基于旋翼无人机的大气边界层环境气象垂直观测及订正方法的研究     

徐家平  赵天良  陈燕  白永清  孙晓芸  王淞  曹畅 《气象与环境学报》2022,38(3):101-111

基于旋翼无人机开展大气边界层观测可为气象要素和大气污染物垂直结构的研究提供具有高时空解析能力的新方法,有助于深入理解低层大气物理化学变化机制。本文详述了旋翼无人机在开展大气边界层环境气象垂直观测实验的应用及优势。基于自主研发的旋翼无人机环境气象观测平台,通过开展传感器在无人机上不同的搭载位置,以及旋翼无人机与探空气球、高塔的对比观测实验,明确了旋翼无人机对气象环境观测的影响及合理的搭载方式。研究进一步在湖北重污染天气条件下开展了0—1000 m的大气边界层垂直观测,并研发了基于旋翼无人机姿态数据的大气边界层气象要素及污染物垂直观测的订正方法。结果表明:实验获取了2—10 m垂直分辨率的高质量大气廓线数据,可精细捕捉大气边界层及其逆温层高度和污染物浓度等要素的垂直变化特征。本文旨在为无人机观测的科研应用提供一种技术可行且数据可靠的观测手段。  相似文献   

2018年春季北京一次沙尘天气边界层特征及来源分析     

桂海林  秦贺  赵培涛  王飞  唐志军  王继康  朱媛媛  褚旸晰 《气象与环境学报》2021,37(4):18-25

2018年3月27-28日,内蒙古中东部、中国东北地区、华北等地出现一次大范围沙尘天气。28日凌晨,沙尘进入北京,受此影响北京出现了严重的污染天气。本文利用中国气象局地面常规观测资料、气溶胶激光雷达、风廓线雷达资料、生态环境部大气成分等资料分析了北京沙尘天气前后边界层特征、沙尘来源以及沙尘天气前后大气污染特征。结果表明：此次沙尘天气期间,北京沙尘气溶胶退偏振比约为0.25-0.40,退偏振比数据显示此次沙尘首先从高空进入北京,比地面提前6 h。此次影响北京的沙尘主要来自于北路,东路沙尘有一定补充;沙尘影响时段,北京Ca、Fe、Na、K、Mn等元素浓度显著升高,与该物质地壳丰度相当,污染物元素Cu、Zn、Pb、Cd、As等浓度有所降低,丰度远大于该物质在地壳中丰度。  相似文献   

地下水机器学习方法研究          下载免费PDF全文

齐永强  李文鹏  郑跃军  李慧  王成见 《水文地质工程地质》2022,49(1):1-11

随着我国地下水监测工作的高速发展,高频率高密度水位监测数据的出现催生了对其进行深入信息挖掘的需求。在传统地下水模型研究中,地下水水位监测值常位于模型构建过程的下游,当水位监测的时空密度逐渐增大时,新增信息无法有效传导至模型的规划阶段并指导概念模型的修订。文章提出了一种地下水系统补排边界的识别方法,在不建立地下水数值模型的前提下,以监测井空间位置为节点,按照德劳内原则建立三角网格。在此网格系统中,首先定义一个水力梯度变换函数gradF,以求取网格中任意位置的水力梯度;借鉴机器学习领域的优化算法,使用水力梯度场驱动含水层中随机分布质点的运行轨迹,并以此推断和识别区域内地下水补给和排泄边界。在环境地学计算平台EnviFusion-CGS中实现,并构建了详细工作流程。以山东省青岛市大沽河中下游含水层为示范区,对含水系统的补给区和排泄区的空间分布及其动态变化进行了分析,取得了良好效果。本研究为构建和修订已有含水层概念模型提供了新思路。  相似文献   

