非线性地球物理反演方法:回顾与展望

自20世纪90年代以来，非线性地球物理反演方法已走向成熟，这些方法包括线性化迭代法，仿真淬火法，遗传算法及联合反演方法等，线性化迭代反演基于开放物理系统状态发生相变的原理，要进一步改善模型参数化的技术和迭代过程的自组织；仿真淬火法与遗传算法基于自然过程的指数率或生物演化的优生率，可以相互结合以提高解估计的分辨率与置信度；联合反演要结合岩石物理性质的统计规律，才能取得兼容地质与综合方法的应用效果，地球动力学中的反问题不仅涉及偏微分方程系数项的求解，而且涉及初始条件或初始边界的求解，对地球动力学作用过程研究特别重要。     

民航气象观测的中国中东部大气边界层廓线数据的评估与应用

本文从民航气象报告(AMDAR)数据库中提取了2008—2019年期间我国中东部18个机场飞机起飞和降落期间的大气边界层(ABL)廓线数据,并利用常规探空数据评估了不同季节和高度范围的AMDAR数据准确性及其随探空站与机场距离和飞行状态的变化.与常规探空数据相比,低层(P>850 hPa)的AMDAR温度和风分量的均方根误差(RMSE)均比较高层(850~500 hPa)小,且各高度层上的温度和风分量的RMSE都随间隔距离的增加而增大.相对而言,飞行状态对AMDAR数据准确性的影响很小.在间隔距离小于50 km且P>850 hPa高度层范围内,温度、纬向风和经向风的平均RMSE分别为0.68~0.83 K、1.48~1.62 m·s^-1和1.73~1.81 m·s^-1.相比于RMSE,对应的平均偏差都显著更小,且随间隔距离无明显变化.数据应用示例表明,AMDAR廓线数据由于其较高的时间分辨率,不仅可以反映ABL结构的日变化特征,还可用于研究ABL局地环流特征.基于18个机场AMDAR廓线数据分析发现,我国远内陆、干燥地区大气边界层高度(ABLH)具有较强的日变化,尤其是在春夏两季,而沿海和近内陆地区ABLH的日变化强度和季节差异都较小.

     

20 cm蒸发皿蒸发量的数学物理模型研究

本文以能量守恒原理和边界层梯度输送理论为基础,应用Monin-Obukhov相似函数计算蒸发皿水面感、潜热通量,参数化蒸发皿侧壁热传输能量,建立了一个单层的20 cm蒸发皿蒸发模型.之后利用"古浪非均匀近地层观测试验"中连续14天观测的每小时20 cm蒸发皿数据对所建模型进行检验.研究分析结果表明:模型能够很好地反映蒸发皿水面与地表之间所形成的非均匀性,合理地概括蒸发皿与周围环境之间的相互作用和蒸发皿蒸发的物理过程.另外,模型成功模拟了蒸发皿蒸发的日变化过程,模拟的日蒸发量均方根误差(RMSE)和平均相对误差(MRER)分别为0.44 mm·d-1和3.7%,日蒸发量观测值与模拟值的相关系数为0.998.     

大气边界层湍流的动力非平稳性的验证

首次用验证时间序列中是否存在动力非平稳性的一种简单图示方法——space time-index法来分析大气边界层湍流的动力平稳性特征.本文以取自淮河流域和威斯康星森林下垫面条件下的三维高精度风速和温度、湿度湍流脉动资料对大气边界层湍流的平稳性特征进行了分析.结果表明space time-index方法能有效地检验大气边界层湍流信号中是否存在动力平稳性.另外,均匀下垫面条件（水稻田）及复杂下垫面条件（森林）下的大气边界层湍流信号中几乎都存在动力非平稳性,大气湍流动力学非平稳性可能是边界层湍流信号相当普遍具有的一种特性.大气边界层湍流中的间歇性和相干结构使得其非平稳性图形的特征不同于一般时间序列非平稳性图形的“V”型特征;森林下垫面条件下的湍流信号比相对均匀下垫面（水稻田）下的湍流信号更有组织性,相干结构更强.     

纬向非均匀基流对大气长波调整的作用

大气长波的发展和演变影响着大气的可预报性,并对提高天气预报和气候预测水平有重要的意义.在影响大气长波演变的因子中,除波与波非线性相互作用外,基流的作用也非常重要.本文利用非均匀基本场下Rossby波运动方程,通过数值求解,分析了基本场结构和初始场对Rossby波演变的影响,揭示了纬向非均匀基本场对长波调整的作用.研究结果表明:基流纬向非均匀时,线性Rossby波也会出现长波调整现象,基流随纬向变化是长波发生调整的又一个重要机制;大气长波调整对波动的初始振幅不敏感,但基本场振幅影响着长波调整能否出现和出现的时间;基本场纬向平均西风基流的大小除影响波动传播的速度和方向外,还影响长波调整出现的时间和规律;长波调整的出现还与基本场和初始场的结构有关,不同基本场时,波动是否发生调整、向高波数还是向低波数调整都决定于基本场结构,相同基本场时,不同初始结构的波动也有着不同的演变过程.     

