基于随机森林的光子计数激光雷达点云滤波

新一代星载激光雷达卫星ICESat-2首次采用了微脉冲光子计数激光雷达技术,由于单光子探测的灵敏性导致数据在大气和地表下层产生了大量噪声,因此对光子计数激光雷达点云数据实现信号和噪声的分离是开展进一步应用研究的前提和基础。本文选择美国俄勒冈州和弗吉尼亚州2个研究区,采用MATLAS数据,根据光子点云数据的特点构造了12个光子点云特征,对所构造的特征利用随机森林进行变量筛选,用机器学习方法对光子点云进行分类,并将建立好的模型推广到整个研究区。研究结果表明,本文构建的分类器分类总精度达到了96.79%,Kappa系数为0.94,平均生产者精度和用户精度分别为97.1%和96.8%。在相对弱噪声、平坦地形区域和强噪声、复杂地形区域都取得较好的分类结果。本文结果显示了基于少量样本通过机器学习的方法构建模型,可以推广到较大范围区域的光子点云分类应用中。     

近断层速度脉冲与震源机制的关系浅析

本文初步分析了近断层速度脉冲的成因和特点，主要包括方向性效应与滑冲效应，并通过中国台湾集集地震的脉冲记录，分析了断层破裂方向和位移大小等震源参数对脉冲强度的影响。此外，基于有限移动源理论，说明了断层辐射与速度脉冲分布的关系，并探讨了利用运动学震源模型研究近断层地震动对速度脉冲影响的技术路线；评述了7种典型的等效速度脉冲模型，建议进一步研究等效速度脉冲函数与震源机制之间的关系。最后，简述了不同类型的断层引起速度脉冲的差异，并推测了产生脉冲型地震动的下限条件，同时展望该研究在地震预警方面的可能性。     

基于BSWT-DDTFA方法的地球天然脉冲电磁场震前信号时频分析研究

地球天然脉冲电磁场（ENPEMF）信号，可理解为地球天然变化磁场的瞬间扰动，携带了大量有用的地质构造及其动力学信息.研究ENPEMF信号所蕴含的时间-频率联合分布特点，有利于深入了解目标对象的地球物理现象及其地质动力学原理.本文针对ENPEMF信号的非平稳特点，在数据驱动时频分析方法（DDTFA）的基础上提出了基于二值化同步压缩小波变换的改进算法（BSWT-DDTFA）.该算法可以实现数据驱动初始相位自动赋值的功能，具有自适应性.实验仿真和实际数据均证明了该改进算法不仅能够得到较为精确的频率曲线和更加清晰的时频分布，而且具有较强的抗噪声能力.以2013年芦山M_S7.0地震为例，利用BSWT-DDTFA方法提取ENPEMF信号的时频特性，结果表明ENPEMF信号的时间-频率-幅度分布在震前有明显的异常特征.     

南海北部海域油气资源调查技术及其应用研究——震源子波检测及模拟分析

在野外采集中考察气枪的稳定性以及室内进行确定性子波反褶积处理,都要求能够获得气枪阵列的实时远场子波。从震源子波检测方法出发,阐述了近场子波采集、幅值转换及记录流程,并列举出实测近场子波时需要考虑解决的问题;接着介绍了震源远场子波的获取方法和主要途径;震源近场子波及远场子波的实测方案,检测震源子波所需的仪器设备和采集技术方法。文中分析了气枪子波的气泡干扰问题,虚反射与后续气泡震荡间的关系以及吸收衰减对子波的影响,并根据实测远场子波,对齐氏和范氏两种气体模型进行了模拟效果对比,结果表明:采用范氏气体模型所模拟的子波与实际子波更为吻合,模拟出的气枪的子波波形、振幅大小、气泡周期上,与业界通用的Nucleus软件的模拟结果吻合较好,在后续的使用中将继续优化。     

冷泉系统甲烷气体渗漏的声学特征及潜在环境效应

The amount of methane leaked from deep sea cold seeps is enormous and potentially affects the global warming,ocean acidification and global carbon cycle. It is of great significance to study the methane bubble movement and dissolution process in the water column and its output to the atmosphere. Methane bubbles produce strong acoustic impedance in water bodies, and bubble strings released from deep sea cold seeps are called "gas flares"which expressed as flame-like strong backscatter in the water column. We characterized the morphology and movement of methane bubbles released into the water using multibeam water column data at two cold seeps. The result shows that methane at site I reached 920 m water depth without passing through the top of the gas hydrate stability zone(GHSZ, 850 m), while methane bubbles at site II passed through the top of the GHSZ(597 m) and entered the non-GHSZ(above 550 m). By applying two methods on the multibeam data, the bubble rising velocity in the water column at sites I and II were estimated to be 9.6 cm/s and 24 cm/s, respectively. Bubble velocity is positively associated with water depth which is inferred to be resulted from decrease of bubble size during methane ascending in the water. Combined with numerical simulation, we concluded that formation of gas hydrate shells plays an important role in helping methane bubbles entering the upper water bodies, while other factors, including water depth, bubble velocity, initial kinetic energy and bubble size, also influence the bubble residence time in the water and the possibility of methane entering the atmosphere. We estimate that methane gas flux at these two sites is 0.4×10~6–87.6×10~6 mol/a which is extremely small compared to the total amount of methane in the ocean body, however, methane leakage might exert significant impact on the ocean acidification considering the widespread distributed cold seeps. In addition, although methane entering the atmosphere is not observed, further research is still needed to understand its potential impact on increasing methane concentration in the surface seawater and gas-water interface methane exchange rate, which consequently increase the greenhouse effect.     