基于B-DEM的颗粒聚合体应力计算和破碎路径模拟     

刘彪  王桥  张宗亮  周伟  FENG Y T  彭张振  李蕴升  徐俊  郭凯 《岩土力学》2022,43(12):3493-3502

结合边界元法和离散元法,提出一种可以进行计算颗粒内部应力和破碎路径的方法。该方法利用离散元法求解颗粒的相互作用和每个颗粒上的荷载。然后利用边界元法计算颗粒的应力分布,为了实现动态平衡,将颗粒的加速度视为恒定大小的体力。但体力导致边界积分方程中出现域积分,故采用直线积分法将域积分转化为边界积分,以保证边界元法降维的优势。为了提高边界元的计算效率,对于几何形状相似的颗粒,以其中一个颗粒作为模板颗粒,只需要计算模板颗粒在局部坐标系中的系数矩阵,其他相似颗粒可以通过局部和全局坐标系之间的映射获得。在得到应力后,基于Hoek-Brown准则来判断颗粒是否破碎。此外,将破坏路径简化为直线,并采用最小二乘法拟合得到破坏路径。  相似文献   

钻孔瞬变电磁方法探测越界开采采空区的应用     

范涛  李萍  赵兆  李巍  赵睿  张鹏  姚伟华  李宇腾  房哲 《煤田地质与勘探》2022,50(1):20-24

煤矿井下越界开采扰乱煤炭资源开发秩序,同时存在巨大的安全隐患,准确探测越界开采采空区及其边界对安全采掘极为重要。常规的矿井瞬变电磁探测方法容易受到巷道中的金属和电磁信号干扰,探测精度有限,难以满足采空区边界精准解释的需求。为了解决这一问题,提出一种钻孔中收发信号的钻孔瞬变电磁方法和施工工艺,利用其远离巷道和靠近异常体的特点,提高异常信号在实测数据中的占比;并研究可行域约束的OCCAM反演算法,进一步减小体积效应影响,实现了对越界开采采空区的电阻率精细成像。结合山西某煤矿的工程实践,对该方法精准探测邻矿越界开采采空区规模、性质的实用性和有效性进行了检验。结果表明,钻孔瞬变电磁方法是矿井地球物理技术与钻探工艺技术的高效结合和有益补充,基于可行域约束的OCCAM反演算法能够有效应用于越界开采采空区的边界精确成像解释。   相似文献   

深海海底边界层原位观测系统研发与应用     

季春生  贾永刚  朱俊江  胡乃利  范智涵  胡聪  冯学志  余和雨  刘博 《地学前缘》2022,29(5):265-274

为进一步研究南海北部陆坡海洋动力过程对深海海底边界层的影响,研发了“深海海底边界层原位观测系统(In-situ Observation System for Bottom Boundary Layer in Abyssal Sea)”,ABBLOS。观测系统主体为坐底式深海运载平台,最大工作水深可达6 700 m(实际工作水深取决于搭载设备的耐压水深),是研究深海海底边界层问题的重要技术创新。观测平台由上下两部分框架结构组成,上部框架用于搭载和回收观测设备,下部支撑架为配重,并且用于提供距离海底1 m的观测空间;同时创新性地设计了“卡槽定位-螺栓紧固”的连接方式连接上下两部分,连接方式简单可靠,保证了平台回收成功率。ABBLOS集成了75 k-ADCP、高频ADCP、ADV、高精度压力计、海底摄像机等设备,以及甲烷、温盐深、浊度、溶解氧、氧化还原电位等传感器,首次实现了内波、中尺度涡等海洋动力过程与海底边界层物理化学参数的动态变化同步观测,特别是可以观测距离海底1 m高度范围的水体流速剖面,并且达到7 mm一层的垂向空间分辨率。研制完成后,2020年在南海北部陆坡神狐海域655 m和1 405 m水深处分别成功布放并回收,观测时间共计34天,采集到观测站位上覆海水的流速剖面结构,捕捉到了平均周期为1天1次的内波作用过程,以及海底边界层的多种物理化学参数。初步分析655 m水深处的观测数据后,发现深海海底边界层的温度、压力、溶解氧、密度和盐度等参数受控于海洋潮汐过程,尤其是温度和压力的变化基本与潮汐周期同步。海底边界层氧化环境较为稳定,甲烷浓度由高变低,但是基本在海洋溶解甲烷平均浓度范围内。与潮汐相比,内孤立波对深海海底边界层水体的影响程度较小,但是明显可以引起沉积物的再悬浮,引起的海底边界层的海水浊度从背景值的0.01 NTU增大到48 NTU,海底摄像机也记录到了内孤立波期间深海底层海水突然变浑浊的过程,说明南海内孤立波可以影响海底沉积物的输运。  相似文献   

