基于压缩感知的高分辨率平面波分解方法研究

平面波分解方法是地震资料处理中的一项关键技术,它广泛地运用在平面波偏移、各类Beam偏移等成像方法中.平面波分解不仅可以提高偏移成像的效率,而且可以压制地震资料中的随机噪音,提高地震数据的信噪比.线性Radon变换（LRT）是一种常见的实现平面波分解的方法,但常规的LRT存在以下两个缺点：（1）分辨率受测不准原理限制;（2）变换结果存在很多噪音和空间假频.为了克服LRT的上述缺点,本文提出一种基于压缩感知的高分辨率平面波分解方法,并利用加权匹配追踪（WMP）技术实现了该方法.该方法将LRT视为一个参数估计问题,并将LRT结果的稀疏性作为约束条件,在压缩感知理论的指导下利用WMP方法得到高分辨率、高信噪比的平面波分解结果.另外,该方法还可以用于提取地震数据的线性信号、压制随机噪音、实现高维地震数据规则化等地震资料处理技术.数值实验结果证明：WMP方法可以有效地提取地震数据中的线性信号,提高LRT的分辨率和信噪比,从而改善平面波分解的质量.     

基于高阶累积量ARMA模型线性非线性结合的地震子波提取方法研究

在地震子波非因果、混合相位的假设下,本文应用自回归滑动平均(ARMA)模型对地震子波进行参数化建模,并提出利用线性(矩阵方程法)和非线性(ARMA拟合方法)相结合的参数估计方式对该模型进行参数估计.在利用矩阵方程法确定模型参数范围的基础上,利用累积量拟合法精确估计参数.理论分析和仿真结果表明,该方式有较好的适应性：一方面提高了子波估计精度,避免单独使用矩阵方程法在短数据地震记录情况下可能带来的估计误差;另一方面提高了子波提取运算效率,降低了ARMA模型拟合方法参数范围确定的复杂性,避免了单纯使用滑动平均（MA）模型拟合法估计过多参数所导致的运算规模过大问题.初步应用结果表明该方法是有效可行的.     

全球中期模式升级关键技术研发和预报试验

随着模式分辨率的提高,对地形、海陆分布的描述更加精确,从而对天气和次天气尺度动力学的刻画也更准确,但计算需求和存贮量也将有比较明显的增加.因此,在模式分辨率提高的同时尽可能减少计算和存储量是模式发展的重要方面.文中采用规约线性格点,在高斯格点数和格点分布不变的情况下,把国家气象中心业务全球谱模式的水平分辨率由T213提高到TL319,从而使全球谱模式的计算有效率增加了2.25倍;实现了稳定外插两个时问层的半拉格朗日方案,解决了传统的半拉格朗日方案在计算轨迹中点的速度和发展方程的非线性项时,采用时间的线性外插带来的计算噪音,提高了模式积分的稳定性,从而使模式的积分时间步长从900 s增加到1200 s;在这两个关键技术实现的基础上,实现了TL319模式与业务OI同化方案的耦合,进行了连续1年的滚动试验,并对降水预报和500 hPa形势场预报进行了统计学检验,与现行全球中期业务模式的预报也进行了对比分析.分析结果表明,提高模式谱分辨率后,模式的动力过程保持合理稳定,对东亚地区500 hPa位势高度场的预报性能有所改进,对中雨和大雨量级的降水预报在大部分时效也都有改进,但是小雨预报TS评分略有下降.另外对冬、夏季的两次降水过程的天气学分析表明,TL319L31对天气过程的描绘比T213L31也有一定提高.     

基于高精度地层倾角线性反演的地震全体积拉平方法

地震数据的拉平分析是三维地震资料解释中的常见方法,一般通过拾取某一标准层位并将其校正到一个基准面的方式拉平地震数据,这样会导致距离标准层越远的层位拉平效果越差.近几年发展起来的三维地震数据全体积拉平方法是避免这种拉平缺陷的有效途径.本文提出一种基于高精度地层倾角的全体积自动拉平方法,该方法将一种自适应加权的向量滤波法获得高精度的局部地层倾角作为观测数据,根据拉平变换对每个数据样点产生的垂向偏移量与地层倾角之间的近似线性关系,建立最小二乘反演机制.在优化反演模型时,引入由梯度结构张量法得到的误差控制模板,抑制断层等复杂地质构造对拉平效果的影响;此外,增加模型参数的平滑度量项,避免拉平后的数据出现较大的畸变,并采用模型重新参数化方法,加快反演算法的收敛速度.三维合成数据和实际地震资料的试算结果表明这种三维全体积拉平方法是有效和可行的.     

临夏台钻孔系统性质的论证

对中国临夏台2013年至2014年两年的井水位和四分量钻孔应变资料进行了预处理以消除趋势与突跳.根据文献（Means,1982;Young and Budynas,2005）,相互正交的两条测线的应变观测值之和等于面应变.文献（刘序俨等,1988）证明近地表的面应变的2/3等于体应变,因此,可由4分量钻孔应变观测值得到钻孔体应变,然后根据体应变与井水位观测资料,从时域和频域对该钻孔系统的性质进行了论证.结果表明,在时域,体应变与井水位高度负相关.钻孔系统的灵敏度为-0.1620 mm/10-9.把两年中的某两个月份的两者时间坐标轴和纵轴比例尺放大,发现井水位曲线的峰/谷与体应变观测曲线的谷/峰一一对应,两者的相位滞后非常小.在频域内,本文采用Venedikov调和分析方法分别取得了井水位与体应变9个月的半日波与全日波数个波群的逐月潮汐因子与相位滞后,然后作简单计算,得到了钻孔系统对上述波群的灵敏度与相位滞后.结果表明9个月中大多数波群的灵敏度不但十分相近,且非常接近由时域得到的周年频率分量的灵敏度,但相位滞后误差较大,本文对此进行了分析,认为由反正切得到的相位滞后受计算误差影响较大,应以时域经审视所得的相位滞后接近于零为准.通过时域与频域的分析,表明井水位对体应变的响应基本是线性时不变的,论证了临夏台钻孔系统基本上满足了叠加性、齐次性与时不变性,基本上为一线性时不变系统.     

