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基于多点地质统计与集合平滑数据同化方法识别非高斯渗透系数场 被引量:9
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作者 宗成元 康学远 +1 位作者 施小清 吴吉春 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期1-8,共8页
在冲积含水层中,由于岩相的非均质分布,渗透系数一般呈现出明显的非高斯特性(例如砂和黏土两种岩相),非高斯特性给地下水模型参数的推估带来了困难与挑战。目前广泛使用的集合平滑数据同化方法(ESMDA)虽然有效且计算成本较低,但仅适用... 在冲积含水层中,由于岩相的非均质分布,渗透系数一般呈现出明显的非高斯特性(例如砂和黏土两种岩相),非高斯特性给地下水模型参数的推估带来了困难与挑战。目前广泛使用的集合平滑数据同化方法(ESMDA)虽然有效且计算成本较低,但仅适用于高斯场。多点地质统计方法虽已广泛用于模拟非高斯场,但其无法融入动态观测数据推估参数。基于多点地质统计方法中的直接采样法(DS)与集合平滑数据同化方法,构建一种新的数据同化框架(ESMDA-DS),既可保持参数场的非高斯特性,又可融合多源数据精确推估非高斯场。构建三个理想算例验证ESMDA-DS对非高斯参数场的推估效果,并探讨了不同类型观测数据对推估效果、水位与浓度预测精度的影响。三个理想算例包括仅融合水位数据(Case 1),同时融合水位与浓度数据(Case 2),同时融合水位、浓度与对数渗透系数数据(Case 3)。结果表明:ESMDA-DS方法结合了ESMDA与DS的各自优势,能有效融合观测数据推估渗透系数场,并保持参数场的非高斯特性。通过对比三个算例推估结果,Case 3的参数场推估效果最好,水位与浓度预测精度最高,Case 2次之,Case 1最差,表明融合多源数据可改善推估效果,提高预测精度。 展开更多
关键词 参数推估 多点地质统计 向导点 非高斯场 集合平滑数据同化方法
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集合滤波和三维变分混合数据同化方法研究 被引量:10
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作者 吴新荣 韩桂军 +1 位作者 李冬 李威 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期24-30,共7页
发展了一种新的混合数据同化方法——基于集合滤波和三维变分的混合数据同化方法。该方法将集合调整卡尔曼滤波(ensemble adjustment Kalman filter,EAKF)得到的集合样本扰动通过一个转换矩阵的形式直接作用到背景场上,利用顺序滤波的... 发展了一种新的混合数据同化方法——基于集合滤波和三维变分的混合数据同化方法。该方法将集合调整卡尔曼滤波(ensemble adjustment Kalman filter,EAKF)得到的集合样本扰动通过一个转换矩阵的形式直接作用到背景场上,利用顺序滤波的思想得到分析场的一个扰动;然后在三维变分(three dimensional variational analysis,3D-Var)的框架下与观测数据进行拟合,从而给出分析场的最优估计。文中以Lorenz63模型为例,开展了理想数据同化试验,结果表明,相比于集合调整卡尔曼滤波,这种新的混合同化方法可以给出更好的同化结果。 展开更多
关键词 混合数据同化方法 集合调整卡尔曼滤波 三维变分
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集合最优平滑同化方法的研究与应用
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作者 张鑫 徐思文 +1 位作者 赵月琪 何忠杰 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期250-259,共10页
海洋状态场的历史变化过程对其分布状态有重要影响。在观测资料稀疏的情况下,合理利用历史观测资料能够为海洋数据同化提供大量有效信息。然而在目前的顺序资料同化过程中,往往只同化当前时刻的观测数据,没有考虑到历史观测资料对当前... 海洋状态场的历史变化过程对其分布状态有重要影响。在观测资料稀疏的情况下,合理利用历史观测资料能够为海洋数据同化提供大量有效信息。然而在目前的顺序资料同化过程中,往往只同化当前时刻的观测数据,没有考虑到历史观测资料对当前状态的约束。四维变分虽然可以体现变量在时间维度的演变过程,但引入伴随方程会增加计算代价。本文基于集合最优平滑同化算法(Ensemble Optimal Smoothing,EnOS)探讨了一种在数据同化中加入历史观测资料的简易可行方案,其能够根据历史观测数据估计当前状态,并进行单点同化实验和区域同化实验来验证该方案的有效性。实验结果表明,将历史观测资料引入到同化过程中可以把控时间演变趋势,减小分析数据与真实值之间的偏差,更有效地消除数值模式误差,提高同化质量。 展开更多
关键词 历史观测资料 数据同化 集合最优平滑
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基于相关性局域化迭代集合平滑反演渗透系数场 被引量:3