黔北地区奥陶纪—志留纪之交黑色页岩地球化学特征及意义——以贵州道真道页1井为例     

安亚运  杨忠琴  向坤鹏  黄艺  陈厚国  贺永忠  刘伟  余谦 《地质论评》2021,67(4):67041105-67041118

奥陶纪—志留纪之交是华南被动大陆边缘盆地向前陆盆地演化的重要转折时期,形成广泛分布的五峰组—龙马溪组黑色页岩。为进一步探讨该套黑色页岩的形成背景,以黔北地区道页1井为例,开展沉积序列和地球化学研究。研究结果表明:五峰组及龙马溪组底部主要为硅质碳质页岩,夹多层斑脱岩,U/Th为0.2～2.90,V/Cr为1.18～14.34,Ni/Co为2.31～11.59,TOC为0.68%～5.91%,平均3.76%,稀土配分曲线为平坦型,δEu以弱正异常为主、个别为弱负异常;龙马溪上部及新滩组主要由泥岩及钙质泥岩组成,U/Th为0.16～0.23,V/Cr为0.88～1.79,Ni/Co为1.77～3.91,TOC为0.1%～0.84%,δEu以明显负异常为主,表现出低斜率右倾型稀土配分曲线。以上特征表明五峰组及龙马溪组底部形成于间歇性缺氧的还原环境,龙马溪组上部及新滩组为富氧环境。结合斑脱岩的分布特征综合分析认为,五峰组及龙马溪组底部页岩是汇聚背景下前陆盆地早期沉积的产物,强烈火山作用给大陆边缘海带来营养元素,刺激初级生产力的增加,造成水体迅速缺氧,可能是造成同期海底缺氧的主要诱因。  相似文献   

滇东北DD1井五峰组—龙马溪组地层界线划分及沉积环境演变          下载免费PDF全文

冯伟明  李嵘  赵瞻  余谦  杨瀚  谢渊  叶定南 《中国地质》2021,48(1):297-308

DD1井上奥陶统临湘组泥灰岩之上发育大套粉砂质泥岩,笔石化石缺乏,也未发现观音桥段含赫南特贝灰岩标志层,O-S界线通过生物地层和岩石地层方法难以确定。微量、稀土元素分析表明,粉砂质泥岩中部(1288.3 m)的Th、Sr、Y、Th/U以及Cen、Eun、δCe、δEu曲线均呈现尖锐的异常峰,该处ΣREE含量显著高于上下地层,REE分布曲线右倾斜率更大。将DD1井与扬子地区其他O-S界线剖面的元素地球化学特征进行对比分析,可判断DD1井存在五峰组观音桥段,该标志层的厚度也小于1 m。微量元素地球化学氧化-还原判别图还表明,五峰期—龙马溪期早期沉积水介质主要处于弱氧化环境,观音桥期氧化性达到最强;根据沉积学标志分析,O-S之交沉积相演变过程为:潮下→潮间→潮上→潮间,在观音桥期水体最浅,为潮上带沉积。  相似文献   

Sedimentology of the continental end‐Permian extinction event in the Sydney Basin,eastern Australia     

Christopher R. Fielding  Tracy D. Frank  Allen P. Tevyaw  Katarina Savatic  Vivi Vajda  Stephen McLoughlin  Chris Mays  Robert S. Nicoll  Malcolm Bocking  James L. Crowley 《Sedimentology》2021,68(1):30-62