位场数据解释的Theta-Depth法

Theta图是利用位场(重磁)数据识别边界的常用方法,其表达式为重磁异常水平变化与垂直变化的比值函数.该方法计算浅源地质体边界的效果较好,而由于深源位场数据在换算过程中会产生趋同效应,在深源地质体识别应用中计算结果不准确,为此,本文提出Theta-Depth法并进行地质体埋深的计算.首先给出直接利用Theta图像进行场源体深度估算的方法,然后推导出基于Theta导数的线性方程来自动估算场源位置参数,本文方法可有效地利用Theta图像的特征为约束条件来提高反演结果的精度.理论模型试验证明本文提出的Theta-Depth法能有效地计算出场源体位置和深度.将该方法应用于满都拉地区实测磁数据的解释,帮助圈定了矿脉的分布.     

位场异常分离的递减半径迭代法

本文提出了位场区域-剩余异常分离的空间域递减半径迭代法.由给定半径的圆周上八点位场值的算术平均导出一个新的八点圆周平均公式,它是一个由重磁数据计算区域异常的滤波器.该滤波器的传递函数有一主瓣和多个旁瓣,且半径越大,旁瓣越多,滤波器特性越差.由从大到小不同半径对应的传递函数的连乘积构造了递减半径迭代传递函数,它以大半径为参变量.递减半径迭代传递函数类似低通滤波器,其截止波数与大半径成反比.由递减半径迭代传递函数,给出空间域分离区域异常的递减半径线性迭代法,由重磁数据减去区域异常求得剩余异常.进一步,通过构造非线性修正系数,把空间域递减半径线性迭代法中线性迭代公式变成非线性迭代公式,得到空间域递减半径非线性迭代法.重磁理论模型及安徽泥河铁矿重磁资料的试验表明,空间域递减半径非线性迭代法可有效地压制假异常和高频干扰以及减少异常畸变,并能有效地分离出区域异常和剩余异常.

     

三维VSP数据高效偏移成像的超道集方法

当前的三维VSP地震数据偏移成像实现都是在共炮点道集或共检波点道集中逐个道集循环进行的,计算效率相对较低.根据三维VSP观测系统中炮点和检波点布置的特殊性和地震波场满足线性叠加的特性,本文提出了一种三维VSP数据的高效偏移成像方法,即首先通过对三维VSP共接收点道集进行地震数据的广义合成得到一种超道集,然后在共接收点道集的波场深度外推过程中逐步应用多震源波场对超道集进行偏移成像,即利用一次波场深度外推循环完成对所有共检波点道集数据的偏移成像.通过三维VSP模型数据与实际地震数据的偏移成像试验验证了这种高效的超道集偏移成像方法可取得与常规共检波点道集相当的偏移成像效果,还具有极高的计算效率,其计算量与单个共检波点道集的偏移成像计算量相当.     

Linear Magnetoconvection in Rotating Fluid Spheres Permeated by a Uniform Axial Magnetic Field

A linear analysis of thermally driven magnetoconvection is carried out with emphasis on its application to convection in the Earth's core. We consider a rotating and self-gravitating fluid sphere (or spherical shell) permeated by a uniform magnetic field parallel to the spin axis. In rapidly rotating cases, we find that five different convective modes appear as the uniform field is increased; namely, geostrophic, polar convective, magneto-geostrophic, fast magnetostrophic and slow magnetostrophic modes. The polar convective (P) and magneto-geostrophic (E) modes seem to be of geophysical interest. The P mode is characterized by such an axisymmetric meridional circulation that the fluid penetrates the equatorial plane, suggesting that generation of quadrapole from dipole fields could be explained by a linear process. The E mode is characterized by a few axially aligned columnar rolls which are almost two-dimensional due to a modified Proudman-Taylor theorem.     

Linear unmixing of MODIS albedo composites to infer subpixel land cover type albedos

We use a linear unmixing approach to test how land use and forestry maps, in combination with the MODIS BRDF/albedo product, can be used to estimate land cover type albedos in boreal regions. Operational land use maps from three test areas in Finland and Canada were used to test the method. The resulting endmember albedo estimates had low standard errors of the mean and were realistic for the main land cover types. The estimated albedos were fairly consistent with albedo measurements conducted with a telescope mast and pure pixel albedos. Problems with the method are the possible errors in the land cover maps, lack of good quality winter MODIS albedo composites and the mismatch between the MODIS pixels and the true observation area. The results emphasize the role of tree species as determinant of forest albedo. Comprehensive spatial and temporal measurements of land cover albedo are usually not possible with in situ mast measurements, and the spatial resolution of MODIS albedo product is often too low to allow direct comparison of pixel albedos and land cover types in areas with heterogeneous vegetation. Hence, and since local forestry maps exist for most temperate and boreal regions, we believe that the proposed method will be useful in estimating average regional land cover type albedos as well as in tracking changes in them.