考虑近场脉冲主余震地震动影响的结构延性系数特性研究

研究了近场脉冲主余震地震动的延性系数特性,通过修正随机组合构建方法构造了大量近场脉冲主余震地震动,然后通过标准化周期来降低延性系数的离散性,最后分析了平均延性系数特性和余震的影响。结果表明:采用标准化周期能显著降低延性系数的离散性,降低幅度最大可达60%,但随着余震强度的增大,标准化周期对延性系数离散性的影响逐渐减弱。在短周期段内,延性系数随着标准化周期的增大急剧减小,直至在标准化周期等于1.0附近达到最小值,采用标准化周期可以观察到近场脉冲主余震地震动的等位移现象。强余震对延性系数的影响可超过20%并达到30%,余震对非退化模型的影响大于退化模型。     

纳米气泡改性矿物颗粒的湖泊沉积物-水界面增氧效果实验研究

季节性缺氧导致夏季沉积物内源磷强烈释放，加剧水体富营养化，是我国西南地区深水湖泊（水库）面临的重要挑战.有效增加夏季缺氧期深水沉积物-水界面的含氧量，是减少内源磷释放的关键.现有的深水增氧技术由于缺乏对沉积物-水界面增氧的针对性，因此治理效果有限.近年来，纳米气泡已被证实具有的稳定性好、氧传质速率高和环境风险低等优点，为新型深水增氧技术研发提供了巨大潜力.本文以天然矿物材料白云母、绢云母、硅藻土和沸石为基底，负载纳米气泡，研发纳米气泡改性矿物颗粒技术，开展湖泊沉积物-水界面增氧模拟实验研究，运用平面光电极技术评估其界面增氧效果.结果表明，纳米气泡改性矿物颗粒对沉积物-水界面具有比较明显的增氧效果.其中，改性白云母、绢云母和沸石的界面持续增氧时间可达7天以上，增氧后的界面最大溶解氧（DO）浓度达4.40 mg/L，而改性硅藻土不具有增氧能力.其次，矿物粒度对改性颗粒的增氧效果有一定影响：粒度越细，界面的最大增氧浓度越高，且持续增氧时间越长.纳米气泡改性矿物颗粒技术有望成为夏季缺氧期深水沉积物-水界面精准增氧和内源污染控制的有效技术手段.     

基于微纳气泡示踪的拖曳法ADCP流速测试

声学多普勒剖面流速仪(ADCP)设备在水文领域保有量大、应用广,但如何对其进行量值溯源,确保现场测量数据准确可靠是用户非常关注的问题。分析ADCP的测试现状,阐述ADCP的6个测试参数,分析出流速测试是核心;利用微纳气泡作为示踪粒子,尝试解决静止水体无反射粒子的问题,为ADCP流速测试提供支撑;以TRDI的WHR600-1型ADCP为例,说明ADCP流速测试过程和试验数据处理方法。得出微纳米气泡是ADCP拖曳水槽水跟踪测试较好的示踪物质,进而实现ADCP水跟踪流速测试。为拖曳水槽ADCP测试改造建设提供技术思路,并给出实验室测试建议。     

浙中一次多风暴类型强对流天气成因及多普勒雷达特征

利用常规资料、区域自动站加密资料、探空资料、GFS 0.25°×0.25°逐6h的分析场数据和SB多普勒天气雷达资料对2018年5月18日发生在浙中地区的一次强对流天气过程进行分析。结果表明:此次过程产生了脉冲风暴、中等到强多单体风暴和飑线这3种风暴类型,分别出现冰雹、大范围强降水和雷雨大风等强天气。3种风暴的雷达回波在回波形态、强度、垂直结构、平均径向速度、垂直累积液态水含量VIL等特征如下:①脉冲风暴呈块状,初始回波高度在6～9km,强回波所在高度在-10℃等温线附近,强回波值达60dBz以上,VIL值出现跃升且最大值在50kg·m-2以上,冰雹出现在反射率因子核和VIL值迅速下降之后;②中等到强多单体风暴呈带状,大降水效率和"列车效应"是发生大范围强降水的主要原因,雷雨大风天气则与反射率因子核迅速下降、MARC、低层强辐散区有关;③飑线呈弓形回波形态,移速快,引起了大范围的雷雨大风天气。此次过程影响系统多,天气复杂,存在较大预报难点,在短时临近预报技术研究上有重要借鉴意义。     

虚拟仪器在天气雷达发射机脉冲测试中的应用

随着我国新一代天气雷达（CINRAD）的广泛布网,雷达的维修维护工作显得日益繁重。利用虚拟仪器测试系统对雷达重要参数指标测试是一种便捷有效的方式。本文从发射机射频脉冲包络以及其测量方法的介绍出发,搭建一套基于PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)模块化仪器的虚拟仪器系统,采用LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)软件编程实现参数测试测量功能,通过实验完成了对脉冲包络的重要参数测试。虚拟仪器测试系统与传统仪器对比测量结果,验证了该测试系统的可靠性。