长山列岛邻近海域鱼类群落功能多样性的季节和空间变化

为查明黄、渤海生态交错带长山列岛邻近海域鱼类功能多样性的时空变化,根据2016−2017年在长山列岛邻近海域开展的鱼类生物资源和环境因子的调查数据,结合食性、营养级、洄游类型、适温性、恢复力和鱼卵类型等13种功能性状,应用群落特征加权平均数指数、功能多样性指数和Spearman秩相关分析等方法,研究了该海域鱼类功能多样性的季节变化、空间格局及其与环境因子的关系。结果表明,春、冬季的优势类群为端位或上位口、生长系数较低、脆弱性较高、恢复力较低、定居或短距离洄游的平扁形、暖温性底层鱼类,夏、秋季表现出更多的功能性状,例如长距离洄游、栖息位置处于中上层、体型为侧扁形和纺锤形等;夏、秋季的功能丰富度指数显著高于春、冬季,功能均匀度指数在春季最高,功能离散度指数在秋季最低且显著低于其他季节;春季功能均匀度指数和春、秋季功能离散度指数均表现出西高东低的分布趋势,夏、冬季的功能丰富度指数和秋季的功能均匀度指数均表现出东高西低的分布趋势;功能多样性指数与环境因子具有一定的相关性。长山列岛邻近海域作为黄、渤海生态交错带,鱼类洄游引起优势功能性状和功能多样性呈现出一定的季节变化,环境因子的变化使得功能多样性的空间格局表现出复杂性、异质性的特点。     

基于非分裂CFS-PML边界条件的频散介质GPR时域有限元模拟

通过数值模拟研究探地雷达（GPR）高频电磁波在频散介质中的传播规律,对提高实测资料的解释精度具有重要意义.复频移完全匹配层边界条件（CFS-PML）以其优越的吸收特性被广泛用于一阶电磁波动方程的GPR时域有限差分数值模拟中,其实现过程大都涉及电磁场的卷积计算,辅助变量较多,降低计算效率.为此,本文从复拉伸坐标系下的Debye频散介质电磁波动方程出发,通过合理构造辅助微分方程,推导了二阶Debye频散介质电磁波动方程的非分裂CFS-PML边界条件实现公式,避免了电磁波场的分裂和卷积计算.在此基础上,利用Galerkin法和Newmark-β差分法推导了基于非分裂CFS-PML边界条件的GPR有限元方程及其时域差分离散格式.两个GPR模型的模拟结果表明：本文提出的基于辅助微分方程的非分裂CFS-PML边界条件实现方法可有效地吸收大角度入射的低频虚假反射波,提高模拟精度;相比于非频散介质,高频电磁波在频散介质中传播衰减更强、子波持续时间增大、分辨率和传播速度降低、直达波和反射波的主频更小,分析结果有助于提高实测GPR资料的解译精度.

     

角度域广义Radon变换多参数非迭代线性反演

基于Born近似的线性反演是当前流行的定量化地震成像与反演方法, 然而, 现有线性反演方法存在多种不可避免的问题, 比如迭代计算成本过高, 背景模型依赖, 以及多参数提取不确定/不稳定.为避免这些问题, 本文提出了角度域广义Radon变换(AD-GRT)多参数非迭代反演方法(2D声波双参数介质).AD-GRT是一种地震数据与角度域模型之间的积分变换, 该角度域模型能够保留地震散射数据的完整信息.基于该角度域模型, 地震数据可被精确重建, 即使背景模型是错误的.介质双扰动参数可在角度域模型中准确且稳定提取.为解决传统角度域离散方法存在的幅值震荡和不连续问题, 设计了两种有效的角度域离散单元分裂方法, 实现了平滑连续的角度域幅值提取.为提高AD-GRT反演的分辨率, 考虑了震源子波反滤波.利用三个数值模型验证了AD-GRT在角度域模型反演、数据重建、多参数提取方面的有效性.

