利用高光谱对生物变量进行估计

该文分析了非光合背景物质—土壤光谱信号的特点 ,认为利用对光谱信号进行一阶导数的运算就能对混合光谱中的土壤光谱信号进行压缩 ,由此而得到的生物指数如LAI、SApar等的估计值更能客观地反映实际 ,这对于利用成象光谱进行环境应用有很大的实用价值。     

河西走廊潜在蒸散发时空格局变化与气象因素的关系

蒸散发过程影响因素众多,潜在蒸散发(ET₀)与气象变量交互作用复杂,亟需揭示ET₀变化对气象变量的响应机理。基于河西走廊及周边21个气象站点气象资料,采用定性定量分析方法,以河西走廊整体及3分区2个空间尺度,揭示ET₀时空变化规律,明确ET₀对各气象因素变化敏感性及贡献。结果表明：(1)河西走廊及分区ET₀均呈显著波动上升趋势(Z>1.98),线性变化率2.94 mm·a^-1,且黑河分区变化最明显。(2)ET₀由东南向西北递增变化,中东部石羊河分区(1003.78 mm)、黑河分区(1031.30 mm)较小,西部疏勒河分区(1171.89 mm)较大。(3)河西走廊ET₀对气象因素变化敏感性排序为相对湿度(RH)、日最高气温(T_max)、日照时数(n)、平均风速(u)、日降水量(P),ET₀对RH减少最敏感,对P变化最不敏感。(4)u增大是造成河西走廊ET     

汉江流域极端水文事件时空分布特征

利用1960-2012年汉江流域15个气象站点的日降雨资料和3个水文站同时期日径流资料,分析了9个极端降雨指数的空间分布规律,运用广义极值分布（GEV）、Gamma分布两种极值统计模型对各站点的最大1 d降雨、最大3 d降雨极值样本进行拟合,遴选描述降雨极值分布规律最优概率模型,进而推算给定重现期下的降雨设计值,并分析其空间分布规律;选用Gumbel、Clayton和Frank这3种Copula函数建立降雨-洪量极值联合分布模型,优选最合适的Copula函数,由此计算给定重现期下的洪量设计值。结果表明：GEV分布模型能更好地模拟降雨极值序列,不同重现期下的降雨极值在空间上均呈西低东高的特征;3种Copula函数中,Frank Copula函数能更好地拟合降雨-洪量相关关系,由此推求的洪量设计值大于单变量拟合设计值。     

中国区域夏季再分析资料高空变量可信度的检验

利用全球探空资料(IGRA)对1989—2008年美国国家环境预报中心(NCEP)和大气研究中心(NCAR)再分析资料、NCEP和美国能源部(DOE)再分析资料、NCEP气候预测系统再分析资料(CFSR)、日本气象厅25年再分析资料(JRA-25)、欧洲数值预报中心再分析资料(ERA-Interim)和美国国家航空航天局(NASA)现代回顾性再分析资料(MERRA)的高空变量在中国地区对流层中高层的可信度进行了初步的检验.分析结果表明:再分析资料对中高层位势高度和温度的夏季平均气候态具有较好的再现能力,其EOF的时空变化特征与观测吻合也较好;再分析资料的绝对湿度值较观测结果要偏大,其中MERRA与观测最为接近.再分析资料不能很好地反映经向风的夏季平均气候态及年际变化特征,EOF的时空模态和观测偏离也较大.总体而言,NCEP/NCAR、NCEP/DOE及NCEP/CFSR对这些变量的再现能力较JRA-25、ERA-Interim和MERRA弱.     

基于地统计方法的气候要素空间插值研究

在回顾了地统计学的产生、发展及其基本原理的基础上,对于目前众多可以提供计算网格的气候要素的空间插值方法中,具体探讨了普通克里格法和协同克里格法。将甘肃省1961—1990年30年平均降水量和蒸发量作为区域化变量,根据不同的半变异函数理论模型,采用普通克里格法和双变量协同克里格法,通过对比分析得到：（1）不论是多年均降水量还是多年平均蒸发量在空间上都呈现明显的梯度变化,二者的空间变程都很大,而降水量变化幅度更大。降水量从东南部向西北部逐渐减少,蒸发量则相反,从东南向西北逐渐增加。（2）基于地统计的插值方法,根据半变异函数云图和试验方差最小的原理,选择合适的半变异函数理论模型进行变量的空间插值,能够较好地模拟区域化变量的空间连续分布格局,并取得较好的效果。对比普通克里格法和协同克里格法,后者增加了高度对降水量和蒸发量的影响,在空间分布上更为合理,插值的精度也要明显好于普通克里格法。（3）采用地统计方法虽然在总体上能够较好地反映气候要素的空间分布格局,但检验显示,两种方法空间插值的精度都还不是很高,插值的精度还有待进一步提高。     

Study of initial vorticity forcing for block onset by a 4-dimensional variational approach

