干旱区一次锋面过境短时暴雨中尺度系统分析

利用加密自动站、卫星云图及雷达图像等资料,对2010年6月7日白天到夜间宁夏中北部地区出现的短时暴雨天气成因及中尺度系统演变进行分析。结果表明,此次短时暴雨是在“东高西低”稳定的环流形势和锋面过境背景下,500 hPa西风槽,700 hPa切变线、低涡、低空急流,850 hPa切变线,地面冷锋等主要影响系统相互配合、共同作用下发生的;大降水落区位于低空急流左侧与切变线尾部的辐合区,这可作为宁夏中尺度暴雨天气系统的一种典型特征;逆风区的出现和S型风场、锋面过境雷达图像特征是此次强降水典型的雷达回波特征,逆风区分布与中尺度系统走向基本一致。     

一次引发北部湾大暴雨过程的海风锋模拟研究

利用非静力中尺度模式MM5对2008年6月5日北部湾一次引发大暴雨过程的海风锋系统进行模拟研究,结果表明:(1) 模式成功模拟出了降水落区、强度及时间变化;此次强降水天气过程是由于海陆风环流引发的中小尺度海风锋系统所造成。(2) 日出至午后14时,北部湾沿海区域,伴随着西南强风气流和出海高压后部的东南风气流,来自印度洋海域和南海海域的两股相对高温、高湿空气在与内陆相对较干较冷的空气相遇,来自洋面的两股暖平流叠加,造成温度梯度增大;暖湿气流堆积后,不稳定能量增加,激发了对流运动,引发海风锋生。降水区域大致位于两个不稳定能量轴之间,随着能量轴的移动而移动,同时能量轴在不断深入内陆的过程中不断消耗减弱,降水强度随着减弱。(3) 此次海风锋发生、发展和消亡的整个过程集中在日出至14时前后,海陆温度的分布是由暖海冷陆转变成暖陆冷海的过程中。海风锋的整个垂直对流尺度大约在5 km,主要的对流发生在950～800 hPa层(约0.6～2.0 km),水平尺度约40～60 km,是一种近地面层的中-β尺度系统。(4) 海风锋自海岸线向内陆的入侵过程中强度逐渐减小。空气流厚度紧靠锋面处较低,其后迅速增大,锋面过后空气流厚度缓慢减小,充分表现出海风锋结构上存在的一个隆起的“头”的特征。      

基于工业CT力学实验平台的建立及应用

将工业CT与数字体图像相关法相结合测量物体内部三维变形及应变已发展成为一种新的实验力学方法。本文介绍基于工业CT,自行研制的加载装置和数字体图像相关法(DVC)建立起的力学实验平台,该平台包括基本原理模块、数字虚拟实验模块、原位加载扫描实验模块、变形计算模块和结果输出模块,可以实现单轴压缩、三点弯曲、四点弯曲、点加载及拉伸实验试件内部三维变形场的测量。针对岩石材料与复合材料介绍该平台的应用。      

利用部分投影的二维CT旋转中心偏移快速校正

现有的CT重建算法都依赖于转台旋转中心的准确定位,否则会引起重建图像的伪影。目前已有的旋转中心估计方法的共同特点是利用180°或360°的投影数据。获取这些投影,需要比较长的扫描时间,占用比较多的资源。为此,在平行束扫描和扇形束扫描两种情形下,本文提出利用部分视角的投影来对转台旋转中心进行快速定位的方法。在平行束情形,利用物体空间质心与投影空间的质心的对应关系定理,由60°的投影即可准确测量出旋转中心的位置。在扇形束情形,通过将扇形束投影重排成平行束投影,仍可由扇形角再进行60°的投影准确测量出旋转中心的位置。      

花岗岩矿物正交偏光镜下图像人工智能识别研究

人工智能在地球科学领域中的应用是近年来研究的热点,对地球科学的发展有着重要意义,其应用之一就是使用计算机视觉技术实现岩石或矿物的自动化识别分类。然而,目前大多研究直接对岩石薄片图像进行分类,不能够精细定位并识别薄片中多且复杂的矿物目标。虽然现已有许多学者将目标检测技术应用于岩石矿物的图像识别分类中,但这些方法识别的对象大多是岩石手标本图像,只能对图像中的单一对象检测。在识别分类研究领域中,缺少对岩石薄片镜下图像识别的算法及质量较好的相关数据集。为了解决这些问题,本文首先采集了3000张正交偏光镜下花岗岩薄片图像,标注矿物样本10000余个,并通过数据增广方式对数据集进行增强,建立了一个质量较好、具有多样性的数据集。其次本文提出基于Yolov5x的改进算法RDB-Yolov5x。这种方法在特征提取过程中添加了密集连接方式,使用密集连接残差模块（RDB）替代传统的残差结构,有效地保留了图像的语义和位置信息细节。实验结果表明该方法泛化能力较好,在对图像中小尺寸、特征模糊的矿物颗粒的识别中表现出优秀的性能,可以准确有效地对花岗岩中的五类目标矿物（石英、黑云母、白云母、斜长石、钾长石）进行识别,...     

