基于Matrix-Doubling方法的三维森林雷达后向散射模型的改进

辐射传输方程已广泛应用于森林雷达后向散射模拟.基于辐射传输方程建立起来的三维森林雷达后向散射模型可以考虑林分结构对后向散射的影响以及冠层、树干等与地表的二次散射.它可以较准确地估算同极化后向散射.但三维森林雷达后向散射模型只考虑了冠层内部的一次散射,而交叉极化主要来自于冠层体散射,因此模型常常低估交叉极化.为了提高模型对交叉极化的估算能力,将Matrix-Doubling方法引入到三维森林雷达后向散射模型中,用以计算冠层体散射.将改进模型的计算结果与原模型的计算结果进行了比较,并且使用野外观测数据和AIRSAR数据对改进模型做了验证.结果表明,对于不同密度的森林,模型对交叉极化的估算能力在一定程度上得到了改善.     

太湖水体的后向散射概率

假设2004年10月太湖水体的吸收系数和遥感反射比的测量误差为0,利用生物光学模型,通过优化算法,在光学深水区模拟获得水体的后向散射系数,然后通过后向散射概率和颗粒物后向散射系数之间的定量关系,获得水体中可能真实的颗粒物后向散射概率结果表明,太湖水体的颗粒物后向散射概率不是一个定值,可以表示为波长的二次函数,在442、488、532、589、676和852nm处分别为0.017、0.017、0.027、0.033、0.054和0.094,均值为0.041,标准偏差为0.030。     

云顶以下臭氧对TOMS反演臭氧总量的影响及反演方法的理论研究

目前紫外后向散射反演臭氧总量的所有算法,都将云考虑成不透明的Lambertian反射体,并假定云顶有效反照率不随波长的变化而变化.然而本文通过模拟计算发现,由于云散射、瑞利散射、臭氧吸收三种作用的综合结果,云顶的有效反照率是与波长相关的,即使光学厚度比较大的云,辐射也可由云顶继续向下传输,因而会受到云顶以下臭氧吸收的影响.用V7方法进行反演,模拟计算结果表明：云的出现使得云顶以下,特别是云内光程增强,导致紫外波段的臭氧吸收衰减增大,所以反演出的臭氧总量值比真实值偏大,本文称这种现象为“云吸收效应”,并讨论了该效应的影响因子.最后,在辐射传输模拟的基础上建立一套反演算法,大大减弱了“云吸收效应”的影响.     

海浪破碎对海面微波后向散射系数的影响

在海面波破碎区，假定随机粗糙的海面被两层不同散射性质的球形粒子覆盖，上层是由海面飞沫组成的球形Ｒａｙｌｅｉｇｈ粒子层，下层是由气泡组成的球形Ｍｉｅ粒子层，根据大量观测和实验的统计结果，确定了两层散射粒子的平均半径和单位体积的粒子数；并用迭代法求解随机粗糙海面上的两层粒子的矢量辐射传输方程．根据风波破碎时白冠覆盖率和海面飞沫、气泡的统计模型，给出了一个新的风驱海面的微波散射理论模型．利用这一模型定量地给出了海面后向散射系数和风速、视角、极化和白冠覆盖率等特征参量之间的函数关系，并研究了覆盖在波破碎区的散射粒子对海面后向散射系数影响程度．     

泡沫覆盖的随机粗糙海面的双站散射和热辐射

从双尺度随机粗糙面的散射理论和矢量辐射传输理论出发,将具有白帽泡沫覆盖的风驱海面模拟成一层离散球形粒子下垫双尺度随机粗糙界面的复合模型．利用Ｐｉｅｒｓｏｎ的半经验海洋波高谱和修正的Ｃｏｘ和Ｍｕｎｋ的坡度分布函数,推导了强风驱使下白帽泡沫覆盖的随机起伏海面的双站散射系数和热发射率,得到了极化的双站散射和热发射与海面各物理参数之间定量的函数关系．数值计算的结果与已有的海洋遥感实验数据进行了比较和讨论．     

泡沫覆盖的随机粗糙海面的双站散射和热辐射

从双尺度随机粗糙面的散射理论和矢量辐射传输理论出发，将具有白帽泡沫覆盖的风驱海面模拟成一层离散球形粒子下垫双尺度随机粗糙界面的复合模型．利用Ｐｉｅｒｓｏｎ的半经验海洋波高谱和修正的Ｃｏｘ和Ｍｕｎｋ的坡度分布函数，推导了强风驱使下白帽泡沫覆盖的随机起伏海面的双站散射系数和热发射率，得到了极化的双站散射和热发射与海面各物理参数之间定量的函数关系．数值计算的结果与已有的海洋遥感实验数据进行了比较和讨论．     

