模拟水深测量实习设计与实现

针对海洋测绘实践教学中,水深测量实习受场地、经费和安全因素影响大,难以开展的问题,设计并实现了模拟水深测量实习。该模拟实习能较为真实地模拟了水深测量的主要步骤,易于开展和推广。     

内蒙古河套灌区春玉米作物系数试验研究

作物系数曲线是估算作物生长季耗水量变化的重要参数。基于2013年4—9月内蒙古巴彦淖尔市临河区田间水分试验和1994—2013年气象站观测资料,利用水量平衡法反求春玉米作物系数,分析生长季内的变化规律, 建立动态模拟方程,并与联合国粮农组织 (FAO) 分段直线法结果进行比较, 提出胁迫条件下作物系数的叶面积修正方法。结果表明:玉米作物系数随发育进程可用三项式曲线描述,变化趋势与产量水平无关, 但随产量增高而变幅增大;以出苗后相对积温为时间变量建立模拟方程效果较好,决定系数 (R2) 均在0.92以上;模拟计算出各站点最大 (1.30~1.48) 和平均 (0.831~0.919) 作物系数,与FAO分段直线法计算的典型值和区间值基本一致,生长中期平均相对误差为3.4%~7.2%;提出利用相对叶面积指数修正作物系数的计算方法;通过2014年实例检验,土壤水分模拟值与实测值的平均相对误差为6.3%,相对误差小于15%的占95.8%。     

中国东部城市土地利用变化对江南春雨影响的模拟研究

利用美国国家大气研究中心发布的较高分辨率大气环流模式CAM 5.1,进行了中国东部(20~50°N,100~125°E)城市土地利用变化对江南春雨影响的数值试验。结果显示:较中国东部无城市土地利用的试验相比,城市用地增加后,江南春雨推迟约3候建立而提前1候结束,持续时间缩短,同时降水强度减弱。进一步分析表明:东部城市土地利用增加可改变地表能量收支,使得东部大部分地区的地表增暖,导致地表感热增强,对大气的异常加热使得该区域上空等压面抬升,缩小了低层青藏高原东南侧至西太平洋间的位势梯度,使得形成江南春雨的直接原因——西南风减小,从而减少春季江南地区的降水。中国东部城市土地利用改变可能是影响近几十年江南春雨年代际变化的原因之一。     

中国东部城市群发展对南海夏季风爆发影响的模拟研究

本文利用NCAR开发的CAM5.1(Community Atmosphere Model Version 5.1)模式,针对我国东部大规模城市下垫面发展对南海夏季风爆发的影响进行了数值模拟研究。结果表明我国东部大规模城市群发展可能使得南海夏季风提前1候爆发;机理分析表明:在南海夏季风爆发之前,中国东部城市群发展引起的陆面增温,使得南海及其附近地区南北温差提前逆转、中国东部区域海平面气压降低,导致中南半岛到南海地区西南气流加强,中南半岛到南海地区降水增加,而凝结潜热垂直变化强迫出的异常环流,促进了南亚高压的加强及提前北跳,相伴随的高层抽吸作用有助于季风对流的建立和西太平洋副高的减弱东撤,从而形成了有利于南海夏季风爆发的高低层环流条件,导致南海夏季风提前爆发。另外,观测结果表明1993年之后南海夏季风爆发的日期相对上一个年代明显提前约2候,城市化快速发展阶段与南海夏季风爆发的年代际变化存在时间段的吻合,表明城市下垫面发展可能是南海夏季风提前爆发的原因之一。     

基于SDOG-ESSG的地球系统元胞自动机框架及其应用试验

元胞自动机结构简单且具备模拟复杂系统的能力,已被广泛应用于大气、流体力学、地球物理等领域。然而,现有元胞自动机以欧氏空间为约束进行地球系统过程模拟,忽略了地球重力等天然约束,导致计算过程中元胞状态的传递方向与真实运动的趋势方向不相符,一定程度上扭曲了最终的模拟结果。本文提出了地球系统元胞自动机这一概念,并从元胞表达及构建、邻居模型等方面设计了基于SDOG-ESSG格网的地球系统元胞自动机框架。由于演化规则取决于不同的应用,因此本文进一步以地壳的热传递为例,通过对热力学方程离散化设计了相应的演化规则。最后,借助公开的数据源开展了地壳热传递元胞自动机模拟的初步试验,并与一定区域下的数值模拟结果展开了比对。试验表明,与数值模拟方法相比,本文方法的模拟结果相对误差控制在27%以内,具备一定程度的可行性,可作为地球系统过程模拟的一种新思路。     

