西北太平洋及其邻近边缘海中尺度涡的时空特征分析

中尺度涡在影响海洋物质和能量的输送以及生物、化学过程方面都发挥重要作用.利用27年(1993—2019年)的AVISO卫星高度计数据集，基于闭合等值线法对西北太平洋及其邻近边缘海(10°～30°N, 115°～155°E)中尺度涡进行识别追踪，并着重讨论了生命周期大于4周的涡旋特征.涡旋在15°～25°N纬度带产生频率较高，多数涡旋向西传播，并在研究区域西侧与黑潮相互作用后消失于吕宋岛和台湾岛以东海域.随着纬度的增加，涡旋半径急剧减小，振幅则不断增大；而17°～22°N纬度带是涡动能高值区，在吕宋海峡东部最为明显.涡旋参数表现出明显的季节和年际变化特征，涡旋产生数在春、冬季较多，夏、秋季较少；涡动能则在春季较高，冬季较低.涡动能的年际变化明显受厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)调制作用，相位滞后1个月呈显著正相关.不稳定性分析结果表明，副热带逆流和北赤道流垂向剪切的斜压不稳定性是涡旋产生的主要机制，在春季这一效应达最大.     

舟山海域夏季湍流混合的时空特征

利用2018年7月18日在舟山外海(31°00′N,122°59′E)周日观测的声学多普勒流速剖面仪(ADCP)和温盐深(CTD)剖面仪数据,综合采用方差和Thorpe尺度分析了该研究区域湍流的雷诺应力、Brunt-Vaisala频率、湍流动能耗散率和湍流扩散率的时空分布特征.结果表明,研究区域底边界层内的雷诺应力较强,对该层内水体的湍流混合起到了重要作用.深度平均的Thorpe尺度主要具有6～10h的周期,涨潮的垂向翻转尺度明显大于落潮时的垂向翻转尺度.湍流动能耗散率的平均值为4.83×10-5 W/kg,湍流扩散率的平均值为3.08×10-2 m2/s,二者随时间的变化基本一致,在涨潮时段内二者均处于增大趋势,而在落潮时段内二者处于减小趋势.     

越南东部海域一个气旋涡的特征分析

为探究越南东部海域中尺度涡的表层特征和垂向结构,基于卫星高度计资料,采用涡旋自动识别方法对该区域一个中尺度涡的演变和移动特征进行分析,同时结合走航调查资料对该涡旋的垂直结构进行了分析。结果表明:该涡旋总体向西北方向移动,其速度不具有一阶斜压罗斯贝波的传播特性;涡旋会造成其内部温度和盐度等值线的抬升,并引起涡内温盐异常,在25~75m深度分别存在温度负异常的"冷核"结构和盐度正异常的"高盐核"结构;与气候态相比,涡旋内部温跃层深度变浅,厚度变小,强度变大;涡旋对上混合层的影响很小,没有造成明显的温盐异常;基于实测流场与由温盐诊断的斜压流场的共同数据可知,涡旋内部流场呈明显气旋式环流,涡中心流速接近0,边缘附近流速最大。     

基于多尺度特征融合的单目图像深度估计

为解决从单目图像中很难恢复出准确、有效深度信息的问题,提出一种多尺度特征融合的单目图像深度估计算法.算法采用端对端训练的卷积神经网络(CNN)结构,引入从图像编码器到解码器的跳层连接来实现在不同尺度上特征的提取和表达,设计了一种多尺度的损失函数来提升卷积神经网络的训练效果.通过在NYU Depth V2室内场景深度数据集和KITTI室外场景深度数据集上的训练、验证和测试,实验结果表明:提出的多尺度特征融合方法得到的深度图边缘清晰、层次分明,且在室内场景和室外场景中均能适用,具有较强的泛化性,可以适应多种实际场景的需求.     

西安南郊和蓝田夏季土壤CO2排放量的变化研究

根据NaOH溶液吸收CO2原理，对西安南郊和蓝田不同成因土层CO2释放量进行了观测，探讨了土壤CO2释放量的变化规律及其影响因素。资料表明，关中地区夏季土壤(厚土层)CO2释放量变化规律与气温变化规律负相关，CO2释放量存在一定的“滞后性”，一般滞后4～6h；而薄土层土壤CO2释放量变化规律与气温变化规律正相关，CO2释放量不存在“滞后性”，且释放量明显小于厚土层；土壤CO2释放量的变化与温度和天气密切相关，温度高、天气晴朗时释放量大，反之则小；厚土层CO2释放量白天小于夜间，白天约占1／3，夜间约占2／3；薄土层CO2释放量白天大于夜间，白天约占2／3，夜间约占1／3，薄层土CO2观测揭示了CO2释放量和变化规律都与土层厚度有关。     

