无网格方法及其在地球物理勘探中的应用与展望

产生于20世纪70年代的无网格法是一类新兴的数值方法,现已被广泛运用于科学计算及工程问题并取得了显著成效.相较于有限元方法,无网格法具有网格依赖性弱、精度高、收敛速度快、方便构造高阶拟合函数等优点.经过几十年的发展,无网格法取得了长足的进步,诞生了多种方法.无网格方法之间的主要区别在于构造近似函数的不同和加权余量法的选择.本文概述了无网格法的发展历史和研究进展以及在地球物理学中的应用状况;详细阐述了多种无网格的近似方法,包括：移动最小二乘近似、径向基函数近似、核积分近似、再生核粒子近似等,以及常用的加权余量法—配点法、伽辽金法、局部伽辽金法.并对这些无网格方法的差异性作了系统对比分析,同时指出了在地球物理领域的适用范围.还例举了无网格法在地震勘探领域的波动方程、重磁勘探领域的位场延拓以及异常体正演的求解过程.最后讨论了无网格方法应用于地球物理勘探领域时存在的困难和挑战,并分析了未来无网格方法的应用前景和潜力方向.     

A coupled multi-category sea ice model and POM for Baffin Bay and the Labrador Sea

An overview of the seasonal variation of sea-ice cover in Baffin Bay and the Labrador Sea is given. A coupled ice-ocean model, CECOM, has been developed to study the seasonal variation and associated ice-ocean processes. The sea-ice component of the model is a multi-category ice model in which mean concentration and thickness are expressed in terms of a thickness distribution function. Ten categories of ice thickness are specified in the model. Sea ice is coupled dynamically and thermodynamically to the Princeton Ocean Model. Selected results from the model including the seasonal variation of sea ice in Baffin Bay, the North Water polynya and ice growth and melt over the Labrador Shelf are presented.     

利用综合评分方法评估CMIP5模式对北极海冰的模拟能力

北极海冰冰盖自20世纪以来经历了前所未有的缩减,这使得北极海冰异常对大气环流的反馈作用日益显现。尽管目前的气候模式模拟北极海冰均为减少的趋势,但各模式间仍然存在较大的分散性。为了评估模式对于北极海冰变化及其气候效应的模拟能力,我们将海冰线性趋势和年际异常两者结合起来构造了一种合理的衡量指标。我们还强调巴伦支与卡拉海的重要性,因为前人研究证明此区域海冰异常是近年来影响大尺度大气环流变异的关键因子。根据我们设定的标准,CMIP5模式对海冰的模拟可被归为三种类型。这三组多模式集合平均之间存在巨大的差异,验证了这种分组方法的合理性。此外,我们还进一步探讨了造成模式海冰模拟能力差别的潜在物理因子。结果表明模式所采用的臭氧资料集对海冰模拟能力有显著的影响。     

基于EEMD和ARIMA的海温预测模型研究

类型丰富、时空分辨率高的海洋探测数据,为信号分解和机器学习算法的应用提供了可能。本文针对如何建立有效的海温预测模型这一问题,使用高时空分辨率的海表温度(SST)融合产品,引入信号处理领域的集合经验模态分解(EEMD)和机器学习领域的自回归积分滑动平均模型(ARIMA)。首先利用最适于分解自然信号的EEMD方法,将海温数据分解成多个确定频率的序列;再利用ARIMA分别对各个频率的序列进行预测,最后将各个序列的预测结果进行组合。该方法在丰富数据的支撑下,比以往直接使用海温数据所建立的预测模型精度更高,为更好地进行海温预测提供了新方法。     

