Coherence algorithm with a high-resolution time–time transform and feature matrix for seismic data

Traditional coherence algorithms are often based on the assumption that seismic traces are stationary and Gaussian. However, seismic traces are actually non-stationary and non-Gaussian. A constant time window and the canonical correlation analysis in traditional coherence algorithms are not optimal for non-stationary seismic traces and cannot describe the similarity between adjacent seismic traces in detail. To overcome this problem, a new coherence algorithm using the high-resolution time–time transform and the feature matrix is designed. The high-resolution time–time transform used to replace the constant time window can produce a frequency-dependent time local series to analyse non-stationary seismic traces. The feature matrix, constructed by the frequency-dependent time local series and the related local gradients, defines a new correlation metric that enhances more details of the geological discontinuities in seismic images than does the canonical correlation analysis. Additionally, the Riemannian metric is introduced for related calculations because the feature matrices are not defined in a Euclidean space but rather in a manifold space. Application to field data illustrates that the proposed method reveals more details of structural and stratigraphic features.     

湖泊蒸发观测与计算方法研究进展

湖泊蒸发是连接湖泊水分循环与能量平衡的关键纽带之一,认识湖泊蒸发过程对于理解湖-气间相互作用机制十分重要。然而,由于湖泊的形态结构、地理位置和气候背景不同,各湖泊在不同时间尺度上的蒸发特征不同。湖泊蒸发存在复杂的物理驱动过程、时间尺度相关的反馈以及空间异质性。准确地捕捉并量化湖泊蒸发过程,仍是湖沼学、水文学和气象学等学科的重要研究内容。本文首先介绍了湖泊蒸发的主要观测手段,然后概述了湖泊蒸发在日内、季节、年际、年代际四种不同时间尺度的变化特征;梳理了不同时间尺度各要素对湖泊蒸发的影响,以及湖泊蒸发与湖泊面积和深度等形态结构特性及纬度和海拔等地理因素之间的关系;对自涡度相关技术等高精度仪器应用以来的湖泊蒸发研究进展做出了总结。     

关于土层地震反应分析中阻尼矩阵建模方式的讨论

阻尼矩阵的选择对土层时域内地震反应计算的准确性有重要意义。本文构造了质量比例阻尼、刚度比例阻尼、Rayleigh阻尼、Caughey阻尼和Clough阻尼矩阵,研究各阻尼对土层地震反应分析精度的影响。以苏通大桥5号桥塔基础处的工程场地为例,分别以人工合成基岩波,Northridge波、Parkfield波和汶川波为输入,得到不同阻尼模型下土层的地震反应,结果表明Clough阻尼在计算精度和误差稳定性上要优于其他阻尼模型,针对Clough阻尼的不足之处提出了改进方法,算例表明改进后的Clough阻尼能在保证计算精度的前提下减少计算机的存储量和计算量。     

非均匀介质地震AVO响应模拟及分析

地震AVO （amplitude versus offset）技术是一项利用振幅信息研究岩性、检测油气的地震勘探技术。常规方法基于Zoeppritz方程计算模型界面处的反射系数,而实际地下非均匀介质中地震反射特征不仅与入射角度、物性差异有关,还与入射波频率、地层厚度、薄互层结构等因素有关。为此,应用传播矩阵理论充分考虑与这些因素有关的调谐干涉等传播效应,针对实际数据计算非均匀地下介质的高精度合成地震记录,对比Zoeppritz方程、Shuey二项近似方程、Shuey三项近似方程以及传播矩阵算法的模拟效果。研究发现：在小角度入射时Zoeppritz方程、Shuey二项近似方程和Shuey三项近似方程的反射振幅和波形基本一致,大角度入射时Zoeppritz方程与Shuey三项近似方程接近;Zoeppritz算法的模拟结果在小角度入射和浅层情况下与传播矩阵算法差别较小,而在大角度入射和深层情况下与传播矩阵差别较大,说明层间多次波的调谐干涉等传播效应不可忽略。     

基于磁偶极子的频率域电磁系统几何误差分析

基于磁偶极子模型的频率域电磁法仪器在进行大地探测的过程中,由于收发线圈的安装误差、晃动以及材料的几何形变等因素影响,收发线圈的位置及姿态角发生变化,从而产生几何误差,而几何误差的定量分析对频率域电磁法仪器在制作、野外实验操作以及校正方面均具有很强的指导意义。本文根据误差来源的不同,将几何误差分为一次场误差和二次场误差两类;通过引入一次场张量矩阵和二次场张量矩阵,基于均匀大地模型正演得到9种线圈架构接收线圈接收到的一次场及二次场,并以微分的方式定量地分析了9种线圈架构收发线圈位置及姿态角变化引起几何误差的变化特征。对9种线圈架构的几何误差分析可知:在几何形变引入的一次场误差中,仅有PERyz、PERzy线圈架构不包含位置变化的一次项误差,仅有VCA、VCP及HCP线圈架构不包含姿态角变化的一次项误差;在几何形变引入的二次场误差中,PERzx、PERxz线圈架构最大,而VCA、VCP及HCP线圈架构受高度及收发距变化的影响很大,需要实时测量并进行校正,VCP线圈架构受收发距变化以及姿态角变化的影响最小。     

