卫星测高技术应用研究回顾与展望

简要介绍了笔者所在单位近十年来密切跟踪世界发展动态,灵活运用高新技术,致力于卫星测高技术应用研究所取得的一些有理论意义和实用价值的成果,这些成果主要包括四个方面：卫星测高径向轨道误差时域和空域特征分析、卫星测高反演海洋重力场、卫星测高反演海底地形以及利用测高重力异常扩展超高阶地球位模型研究成果。最后对这一研究领域未来的发展方向作了展望。     

2021年9月通辽一次龙卷形成机理和雷达回波特征分析

2021年9月8日午后分别有两个EF1级龙卷对内蒙古通辽市科尔沁区左翼中旗、科尔沁区造成严重影响。为深入认识东北冷涡背景下内蒙古东南部平原地带龙卷的形成机理和特征,利用常规观测资料、ECMWF-ERA5的0.25°×0.25°再分析资料、多普勒雷达探测资料等对本次龙卷过程进行分析。结果表明：龙卷发生于东北冷涡底部、低空冷切南部的西南暖湿气流、地面辐合线南侧偏南气流中,龙卷发生前中低层有干空气入侵,增强大气对流不稳定度;较低的抬升凝结高度,低层位温随高度减小,0～3 km有较强的风垂直风切变、强的垂直上升运动,低层存在正垂直螺旋度大值中心,均是龙卷形成的有利条件;辐合线和干线相伴作用共同触发龙卷。通辽多普勒雷达探测出两龙卷钩状回波、入流缺口、有界弱回波区、气旋性风场辐合、中气旋特征;分析雷达数据反演的风场得出,龙卷发生在近地面辐合线附近的偏南气流中,位置在发展阶段钩状回波移向的东南侧、入流缺口附近;龙卷发生前中低层具有气旋性辐合,气旋性辐合中心逐渐下降,垂直方向上具有较强的垂直风切变,呈现低层辐合高层辐散特征;在低层和中低层的辐合中心接近时,龙卷形成并逐渐接地。     

太湖水体叶绿素浓度反演模型适宜性分析

为确定适合太湖水体叶绿素的反演算法,为同类卫星数据的建模和应用提供参考,本文根据太湖2007年11月、2009年4月和2011年8月实测水质参数以及同步光谱数据,结合水色遥感传感器MODIS、MERIS、GOCI及我国自主发射的HJ-1号卫星CCD传感器波段参数,基于差值模型、比值模型、三波段模型及APPEL模型,分别建立太湖水体叶绿素浓度反演模型,并分析模型的适宜性.结果显示,基于不同传感器数据APPEL模型的决定系数为0.7308~0.8107,模型相对误差为15%~24%,均方根误差为21%~32%;三波段模型基于不同传感器数据拟合的决定系数为0.6014~0.7610,相对误差为28%~36%,相对均方根误差为39%~46%;差值模型决定系数为0.4954~0.7244,相对误差为39%~53%,相对均方根误差为51%~72%;比值模型决定系数为0.4918~0.7098,相对误差为41%~55%,相对均方根误差为56%~75%.相比较而言,APPEL模型的稳定性较强,适合于不同传感器数据的太湖水体叶绿素浓度的反演.此外,相应不同传感器波段位置、波段宽度对模型反演的精度和稳定性的影响也不同,当波段位置接近叶绿素特征波长时,较窄的波宽有利于模型精度的提高,波段位置和叶绿素浓度特征波长相差较大时,合理增加波谱范围有利于叶绿素特征信息的获取.     

深井电极交叉供电对自然电位的影响

通过实验论证平凉地震台深井电阻率观测自然电位畸变由电极交叉供电造成,讨论分析不同电极供电对自然电位的影响。结果表明:对测量极供电,会影响自然电位,不会影响电阻率测值;单极供电对自然电位的影响表现为阶跃突跳,并以指数形态恢复,恢复时间约10 h,干扰峰值与供电电流、供电时间等有关;对观测数据进行校正,取得较好效果。     

利用精定位小震资料反演1933年叠溪M7?地震震源断层面参数

1933年叠溪发生7?级强震,关于此次地震的发震构造存在较大争议,有些学者认为NW向松坪沟断裂是此次地震的发震构造,另有学者认为近NS向岷江断裂南段才是这次地震的发震构造。本文根据成丛小震发生在大震断层面附近的原则,利用1990-2014年精定位小震目录,根据万永革等（2008）提出的震源断层面拟合方法,反演了叠溪地震震源断层走向、倾角和位置。断层走向和倾角分别是172.8°和82.9°,倾向偏向西。本文结果更支持岷江断裂南段为叠溪地震发震构造这一结论。     