降雨对PR雷达海面风速探测的影响及校正

针对降雨雷达(PR)海面测风精度易受降雨影响的特点,本文从雨滴对雷达信号的二次路径衰减效应、体后向散射效应以及雨滴对海表的"溅射"效应这三个因素出发,推导了降雨条件下PR雷达方程,并利用Ku波段雨滴衰减模型、球形雨滴体后向散射模型结合2010年6~8月的PR观测数据以及TMI风速数据对PR降雨雷达方程进行逆向求解,定量分析了降雨对PR测风精度的影响,发现降雨对PR回波信号的影响主要表现为雨滴的二次路径衰减效应和雨滴对海表的"溅射"效应,雨滴的体后向散射效应相对最弱;而且,雨滴的二次路径衰减效应和雨滴的体后向散射效应均随降雨强度以及雷达波束在降雨层传输经过的路径增加而增强;雨滴对海表的"溅射"效应对回波能量具有衰减作用,且衰减作用随降雨强度以及入射角的增加而增强.最后,将雨滴体后向散射效应和雨滴对海表的"溅射"效应合并考虑,构建了降雨条件下PR雷达降雨辐射传输模型,并结合2012年6~10月三次台风观测数据对模型精度进行了验证,结果表明,校正前PR观测等与海面风场引起的σ0平均偏差为2.95 dB,均方差为3.10 dB;校正后二者之间的平均偏差为0.64 dB,均方差为1.61 dB,表明本文方法能有效补偿降雨对PR观测σ0衰减的部分.     

由TOPEX/Poseidon探测的中国区域后向散射系数时空分布

利用TOPEX/Poseidon卫星连续12年（1993年1月～2004年12月）对中国大陆及周边地区观测的GDR-M（Merged Geophysical Data Record）数据集,提取Ku波段和C波段的后向散射系数,经平滑、内插处理之后,得到5′×5′的网格数据及其时间序列.对后向散射系数在中国典型地表类型（如湿地、沙漠、山地和农业基地等）的空间分布特征进行了分析与讨论.利用快速Fourier变换（FFT）探测后向散射系数时间序列的周期变化,发现周期以周年为主,部分地区还有半年周期变化.利用最小二乘方法得到周年周期和半年周期的振幅等周期项信息,结果显示周年振幅明显大于半年振幅.分析了后向散射系数时间序列异常与我国环境和气候变化以及严重灾害（如洪水、干旱）的关系.利用SRTM导出的坡度对我国部分地区的后向散射系数的相关性进行了分析,以确定地势对后向散射系数的影响程度,结果显示Ku波段和C波段后向散射系数皆与坡度呈负相关,辽宁和吉林地区的相关性最强为0.56,塔克拉玛干沙漠地区的相关性最弱为0.11,其他地区多为（0.3～0.5）之间,表明地势起伏而引起的坡度对后向散射系数有显著的负相关性.     

地震动参数与地震烈度的多元回归研究

建立合理的地震烈度与地震动参数之间的对应关系,在工程抗震及烈度速报中有着十分重要的作用,文中以美国加州3次破坏性地震和我国今年来6次地震中所获得的强震记录作为数据源,应用最小二乘法进行线性回归,得到了不同地震动参数与烈度间的相关性.经统计发现,在地面加速度峰值、标准累计绝对速度等12种描述地震动强度的参数中,各种参数在...     

部分饱和岩石的黏弹性Chapman-Kelvin模型的正演模拟方法研究

在讨论地震波传播理论时, 大部分情况下是把地震波看作弹性波.事实上, 地下介质是非完全弹性介质, 这使得传统的均匀、完全弹性介质理论受到了严重挑战.地震波在裂隙岩石中传播受裂隙系统和流体含量的影响较大, 以往许多关于频变各向异性的理论大多局限于单相流体假设, 但是几乎所有储层中通常被一种以上的流体部分饱和或完全饱和.本文在Chapman理论基础上, 提出了基于部分饱和的黏弹性Chapman-Kelvin模型的正演模拟新方法, 以提高对部分饱和岩石的黏弹性地震波频变各向异性的认识.该方法基于Chapman和Kelvin理论模型, 计算了双相不混溶流体饱和裂隙岩石中的黏弹性波频变各向异性弹性系数的表达式, 提出包含喷射流和斑块效应的统一地震波传播的黏弹性Chapman-Kelvin新模型.通过对新模型进行数值试验, 讨论了无裂缝和存在裂缝两种情况下, 含裂隙储层部分饱和岩石中耦合的喷射流和斑块效应对黏弹性介质频变各向异性的影响.试验结果反映出黏弹性介质下地震波频变各向异性的变化规律, 验证了本文提出的新方法和新模型正确.本文将黏弹性介质各向异性与裂缝中的流体流动参数相联系, 有利于提高对含裂缝储层部分饱和岩石的黏弹性波频变地震各向异性的认识, 以及地震学与油藏工程的结合程度.