长山群岛海洋渔业资源的平均营养级变化特征

根据长山群岛 1965-2016 年渔业统计资料,分析长山群岛海域主要捕捞渔获物产量、平均营养级 （Mean trophic level, MTL）、渔业均衡指数 （Fishing in balance index,FiB） 年际变化,探讨其海洋渔业资源利用状况,并利用小波分析方法研究52年来渔获物 MTL 周期变化特征。研究表明： （1） 长山群岛捕捞产量、MTL 和 FiB 指数呈阶段性变化; （2） 长山群岛渔业资源开发经历初期开发、扩张捕捞、过度捕捞、资源破坏等四个阶段,渔业资源环境正在逐渐恶化;（3） 受人类捕捞活动影响,MTL 在 15~19 年和 24~34 年两种时间尺度下呈周期波动,30 年为第一主周期,17 年为第二主周期。长山群岛渔业资源破坏日益严重,未来几年平均营养级将呈下降趋势。为防止渔业资源进一步衰退,应加强捕捞活动管理力度,落实海洋渔业资源保护制度;完善预警机制,构建海洋渔业资源监测系统;同时应积极调整长山群岛渔业产业结构,提高资源产出效率.     

基于tau-p域相干控制束偏移方法

在实际地震资料数据中,存在一定的随机噪音和低信噪比的干扰信号,高斯射线束偏移方法对τ-p域坐标图板上所有的能量进行偏移成像,因此导致其偏移成像存在随机噪音情况,干扰了地下构造成像质量基于τ-p域相干性控制束偏移是本文在高斯束偏移方法的基础上,利用了在τ-p倾斜叠加原理图进行的能量相干加权提出的成像方法。该方法采用倾斜叠加前后相干值对比策略,根据倾斜叠加前与沿着t=τ+px进行倾斜叠加能量加权相干后将地震波束的有效能量约束在一定的范围内,倾斜叠加原理图上那些相对振幅较强的样点,意味着为地下同相轴倾斜叠加强点,再经过相干加权,能大大的压制地下随机噪音等,能充分的改善复杂构造区域的成像质量,也通过Marmousi模型引入不同的低信噪比数据和某探区的实际资料进行测试来验证这种方法的正确性和有效性。     

加权整体最小二乘EIV模型与算法——与"加权整体最小二乘EIO模型与算法"一文的讨论

加权整体最小二乘方法是一种能同时顾及EIV（errors-in-variables）模型中系数矩阵和观测向量误差的参数估计方法。根据不同的应用场景,EIV模型则表现出不同的结构特征。"加权整体最小二乘EIO模型与算法"一文采用EIO模型处理EIV模型中的结构化问题^*。为了将其与现有方法进行对比,本文罗列出4种处理EIV模型结构特征的方法,并归纳了8种参数估计公式。同时从精度评定的角度讨论了整体最小二乘解的一阶及更高阶精度近似评定方法。需要强调的是,针对EIV模型及其参数估计理论可以从函数模型、随机模型和参数估计方法3个方面展开研究,但各方法殊途同归。     

2019年7月重要天象预告

智利、阿根廷当地时间7月2日傍晚,北京时间7月3日清晨,将上演今年最重要的天象——日全食。本次日全食从遥远的南太平洋开始,90%以上的全食带都在海面上,只是在即将结束前登陆南美洲南部。主要经过的也只有上面提及的这两个国家,而且可见区域都不大。智利是全世界最狭长的国家,南北长度可达4000千米,但东西方向上的平均宽度却只有180千米。     

利用卷积神经网络进行绝缘子自动定位

提出一种基于二值化赋范梯度特征和卷积神经网络的航空影像绝缘子自动定位方法。首先利用二值化赋范梯度分类器提取绝缘子候选窗口,而后利用卷积神经网络算法进行精细识别,获得包含绝缘子目标的窗口集,最后对高重叠度窗口集进行加权迭代合并得到最终绝缘子定位结果。采用广东电网大型无人机实际线路巡检获取的可见光影像对自动定位算法进行验证,实验结果表明,在复杂背景下绝缘子整体回调率为90.5%,定位精度为92%,证明该方法能够对复杂背景下可见光影像中的绝缘子进行有效识别定位,且算法通用性较强,可适应不同背景的可见光影像。     

利用加权整体最小二乘DSM提取DEM的方法

随着无人机航摄软硬件技术的快速发展,通过倾斜摄影三维建模快速获取DSM的成本越来越低。在小比例尺的地形图测量中,DSM若能通过快速处理得到较为精确的DEM,即可节省大量的人力物力。针对林地范围内DSM数据的特点,采用加权整体最小二乘法对DEM进行提取。