Coupling numerical simulation with remotely sensed information for the study of frozen soil dynamics     

HuiRan Gao  WanChang Zhang 《寒旱区科学》2020,12(6):404-417

The acquisition of spatial-temporal information of frozen soil is fundamental for the study of frozen soil dynamics and its feedback to climate change in cold regions. With advancement of remote sensing and better understanding of frozen soil dynamics, discrimination of freeze and thaw status of surface soil based on passive microwave remote sensing and numerical simulation of frozen soil processes under water and heat transfer principles provides valuable means for regional and global frozen soil dynamic monitoring and systematic spatial-temporal responses to global change. However, as an important data source of frozen soil processes, remotely sensed information has not yet been fully utilized in the numerical simulation of frozen soil processes. Although great progress has been made in remote sensing and frozen soil physics, yet few frozen soil research has been done on the application of remotely sensed information in association with the numerical model for frozen soil process studies. In the present study, a distributed numerical model for frozen soil dynamic studies based on coupled water-heat transferring theory in association with remotely sensed frozen soil datasets was developed. In order to reduce the uncertainty of the simulation, the remotely sensed frozen soil information was used to monitor and modify relevant parameters in the process of model simulation. The remotely sensed information and numerically simulated spatial-temporal frozen soil processes were validated by in-situ field observations in cold regions near the town of Naqu on the East-Central Tibetan Plateau. The results suggest that the overall accuracy of the algorithm for discriminating freeze and thaw status of surface soil based on passive microwave remote sensing was more than 95%. These results provided an accurate initial freeze and thaw status of surface soil for coupling and calibrating the numerical model of this study. The numerically simulated frozen soil processes demonstrated good performance of the distributed numerical model based on the coupled water-heat transferring theory. The relatively larger uncertainties of the numerical model were found in alternating periods between freezing and thawing of surface soil. The average accuracy increased by about 5% after integrating remotely sensed information on the surface soil. The simulation accuracy was significantly improved, especially in transition periods between freezing and thawing of the surface soil.  相似文献   

基于散射计风场数据的台风强度诊断方法——以海洋二号卫星数据为例   总被引：2，自引：2，他引：0  

杨典  宋清涛  蒋兴伟  刘宇昕  刘圆 《海洋学报》2019,41(1):151-159

本文提出了一种基于散射计风场数据的台风定强方法。该方法定义了台风所在海区的一个圆形区域上的风速平均值来对台风进行定强，并使用海洋二号卫星散射计历史数据对该方法进行了验证。验证结果表明，该台风定强方法可以克服散射计反演台风风速过低的问题。与台风强度监测的历史记录比较的结果显示，在台风强度低于"强台风"这一强度等级时，该方法能够有效估算台风强度。  相似文献   

HY-2B卫星散射计海面风场产品质量分析 *     

陈克海  解学通  张金兰  邹巨洪  张毅 《热带海洋学报》2020,39(6):30-40

星载微波散射计是获取全球海面风场信息的主要手段, HY-2B卫星散射计的成功发射为全球海面风场数据获取的持续性提供了重要保障。本文利用欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)再分析风场数据、热带大气海洋观测计划(Tropical Atmosphere Ocean Array, TAO)和美国国家数据浮标中心(National Data Buoy Center, NDBC)浮标获取的海面风矢量实测数据, 对HY-2B散射计海面风场数据产品的质量进行统计分析。分析表明, HY-2B风场与ECMWF再分析风场对比, 在4~24m·s^-1风速区间内, 风速和风向均方根误差(root mean square error, RMSE)分别为1.58m·s^-1和15.34°; 与位于开阔海域的TAO浮标数据对比, 风速、风向RMSE分别为1.03m·s^-1和14.98°, 可见HY-2B风场能较好地满足业务化应用的精度要求(风速优于2m·s^-1, 风向优于20°)。与主要位于近海海域的NDBC浮标对比, HY-2B风场的风速、风向RMSE分别为1.60m·s^-1和19.14°, 说明HY-2B散射计同时具备了对近海海域风场的良好观测能力。本文还发现HY-2B风场质量会随风速、地面交轨位置等变化, 为用户更好地使用HY-2B风场产品提供参考。  相似文献   

Comparative Assessment of Sludge Pre‐Treatment Techniques to Enhance Sludge Dewaterability and Biogas Production          下载免费PDF全文