     

The effect of the HO2+NO reaction rate constant on one-dimensional model calculations of stratospheric ozone perturbations

With the aid of a one-dimensional steady-state, stratospheric model we have calculated ozone changes coused by atmosphric injections of NO_x, N₂O and chlorofluoromethanes. Adopting the fast rate constant, for the reaction HO₂+NO»OH+NO₂ measured by Howard and Evenson, we calculate much smaller perturbations of the ozone layer by NO_x and N₂O additions than previously estimated, but about two times larger ozone reductions as a result of continued emissions of chlorofluoromethanes, CF₂Cl₂ and CFCl₃.The model results are sensitive to adopted values for the rate coefficients for the reactions HO₂+O₃»OH+2O₂ and OH+HO₂»H₂O+O₂ and the eddy diffusion profile near the tropopause. More accurate assessments of ozone perturbations require the development of photochemical models that incorporate meteorological processes in more than one dimension.     

The structure of the natural stratosphere and the impact of chlorofluoromethanes on the ozone layer investigated in a 2-D time dependent model

two-dimensional time dependent model of the stratosphere incorporating the major interactions between radiative-photochemical and dynamical processes is described. The main prognostic equations considered are the thermodynamic equation and the general conservation equation for the minor chemical constituents representing the odd oxygen (O _x =O+('D)+O₃), odd hydrogen (HO _x =HO+HO₂), N₂O, odd nitrogen (NO _x =NO+NO₂+HNO₃), CF₂Cl₂, CFCl₃ and odd chlorine (Cl _x =Cl+ClO+HCl). The zonal wind and mean meridional circulations are determined diagnostically by the integration of the thermal wind equation and the stream function equation in the meridional plane espectively. The large scale eddy processes are parameterized in terms of zonal mean quantities using the generalized diffusion formulation on a sloping surface. The radiative heating and cooling and the hotochemical sources and sinks are incorporated in a form which allows for the major interactions among the minor trace constituents, temperature and mean circulation.Two integrations consisting of natural stratosphere and a stratosphere contaminated by the chlorofluoromethanes through lower boundary fluxes are carried out for 23 model years by changing the declination of the sun every day and using 6-hour time step. The model simulations of temperature, mean circulation, ozone, HO _x , N₂O and NO _x in the meridional plane for the normal stratosphere, show satisfactory agreement with the available observations. Based on the results of second integration it is found that the injection of chlorofluoromethanes in the atmosphere at the estimated current production rates can lead to significant changes in the meridional distribution of ozone, temperature and NO _x in the middle and upper stratosphere. The results also indicate that the percentage total ozone depletion increases from tropics to high latitudes and from summer to winter high latitudes. Also discussed are the results of additional experiments incorporating the reaction of HO₂ with NO and the reactions involving ClNO₃.     