小尺度土地利用变化模型在岩溶山区的应用

针对当前土地利用模拟技术在岩溶地区应用较少的现状,该文提出了利用CLUE-S模型对岩溶地区土地利用变化进行模拟。此模型全面考虑自然和人文因子,通过迭代方法综合空间分析和非空间分析,较好地模拟小尺度范围内土地利用变化,具有综合性、开放性、空间性、竞争效率性等特点。研究结果表明:该模型不仅能够准确地反映未来研究区土地利用变化趋势,而且能较好地筛选影响未来土地利用变化主要影响因子,进行不同情景土地利用变化模拟,对岩溶地区土地利用规划和管理具有参考价值。     

创新型摄影测量教学实验系统的设计

为了在测绘学科教学实践中提高学生的理论水平和分析解决问题的能力,该文以摄影测量的生产流程为主线,研究实现从航空数据获取、像控点测量、空中三角测量、"4D"数据产品生成、三维建模与仿真到GIS属性入库的全过程模拟,旨在解决摄影测量课程教学过程中所面临的抽象、枯燥、高成本、高风险的问题;并以摄影测量实验系统采集的数据为基础,增加了控制测量、GIS入库、三维GIS等实验内容,以期为测绘学科的教学发展以及学生的实践能力提高作出贡献。     

城区内涝淹没模拟算法

针对城区内涝淹没范围和水深模拟问题,该文提出了一种基于约束Delaunay不规则三角网与三棱柱的城区内涝淹没模拟算法。该算法以沿地面三角形的顶点垂直向上引垂线形成的三棱柱为计算单元,通过"等体积"的方法,建立时间序列切片下的淹没水深和积水量的关系,据此实现淹没范围和水深模拟。以北京师范大学(简称"北师大")主校区为例,对单汇水区的水面高程上升模拟结果与实际观测值进行对比,基本吻合;并与传统栅格DEM的淹没效果进行了对比,表明该算法正确有效。     

一种曲线拟合圆心坐标算法及精度分析

针对在工程应用中,经常需要根据某些圆形物体上的离散点求取其圆心坐标,而采用何种算法简单易行,其精度又与哪些因素有关的相关研究较少的问题,该文提出一种利用曲线拟合求取圆心坐标的简洁算法,并编程实现。然后采用模拟仿真结合统计分析的方法评估了该算法在不同条件下的拟合精度,得出测点误差越大,拟合精度越低;测点个数越多,分布越均匀,拟合精度越高;圆半径对拟合精度影响甚小等结论。在某工程项目中使用该算法得到的结果精度较高,验证了其有效可行,且与采用其他方法得到的坐标值较为接近,说明了该算法的可靠性高。     

波动方程模拟PML吸收影响因素分析

地震数值模拟中,完全匹配层(PML)边界能有效地吸收衰减地震波,得到无边界反射干扰的波场快照和地震记录。在前人研究的基础上,进一步分析了分裂完全匹配层(SPML)的衰减机制,通过波动方程模拟,分析了震源主频、空间网格间距、介质速度等参数对SPML边界吸收衰减特征的影响。得到了不同条件下,PML边界对地震波的吸收效果。通过分析对比,得出了震源主频对PML吸收效果无直接影响,空间网格间距与PML吸收效果成反比,高速层PML吸收效果缓慢等结论。并通过Marmousi2模型测算,对结论进行了验证。最后给出了复杂模型、不同尺度数值模拟中SPML参数的选取方法,为地震数值模拟中SPML边界参数的定量选取奠定了基础。