     

基于数据分布域变换与贝叶斯神经网络的渗透率预测及不确定性估计

渗透率是储层评价和油气藏开发的关键参数.传统测井方法与常规机器学习方法估算的渗透率都是固定值.但由于测井数据本身存在噪声, 渗透率的预测结果可能受到噪声的影响出现测量性的随机误差(即任意不确定性); 同时, 当测试数据与训练数据存在差异时, 机器学习模型在预测渗透率时可能出现模型参数的不确定性(即认知不确定性).为实现渗透率的准确预测并量化两种不确定性对结果的影响, 本文提出基于数据分布域变换和贝叶斯神经网络同时实现渗透率预测及其不确定性的估计.提出方法主要包括两个部分: 一部分是不同域数据分布的相互转换, 另一部分是基于贝叶斯理论的神经网络渗透率建模预测和不确定性估计.由于贝叶斯神经网络存在数据分布的假设, 当标签的概率分布与网络的分布保持一致时, 贝叶斯神经网络可以更好的学习到数据之间的关系.因此通过寻找一个函数将一个原始域的渗透率标签转换为目标域的与渗透率有关的变量(我们称为目标域渗透率), 使得该变量符合贝叶斯神经网络的分布假设.我们使用贝叶斯神经网络预测目标域渗透率以及任意不确定性和认知不确定性.随后, 通过分布域的逆变换, 我们将目标域渗透率还原回原始域渗透率.应用本文方法到某油田的18口井的测井数据中, 使用16口井的数据进行训练, 2口井进行测试.测试井的预测渗透率与真实渗透率基本一致.同时, 任意不确定性的预测结果提供了渗透率预测值受到的测井数据噪声影响的位置.认知不确定的预测结果说明数据量少的位置具有更高的认知不确定性.我们提出的这一流程不仅显示了在储层表征方面的巨大潜力, 同时可以降低测井解释时的风险.

     

基于GP RMax的隧道衬砌检测数值模拟及应用

利用基于时间域有限差分法( FDTD)的GPRMax,针对常用的400、900、1500 MHz三种不同中心频率的天线,数值模拟了隧道衬砌不同钢筋网密度、不同钢筋直径及其下方的钢拱架、空气界面等目标体的探地雷达反射及干扰信号图像特征;在混凝土试件上开展实验研究,并运用克希霍夫积分偏移处理了数值模拟和实验数据,压制了钢筋的绕射波和多次波,提高了钢筋网下方弱反射信号的成像效果;通过对比分析数值模拟、实验测量和工程实测结果,为探地雷达在隧道衬砌检测中取得更好的探测效果提供了借鉴。     

环青海湖地下水溶解性碳的时空变化特征

区域地下水溶解性碳的时空变化特征研究对于认识区域物质循环和能量传递及推动区域生态可持续发展具有重要意义。本研究在青海湖流域冻结期和融化期分别收集了地下水、河水和湖水样品,研究了环青海湖地下水在冻结期和融化期的溶解性碳特征,并探究了不同类型地下水的溶解性碳特征及其对不同冻融时期的响应,最后揭示了环湖区域不同水体的溶解性碳的差异特征及影响因素。结果表明：冻结期地下水、河水和湖水的溶解性无机碳（DIC）均相对高于融化期,溶解性有机碳（DOC）均相对低于融化期。地下水、河水和湖水的溶解性碳均主要以DIC为主,DIC在溶解性碳的占比高达92%。地下水的DIC平均含量在基岩裂隙水、水量中等和浅埋藏的水文地质条件下相对较高,DOC平均含量在基岩裂隙水、水量丰富和浅埋藏的水文地质条件下相对较高。地下水的DIC在湖滨平原砂砾石层、淤泥质砂层潜水和水量中等的水文地质条件下受冻融期影响较大,DOC在基岩裂隙水和水量贫乏的水文地质条件下受冻融期影响较大。湖水的DIC和DOC均远高于河水和地下水。河水的DIC在融化期和冻结期均低于地下水,DOC在融化期高于地下水,在冻结期低于地下水。     