Upper Permian to Lower Triassic coastal plain successions of the Sydney Basin in eastern Australia have been investigated in outcrop and continuous drillcores. The purpose of the investigation is to provide an assessment of palaeoenvironmental change at high southern palaeolatitudes in a continental margin context for the late Permian (Lopingian), across the end‐Permian Extinction interval, and into the Early Triassic. These basins were affected by explosive volcanic eruptions during the late Permian and, to a much lesser extent, during the Early Triassic, allowing high‐resolution age determination on the numerous tuff horizons. Palaeobotanical and radiogenic isotope data indicate that the end‐Permian Extinction occurs at the top of the uppermost coal bed, and the Permo‐Triassic boundary either within an immediately overlying mudrock succession or within a succeeding channel sandstone body, depending on locality due to lateral variation. Late Permian depositional environments were initially (during the Wuchiapingian) shallow marine and deltaic, but coastal plain fluvial environments with extensive coal‐forming mires became progressively established during the early late Permian, reflected in numerous preserved coal seams. The fluvial style of coastal plain channel deposits varies geographically. However, apart from the loss of peat‐forming mires, no significant long‐term change in depositional style (grain size, sediment‐body architecture, or sediment dispersal direction) was noted across the end‐Permian Extinction (pinpointed by turnover of the palaeoflora). There is no evidence for immediate aridification across the boundary despite a loss of coal from these successions. Rather, the end‐Permian Extinction marks the base of a long‐term, progressive trend towards better‐drained alluvial conditions into the Early Triassic. Indeed, the floral turnover was immediately followed by a flooding event in basinal depocentres, following which fluvial systems similar to those active prior to the end‐Permian Extinction were re‐established. The age of the floral extinction is constrained to 252.54 ± 0.08 to 252.10 ± 0.06 Ma by a suite of new Chemical Abrasion Isotope Dilution Thermal Ionization Mass Spectrometry U‐Pb ages on zircon grains. Another new age indicates that the return to fluvial sedimentation similar to that before the end‐Permian Extinction occurred in the basal Triassic (prior to 251.51 ± 0.14 Ma). The character of the surface separating coal‐bearing pre‐end‐Permian Extinction from coal‐barren post‐end‐Permian Extinction strata varies across the basins. In basin‐central locations, the contact varies from disconformable, where a fluvial channel body has cut down to the level of the top coal, to conformable where the top coal is overlain by mudrocks and interbedded sandstone–siltstone facies. In basin‐marginal locations, however, the contact is a pronounced erosional disconformity with coarse‐grained alluvial facies overlying older Permian rocks. There is no evidence that the contact is everywhere a disconformity or unconformity.  相似文献   

GRAPES全球奇异向量方法改进及试验分析   总被引：4，自引：0，他引：4       下载免费PDF全文

李晓莉  刘永柱 《气象学报》2019,77(3):552-562

基于总能量模的奇异向量扰动常用于构造集合预报的初始条件。以建立GRAPES（Global and Regional Assimilation PrEdiction System）全球集合预报系统为目的,基于前期研发的GRAPES全球模式奇异向量方法,在GRAPES全球切线性模式和伴随模式2.0版的框架下,开展了引入线性化边界层方案来改善奇异向量结构,并提高奇异向量计算效率的研究。通过连续试验,从奇异向量的扰动能量结构、扰动能量谱及扰动空间分布等方面,综合分析改进GRAPES全球奇异向量的结构及演变特征。试验结果表明,改进后的GRAPES奇异向量方法有效抑制了之前扰动能量在近地面层不合理的快速增长,同时,奇异向量最优扰动的结构更客观地体现了中高纬度区域大气初始条件中的斜压不稳定扰动及其演变,如在初始时刻奇异向量扰动能量主要位于对流层中层,并呈现出随高度向西倾斜的大气斜压特征;经过线性化演变,扰动能量向较大水平尺度转移,并在垂直结构上表现出向对流层高层上传及向对流层低层下传的特征等。针对GRAPES奇异向量迭代求解中伴随模式计算耗时为主的情况,改进伴随模式中广义共轭余差方案的调用方式,并采用大内存存储法来提高其计算效率,进而将奇异向量总计算时间缩短了25%。总之,改进后的GRAPES奇异向量方法,可应用于构建面向业务应用的GRAPES全球集合预报系统。   相似文献