三维地震建模与可视化

在地震模型与正演中利用已知资料或虚拟建立复杂的二维和三维地震模型, 对进行后续地震模拟和面元分析以及合理地设计观测系统等工作是非常重要的, 同时为地震资料处理解释提供了工具, 为反演方法提供了必要的基础.根据地震模型特点对地震模型建立及其在计算机上可视化的一些算法进行了简要阐述, 对能很好地实现三维地震模型可视化的克里格插值、Delaunay三角剖分算法的原理进行了分析研究.在SeisWay1.0“地震模型与正演”模块中根据以上算法所生成的模型数据生成三维地震模型.      

An Experimental Comparison of Ordinary and Universal Kriging and Inverse Distance Weighting

A factorial, computational experiment was conducted to compare the spatial interpolation accuracy of ordinary and universal kriging and two types of inverse squared-distance weighting. The experiment considered, in addition to these four interpolation methods, the effects of four data and sampling characteristics: surface type, sampling pattern, noise level, and strength of small-scale spatial correlation. Interpolation accuracy was measured by the natural logarithm of the mean squared interpolation error. Main effects of all five factors, all two-factor interactions, and several three-factor interactions were highly statistically significant. Among numerous findings, the most striking was that the two kriging methods were substantially superior to the inverse distance weighting methods over all levels of surface type, sampling pattern, noise, and correlation.     

Cascade插值方法在GRAPES模式中的应用

基于半拉格朗日 (semi-Lagrangian) 方案的数值天气预报模式, 求解半拉格朗日轨迹上游点变量, 通常采用传统直线逐点拉格朗日多项式插值, 由已知模式格点 (欧拉网格点) 的数值插值获得。对于三维空间上游点的插值, N阶精度需要O(N3) 运算量。N增大, 运算量将大幅增加, 特别耗费计算机机时, 而采用Cascade插值法 (降阶插值法) 则只需要O(N) 运算量。它的显著特点是:用曲线代替直线, 通过一系列中间过渡网格点, 在曲线上用一维拉格朗日插值, 使得相邻拉格朗日格点或中间过渡点的插值不再是孤立的, 而且可以重复使用某些中间结果, 达到减少运算量的目的。将这种方法合理应用于GRAPES模式, 并根据模式的特点, 对Cascade插值过程中独立变量的距离分段计算, 从而有利于实现并行计算。计算结果表明Cascade插值法与传统直线逐点插值法相比, 计算效率平均提高约30%, 同时不降低精度。     

沙尘预报客观检验中最优实况资料和圆插值半径选择研究

使用2012～2014年每年3～5月CUACE（China Meteorological Administration Unified Atmospheric Chemistry Environment）模式地面沙尘浓度格点预报产品,预报员预报等级产品、实况地面观测沙尘等级和特征站观测PM10（空气动力学当量直径小于等于10 μm的颗粒物,即可吸入颗粒物）资料,并针对CUACE模式格点产品,选取不同半径对格点产品进行圆插值,从而对2012～2014年共25次沙尘过程值,采取3年总样本计算TS（Threat Score）评分,对格点产品适合的圆插值半径和预报产品适合的检验实况资料进行研究,结论如下:（1）如实况采用沙尘等级,模式插值半径与TS评分在浮尘或扬沙等级成近似线性下降关系,而在沙尘暴以上等级TS评分与插值半径关系几乎不大,最优插值半径可选为最小插值半径0.5°（经度/纬度）;如实况采用PM10资料,TS评分在浮尘或扬沙等级根据半径不同变化较为剧烈,沙尘暴以上等级TS评分与插值半径关系不大,可以采用浮尘或扬沙平均线3.5°为平均最优插值半径。如果沙尘过程较弱,插值半径可适当减小,以1°最合适;（2）对CUACE模式预报产品,沙尘等级观测TS评分可用性要优于PM10资料,但两者在沙尘暴以上等级评分差别不大,总体上CUACE模式最优检验实况资料可选为沙尘等级观测资料。对预报员沙尘预报产品,观测沙尘等级TS评分要远高于PM10,预报员沙尘预报产品最优检验实况资料为观测沙尘等级资料。     