Didem Okutman Tas  Cigdem Yangin‐Gomec  Tugba Olmez‐Hanci  Osman A. Arikan  Deniz I. Cifci  Elif B. Gencsoy  Alpaslan Ekdal  Emine Ubay‐Cokgor 《洁净——土壤、空气、水》2018,46(1)

Effectiveness of ultrasonication, microwave technologies, and enzyme addition prior to anaerobic digestion is investigated using sludge samples taken from the secondary settling tank of a domestic wastewater treatment plant to improve methane production, enhance dewaterability characteristics of the sludge, and to reduce excess sludge. Microwave pre‐treatment (1500 W, 10 min at 175 °C) results in better extra digester performance (compared to the control reactor) in terms of methane production (25 m³ ton^?1 suspended solids (SS)) than ultrasound (no improvement) and enzyme pre‐treatment (11 m³ ton^?1 SS). While methane production is not improved as a result of ultrasonication pre‐treatment (15 000 kJ kg^?1 SS), a noticeable increase (19%) is observed in the case of microwave pre‐treatment. Higher compactibility values are obtained after ultrasonication and microwave application compared to the control (i.e., from 7.1 to 8.7 and 9.2%, respectively) before anaerobic digestion. Although ultrasonication and microwave application decrease the dewaterability of the raw sludge (capillary suction time (CST) from 827 to 1364 and 2290 s, respectively), similar dewaterability results are obtained at the end of the anaerobic digestion process for all pre‐treated sludge samples. An economic assessment of this study shows that pre‐treatment with microwave results in more than 10‐fold less net cost compared to the enzyme application.  相似文献   

泉州盆地地震效应特征的一维等效线性和二维非线性分析的比较     

董菲蕃  陈国兴  金丹丹 《地震学刊》2014,(2):154-160

采用等效线性动粘弹性模型描述土的动力非线性特性,基于一维等效线性波传法,对泉州盆地地震效应进行了分析;同时,采用修正Martin-Seed-Davidenkov动粘弹塑性模型描述土的动力非线性特性,对泉州盆地非线性地震效应进行了大尺度二维精细化有限元分析,研究了地形地貌和土层横向不均匀性对地震效应的影响。将两种分析结果进行对比,结果表明：①随着基岩输入地震动强度增大,地表峰值加速度PGA放大效应总体呈现减小趋势,中震与小震、大震与小震的地表PGA放大系数之比依次为0.83~0.99、0.72~0.97;②该盆地Ⅲ类场地处,基岩、地表起伏不大,且土层横向分布较均匀,两种方法计算得到的地震效应特征类似;基岩或地表起伏剧烈、土层横向分布明显不均匀的Ⅱ类场地上,二维非线性分析给出的地表PGA放大系数明显大于一维等效线性结果,两种方法得到的地表加速度反应谱及PGA随土层深度的变化特征存在显著差异,二维非线性分析给出的地表加速度反应谱大多呈现双峰甚至多峰现象,且PGA在土层特定深度处存在聚集效应,使PGA随土层深度的变化呈现非单调性。  相似文献   

NaCl溶液饱和膨胀土的压缩特性及其微观机制     

梁维云  韦昌富  颜荣涛  杨德欢 《岩土力学》2019,40(12):4759-4766

孔隙溶液浓度及组份改变会影响膨胀土颗粒间作用力，改变微观孔隙结构，从而影响土体的物理力学特性。为此，以宁明膨胀土为研究对象，采用不同浓度NaCl溶液制备泥浆预固结重塑样开展一维压缩试验和压汞试验，研究化学作用对重塑天然膨胀土的压缩性和微观孔隙结构的影响规律。结果表明：随着渗透吸力增加，颗粒间水化能力降低，物理化学力使土颗粒由分散状态转变为集聚体状态，形成了集聚体内孔和集聚体间孔，土体表现出双峰孔隙分布特征。预固结样（压力为20 kPa）的初始孔隙比随渗透吸力增加而减小，进而导致固结屈服应力增加；但是渗透吸力对压缩性影响不大，压缩指数和回弹指数基本不变。此外，利用固结系数计算了土体的渗透系数，随着竖向压力增加渗透系数降低；当竖向压力小于200 kPa时，随着渗透吸力增加，渗透系数先增加后减小，但是竖向压力超过200 kPa后，渗透系数变化不大。分析发现，渗透吸力增加导致大孔隙增加，渗透系数增加，但同时密实度增加会导致渗透系数降低，低竖向压力下渗透性受密实度和微观孔隙结构变化耦合作用控制。  相似文献   