基于改进的散射积分算法的初至波走时层析

初至波走时层析是获取近地表速度结构的一种常用方法.随着采集技术的不断发展,可使用的数据量迅速增多,传统的基于射线追踪和解方程组的地震走时层析成像方法面临着内存占用大、方程求解不稳定等问题.为了解决这些问题,本文基于前人在波形反演研究中提出的一种改进的散射积分算法,提出了一种预条件最速下降法初至波走时层析.该方法无需存储核函数矩阵与Hessian矩阵即可方便地实现目标函数梯度的计算与预条件,且该方法计算效率高、求解稳定、易于并行.数值实验结果表明,该方法可以获得与传统方法精度相当的反演结果,但所占用的内存大幅减小.     

北京城区二氧化碳浓度和通量的梯度变化特征——I浓度与虚温

根据北京塔7层涡动系统2012年5月至2013年12月的湍流观测数据,分析了北京城区二氧化碳浓度在不同高度层次的日变化和月变化特征,并初步给出不同季节和日变化时间段内二氧化碳的浓度垂直廓线.结果表明:二氧化碳浓度整体随高度而下降;各观测层均有浓度的明显日变化,夏季最为明显,冬季相对平缓;近地层浓度直接受城市供暖、地表植被、交通运输等碳源影响,更高观测层浓度则受对流输送和天气过程影响较大;垂直方向上,冬季浓度变化范围最大,夏季层间浓度变化最明显;在一天中的任何时刻,近地面层二氧化碳浓度的日变化最低值一般出现在夏季,50m以上则出现在春季,浓度最高值总是出现在冬季;根据对二氧化碳浓度四季垂直廓线变化的分析可以看出,边界层二氧化碳浓度强烈受到碳源、下垫面植被、大气稳定度、环境温度和天气过程等因素的影响.     

NWC通信台在电离层中激发电磁响应的时变特征

本文利用DEMETER卫星VLF频段电场和磁场频谱数据对DEMETER卫星运行期间2005年至2009年澳大利亚甚低频(Very Low Frequency)通信台NWC发射的通信信号造成的电离层电磁响应的日变化、季节变化及年变化特征进行了统计分析,统计结果表明电磁响应日变化显著,夜间电场强度明显增强可达40dB,磁场变化略小也可为15dB左右,而季节变化不显著,年变化主要受太阳活动的影响,太阳活动越强,电磁响应越小.为解释数据分析结果,对地-电离层电磁波传播过程采用传递矩阵方法进行了模拟计算,模拟结果与数据分析的结果一致.我们认为这种随时间变化的特点可能由250km以下电离层电子密度分布特征导致,因此研究250km以下的电离层电子密度变化可能对寻找地震电离层电磁异常有重要意义.     

西北内陆河流域典型生态系统通量数据空间代表性研究

涡度通量数据的空间代表性问题是影响其数据质量不确定性的重要原因。选取了我国西北地区具有代表性的四个通量观测站生长季数据,采用FSAM模型对各站点通量贡献源区范围以及通量贡献最大值点进行了计算,给出了在不稳定与稳定两种大气层结条件下各站点源区的主要分布范围(P=80%):盈科站源区范围相对最小(90~200 m);阿柔站源区范围约为(120~140 m);关滩站源区范围约为(500~600 m);敦煌站源区范围约为(140~280 m)。同时结合各站点仪器架设高度以及不同的下垫面生态环境等因素,对通量源区的变化进行了初步分析,仪器的架设高度直接影响涡度源区范围;不同的下垫面生态环境形成不同的近地面湍流状态进而对通量源区的分布产生间接影响。结果表明各站点观测的通量信息基本均来源于所感兴趣的研究区域。     

北京市长安街沿线的扒窃案件高发区分析及防控对策

本文利用空间分析方法,对北京市长安街沿线的扒窃类案件的空间分布特征进行了研究。首先分析了长安街沿线的犯罪分布状况,发现该长安街沿线共存在3个异常明显的犯罪高发区域,分别对应于西单商业圈(A)、建国门路段(B)和大望路—四惠路段(C),通过将长安街沿线的常住人口与兴趣点(Point of Interest, POI)分布进行比较,发现案件与POI密度较高的区域存在较高的相关性。随后,利用核密度估计方法和时空热点矩阵方法分析了3个异常明显的案件高发区域内的犯罪活动时空分布模式,结果表明：高发区域A的犯罪高发时段为上午10时至下午18时,其中峰值出现在正午12时,犯罪活动主要集中在区域内的一些大型购物场所内;高发区域B和C的犯罪高发时间均为上午6时和下午18时前后,与早晚交通高峰时间比较一致,犯罪活动主要集中在区域内比较重要的公共交通站点附近。最后,根据长安街沿线案件高发区域内犯罪活动的时空规律性特征,提出了犯罪防控措施与建议。