基于通量模型的珠江三角洲经济区土壤重金属地球化学累积预测预警研究

珠江三角洲经济区是中国最富庶的地区之一,人类生产、生活活动对环境影响突出。在区域尺度,基于普遍性、区域性输入—输出因素通量模型,估算了不同土地利用方式下土壤重金属的年净通量,进而开展土壤重金属地球化学环境预测预警。预警主要通过由土壤重金属空间分布与其概率空间分布相结合的概率克里金法模型获得的因子污染概率进行。预警因子浓度阈值取自土壤环境质量国标标准二级标准。分析显示,研究区水田土壤的生态地球化学环境重警因素主要来自Cd,Hg,Ni,Cr,旱地土壤重警因素主要来自Cd,Hg,Ni,园地土壤重警因素主要来自As,Cr和Ni。如果不改变现在的发展方式,到2025年,水田土壤生态地球化学环境重警区域有江门市的蓬江区、江海区、新会区、开平市、鹤山市,整个中山市,广州的南沙区、番禺区,肇庆市的鼎湖区、端州区、高要市,以及珠海的斗门区。旱地重警区域主要为广州的番禺、南沙,白云区、黄埔区、罗岗区及花都区,佛山的高明、南海、顺德、禅城区,肇庆的四会,中山的小揽、古镇、三角、东升,珠海的斗门、金湾等,以及江门的市区、新会市、开平市和台山市。园地重警区域有广州的南沙、番禺区、花都区,惠州惠东县的北部等,珠海的斗门、金湾和坦洲,佛山的顺德区、南海区、禅城区、三水区等地。     

省尺度森林植被碳储量空间分布模拟不确定性分析——以江西省为例（英文）

Forest vegetation carbon patterns are significant for evaluating carbon emission and accumulation. Many methods were used to simulate patterns of forest vegetation carbon stock in previous studies, however, uncertainty apparently existed between results of different methods, even estimates of same method in different studies. Three previous methods, including Atmosphere-vegetation interaction model 2(AVIM2), Kriging, Satellite-data Based Approach(SBA), and a new method, High Accuracy Surface Modeling(HASM), were used to simulate forest vegetation carbon stock patterns in Jiangxi Province in China. Cross-validation was used to evaluate methods. The uncertainty and applicability of the four methods on provincial scale were analyzed and discussed. The results showed that HASM had the highest accuracy, which improved by 50.66%, 33.37% and 28.58%, compared with AVIM2, Kriging and SBA, respectively. Uncertainty of simulation of forest biomass carbon stock was mainly derived from modeling error, sampling error and statistical error of forest area. Total forest carbon stock, carbon density and forest area of Jiangxi were 288.62 Tg, 3.06 kg/m~2 and 94.32×109 m~2 simulated by HASM, respectively.     

漓江流域降雨量空间插值精度分析

以漓江流域周边17县市气象台站及流域内15个自动气象站的基本地理信息和各站点2010年降雨量资料为基础数据,GIS为操作处理平台,采用反距离加权插值法（IDW）、克里格插值法（Kriging）和协克里格插值法（CoKriging）,对降水相对集中的六月、夏季及全年降雨量数据进行插值处理,并利用15个自动站的降雨量数据,以平均绝对误差（Mean Absolute Error, MAE）和插值平均误差平方的平方根（Root Mean Squared Interpolation Error, RMSIE ）两种插值评价方法对插值结果进行评价分析。分析结果表明,利用反距离加权插值法对漓江流域内进行降雨量插值处理精度评价最高。     

插值方案对耦合系统积分稳定性影响的数值研究

利用NCAR的CCSM 2（community climate system model）气候系统模式分析研究插值方案对系统积分稳定性的影响。理想试验结果表明守恒插值的稳定性要好于双线性插值。但在数值试验中,由于海—气之间复杂的相互作用,使得采用两种不同插值方案计算得到的海—气界面通量的差异远小于理想试验。长期数值积分试验表明,采用守恒插值方案仅在模式系统积分的初期阶段有利于保持物理量守恒,对于模式系统的长期积分稳定性的影响,两种方案基本相同。     

复杂地形区域平均气温空间插值方法研究

采用反距离权重、克立格、径向基函数法、三维二次趋势面和地理加权回归5种方法,对云南125个站1月、4月、7月、10月和年的30年平均气温进行空间插值并比较分析发现:反距离权重、克立格、径向基函数法3种常规插值方法对地形复杂的云南气温空间分布模拟精度不高;三维二次趋势面和地理加权回归模型对云南气温空间分布模拟较好,交叉检验结果显示前者的平均绝对误差(MAE)为0.43~1.02℃,均方根误差(RMSE)为0.67~1.77℃,其推算的云南气温栅格数据能较好地反映出云南各地气温的分布和差异;GWR模型对气温的交叉验证在5种插值方法中误差最小,插值结果 MAE在0.65℃以下,RMSE在0.8℃以下;进而使用"地理加权回归模型插值+反距离权重残差内插"叠加法对抽取的10个检验站平均气温进行插值检验,64%的插值结果绝对误差在0.5℃以内,74%的插值结果相对误差在5%以内,且实测值与插值估算值回归关系决定系数R2在0.9以上。     

基于PC-CCA方法的气象场资料插补试验

引入主成分典型相关分析（ＰＣ－ＣＣＡ）方法建立缺测气象要素场序列的插补模式,对区域性气象场序列（以长江流域月气温距平场为例）各种时空缺测分布型态作插补试验。结果表明,当插补场站网分布型取包含子场在内的混合站网时,建模样本量达２５年就可有最优插补精度,且性能稳定,效果优良。尤其当距平符号单一且大尺度分量占优势时,插补精度随缺测场变化很小