目标观测的方法、现状与发展展望

对所关注的自然界现象进行观测的策略方法,在地球科学中（主要与天气与气候预报、预测有关）被称为目标观测．本文首先回顾它的发展历史,然后介绍目前国际上目标观测所采用的主要方法;在对它们的优点与局限性进行评述的基础上,探讨了目标观测的理论基础．在介绍了国内外大气与海洋科学研究与应用中目标观测的现状后,着重讨论了其方法与效果的评价和检验问题．最后,给出了作者关于该领域进一步发展的展望,以及如何将目标观测方法拓展到处理数值模式误差方面的若干思考．     

北冰洋中心区夏季大气边界层结构特征及其与海冰范围变化的关系

利用中国第4~6次北极考察获得的北冰洋中心区(80°~88°N))GPS探空资料和NCEP再分析资料,分析了大气垂直结构、边界层参数的变化特征及其与海冰和温度变化的关系.结果表明,2010、2012和2014年夏季北冰洋中心区的对流层顶、边界层高度、逆温强度及风速和风向的垂直结构均存在明显差异.通过分析1979~2014年9月温度与海冰范围变化的关系,解释了其差异的原因.2012年9月北极海冰范围最小,减少了44%,具有明显的增温过程.2010年和2014海冰分别减少了22.6%和17%,出现的是降温过程.对比2种过程反映出海冰变化对大气边界层结构有重要影响.近30年北冰洋中心区(80°~90°N)1000和850hPa的温度变化呈显著的升温趋势,并与海冰范围呈显著的负相关.表明北极海冰的持续减少,会使地表至对流层中层持续增温.     

测井曲线自动分层方法回顾与展望

本文将测井曲线自动分层方法分为数理统计方法、非数理统计方法和人工智能三大类,并对其中常用的层内差异法、有序聚类分析、极值方差聚类方法、自组织神经网络、模糊识别方法、活度函数法、小波变换和Walsh变换等自动分层方法的算法和优缺点进行了分析.综合比较各类自动分层方法的优缺点,结合测井响应的地质和物理基础认为,虽然自动分层方法众多,从不同的角度试图解决分层问题,但都存在一定的缺陷;今后,测井曲线自动分层方法应在去噪、提高测井纵向分辨率与自动分层方法的进步和联合应用上有所研究,才能够为应用测井资料进行岩性识别、测井相分析、储层划分、储层参数等研究提供更有利的技术支撑.     

基于非均匀Fourier变换的地震数据重建方法研究

不规则采样地震数据会对地震数据的多道处理造成严重影响,将非均匀Fourier变换和贝叶斯参数反演方法相结合,对不规则空间带限地震数据进行反演重建.对每一个频率依据最小视速度确定出重建数据的带宽,然后从不规则地震数据中估计出重建数据的空间Fourier系数.将不规则地震数据重建视为信息重建的地球物理反演问题,运用贝叶斯参数反演理论来估计Fourier系数.在反演求解时,使用共轭梯度算法,以保证求解的稳定性,加快解的收敛速度.理论模型和实际资料处理验证了本方法的有效性和实用性.     

非均匀半无限介质中振荡电偶极子地表电场的理论公式和计算方法

根据Naxwell方程，首先引入赫兹矢量，导出了层状介中电偶极子源激发电场的亥姆霍兹方程和边界条件，并对其进行求解，得到了地表电场表达式，对于分布有断层的层状介质根据Maxell方程，引入格林张量，导出了地表电场的积分表达式，从而为地电场变化的数值模拟研究提供了理论公式。     

地震科技图书的出版动态:回顾与展望

回顾了五十年代以来世界主要开展地震研究国家的地震科技图书的出版动态,综述了地震图书出版的现状,并对我国地震科技图书的出版趋向进行了展望。     

深部碳循环及同位素示踪:回顾与展望

深部碳循环是全球碳循环中的重要组成部分,它指通过板块俯冲过程把大洋底部的碳酸盐岩带到地幔中,然后再通过火山作用以CO2气体形式释放到大气中.目前对于深部碳循环的研究仍处在一个起步阶段.其中一个很重要的科学问题是火山作用释放的CO2中与俯冲相关的碳和原始幔源碳的比例.传统碳同位素可以很好的区分有机碳和无机碳,但火山作用释放的CO2中,大约95%的与俯冲相关的碳和原始幔源碳均是无机碳,因此传统的碳同位素方法无法区分.近年来Ca和Mg同位素在示踪壳内物质循环方面的研究取得很大的进展,本文针对以上科学问题,总结了近年来对于深部碳存储总量、通量及存在形式,洋壳俯冲过程中碳的行为,含碳地幔的熔融,深入探讨了C,Ca和Mg同位素示踪深部碳循环的原理和途径,以及前人在C,Ca和Mg同位素示踪深部碳循环等方面的研究成果.     