长三角区域大气污染协同治理的时空演化特征及其影响因素

在长三角更高质量一体化发展的战略背景下,构建区域间环境协同治理体系,是提升区域大气污染治理成效的可行性选择。本文从环境规制的政策文件、实施过程、治理效果3个维度,构建大气污染规制耦合度评价体系,探究长三角区域41个城市2003—2019年大气污染规制耦合度的时空演化特征。以此为基础,对长三角区域各城市划分区域协同治理小组,并分别测算其大气污染治理协同水平,进而探究长三角区域大气污染协同治理的影响因素。结果显示：① 各城市的大气污染规制耦合度整体上表现为连片集聚发展特征,呈现出上海市最高、浙江省和江苏省次之、安徽省再次之的格局,且区域差异性不断缩小;② 长三角区域整体大气污染治理协同度较低,但在波动中呈缓慢上升趋势,划分区域治理组后各小组大气污染治理协同度保持在较高水平;③ 影响因素分析结果表明,地区间对外开放差异、公共交通差异和绿化建设差异对长三角区域大气污染协同治理有着显著的抑制作用,而经济增长差异和技术创新差异具有显著的积极影响。     

基于贝叶斯层次时空模型的甘肃省土地利用程度演变分析

以甘肃省为例,在基于Google Earth Engine (GEE)平台实现1995年、2000年、2005年、2010年、2015年和2020年土地变化监测的基础上,利用贝叶斯层次时空模型(BHM)分析土地利用程度的时空变化特征。结果表明：① 研究期间内甘肃省土地利用程度呈增长趋势,其中1995―2000年和2010―2015年增长速度较明显;② 土地利用程度空间格局“东高西低”,热点区域主要分布在陇中、陇东和陇南地区;③ 土地利用程度局部变化呈现明显区域差异,整体表现为“东弱西强”,局部变化热点区域主要分布在河西地区;④ 影响土地利用程度变化的主要因素是经济规模和产业结构,其中经济因素影响程度最高。     

基于新的差分结构的时-空域高阶有限差分波动方程数值模拟方法

传统的高阶有限差分波动方程数值模拟方法采用高阶差分算子近似空间偏导数,能有效抑制空间频散.然而,传统的有限差分法仅采用二阶差分算子近似时间偏导数,这使得地震波场沿时间外推的精度较低.当采用较大的时间采样间隔,传统的有限差分法模拟波场会出现明显的时间频散,甚至不稳定.本文基于新的差分结构和中心网格剖分,发展了一种空间任意偶数阶精度、时间四阶和六阶精度的时空域有限差分方法.基于对离散后的频散关系进行泰勒展开,本文推导了时空域高阶有限差分算子的差分系数.相速度分析表明时间四阶、六阶精度的差分方法能显著地减小传统时间二阶精度差分方法的时间频散.在相同的精度下与传统差分法比较,本文发展的时间四阶、六阶有限差分方法的计算效率比传统方法高.均匀和非匀均介质中的波场数值模拟实验进一步证实本文研究的时空高阶有限差分方法的优越性.     

适用于声波方程数值模拟的时间-空间域隐式有限差分算子优化方法

声波方程数值模拟已广泛应用于理论地震计算,同时构成了地震逆时偏移成像技术的基础.对于有限差分法而言,在满足一定的稳定性条件时,普遍存在着因网格化而形成的数值频散效应.如何有效地缓解或压制数值频散是有限差分方法研究的关键所在.有限差分格式分为显式有限差分和隐式有限差分.隐式有限差分能够进一步压制数值频散效应.因此本文提出了给定频率范围满足时间-空间域隐式有限差分频散关系的方法,并根据震源频率、波速和网格间距确定波数范围,在此基础上建立方程确定了相应的隐式有限差分系数,使得差分系数能在更大频率范围符合波场传播规律.通过频散分析和正演模拟,验证了本文方法的有效性.