衰减夹层GPR模拟的时频域全局反射误差

全局反射误差分析是深入研究探地雷达(GPR)吸收边界条件吸收效率的有力工具.基于常规完全匹配层(PML)的标准交错网格有限差分算法必须满足严格的CFL条件限制,即在单位时间步长内,不容许电磁波传播的距离超过单元网格尺寸.为了提高主区域所有网格节点的计算效率,并有效地吸收传播后期出现的低频隐失波,提出基于非分裂递归卷积完全匹配层(UCPML)的旋转交错网格(RSG)GPR正演算法.该算法采用不同的网格交错策略,并在边界条件中引入了吸收低频隐失波的自由可变因子,使得该算法允许选取较大的时间步长,提高了计算效率,并且实现了对低频隐失波的高效吸收.本文首先给出了RSG差分格式,推导了基于UCPML的RSG差分更新方程,探讨了数值色散的稳定性条件,然后以绕射现象严重的衰减夹层数值模拟为例,分别从波场快照、单道波记录、时间域反射误差(TDRE)、频率域反射误差(FDRE)四个方面分析了UCPML与常规PML的全局反射误差,说明了基于UCPML和RSG的GPR正演算法能更有效地吸收低频隐失波.     

宁蒙引黄灌区灌溉需水对变化环境的响应

首先分析了宁蒙引黄灌区近60年的气温变化特性,并据此划分基准期和变化期;分析了灌区种植结构的变化。然后采用彭曼公式和作物系数,分析了典型作物的物候期和灌溉需水的变化;并分析了灌区灌溉需水量和灌溉时间节律对自然和社会环境变化的响应。结果表明:变化期相较基准期,气温明显升高,灌溉需水在此影响下,有所前移;总种植面积增大,春小麦的种植面积大幅降低,玉米、葵花等其他作物增加,使得灌溉需水总量增多,并有所后延;在总种植面积增大、种植结构改变和气候变化的综合作用下,灌区灌溉需水量呈较大幅度的增加趋势,但汛前讯后需水比例变化不大。     

非典型周期和气候突变的识别与判定

通过两种新方法分析了无锡站降水年际变化的突变性、周期性等特征,揭示了旱涝演化的自然规律。研究表明,1934、1978、2013年是我国近现代气候突变的临界点,这是旱涝演化的自然选择;无锡站年际降水的观测历史可分成四个特征不同的时段,每个时段节点对应的都是一次气候突变;气候突变会改变年际降水序列的一致性,分段法研究可以大幅度降低模拟难度、提高预测效率。发现并确认了3个气候突变点,实现了超长缺测中断期(13a)旱涝趋势的精确插补,完成了无锡站近百年降雨序列的周期性分析与旱涝趋势预测模拟,研究成果改变了近现代气候历史无法细分的现状。     

联合VMD和Bi-LSTM的GNSS坐标时序降噪

针对GNSS坐标时间序列中的噪声难以有效去除等问题,构建了一种联合变分模态分解和双向长短期记忆模型的方法用以去除GNSS坐标时间序列中的噪声。将GNSS坐标时间序列分解为k个本征模态函数分量,并根据样本熵选择出有效的模态分量,分别通过双向长短期记忆网络处理,最后将信号进行合成。以BJFS等12个具有较长时间序列且数据完整性较好的GNSS站点坐标数据为例,对坐标时间序列进行降噪。将该方法与传统的分解方法进行对比分析,发现在E、N、U方向上,相比于单一变分模态分解,速度不确定度改正率分别提高了11.03%、4.60%、7.39%,相比于经验模态分解分别提高了31.70%、27.70%、24.42%。结果表明该方法能够更好地去除信号中的噪声,且优于传统分解方法,可提高信号可靠性。     

区域对流层约束的BDS-3 PPP性能分析

针对PPP定位解算过程中收敛时间较长的问题,提出一种附加区域对流层延迟模型值约束PPP的方法,利用电力北斗精准位置服务网湖南区域的16个基准站观测数据,构建区域对流层延迟模型,通过对流动站HNYZ和CZZX的PPP定位实验,分别从PPP定位精度、收敛时间、模糊度参数和观测模型几何强度等方面,对该算法的改进效果进行了对比分析。实验结果表明,该算法具有更好的PPP模型几何强度,可以显著地改善高程方向的定位性能,静态模式下,收敛时间分别提升18.23%和12.96%,定位精度分别提升8.79%和1.87%;动态模式下,收敛时间分别提升7.32%和6.78%,定位精度分别提升6.07%和20.53%。     

基于方差分量估计的多源InSAR数据自适应融合形变测量

近年来,合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术在地面沉降监测方面展现了巨大的应用潜力,但受其重访周期和一维形变测量能力的限制,仅利用单一轨道卫星观测数据很难揭示真实的地表形变特征及其演化规律.随着在轨运行的SAR卫星系统不断增加,使得融合相同时间段内覆盖同一区域的多源多轨道InSAR数据成为可能.然而目前普遍采用的多源InSAR数据融合方法均为针对大尺度形变监测设计,或者忽略南北向形变甚至水平形变,容易造成误判.为此,本文对经典小基线集(Small Baseline Subset, SBAS)时序InSAR分析方法进行改进,在其形变反演模型中加入东西向和南北向形变参数,采用方差分量估计方法解算多源观测数据验后方差,通过迭代精化确定权重矩阵,从而获得形变参数的最优估值.使用美国南加州地区的ALOS PALSAR和ENVISAT ASAR数据开展实验,利用南加州综合GPS网(SCIGN)位于研究区域内的9个站点观测数据进行验证,结果表明本文方法得到的融合形变测量结果在垂直向上能够准确反映地表形变波动,周期性与GPS观测比较一致;同时,融合得到的三维形变场显示南加州洛杉矶地区存在不可忽略的水平形变,东西向形变测量精度略高于南北向.因此,基于方差分量估计的多源InSAR融合方法在提高形变测量时间序列连续性的同时,能够更准确地反演研究区域三维形变特征.     

