用垂向光学辐照度测量数据计算雾能见度的方法和验证

大气能见度是描述雾的重要物理参数。目前测量大气能见度是采用主动光源测量水平方向的可视距离,本文提出了用垂直方向测量的自然光光学数据计算能见度的方法,该方法通过测量两个不同高度上的谱辐照度,计算谱衰减系数,然后将自然光参数转换为标准光参数,按照大气能见度的定义计算能见度,形成了由垂向光学测量获取大气水平能见度的合乎规范的理论和实际可行的计算方法。在2016年5月5日,作者采用2台光学辐照度计(Trios)和1台能见度仪进行了9h的观测,获得了一个完整的雾生成和发展过程的观测数据,对本文提出的算法进行了检验。针对环境干扰因素可能导致虚报雾的情形,本项研究提出,先从光谱数据本身定性判断是否有雾,再通过本文提出的理论方法计算能见度。研究发现直射光和散射光在594和674nm的特异性,用归一化光谱之差作为判据,成为能见度是否小于2 000m的可靠判断方法。结果表明,光学观测的计算结果在能见度小于1 000m的均方根误差为173m,在能见度小于2 000m的均方根误差为471m。与通常使用的用550nm单一谱段衰减系数计算大气能见度的方法比较,精度有很大提高。尤其对于能见度小于2 000m的情形,与实测能见度有很高的一致性。用垂向光学辐照度观测结果计算能见度是可行的方法。     

高速铁路填充沟隔振效果的2.5D有限元分析

高铁运行产生的振动对周边环境的影响不容忽视,空沟填充沟是高速铁路有效的屏障隔振方式之一。文中以饱和土2.5D有限元理论为基础,考虑轨道和路基的动力相互作用,建立轨道-路基-填充沟数值计算模型,编制FORTRAN计算程序,分析列车在低速和高速运行条件下填充沟的隔振性能及设计参数对隔振效果的影响。计算表明:填充沟对沟后区域隔振效果较好,且高速列车的隔振效果优于低速列车;隔振后振动频段范围变化不大,但原频段振动竖向加速度幅值有较明显衰减;隔振后加速度振级下降约20 dB,加速度衰减系数衰减至隔振前的0.1倍;填充沟的弹性模量、埋深以及埋置位置对隔振效果均有较大影响。     

太湖梅梁湾下行漫衰减系数的Monte Carlo模拟及分析

漫衰减系数常用于计算水体浑浊度和划分水体等级,是水中生物进行光合作用等生态过程中的重要参数。本文假设水体固有光学特性(IOPs)不随垂直剖面变化,水体表面为镜面。通过Monte Carlo方法模拟追踪光子在水中的运动过程,统计大量光子在不同深度上的能量分布,计算出下行漫衰减系数Kd值。结果表明:在450 nm,550 nm和650 nm波长处模拟的Kd值基本上小于实测Kd值,对应后向散射概率为3%的散射相函数模拟的相对误差最小,适合用于构建太湖水体的Kd值反演模型。进一步分析入射天顶角、b/a值对Kd值变化的影响,结果发现:在b/a较大的情况下,散射相函数成为影响Kd值变化的主要因素。当b/a值大于9时,入射天顶角从10°变化到80°时,Kd值的变化率小于10%,可忽略入射天顶角的变化对Kd值的影响。利用单一散射相函数模拟不同波长处的Kd值,发现悬浮颗粒物浓度较高且以无机颗粒物为主体时,450—550 nm内模拟值大于实测值,550—650 nm内则相反,说明随着波长的增加,水体中颗粒物的散射呈现出前向散射减弱、后向散射增强的变化趋势。在反演不同波长处的Kd值时需考虑到散射相函数的光谱变化所造成的误差。     

机载激光测深近水面渗透误差修正的半经验波形分解方法

信号检测精度是影响机载激光测深最终测量成果的一项关键因素。针对绿激光在水面存在的近水面渗透现象,为提高水面信号检测精度,本文提出一种半经验波形分解方法。该方法通过简化激光辐射传输过程构建一种符合波形实际情况的半经验信号卷积模型,并利用基于航迹和影像数据人工选取的深水波形样本估计模型中水体参数初值及取值范围,在波形先验的约束下基于信赖域算法实现波形各组成部分的精确重构,从而确定水面信号位置并修正近水面渗透误差。试验结果表明,本文方法在波形分解中将理论与经验结合,可较好地适应不同水深下的波形,能够在保证高拟合度的同时提升水面信号的检测精度,相比去卷积算法和传统波形分解方法,本文方法在精度上分别提高了44%和51%。     

Variation of diffuse attenuation coefficient of downwelling irradiance in the Arctic Ocean