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作者 夏传安 王浩 简文彬 《水文地质工程地质》 CSCD 北大核心 2024年第1期12-21,共10页
在地下水流和溶质运移问题中,有较多研究基于物理距离局域化集合同化方法反演水文地质参数。当反演参数与观测信息之间不存在物理距离时,这种方法不适用。为了克服这个局限,通过渗透系数与水头信息之间的相关性计算局域化方法的阻滞因子... 在地下水流和溶质运移问题中,有较多研究基于物理距离局域化集合同化方法反演水文地质参数。当反演参数与观测信息之间不存在物理距离时,这种方法不适用。为了克服这个局限,通过渗透系数与水头信息之间的相关性计算局域化方法的阻滞因子,构建基于相关性的局域化迭代集合平滑方法。为了方便比较,将该方法和一种基于物理距离的局域化迭代集合平滑一同用于同化水头信息反演二维孔隙承压含水层的渗透系数场。算例中考虑了不同集合大小、观测误差及观测数量等因子的组合,便于分析其对渗透系数反演精度的影响。研究结果显示:(1)在所有算例中新方法得到的渗透系数均方根误差范围为[0.8307,0.9590],都小于基于物理距离方法的均方根误差,范围为[0.8394,1.0000];(2)基于物理距离方法得到的渗透系数场空间上存在不连续性,而新方法的结果不存在此现象。文章提出了一种新的基于相关性局域化迭代平滑方法,该方法不需要依赖参数与观测信息之间的物理距离且参数反演精度高于基于物理距离的方法,可作为参数反演的科学工具。 展开更多
关键词 数据同化 相关性局域化 迭代集合平滑 物理距离局域化 渗透系数场
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基于集合卡尔曼平滑算法的土壤水分同化 被引量:5
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作者 褚楠 黄春林 杜培军 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期243-249,共7页
为研究观测资料稀少情况下土壤质地及有机质对土壤水分同化的影响,发展了集合卡尔曼平滑(Ensemble Kalman Smooth,En KS)的土壤水分同化方案。利用黑河上游阿柔冻融观测站2008年6月1日至10月29日的观测数据,使用En KS算法将表层土壤水... 为研究观测资料稀少情况下土壤质地及有机质对土壤水分同化的影响,发展了集合卡尔曼平滑(Ensemble Kalman Smooth,En KS)的土壤水分同化方案。利用黑河上游阿柔冻融观测站2008年6月1日至10月29日的观测数据,使用En KS算法将表层土壤水分观测数据同化到简单生物圈模型(Simple Biosphere Model 2,Si B2)中,分析不同方案对土壤水分估计的影响,并与集合卡尔曼滤波算法(En KF)的结果进行比较。研究结果表明,土壤质地和有机质对表层土壤水分模拟结果影响最大而对深层的影响相对较小;利用En KF和En KS算法同化表层土壤水分观测数据,均能够显著提高表层和根区土壤水分估计的精度,En KS算法的精度略高于En KF且所受土壤质地和有机质的影响小于En KF;当观测数据稀少时,En KS算法仍然可以得到较高精度的土壤水分估计。 展开更多
关键词 土壤水分 数据同化 集合卡尔曼滤波 集合卡尔曼平滑 土壤质地 土壤有机质
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遥感反演时间序列叶面积指数的集合卡尔曼平滑算法 被引量:5
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作者 靳华安 王锦地 +1 位作者 肖志强 李喜佳 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期2485-2490,共6页
基于MODIS LAI产品数据集(MOD15A2)构建经验性的LAI动态模型,以LAI作为连接参数,将LAI动态模型与植被辐射传输模型MCRM2相耦合,提出了将耦合模型与时间序列MODIS反射率观测数据集(MOD09A1)同化进行LAI反演的方案。将集合卡尔曼平滑(EnKS... 基于MODIS LAI产品数据集(MOD15A2)构建经验性的LAI动态模型,以LAI作为连接参数,将LAI动态模型与植被辐射传输模型MCRM2相耦合,提出了将耦合模型与时间序列MODIS反射率观测数据集(MOD09A1)同化进行LAI反演的方案。将集合卡尔曼平滑(EnKS)方法引入到LAI同化反演中,为更好地评价该算法的适用性,还与集合卡尔曼滤波(EnKF)的LAI反演结果、MODIS LAI产品进行了比较分析。研究结果表明,采用EnKS方法的反演结果较为理想,与EnKF方法和MODIS LAI相比,EnKS方法反演的LAI时间廓线更平滑,更具连续性,符合实际的植被生长规律。基于EnKS方法的LAI反演方案,为提取时间连续的LAI廓线提供了一种有效的途径。 展开更多
关键词 叶面积指数 数据同化 MODIS 集合卡尔曼平滑
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一种新的估计非高斯分布含水层渗透系数场的方法
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作者 孙猛 骆乾坤 +3 位作者 孔志伟 郭明 刘明力 钱家忠 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期23-33,共11页
