Ka/Ku双波段云雷达反演空气垂直运动速度和雨滴谱方法研究及初步应用

在Ka波段云雷达上升级改造建成的Ka/Ku（Ka和Ku波段波长分别为8.9 mm和2.2 cm）双波段云雷达2019年用于华南云降水垂直结构观测,以改进云内动力和微物理参数探测能力。为了利用该双波段云雷达研究华南降水微物理和动力结构,本文提出了基于双波段云雷达回波强度谱密度（S_Z）数据和最优估计技术的云内空气垂直运动速度（V_air）、雨滴谱（DSD）、含水量（LWC）、雨强（R）的反演方法（DWSZ）,雨区衰减的订正方法。利用2019年在广东龙门观测的一次降水过程数据,对比分析了云雷达反演的微物理参数与雨滴谱直接观测量,并检验了云雷达反演的低层空气垂直运动速度,利用反演结果分析了一次混合云过程的V_air与这些微物理参数的垂直结构和相互关系。结果表明:Ka/Ku双波段云雷达合理反演了微降水微物理和动力参数及其垂直分布,经过衰减订正的Ka和Ku波段回波强度偏差明显减小。该双波段云雷达数据可以用于分析0～30 dBZ回波强度的云降水垂直结构。本次过程为混合云降水,对流单体前部存在明显的上升气流,后部存在下沉气流;从平均垂直结构来看:V_air和粒子平均直径（D_m）在2 km高度层到达最大,粒子数密度（N_w）、LWC和R在2 km以下明显增强,粒子直径却减小,水汽凝结过程、雨滴碰并云滴是本次过程的主要机制。这一工作验证了Ka和Ku波段组合的双波段云雷达的可行性,为Ka/Ku波段云雷达技术的推广,单波段云雷达反演算法进一步改进,云降水精细结构分析等提供了基础。     

利用模拟退火算法反演多波束测量声速剖面

针对多波束测量声速剖面站点布设密度不够而引起的声速剖面代表性误差问题,提出一种利用模拟退火算法反演声速剖面的方法。首先,对测区已有声速剖面序列进行经验正交函数（empirical orthogonal function,EOF）分析,利用声速扰动矩阵和前几阶EOF求得EOF重构系数及其变化范围。其次,采用模拟退火算法对EOF重构系数进行迭代优化,以多波束测得的海底地形畸变量大小为依据构建目标函数,并设定合理的退火控制参数。最后,得到待反演区域的声速剖面数据。实例分析表明,该方法反演的声速剖面较时间就近原则选取的替代声速剖面更接近真实声速剖面,且利用反演声速剖面改正后的海底地形更接近真实地形,有效削弱了声速剖面代表性误差的影响,显著提高了多波束测量精度及数据处理效率。     

基于数据同化的长春市雾霾反演与空间特征分析

近年随着长春地区冬季雾霾天气的频繁出现,大气可吸入颗粒物(PM2.5)已成为长春地区的主要空气污染物之一。遥感技术与污染物模型相结合是近年来预报空气质量的一种有效方法。本文以2015—2016年长春市冬季雾霾天气为例,利用MODIS遥感影像获取的气溶胶光学厚度(AOD),反演长春市地表PM2.5浓度值,得到长春市空气污染物空间分布图,并分析长春市空气污染物的时空分布特征。同时利用AOD反演的PM2.5浓度值作为数据同化资料,对长春市地表PM2.5浓度值进行预报,预测结果令人满意。研究结果表明:数据同化与遥感信息技术结合进行雾霾预测是一种有效的手段,可为雾霾反演的数据提供可靠的信息。     

磁矢量三维反演技术在深部铀矿勘查中的应用前景探讨

磁矢量三维反演是近年发展起来的磁反演技术,能三维显示地下不同磁性体的空间展布,国外在磁性矿产勘查方面应用效果明显,开展该方法在铀矿勘查中的应用研究,可为寻找隐伏铀矿提供方法技术参考。文章简要介绍了磁矢量三维反演的基本理论,在此基础上选择龙首山铀成矿带中段新水井-芨岭地区的航磁数据分析其在碱交代型铀矿勘查中的应用效果,并利用二连盆地锡林浩特地区的航磁数据探索其在古河道型铀矿中的应用效果,探讨了将该技术应用于深部铀矿勘查的前景。结果表明:在碱交代型铀矿勘查中,磁反演结果可以较好地定位深部岩性界面这一有利找铀环境的空间位置;在古河道型铀矿勘查中,磁反演可以分辨出局部隆坳格局,缩小寻找深部古河道发育有利地段的范围。磁矢量三维反演可为寻找深部有利铀成矿环境提供地球物理参考,值得推广应用。     

铀矿勘查中MT数据提取极化信息可行性研究

铀矿勘查中大地电磁测深法(以下简称MT法)的应用十分广泛,而频率域电磁勘探中激电效应切实存在。激电参数作为反映岩、矿石电化学性质的参数,在地质解译过程中常常被认为是金属硫化物的局部富集。为了充分利用铀矿床MT数据辅助地质解译,需要从中提取具有多属性特征的激电参数,能否成功提取该参数一直以来备受关注。文章从激电异常识别和二维反演试算两方面来论述成功提取的可行性。结果表明,仪器能够采集到含矿岩体所产生的激电异常,反演试算结果能够还原理论模型的地下空间展布情况。从而论证了从铀矿床MT数据中提取极化率是可行的。     