基于全波形采样的激电多信息提取方法研究与应用

激电法是地质勘查中的一种重要方法,时、频域测量各具优势,但传统的时、频域测量实现方法相对独立.根据频域和时域可相互转换的理论,本文提出一种基于全波形采样的时频激电多参数提取的地球物理数据处理方法.采取时间域激电法的观测模式,接收机高精度同步记录整周期电压-电流全部采样点的波形数据,通过该文提出的处理方法,仅一次供电和测量即可提取多种时、频域激电参数:时域激电的视电阻率、视极化率和频域激电的多频视电阻率、视相位、视频散率、去耦后的视相位等参数.在云南保山某典型矿区开展方法的试验应用,提取了地质体大量的相关激电信息,总结了目标体的激电参数响应规律.应用结果表明,该方法便捷高效,抗干扰能力强,相较于传统的时域激电测量,多种参数组合可提升对目标地质体的认识,增强激电法的应用效果.     

2013年南斯科舍海岭MW7.8地震的多点震源机制反演

2013年11月17日,在南极南奥克尼群岛北、南极板块与斯科舍板块之间发生了一次M_W7.8级地震（2013年南斯科舍海岭M_W7.8地震）,我们利用全球分布的长周期和宽频带地震记录反演确定了这次地震随时间和空间变化的震源机制,验证了提出的一种多点震源机制反演的新方法.首先利用长周期记录的W震相反演了这次地震的矩心矩张量解并利用体波提取了视震源时间函数,同时利用台阵反投影技术从宽频带记录中获得了这次地震的高频源的时空分布,然后基于矩心矩张量解、视震源时间函数以及高频源的时空分布,实现了采用新方法对2013年南斯科舍海岭M_W7.8地震的多点震源机制反演.矩心矩张量解表明,地震矩心在44.50°W/60.18°S,矩心深度19 km,半持续时间49 s,释放标量地震矩4.71×10²⁰ N·m,发震断层走向104°,倾角54°,滑动角8°.视震源时间函数清楚地揭示了地震矩随时间变化的方位依赖性,总体上可以将时间过程分为前60 s和后50 s两个阶段,但前60 s可细分为两次子事件.根据台阵反投影结果,这次地震为沿海沟从西到东的单侧破裂,破裂长度达311 km,可以分为5次子事件,能量释放的峰值点依次为13 s、30 s、51 s、64 s和84 s,平均破裂速度分别为0.6 km·s^-1、2.6 km·s^-1、2.3 km·s^-1、2.8 km·s^-1和3 km·s^-1.多点震源机制反演显示,5次子事件的矩震级分别为M_W7.57,M_W7.48,M_W6.80,M_W7.53和M_W7.08,半持续时间依次为21 s,17 s,6 s,16 s和8 s,走向分别为95°,105°,81°,98°和98°,倾角依次为57°,49°,86°,46°和64°,滑动角-9°,1°,-17°,13°和-4°.这些在震源机制、能量释放以及持续时间方面的变化都是当地构造和应力环境复杂性的反映.     

考虑尺寸效应的近海桥梁天然橡胶隔震支座力学性能老化时变规律研究

目前天然橡胶支座（NRB）的性能研究大多未考虑尺寸效应,在前期开展的近海桥梁隔震支座和材料老化时变规律研究的基础上,同时考虑支座直径尺寸变化和老化作用时间的影响对NRB的性能进行研究。首先采用ABAQUS有限元软件对不同直径尺寸NRB的性能进行分析,得到了NRB性能随直径尺寸的变化规律;然后结合前期老化作用对NRB及其橡胶材料性能时变规律的影响研究成果,分析了直径尺寸及老化作用时间共同作用下,NRB性能的变化规律,并通过ABAQUS有限元分析,验证了该变化规律的准确性。结果表明:NRB的水平刚度和竖向刚度均随其直径尺寸的增大呈正比例增大趋势;NRB水平刚度比和竖向刚度比均随老化作用时间的增长呈线性增大趋势;且直径为150mm的NRB在实际环境老化60a后,其水平刚度和竖向刚度的增长幅度分别为:30.8%和16.41%,由此可见老化作用时间对NRB水平刚度的影响较显著,对其竖向刚度的影响较小。研究内容可为隔震桥梁结构中支座缩尺模型试验的相关设计提供参考,并为将实验室缩尺橡胶隔震支座的相关成果较好地应用于实际工程计算及设计中提供依据。     

基于非结构有限元的时间域海洋电磁三维反演

海洋电磁法是一种有效的钻前储层评价手段,可识别出海底构造是否储油气,从而减少干井率降低勘探成本.近年来,频率域三维海洋电磁反演得到了快速发展,但受到空气波的影响,其在浅海环境中无法取得很好的效果.为解决这一问题,本文研究时间域海洋电磁数据三维正反演.正演模拟和计算中,我们选择基于非结构网格的矢量有限元方法.该算法中空间离散采用非结构四面体网格,可很好地拟合复杂海底地形条件和地下复杂结构;而对于时间离散,我们采用无条件稳定的后推欧拉方法,以确保任意时间步长数值计算的稳定性.反演计算中,灵敏度信息采用伴随正演隐式进行计算;同时,依据时间域反演方法的特点采用L-BFGS方法计算模型修正量.通过利用合成数据反演结果证明了本文提出的三维时间域反演方法可用于复杂海底环境,特别是在浅海环境下的有效性.