广州典型小区微气候特征观测与数值模拟研究

根据广州下垫面类型和湿热气候特征,选取广州大学城一个小区为试验基地,在典型的晴朗天气条件下,通过实地观测和微尺度数值模式ENVI-met,探讨该地区的微气候特征。数值模式能较好地模拟温度、湿度及流场的空间分布和时间变化特征,结果显示:1模拟区域内不同的下垫面存在高温低湿、低温高湿的现象;2毗邻两栋建筑之间可形成狭管流效应,风速值约为来流风速的1.4~1.7倍;3单体方形建筑物两侧出现角隅大风,阵风风速可达平均风速的2~3倍;4街谷型建筑之间有微弱的街谷涡旋形成,其强度与街谷的几何配置和来流风向有关。     

明渠湍流中的主要相干结构模式

利用自主开发的高帧频明渠湍流粒子图像测速(PIV)系统测量了3种Reynolds数下的恒定均匀流时间序列流场,运用本征正交分解能够给出数据集的最优模态的特性,分析了明渠湍流的主要相干结构模式及其能量关系。湍动能主要集中在少数几个低阶模态上,第1阶模态含有约30%以上的湍动能。Q2(Q4)事件是明渠湍流中除平均流动外含能最多、最主要的大尺度结构,湍动能主要通过Q2(Q4)事件向其他结构传递。它并不完全是发夹涡群诱导的结构,相反从能量的角度来看,发夹涡群的产生与维持与它有关键关系。Q2(Q4)事件可能存在大范围独立维持的大尺度机制。同时本征正交分解(POD)技术成功提取了发夹涡群结构,流向范围达到约3.4h,垂向尺度从交叠层一直到水面附近,整个结构与壁面呈约10°夹角。发夹涡群载有约23%的平均湍动能,并主要集中在处于对数区的中间部分。其他含能较少的大尺度结构有水面涡旋、单双涡结构、独立涡包等。     

吕宋海峡黑潮表层形态EOF模态分析

应用Argos表层漂流浮标资料所指示的浮标轨迹图以及基于卫星高度计资料和三维水动力模型海面高度场数据的经验正交函数(EOF)模态分析,探讨了黑潮在吕宋海峡形变的时空分布特征.结果表明:吕宋海峡黑潮的形态呈现明显的季节变化,其中跨隙形态为其最基本的形态;秋冬两季,部分黑潮水会以流套和分支的形式入侵南海,流套最西可延伸至118°E;春夏季节则儿乎不出现流套或者分支的结构,相反会有一部分南海水汇入黑潮主干.模型数据模态分析结果还再现了冬季黑潮水沿着南海北部陆坡向西入侵的形态.     

城市林地叶片与冠层尺度CO2浓度、水汽密度比较

为了定量评价城市公园林地的小气候作用,在北京市海淀公园架设涡度相关系统连续观测林地的冠层尺度数据,利用光合作用仪Licor 6400观测林地较大面积树种的叶片尺度数据,比较夏季日间叶片尺度与冠层尺度CO2浓度和水汽密度.结果表明,两个尺度观测的CO2浓度和水汽密度的日变化趋势基本相同,但叶片尺度CO2浓度高于冠层尺度数据10％ ～20％,叶片尺度水汽密度高于冠层尺度数据40％ ～70％.冠层尺度数据的双峰"午休现象"不明显,或弱于叶片尺度数据和存在时间上的滞后.叶片尺度CO2浓度与净辐射、净光合速率呈显著的负相关关系,叶片尺度水汽密度与蒸腾速率呈显著的正相关关系、与空气温度呈显著的负相关关系.冠层尺度CO2浓度和水汽密度数据均与垂直风速呈显著的正相关关系.研究结果有助于了解城市林地冠层与叶片之间CO2和水汽的湍流输送.     

BGC-Argo浮标观测在海洋生物地球化学中的应用

长期以来观测数据的不足严重制约着海洋生物地球化学过程的研究,随着技术发展,搭载物理、生物与化学多传感器的生物地球化学剖面浮标(BGC-Argo浮标)为海洋观测带来了重大改变:通过长期自动化剖面观测,可以覆盖从昼夜、季节到年际的连续时间尺度;通过阵列式投放可以覆盖从次中尺度、中尺度、海盆到全球的连续空间尺度;高垂向分辨率的观测数据可以同船载观测和遥感观测相互补充.海量的观测数据有助于各种海洋生物地球化学过程的研究,并进一步认识、理解与预测海洋生物地球化学循环、生物泵过程以及海洋生态系统.主要综述了BGC-Argo的发展背景、科学目标、主要应用以及目前在南海的应用进展.     