水文重力效应改正中一维地下水模拟算法的对比     

贺前钱  孙和平 《大地测量与地球动力学》2018,38(5):529-532

基于一维地下水渗透方程详细推导其有限差分解算过程，引入不同于显式差分的隐式差分和中心差分格式，对比分析不同差分格式对地下水模拟结果及其相应地下水重力效应的影响，并对其中的层间参数取值和非线性方程的线性化问题进行探讨。结果表明，在日本Isawa扇形地区超导台站，不同层间参数加权公式能够引起最大约0.15 μGal的重力效应差异，影响在1.9%以内；不同差分格式和线性化方法组合形式能够引起最大约0.12 μGal的重力效应差异，影响在1.5%以内。  相似文献   

基于几何形态测量学的四种滨螺形态差异与系统发生关系研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

陈楠桦  梁仁杰  白义  王海瑞 《海洋与湖沼》2018,49(6):1365-1374

运用几何形态测量学方法研究浙江省大陈岛海域常见的4种滨螺间的形态关系。对4种滨螺的壳口、螺体分别进行数字化标点,经叠印分析、主成分分析(PCA)和薄片样条法分析,获得4种滨螺在壳口和螺体上的差异,并进一步分析其形态特征与潮间带环境适应性关系。PCA结果表明四种滨螺壳口间差异在主成分轴上无法有效分开,而螺体间差异在主成分轴上能有效分开,说明壳口特征在不同滨螺间不具有规律性差异。螺体的PCA中PC1轴可以将短滨螺与其他3种滨螺区分,薄片样条法分析显示差异的部位主要在体螺层的宽度和螺体的高度间,PC2轴可以将粒结节滨螺与其他3种滨螺分开,薄片样条法分析显示差异部位主要是体螺层之上第一层以及体螺层之间。基于螺体特征的4种滨螺亲缘关系分析表明粗糙滨螺与塔结节滨螺亲缘关系最近,其次为短滨螺,粒结节滨螺最不相近。运用特征追踪法对螺层和螺肋特征追踪,结果表明螺层6层,螺肋密生是滨螺的祖先特征,后来演化出7层和8层的螺层特征以及颗粒状突起的螺肋特征。  相似文献   

双船双方位角地震探测技术方法及应用效果     

杨蜀冀  韦成龙  伍忠良  刘协来  杨册  王聪 《热带海洋学报》2018,37(1):98-104

南海东沙海域的陆坡台地区, 浅表断裂及生物礁发育众多, 浅层新生界多为碳酸盐岩层, 中深层的中生界内部构造复杂, 断裂较多, 常规单船窄方位地震剖面显示中深层反射品质较差。利用双船可以设计灵活的观测系统, 形成双方位角地震探测方式, 对于地下同一反射点的照明, 可以获得比窄方位角探测更好的效果, 也可以改善高速屏蔽层下方、高陡倾角斜层等区域的成像质量。文章通过重点技术的攻关研发, 进行了单源激发、双缆接收的双方位角采集试验, 成功实现该方法在南海海域中深层地震勘探中的应用。  相似文献   

基于D-InSAR技术的金沙江地区滑坡形变监测与分析     

齐麟  孔祥意  袁鑫  姜岩 《测绘与空间地理信息》2020,(2):175-177,181

滑坡是发生在我国山区的主要地质灾害类型,金沙江地区由于地势较高、地形复杂、多云多雨的特点,给传统的滑坡监测增加了难度。合成孔径雷达差分干涉测量技术(Differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR)已在滑坡地面沉降监测中得到了广泛应用。本文选取金沙江上游沿岸作为研究区域,基于2018年8月11日与9月28日的Sentinel-1A影像及SRTM1数据,利用GAMMA软件及D-InSAR技术监测到金沙江地区的地表形变,成功识别出金沙江右岸的一处滑坡灾害。研究结果显示,在此滑坡的坡顶部分出现了约2.5 cm的沉降,而在坡底部分由于崩塌物的累积,地面出现了约3 cm的抬升。从实验结果可以得出,InSAR技术是一种有效的滑坡变形监测手段,利用Sentinel-1A卫星的SAR数据对滑坡区域进行形变监测,可以得到较好的干涉结果。  相似文献