表面多次波压制的研究进展:回顾与展望

在绝大多数的地震资料处理中,将多次波视为相干噪音进行压制.表面多次波的压制方法主要分为两大类:基于波动方程预测的预测减去法和基于信号处理的滤波法.本文系统地回顾了两类多次波压制方法,分析了各种方法处理各类介质的优势及存在问题.本文也阐述了基于波动方程预测的自适应相减方法的发展.分析了多次波压制方法的发展趋势,随着GPU...     

地球自由振荡弹性简正模研究进展与展望

在构建现代地球模型时,地球内部分层结构主要是根据地震波资料确定的;而地球内部密度及弹性参数,特别是地幔以下大尺度结构的密度分布,则主要是根据地球自由振荡的弹性简正模观测资料确定的.本文概述了地球自由振荡简正模本征值的求解理论和方法,介绍了球型和环型模态位移场表达式,讨论了地球自由振荡模态的衰减、分裂与耦合效应;总结了多线态分裂谱线探测和分裂参数估计的方法,综述了利用弹性简正模开展地震矩张量、地球三维非均匀性结构和内核超速旋转约束与反演研究的主要进展和存在的问题.最后作为展望,本文还讨论了地球自由振荡简正模的未来研究趋势.     

我国地震综合预报方法研究的回顾与展望

系统介绍了我国历次地震预报攻关研究中综合预报研究的主要进展，从中可以看出我国地震综合预报研究的科学思路和方法的不断发展，同时还对今后我国地震综合预报研究应解决的科学问题及解决方法进行了阐述。     

运用测震学方法监视华北地震的回顾与展望

本文回顾了作者运用测震学方法对河北及华北地区进行地震中短期预报研究和实践的过程。总结了从河北的实际出发提出和建立的两种方法——“地震窗”方法和单台四震相波速比方法的预报思路、实践效果与近年来的研究进展;阐述了测震综合预报的思路、检验与发展趋向。在此基础上,对建立特定地区的测震学预报方法体系及其前景,提出了看法。     

一种基于卫星遥感AOT估算近地面颗粒物的方法

本文建立了一种基于卫星遥感AOT估算近地面颗粒物浓度的新方法.该方法考虑大气边界层厚度和近地面相对湿度的区域分布变化情况,基于大气边界层模式模拟结果和卫星遥感气溶胶光学厚度进行近地面颗粒物浓度估算.基于RAMS模拟结果和MODIS气溶胶光学厚度数据,利用该方法获得了华北地区近地面PM2.5质量浓度.并用研究区域中16个地面站点的颗粒物浓度监测数据对估算结果进行了评估.结果表明,遥感反演的近地面PM2.5与地面监测数据在趋势上基本一致,二者相关R2达到0.61.与此同时,又利用地面激光雷达和气象仪测量结果对MODIS气溶胶光学厚度数据进行了近地面颗粒物估算,并将估算的结果与新方法得到的估算结果进行了比较.比较结果表明,新方法获得的估算结果与地面监测数据具有更好的相关性,和常规方法相比,相关R2从0.32提高到0.62.     

基于FFT-MA的随机介质建模方法

随机介质是描述地球介质小尺度非均匀性的有效模型,在地震散射波场分析、储层描述等领域具有广泛应用,快速准确的随机介质建模方法是开展相关研究的基础与前提.本文首次将FFT-MA（Fast Fourier Transform Moving Average）算法引入到随机介质建模研究中,分析了该方法与传统随机介质建模方法相比具有的优势,并提出了基于FFT-MA的非平稳随机介质建模方法.建模实验表明,与传统的基于谱分解定理的随机介质建模方法相比,基于FFT-MA的方法在空间域产生随机数序列,使随机数序列与结构参数分离,因此,随机数序列与所建模型存在空间上的对应关系,可以分区域建模和局部修改模型.在非平稳随机介质模型建模时,滑动窗口的大小可以根据自相关长度变化而变化,避免了每个采样点都建立一次完整大小的模型,提高了建模效率.因此,FFT-MA随机介质建模方法能准确构建满足自相关函数要求的平稳及非平稳随机介质模型,具有建模效率高、灵活、实用的优点.

     

一种反演不均匀介质大地电磁测深资料的方法

通过反演受近地表不均匀介质影响的大地电磁测深资料的新方法,可获得较准确的一维地电断面参数、不均匀体埋藏深度及其电性特征。本方法计算速度快,单测ρxy,ρyx可独立反演并相互验证结果的准确性     

地壳流体CO_2的释放与地震关系:回顾与展望

介绍了地壳流体CO2的3个主要成因:有机成因、变质成因及幔源成因,并着重讨论了CO2气体的稳定同位素13C的示踪性能;总结了由地壳释放CO2的主要方式、上升通道及其存在形态。在回顾地壳流体CO2等释放在目前地震监测、预报及相关研究中的主要研究进展的同时,指出地壳深部流体(CO2、He、CH4等)在同位素地球化学、深源流体运移与地震活动、深源流体对震源介质的影响等。此外,提出对深源流体监测不能仅限单一组分(CO2)的监测,需多种深源成分(He、Ne、Ar、H2、CH4)同时监测。