近10年来青藏高原地表温度时空变化特征分析

基于2008-2017年青藏高原地区133个地面气象站的地表温度观测数据和五套地表温度模拟资料(ERA-5、ERA-Interim、GLDAS2.1-Noah、JRA-55、MERRA-2),分析了近10年以来青藏高原地区地表温度的时空变化特征以及多种地表温度模拟资料在青藏高原的适用性。结果表明：(1)青藏高原地区的地表温度呈现边缘地区高、中心地区低,由边缘地区向中心地区递减的变化趋势,地表温度的空间分布主要受海拔高度影响,同时服从纬度的地带性规律;(2)五套地表温度模拟资料均能够描述青藏高原地区地表温度的空间分布特征,但是均出现了低估现象,可以基于模拟资料所使用的高程数据与实际观测之间的高程差,对地表温度模拟结果进行修正;(3)近10年,青藏高原地区的地表温度呈现变暖趋势,且随着海拔高度的降低,地表温度增暖趋势越剧烈;(4)在青藏高原多年冻土区3个地面气象站,五套地表温度模拟资料与观测资料呈显著相关(相关系数>0.96),模拟误差具有季节性特征,在夏季和冬季偏差较大,在春季和秋季偏差较小。     

西北太平洋温盐分布的时空尺度分析

为了更清晰地了解西北太平洋的温盐分布特征,基于全球实时海洋观测计划(Argo)浮标观测剖面,利用自相关函数方法,对西北太平洋海域(选取范围为120°E~160°W,10~40°N)温盐分布的时空尺度进行了分析,并通过高斯函数拟合得到了温盐的时空去相关尺度。研究表明,自相关函数随季节和深度发生变化,各层的自相关函数值随着空间增大而降低。表层,夏季温度的空间去相关尺度比冬季大,但时间去相关尺度小;次表层,夏季温度的自相关函数随空间增大迅速递减,空间去相关尺度比冬季小;深层,夏季和冬季的温度时空尺度相近。盐度的季节性变化较温度要小,但盐度的空间变化尺度比温度要大,而时间变化尺度则比温度小。2种要素的信噪比均大于2,可以用来指导精细化观测布网的采样间隔。     

基于多尺度特征和反向注意力的肝脏肿瘤自动分割方法

肝脏肿瘤分割旨在定位肝脏肿瘤区域，以辅助医生进行精准诊治。鉴于深度学习能自动学习医学图像中复杂的特征和结构，已成为肝脏肿瘤分割的主流方法之一。但肝脏肿瘤的大小、形态存在显著差异及边缘模糊等问题，限制了深度学习模型的分割性能。基于此，该文提出了一种融合多尺度特征和反向注意力机制的深度网络，并用于肝脏肿瘤的自动分割。具体地，基于U-Net模型的框架，分别设计了多尺度特征提取模块和基于深度监督的反向注意力模块，使得网络能根据分割目标的大小自适应地选择不同尺度的特征，并引导网络关注分割目标的边缘特征，进而提高网络的边缘分割能力。此外，设计了一种新的混合损失，以解决医学图像分割中的类别不平衡问题。最后，在MICCAI2017 LiTS挑战赛数据集的数值实验结果表明，所提方法的Dice系数、平均对称表面距离ASSD分别为76.12%和3.25 mm。     

自适应构造与聚合多尺度代价体的双目立体匹配

基于卷积神经网络的双目立体匹配算法取得了重要进展，但现有方法在弱纹理区域、细节和边缘等位置仍然存在匹配不准确的问题.立足于双目立体匹配任务中常用的匹配代价体(cost volume),提出自适应构造与聚合多尺度代价体的双目立体匹配网络.首先将多个尺度的输入特征融合成为重组特征；然后设计可学习的特征增强模块，为各个尺度的匹配代价体恢复所需的细节信息；最后基于全局注意力对各尺度匹配代价体进行尺度内聚合，并提出自适应多尺度加权方法进行尺度间聚合，筛选出适用于回归各尺度视差的匹配特征.在SceneFlow和KITTI2015数据集上的实验表明：所提方法在较小网络规模的情况下取得了有竞争力的性能表现，验证了所提方法的有效性.     

湾流及其邻近海域中尺度涡统计特征分析

为了得到中尺度涡的特征,综合利用1993-2012年共20a的卫星高度计资料及Argo浮标资料等,对湾流及其邻近海域的中尺度涡特征进行统计,并采用合成方法对涡的三维结构特征进行分析。结果表明:该海域气旋涡(CE)和反气旋涡(AE)的平均生命史及平均半径十分相近;湾流主体段与延续段的涡动能(EKE)、涡能量密度(EI)和涡度明显大于其他区域,气旋涡平均强度大于反气旋涡;对于生命周期内的长周期涡,半径和EKE的变化幅度较大,EI和涡度的变化较小;涡以西向移动为主,平均移速3.2cm/s;长周期气旋涡和反气旋涡均具有向赤道移动的特征;在垂直剖面上,气旋涡(反气旋涡)存在2个温度负(正)异常结构和上下2个盐度负(正)异常结构,涡对海水温盐的垂向影响可达1km以上。     