The diffuse attenuation coefficient(Kd) for downwelling irradiance is calculated from solar irradiance data measured in the Arctic Ocean during 3rd and 4th Chinese National Arctic Research Expedition(CHINARE), including 18 stations and nine stations selected for irradiance profiles in sea water respectively. In this study, the variation of attenuation coefficient in the Arctic Ocean was studied, and the following results were obtained. First, the relationship between attenuation coefficient and chlorophyll concentration in the Arctic Ocean has the form of a power function. The best fit is at 443 nm, and its determination coefficient is more than 0.7. With increasing wavelength, the determination coefficient decreases abruptly. At 550 nm, it even reaches a value lower than 0.2. However, the exponent fitted is only half of that adapted in low-latitude ocean because of the lower chlorophyll-specific absorption in the Arctic Ocean. The upshot was that, in the case of the same chlorophyll concentration, the attenuation caused by phytoplankton chlorophyll in the Arctic Ocean is lower than in low-latitude ocean. Second, the spectral model, which exhibits the relationship of attenuation coefficients between 490 nm and other wavelength, was built and provided a new method to estimate the attenuation coefficient at other wavelength, if the attenuation coefficient at 490 nm was known. Third, the impact factors on attenuation coefficient, including sea ice and sea water mass, were discussed. The influence of sea ice on attenuation coefficient is indirect and is determined through the control of entering solar radiation. The linear relationship between averaging sea ice concentration(ASIC, from 158 Julian day to observation day) and the depth of maximum chlorophyll is fitted by a simple linear equation. In addition, the sea water mass, such as the ACW(Alaskan Coastal Water), directly affects the amount of chlorophyll through taking more nutrient, and results in the higher attenuation coefficient in the layer of 30–60 m. Consequently, the spectral model of diffuse attenuation coefficient, the relationship between attenuation coefficient and chlorophyll and the linear relationship between the ASIC and the depth of maximum chlorophyll, together provide probability for simulating the process of diffuse attenuation coefficient during summer in the Arctic Ocean.     

渗透系数衰减时矿坑涌水量与开采深度的关系

给出了在岩石渗透性随深度衰减条件下,二维稳定流巷道涌水量的解析解。对巷道涌水量与巷道位置深度的关系,不同水平巷道涌水量以及矿坑总涌水量随开采深度的变化关系进行了理论分析。最后用平顶山矿突水资料进行了验证。      

太湖典型湖区真光层深度的时空变化及其生态意义

利用1998~2004年在太湖不同湖区进行的多次水下辐照度观测资料及全湖典型湖区13个站点1993~2003年的悬浮物和风速资料, 分析了PAR真光层深度的影响因素, 并获得太湖典型湖区真光层深度的时空变化以及2号点真光层深度的光谱分布. 结果表明, PAR真光层深度主要受悬浮物浓度影响, 其次则是叶绿素a浓度, 溶解性物质对其影响甚微. 1993~2003年典型湖区PAR真光层深度年均值在1.04~1.95 m之间变化(均值为1.35±0.23 m), 空间上大致可以分为3类区, 其中湖心区、河口区最小, 为Ⅰ类区; 梅梁湾、五里湖、贡湖湾其次, 为Ⅱ类区; 东太湖最大, 为Ⅲ类区, 对应的均值分别为1.1, 1.4, 2.0 m左右. 不同湖区真光层深度季节变化存在一定差异, 其中湖心区真光层深度夏、秋2季大于冬、春2季, 梅梁湾是冬季要大于其他3季, 而东太湖则是冬季均要小于其他3季, 五里湖、贡湖湾和河口区4季变化则不是很明显. 真光层深度的光谱分布最小值出现在400 nm的蓝光波段, 最高值出现在580 nm附近的绿光波段. 1998~1999年在2号点每季多日连续观测得到PAR真光层深度春、夏、秋、冬4季的均值分别为2.00±0.21, 2.52±0.45, 1.58±0.24, 2.00±0.15 m, 而浮游植物吸收的440 nm峰值对应的真光层深度则只有0.81~1.47 m(均值为1.07±0.29 m), 明显低于1.98±0.41 m的平均PAR真光层深度.     

岩石的超声谱分析高孔隙合成砂岩的一个实验研究

宽频带的超声脉冲和衰减谱比值技术，已用于研究由不同液体充填的合成岩石的特性。要从0．1－1．0MHz频率范围内求得衰减系数来做。数据的总趋势指出，实验的衰减系数随着岩石颗粒／孔隙尺寸而增大。结果说明在一切机制中，大颗粒／孔隙都能增高衰减系数，满充水的砂岩比同样满充油的岩石衰减系数大。     

地幔瑞利面波的频散和衰减

本文利用世界标准地震台网（WWSSN）29个台记录的渤海地震（1969年7月18日,M_s=7.4）、炉霍地震（1973年2月6日,M_s=7.9）、海城地震（1975年2月4日,M_s=7.3）的长周期瑞利面波R₁、R₂、R₃,测定了40-250秒周期内R₂波群速度,45-200秒周期内经地球大圆路径的瑞利面波衰减系数和Q值,并讨论了地幔瑞利面波频散和衰减特征以及与区域构造间可能的联系。