With the aid of a global barotropic model, the role of the interaction of the synoptic-scale disturbance and the planetary flow in block onset is examined by a 4-dimensional variational approach. A cost function is defined to measure the squared errors of the forecasted stream functions during block onset period (day 4 and day 5 in this study) over a selected blocking domain. The sensitivity of block onset with respect to the initial synoptic-scale disturbance is studied by examining the gradient of the defined cost function with respect to the initial (during the first 24 hours) vorticity forcing, which is evaluated by the adjoint integration. Furthermore, the calculated cost function and gradient are connected with the limited-memory quasi-Newton optimization algorithm for solving the optimal initial vorticity forcing for block onset. For two studied cases of block onset (northern Atlantic and northern Pacific) introducing the optimal initial vorticity forcing, the nonlinear barotropic advection process mostly reconstructs these blocking onset processes. The results show that the formation of blocking can be correctly described by a barotropic nonlinear advection process, in which the wave- (synoptic-scale) flow (planetary-scale) interaction plays a very important role. On an appropriate planetary-scale flow, a certain synoptic-scale disturbance can cause the blocking onset by the interaction between the synoptic scale perturbations and the planetary scale basic flows. The extended forecasts show that the introduction of the optimal initial vorticity forcing can predict the blocking process up to the 7th or 8th day in this simple model case. The experimental results in this study show that the 4-dimensional variational approach has a good potential to be applied to study the dynamics of the medium-range weather processes. This simple model case study is only an initial trial. Applying the framework in this study to a complex model will further our understanding of the mechanism of the atmospheric/oceanic processes and improve their prediction.     

基于残余强度修正的岩石损伤软化统计本构模型研究

岩石随着围压的增大,残余强度的增加幅度比峰值强度大,残余强度逐渐成为影响岩石全应力-应变曲线峰后段的主要因素,因此,建立岩石损伤软化统计本构模型时,对残余强度进行修正是非常必要的。基于岩石应变强度理论以及岩石微元强度服从Weibull随机分布的假设,考虑岩石峰后残余强度对损伤变量进行修正,在微元破坏符合Hoek-Brown屈服准则条件下,建立了能够反映岩石峰后软化特征的三维损伤统计本构模型;依据岩石试验全应力-应变曲线的几何特征,推导出本构模型参数的数学表达式,并基于花岗岩室内试验数据对模型参数进行探讨,研究了Weibull分布参数与本构模型的关系,探讨了损伤修正系数的取值和岩石累积损伤的扩展过程;将建立的本构模型理论曲线与4种岩石（斑状二长花岗岩、细晶大理岩、砂岩和粉砂质泥岩）不同围压下的常规三轴压缩试验曲线进行对比分析,结果表明,该模型能很好地描述岩石破裂过程的全应力-应变关系和表征岩石残余强度特征。这对于岩石损伤软化问题以及岩石加固处理措施的研究均具有重要的意义。     

改进的HASM-AD算法及在空间变量模拟的应用分析

高精度曲面建模(HASM)可以显著提高空间曲面模拟的精度,但是计算速度低限制了该模型的进一步应用。为了提高HASM模型的计算效率,本文对HASM-AD算法作了改进,通过在计算过程中为采样点添加索引,避免了计算过程中对采样点信息的重复查找操作;同时,在遍历独立计算单元时实时计算第一类、第二类基本量及克式符号,避免了全局存储上述变量所需要的额外内存消耗。数值试验表明,由于将全局线性方程组求解问题转化为局部独立计算单元(5×5栅格)内的方程组求解,改进的HASM-AD算法显著提高了计算效率,同时降低了模型运行过程中的内存消耗。最后,本文以全国陆地降水空间分布模拟分析作为实例,验证改进的HASM-AD算法模拟精度及计算效率,模拟结果表明,改进的HASM-AD算法模拟结果精度优于其他HASM算法(以HASM-PCG为例),并且计算效率优势更为明显,实现全国10km分辨率的降水分布模拟耗时仅为4s。表明改进的HASM-AD算法提高了计算速度,并且适于大尺度的空间变量模拟应用。     

BCC/RCG-WG天气发生器非降水变量模拟参数气候变化特征

利用中国699 个气象站点1951-2007 年的逐日最高气温、最低气温和日照时数资料,分1951-1978 年和1979-2007 年两个时段分析了气候变化对BCC/RCG-WG天气发生器中我国各地逐日非降水变量模拟参数的影响.结果表明,最高气温、最低气温和日照时数三个变量平均值傅立叶级数展开式的年平均值和基波振幅较标准差傅立叶级数展开式的年平均值和基波振幅的变化幅度明显偏大,而平均值傅立叶级数展开式的基波位相变化幅度较标准差的基波位相变化幅度明显偏小;三个变量当天以及后延一天之间的相关系数的绝对变化较小.说明在气候变化背景下,最高气温等三个非降水变量的年平均值和年内变幅有明显的变化,而三个变量年际间的变异、峰值出现时间以及各变量之间的相关性变化较小.