南海北部天然气水合物富集特征及定量评价

为寻找有资源前景的高富集天然气水合物及水合物储层的精细刻画方法,利用南海6次钻探发现的高饱和度水合物层的测井、岩心和三维地震数据,分析水合物富集层测井与地震异常特征.发现:（1）不同饱和度的孔隙与裂隙充填型水合物层的测井和地震异常不同,裂隙充填型水合物层具有各向异性;（2）受高通量流体运移的影响,在粉砂沉积物的水合物稳定带底界附近能形成中等饱和度的水合物层,识别标志为稳定带内极性与海底一致的强振幅反射,而非BSR和振幅空白;（3）裂隙充填型中等饱和度水合物层在地震剖面上表现为地层上拱和弱-中等强度振幅反射.储层-疏导-气源的耦合控制着水合物的富集特征和分布,断层与流体运移控制着细粒粉砂质沉积物中水合物的富集与厚度.基于饱和度岩相的统计学反演,能识别3 m非水合物和低饱和度水合物层及空间分布.      

基于DBSCAN算法的孔深测量与地层反演理论研究

论文针对地质勘探取心工况复杂、钻进深度大、事故发生率高、岩性复杂、钻进参数难以获取、无法实时掌握钻进状态的难题,在充分调研现有工况识别技术的采集原理、功能种类、现场实测的基础上,结合钻探智能化、自动化的发展方向,运用硬件与软件结合的思想,设计了实时测量钻探参数的方案。论文首次提出使用DBSCAN（针对噪声空间基于分布密度进行聚类的算法）密度聚类法分析钻进参数,结合光电编码器增量的正负性进行工况判别,以获取钻头位置以及钻孔深度。该方案可以判别钻进状态,获取钻进工艺参数,将测量数据作为所钻地层的可钻参数来反演地层。钻机的自动化、智能化研究能获取大量地层资料,有利于推进钻进工艺学发展,实现从经验钻探到智能钻探进的突破。同时,为智能钻进系统奠定基础。     

单多普勒雷达反演涡旋风场方法分析

由于单雷达在探测台风临近、登陆时仍具有双部或多部雷达难以具备的优势,目前利用单多普勒雷达反演涡旋风场的方法并不多见,本文对能够反演涡旋风场的3种方法NIVAP(自然坐标系的积分VAP方法)、EVAPTC(反演热带气旋的EVAP方法)、GBVTD(地基速度追踪法)进行了比较,分别从每种方法的假设条件和数学方法以及结果精度来比较3种方法对涡旋风场的适用性。利用中尺度气旋Rankine模式模拟了纯涡旋性气旋、只有环境风场时、环境风场和辐合(辐散)同时存在时的径向速度场及风场,比较了各种情况下的反演风场和模拟风场的相似系数。在对模拟风场比较之后,选取了2014年"威马逊"台风登陆前1h、登陆时及登陆后1h的3个实测雷达资料,对比分析了3种方法反演实测资料的风场特征,3种方法中EVAPTC方法最好,GBVTD方法在应用中有一定的限制,NIVAP方法较差。     

一次西南低涡影响下的川渝地区 暴雨个例分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、卫星以及雷达资料对2015年8月16—18日影响川渝地区的一次持续性大暴雨过程进行了分析。结果表明:在亚洲中高纬和低纬相对稳定的环流背景下,两次高原涡东移、两次冷空气南下侵入四川盆地共同促进了西南低涡生成发展,造成此次大暴雨过程。西南低涡"初生形成"阶段,地面热低压东北侧有冷锋侵入,中心偏北形成暖锋,低涡近于正压;"稳定持续发展"阶段,冷锋南段移至地面热低压南侧,北段与暖锋结合形成准静止锋,低涡斜压性明显且呈近圆形,持续性暴雨主要出现在西南低涡的暖切变线附近和冷槽东侧;"东移变形减弱"阶段,冷空气第二次侵入,冷锋持续增强,西南低涡东移变形减弱。低层辐合、高层辐散、充沛的水汽输送以及不稳定能量的累积为西南低涡的加深、发展和强降水的维持提供了重要条件。西南低涡暖切变线和南侧冷槽附近发展起来的对流云团是暴雨产生的直接原因,强降水主要发生在云团上风方TBB梯度相对较大的区域。此次强降水过程的局地环流有低空急流和低空辐合线或切变线配合,雷达体积速度处理(velocity volume processing,VVP)法反演的风矢图可更直观地判断风向风速、天气系统所处的发展阶段以及判识辐合线或切变线,低空辐合线或切变线的演变以及低空急流的强度和移向对强降水天气产生的动力条件、维持时间和回波外推预报具有重要的指导意义。     

基于Sentinel-1 SAR数据的锡林浩特市典型草原土壤水分反演

土壤水分是影响植被生长发育的重要因子,为快速、有效了解典型草原植被生长状况及评估草原干旱灾害,以Sentinel-1合成孔径雷达(SAR)数据和地面实测数据为基础,利用雷达后向散射系数快速监测和反演锡林浩特市典型草原土壤水分并与地面实测数据进行对比。结果表明:SAR后向散射系数与实测土壤含水量存在显著相关关系,相关系数R~2达0.8;在不同地面粗糙度条件下,雷达后向散射系数与实测土壤水分相关系数达0.9。说明利用Sentinel-1 SAR数据能够快速、准确地对研究区进行土壤水分动态监测,这也将可能成为一种新的典型草原干旱监测方法。