基于雨滴谱函数的降雨动能理论计算模型

降雨动能是刻画降雨侵蚀能力的一个重要指标，广泛地应用于土壤侵蚀模型研究. 基于大量试验观测资料所给出的降雨动能与降雨强度的经验关系，受观测手段和条件的限制，难以普适推广使用. 文中结合试验资料分析，研究和建立了基于雨滴谱函数和雨滴终点速度的降雨动能理论计算模型，并给出了体积比动能和时间比动能的理论计算方法. 结果表明：在降雨强度近似不变的条件下，降雨动能与降雨强度间更符合幂函数关系；通过改变雨滴形状参数，可以计算不同类型的降雨动能. 通过与其他研究者根据实测资料所得的经验公式的对比分析表明，对于不同地点和不同类型的降雨动能，本计算模型都可以给出十分接近的理论估算，并且地形和风对降雨动能的影响也可以被有效地考虑.     

漂流景区可持续发展的影响因素研究

为探析影响体育旅游景区生存的相关因素，为我国体育旅游业健康发展提供参考意见，以有代表性的漂流景区为例，综合采用层次分析法(AHP)、信息熵值法(EMB)、复合赋权法和ArcGIS分析法等，对相关影响因素进行分析.结果表明：(1)自然资源禀赋和周边社会发展水平是影响漂流景区可持续发展的关键因素，其中幸存漂流景区的自然适宜性与社会适宜性明显高于被关停漂流景区；(2)目的地经济水平对漂流景区的影响较小，如果有便利的交通和完善的食宿条件，也能够支持漂流景区健康发展；(3)部分综合适宜性较高的漂流景区被关停，主要缘于附近存在更高水平的同质竞争对手，或社会发展水平较为落后，而部分综合适宜性较低的漂流景区得以幸存，主要缘于承载社会发展责任(如解决三峡移民就业)或寄希望于东山再起.因此，开发漂流景区首先要选择具有较高品质的自然资源(如河道、风景),同时应配套建设吃、住、行等基础条件，尤其是打通景区与重点客源地之间的交通枢纽.     

森林冠层上湍流尺度、耗散率和湍流结构参数

利用新型三维超声风速／温度仪，在中国东北长白山原始森林冠层以上观测的湍流资料，计算并分析了森林冠层上的湍涡特征长度尺度、湍流动量和热量耗散率、湍流动量和热量结构参数的特征。结果表明：湍流动量湍涡特征长度尺度与稳定度参数Z／L成正相关；湍流热量特征长度尺度与稳定度参数Z／L在不稳定层结时，成正相关，在稳定层结时近似成负相关；在不稳定和稳定层结大气中，利用湍流谱方法和利用风速垂直分量方差、温度脉动方差和Richardson数计算湍流动量、热量耗散率和湍流动量、热量结构参数有较好的一致性；无量纲湍流结构参数Cv^2z^2/3σω^-2和CT^2z^2/3σT^-2是Richardson数的函数；湍流热力结构参数CT^2与感热通量——↑ω′T′具有较好的线性关系。     

石河子地区卫星降水资料适用性验证

为了讨论TRMM卫星降水数据在石河子地区的适用性,选取2000年至2017年TRMM 3B43数据在不同时空尺度对其降水产品的质量和与观测数据的相关性进行研究,通过做卫星降水数据关于观测降水数据的相对误差(BIAS),均方根误差(RMSE),相关系数(R2)等指标对TRMM卫星降水资料的适用性进行衡量.研究表明,TRM...     

基于特征稀疏化的粉尘图像深度预测

【目的】针对粉尘环境中单幅图像深度预测精度低的问题，提出了一种基于输入特征稀疏化的粉尘图像深度预测网络。【方法】使用粉尘图像的直接传输率与深度的关系设计预估计深度网络，利用图像颜色衰减先验原理进一步获取粉尘图像的稀疏深度特征。将该稀疏深度特征与粉尘图像一起作为深度预测网络的输入。深度预测网络以“编码器-解码器”为模型框架，编码器中使用残差网络(ResNet)对粉尘图像进行编码，设计融合通道注意力机制的稀疏卷积网络对稀疏深度特征进行编码。解码器中采用反卷积以及多尺度上采样的方法，以更好的重建稠密的深度信息。使用最小绝对值损失和结构相似性损失作为边缘保持损失函数。【结论】在NYU-Depth-v2数据集上的实验结果表明该方法能够从粉尘图像中有效预测深度信息，平均相对误差降低到0.054,均方根误差降低到0.610,在δ<1.25时准确率达到0.967.