抚仙湖秋、冬季光衰减特征及其与有色可溶性有机物的关系

为了研究抚仙湖紫外辐射(UVR)和光合有效辐射(PAR)衰减的时空特征及其与有色可溶性有机物(CDOM)、悬浮物(SS)、浮游植物(叶绿素a表征)等因子的关系,于2014年10月(秋季)、2015年1月(冬季)开展现场调查,结果显示:秋季不同波长(段)的漫射衰减系数Kd(305)、Kd(340)和Kd(PAR)分别为1.27±0.12、0.68±0.11和0.32±0.13 m-1,冬季分别为1.13±0.10、0.63±0.07和0.36±0.07 m-1;秋季CDOM的不同波长吸收系数ag(254)、ag(305)和ag(340)分别为4.09±0.26、1.18±0.09和0.57±0.05 m-1,冬季分别为2.95±0.24、0.61±0.11和0.11±0.07 m-1,秋季ag(254)、ag(305)和ag(340)显著高于冬季;秋季Kd(305)显著大于冬季,这与秋季(雨季)较高的CDOM丰度、浮游植物生物量(及SS浓度)有关.秋季ag(305)/Kd(305)、ag(340)/Kd(340)均显著高于冬季;秋季及秋冬季整体而言,ag(254)与Kd(305)、Kd(340)呈显著正相关,各多元逐步回归方程中均包含ag(254),说明CDOM吸收对UVR的衰减有重要贡献.空间差异方面,秋季北部的ag(254)、Kd(305)和Kd(340)显著高于南部,冬季南北部无明显差异,或与雨旱季北岸河流输入的CDOM和SS的情况有关.此外,浮游植物对UV-B衰减的影响和SS(与CDOM的交互作用)对UV-A衰减的影响更在于季节变化方面,而影响UVR、PAR衰减的各因子的相对贡献有待进一步量化.     

旋转式航空重力梯度仪动态测量误差传递模型与事后误差补偿

航空重力梯度测量技术可快速、高效地完成面积性重力梯度数据采集工作,在矿产资源勘查、军事目标探测等诸多科学领域具有广泛的应用.而航空重力梯度动态测量误差补偿方法是重力梯度动态测量数据处理中的一项重要工作.本文首先对旋转式重力梯度仪误差传递机理进行了定量分析,在综合考虑重力梯度仪系统非理想因素相互作用的情况下,建立了多种非理想因素与外部动态运动参数相耦合的误差传递模型;其次,提出了基于数据驱动的深度学习方法对航空动态测量误差进行补偿,并基于误差传递传递模型建立仿真数据样本集验证了方法的有效性;最后,通过航空重力梯度仪实测数据的处理和应用,验证了本文建立事后误差补偿方法的泛化性,进一步验证了本文建立方法在航空动态测量噪声抑制中的实用性,为航空重力梯度动态测量数据的处理提供技术储备.

     

基于双曲线模型的冻土中锚杆荷载传递特性研究

为研究不同冻结温度及含水率对冻结粉土中锚杆抗拔性能的影响,根据冻土与混凝土接触面的力学特性和变形规律,采用双曲线模型描述锚杆-冻土接触面的剪切特性.基于荷载传递法,建立考虑温度和含水率影响的锚杆荷载传递方程,采用有限差分法进行求解,得到锚固段的剪应力、轴力及承载力计算式;通过ABAQUS数值模拟验证荷载传递方程的合理性...     

Seismicity research in the subregions of Chinese mainland using strain accumulating and releasing model based on G-R relation

Introduction Earthquake activity analysis in different sub-regions in Chinese mainland shows that the dis- tribution of strong earthquakes exhibits the different spatial patterns in different periods. Seismic activity in the same earthquake area or seismic belt is self-similar to some extent, and the charac- teristic in time is some ″periodicity-like″. It shows that the frequency and intensity are quite dif- ferent in different periods (SHI et al, 1997). For a seismic region, strain is one…     

Impact of model development,calibration and validation decisions on hydrological simulations in West Lake Erie Basin

Watershed simulation models are used extensively to investigate hydrologic processes, landuse and climate change impacts, pollutant load assessments and best management practices (BMPs). Developing, calibrating and validating these models require a number of critical decisions that will influence the ability of the model to represent real world conditions. Understanding how these decisions influence model performance is crucial, especially when making science‐based policy decisions. This study used the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model in West Lake Erie Basin (WLEB) to examine the influence of several of these decisions on hydrological processes and streamflow simulations. Specifically, this study addressed the following objectives (1) demonstrate the importance of considering intra‐watershed processes during model development, (2) compare and evaluated spatial calibration versus calibration at outlet and (3) evaluate parameter transfers across temporal and spatial scales. A coarser resolution (HUC‐12) model and a finer resolution model (NHDPlus model) were used to support the objectives. Results showed that knowledge of watershed characteristics and intra‐watershed processes are critical to produced accurate and realistic hydrologic simulations. The spatial calibration strategy produced better results compared to outlet calibration strategy and provided more confidence. Transferring parameter values across spatial scales (i.e. from coarser resolution model to finer resolution model) needs additional fine tuning to produce realistic results. Transferring parameters across temporal scales (i.e. from monthly to yearly and daily time‐steps) performed well with a similar spatial resolution model. Furthermore, this study shows that relying solely on quantitative statistics without considering additional information can produce good but unrealistic simulations. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.