中国大陆克拉通地体地壳密度结构特征

本文根据重力场小波变换的尺度—源深度转换律,进行地面重力异常场多尺度分解,取得了反映中国地壳不同埋藏深度的小波细节,揭示了克拉通地体地壳的密度结构。中国大陆克拉通地体地壳密度结构的总体特点是:地壳密度总体偏高,尤其是在经历了岩浆底垫作用后,下地壳形成了粗大的和高密度的壳根,而造山带的下地壳通常有低密度的山根。现今的克拉通地体有几个演化的阶段,由陆地核演化为一定规模的克拉通地体可能经历漫长的时间。不同演化的阶段地体的物理性质有明显的变化,要赋予大地构造单元以演化阶段的内涵,才能准确理解它们的行为和属性。同时,根据地壳密度结构成像的结果,可以了解克拉通地体的成熟度。中国大陆克拉通地体或者内部地块的地壳密度结构大致可以分为三类。上中下地壳密度都偏高的属于第一类,称为典型的克拉通,塔里木、阿拉善、华北东部、上中扬子等属于第一类。第二类克拉通地体上地壳密度偏低,而下地壳密度偏高,称为弱结晶基底的克拉通,鄂尔多斯和佳木斯属于第二类。第三类上中地壳密度偏高,而下地壳密度偏低,称为无壳根的克拉通残片,柴达木和准噶尔盆地属于此类,它们可能是古克拉通地体的残片。     

中国大陆造山带地壳密度结构特征

本文探讨中国大陆造山带地壳介质密度的变化特征和不同类型,并用大陆动力学机制解释这些特征产生的原因。根据重力场小波变换的尺度—源深度转换律,进行地面重力异常场多尺度分解,取得了反映中国地壳不同埋藏深度的小波细节,揭示了造山带地壳的密度结构。和克拉通地体不同,中国大陆的造山带下地壳密度都偏低,只有古生代块体弱碰撞形成的摺皱山脉是例外。这些造山带大都与古大洋封闭和俯冲碰撞作用有关。古大洋封闭后在地壳中留下的裂隙和海水,会造成地壳密度降低。中国大陆造山带地壳密度结构大致可以分四类。上中下地壳密度都偏低的属于第一类造山带。第二类造山带上中地壳密度偏低,而下地壳密度偏高。第三类造山带上中地壳密度偏高,而下地壳密度偏低。第四类造山带上中下地壳密度都偏高。通过板块构造原理和岩石物理规律对青藏高原造山带地壳密度结构分类的解释可见,青藏高原南部,中部和北部地壳密度结构分属三类不同的造山带,体现印度次大陆和欧亚板块碰撞不同阶段作用造成的结果。根据地壳密度变低和厚度是否加大,还可以识别板沿和板内造山带。     

基于特征函数的钻孔图像结构面识别方法

针对数字全景钻孔摄像系统获取的实测图像,提出了一种基于特征函数的钻孔图像结构面识别方法。该方法根据井壁结构面在钻孔图像中呈正弦曲线状的特征,采用正弦函数作为特征函数来匹配识别结构面。通过改变特征函数参数来统计分析结构面及附近像素点灰度梯度的匹配情况,然后筛选出一条匹配最优的正弦曲线作为该结构面的特征曲线,从而实现了钻孔图像结构面的识别。该方法省略了传统方法中人工选取结构面特征点和特征点曲线拟合的过程,其方法稳定可靠、准确率高,为钻孔图像结构面的自动识别与工程应用提供了一种实际可行的有效途径。     

出渗对均匀大粒径泥沙附近水动力特性影响

为探讨出渗对均匀大粒径泥沙颗粒周围水流特性的影响,基于粒子图像测速技术（PIV）对出渗影响下的均匀大粒径泥沙颗粒群周围水流结构进行测量,并对不同出渗强度下颗粒群周围立面二维流场结构进行了分析。试验结果表明:出渗能够减小颗粒群周围原水流运动方向的流速,而增大垂直向上的流速,且两者均随着出渗强度的增强而对流速的影响愈加明显;根据实测数据,拟合出考虑出渗影响下的均匀大粒径泥沙周围纵向流速分布公式,相关性较好;出渗能增强颗粒群附近的紊动强度,加剧周围水体的能量耗散;随着出渗强度的增强,颗粒群周围的涡量值随之减小。     

基于自定义RDD的海量遥感图像并行镶嵌方法

图像镶嵌是遥感图像处理中的重要内容,在跨区域遥感图像分析中发挥重要作用。为了解决传统遥感图像并行算法中存在的计算节点利用率低、频繁数据I/O等问题,本文根据Spark分布式内存计算框架,充分利用Spark利于迭代数据处理的优势,提出了一种基于Spark自定义RDD（弹性分布式数据集）的并行镶嵌方法。该方法首先在集群的多个节点上通过相位相关法执行图像重叠区域估计操作,从而提高了图像重叠区域估计的多节点并行计算;然后,通过重写Spark中RDD的compute和getPartitions方法,自定义针对遥感图像处理的RDD,并将图像镶嵌中的重叠区域估计、图像配准和图像融合3个关键步骤作为自定义RDD的Transformation类型的操作算子;最后,通过隐式转换创建自定义RDD,并调用自定义RDD的操作算子实现图像镶嵌的并行处理。实验结果表明,与传统基于MPI的并行镶嵌算法相比,该方法在保证图像镶嵌效果的基础上,能够有效提高大数据量的图像镶嵌效率。