基于比值均方根的杨氏模量反演方法

杨氏模量和泊松比是表征岩石脆性、评价储层可压性以及描述储层流体特征的重要参数,叠前地震反演是从地震数据中得到此类参数的有效手段.常规的叠前地震反演方法多使用Zeopppritz方程的近似式计算反射系数,近似式的误差影响了反演结果的精度.针对这个问题,推导了比值均方根形式的杨氏模量、泊松比和密度的Zoeppritz方程,并基于广义线性反演构建了杨氏模量和泊松比直接反演方法,有效地避免了使用近似式的局限性,提高了反演的精度.模型测试和实际资料试算结果表明：采用比值均方根形式构建的反演流程稳定,能够从叠前地震数据中获得可信的杨氏模量、泊松比和密度,提供了一种可靠的杨氏模量和泊松比直接反演方法.     

垂直气柱中大气微量成分总含量的反演

提出了一种利用地面中等光谱分辨率的太阳红外光谱反演整层大气中某几种微量成分总含量的方法,用逐线积分（ Ｌ Ｂ Ｌ） 法计算整层大气分子吸收,采用差分吸收法测量太阳红外光谱得到实际大气中微量成分的吸收,用最大似然法反演出微量成分的总量。详细分析了这种方法的可行性和反演精度,数值模拟分析和实际测量表明该方法有较高的精度,已把该方法用于监测实际大气中甲烷和水汽总含量的变化。     

HITRAN数据库对卫星1.6 μm通道CO2辐射传输特性计算的影响

卫星遥感器中的CO21.6μm弱吸收带通道测量信号可以反映CO2的近地层浓度分布,是温室气体卫星反演的重要通道之一。HITRAN数据库是建立卫星遥感CO2浓度算法依赖的重要分子光谱参数数据库,目前已经更新到了2012版,不同版本中大气分子谱线参数存在差异。本文利用逐线积分模式LBLRTM,研究了最近3个版本HITRAN数据库(04、08、12版)在CO2的弱吸收带通道上大气光学厚度、透过率的差异,发现04版计算的气体光学厚度普遍偏高,可对CO2造成约38 ppm的低估;08版本得到的气体光学厚度与12版本接近,反演相差2 ppm以内。在此基础上,分析了不同HITRAN数据库对整层CO2变化和近地层CO2变化的敏感性,结果表明:04版对整层和近地面大气的变化敏感性最强,并且放大了近地层信号;08版与12版对整层或近地层CO2的敏感度接近,两者经过卷积后得到的信号无差异。     

延庆台地电阻率铁质干扰的有限元模拟

近年来延庆台地电阻率观测多次出现因环境干扰而引起的较为显著的异常变化,尤其是观测环境中铁质干扰源对地电阻率观测的幅度和形态的影响.本文依据台站测区地下高密度电性结构剖面和电测深结果建立了三维数值模型,分析了几种铁质对延庆台地电阻率观测的影响幅度和形态,结果表明,在扣除地电阻率基准值后,干扰幅度和形态与实际观测值的异常变化较吻合,从而从数值分析的角度确定了地下铁质对延庆地电阻率观测的干扰.      

地震预测中的地电阻率数据处理方法

本文介绍了地电阻率时间序列数据的常用处理方法,即消除年变化法、无量纲法、相对均方差法和差分法共4类8种方法,包括“九五”以来对原方法的改进和新发展的方法,讨论了各方法的原理、数据处理过程、异常分辨能力、异常指标和异常物理机制及其在数据处理中存在的不足.结果显示:① 一般来说,用有效的数据处理方法才能分析、识别出原始数据曲线上的“弱变化”异常;② 文中8种方法的原理简明,异常物理机制清晰或较清晰,各方法的异常识别指标分别为明确、基本明确和定性的,定性的异常在震情研判中仅有参考意义;③ 消除年变化法和无量纲法通常用于识别地震中期、短临异常,而相对均方差法和差分法通常用于识别短临异常;④ 经数据处理得到的异常与原始曲线的“弱变化”异常相协调;⑤ 时间序列数据出现的异常并不等同与地震孕育、发生过程有直接联系的前兆异常,出现数据异常的台站附近不一定会发生显著地震.