方程平滑过渡来消除人工边界反射. 为了改善混合吸收边界条件的吸收效果和稳定性,我们采用了能同时吸收纵、横波反射的一阶单程波方程和与变量位置有关的加权系数. 为了验证混合吸收边界条件的有效性,将其与常规分裂完全匹配层（PML）方法进行了比较. 数值模拟结果表明,与PML边界条件相比,混合吸收边界条件在耗用更小计算时间和存储量的前提下,可以获得更好的吸收效果. 另外,本文提出的两种混合吸收边界条件中,混合一阶Higdon吸收边界条件具有更好的稳定性.     

上边界条件对多年冻土地温场数值模拟结果的影响分析

以玛多地区多年冻土为背景,建立多年冻土地温场的数值计算模型,以不同的方式考虑近 60 a 来的气温变化构成不同的上边界条件,通过模型计算分析不同上边界条件下的不同时期温度场、未来冻土退化特征.结果表明：在上边界条件中采用气象站实测近60 a波动温度值和采用近60 a平均恒定值时,浅层冻土地温差异明显,且越浅层地温与越近时间的上边界条件相关.预测未来100 a冻土地温变化趋势发现,相同升温速率和升温初始温度条件下,上边界采用实测60 a波动温度值对冻土退化过程影响较小;升温初始温度值提高到与趋势线衔接后,冻土退化起始时间从约第45年提前到约第20年;60 a实测温度和升温初始温度值均提高到与其初始温度场上边界条件衔接后,冻土退化起始时间从约第20年提前到约第15年;冻土退化从开始到完全退化经历时间为25 a左右.     

周期温度边界条件下一维融化固结特性研究

在周期温度边界条件下,冻土呈现出与常温边界不同的融化固结特性. 基于融化固结理论提出了一种适用于周期温度边界条件下融化固结计算的数值模拟方法,并通过试验验证了该方法的有效性. 通过对比分析试验及数值结果表明,提出的数值方法能够很好地描述周期温度边界条件下冻土的融化固结特性. 同时,融化深度和变形均随时间呈现出阶梯型的变化趋势. 这是周期温度边界下土体融化固结行为最显著的特点. 随着冻融次数的增加,融化深度和变形均趋近于常温边界条件下的结果,这表明若干个冻融循环后周期温度边界对融化固结行为的影响将逐渐消失.     

高压条件下土的冻融试验装置研制及应用

深部土体冻融后的物理力学性质对深部人工冻结工程意义重大. 针对该问题, 在以往土的冻融试验装置的基础上, 设计出适用于高压条件下土的室内冻融试验装置, 并给出了高压条件下土的冻融试验方法. 基于该装置, 对有压条件下兰州黄土在不同冷端温度下的单向冻结特征进行了试验研究. 结果表明: 无压单向冻结过程中土的变形以冻胀为主, 而高压情况下则主要表现为压缩变形. 在有压单向冻结过程中, 试样内部仍然存在着明显的水分重分布过程. 试验分析表明, 该试验装置能够为高压条件下土的冻结特征及冻融作用后土的物理力学性质研究提供技术支持.     

全尾砂-废石混合回填膏体渗透特性试验研究

塌陷区混合回填膏体是由全尾砂、废石人工制备得到的复合宽粒级散体,其渗透性能直接影响到塌陷区回填体稳定性及次生灾害发生的可能性。采用自制的渗透性试验装置,研究了废石含量、废石粒径对混合回填体渗透系数的影响,并对回填体固有特征参数（粒径小于0.075、0.02 mm颗粒含量、不均匀系数 、平均粒径）与渗透系数之间关联性进行了研究。试验结果表明,回填膏体渗透系数随废石掺量及粒径增大而增加,细粒效应显著。回填体中粒径小于0.075、0.02 mm颗粒含量对其渗透性影响至关重要,与渗透系数呈负指数关系。渗透系数随 值增大而增大。当 20时,渗透系数增加趋于稳定。给出了混合回填体渗透系数定量方程,其结果与试验结果较为一致。     

中侏罗世漠河盆地南缘构造特征及地质意义

通过对漠河盆地南缘地层层序、构造特征等进行的实际地质调查,认为漠河盆地南部盖层主要为中侏罗统的河流相、河漫滩相、湖相沉积岩以及上侏罗统和白垩纪火山岩,盆地南部受拉张作用影响,正断层、铲形断裂发育,盆地南缘具断陷盆地特征,盆地形成时间较长.同时厘定出漠河盆地南部边界位于绣峰林场二支线附近.     

浙江长兴煤山剖面P/T界线附近粘土矿物研究

通过对浙江长兴煤山(D)剖面二叠系-三叠系 (P/T)界线附近地层中的粘土矿物分析,显示粘土矿物的组合及含量的变化同粘土矿物的结晶度没有必然的联系,而同地层组段的变化相一致,粘土矿物组合的变化反映了当时的气候、物源及地理条件的变化;同时,伊利石的结晶度也不具有地层梯度的特征。但是,无论是粘土矿物组合还是伊利石结晶度,在P/T界线附近都发生了明显的变化,表明本区当时海洋酸碱度和温度的剧烈变化,这可能导致了二叠纪末期海洋生物的大规模灭绝。     

西藏马攸木金矿床流体物理化学条件初步研究

据研究,西藏马攸木金矿床的成矿作用主要发生在中-低温(140～311℃)、低盐度(<11.4%)、浅成(压力<35.46 MPa)、弱酸性(pH＝4.566～4.750)和还原环境下(Eh＝-0.782～0.232).通过对该矿床物理化学条件的研究,表明马攸木金矿床在成因上属浅成中低温热液矿床.