集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,EnKF)是最流行的数据同化方法之一。然而,在处理非高斯问题时,EnKF存在局限性。为了解决非高斯问题并准确描述含水介质连通性,将正态分数变换(normal-score transformation,NST)与多重数据同化... 集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,EnKF)是最流行的数据同化方法之一。然而,在处理非高斯问题时,EnKF存在局限性。为了解决非高斯问题并准确描述含水介质连通性,将正态分数变换(normal-score transformation,NST)与多重数据同化集合平滑器(ensemble smoother with multiple data assimilation,ES-MDA)相结合,提出NS-ES-MDA方法。通过对比实验,验证了NS-ES-MDA方法估计非高斯分布含水层渗透系数场的有效性。相较于重启正态分数集合卡尔曼滤波器(restart normal-score ensemble Kalman filter,rNS-EnKF)方法,NS-ES-MDA在吸收相同数据后,参数估计精度提升约34%,计算效率提升约35%。此外,NS-ES-MDA方法受“异参同效”现象的影响较小,具有较强的更新能力,能够保障得到较准确的参数估计值。研究可为非高斯分布含水层参数估计提供一种有效的求解方法。 展开更多
关键词 数据同化 非高斯场 参数估计 集合平滑 正态分数变换 渗透系数
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ES-MDA算法融合ERT数据联合反演地下水污染源与含水层参数 被引量:5
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作者 周念清 张瑞城 +1 位作者 江思珉 夏学敏 《南水北调与水利科技(中英文)》 CAS 北大核心 2022年第3期478-486,共9页
针对未知的污染场地,为了准确估计污染物运移模型的参数,提出一种基于多重数据同化集合平滑器(ensemble smoother with multiple data assimilation,ES-MDA)算法的地下水模型参数反演方法,通过融合由高密度电阻率(electrical resistance... 针对未知的污染场地,为了准确估计污染物运移模型的参数,提出一种基于多重数据同化集合平滑器(ensemble smoother with multiple data assimilation,ES-MDA)算法的地下水模型参数反演方法,通过融合由高密度电阻率(electrical resistance tomography,ERT)法采集的ERT观测数据,实现对污染源源强和渗透系数场的联合反演。以此为基础设计3组数值算例,比较不同类型观测数据对反演精度的影响。研究结果表明:融合ERT数据的ES-MDA算法对模型参数的反演精度更高,并且将ERT数据和传统的质量浓度与水头观测数据相结合,能进一步优化反演结果。 展开更多
关键词 数据同化 集合平滑 地球物理 高密度电阻率法 渗透系数场
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ILUES算法融合ERT数据反演污染源参数与渗透系数场 被引量:3
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作者 张瑞城 周念清 +1 位作者 江思珉 夏学敏 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期223-230,共8页
利用MT3DMS程序构建地下水污染物运移模型,采用迭代局部更新集合平滑(iterative local updating ensemble smoother,ILUES)算法作为数据同化方法并引入(Karhunen Loeve,KL)展开对渗透系数场进行降维,通过融合高密度电阻率法(electrical ... 利用MT3DMS程序构建地下水污染物运移模型,采用迭代局部更新集合平滑(iterative local updating ensemble smoother,ILUES)算法作为数据同化方法并引入(Karhunen Loeve,KL)展开对渗透系数场进行降维,通过融合高密度电阻率法(electrical resistance tomography,ERT)测量数据和传统观测数据(水头与浓度)实现地下水污染溯源和渗透系数场的联合反演。结果表明,融合ERT数据的ILUES数据同化方法反演效率更高,模拟结果也更精确;对场地非均质渗透系数场的刻画,融合ERT数据的ILUES数据同化方法明显优于用水头与浓度数据作为观测值的情形,融合ERT等环境地球物理数据的数据同化框架能够有效地提高参数反演效果。 展开更多
关键词 参数反演 集合平滑 高密度电法 数据同化 地球物理
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基于KJHH模型的基坑开挖概率反分析方法
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作者 张军波 费杰 +2 位作者 周张见 汪轮 虞梦菲 《浙江工业大学学报》 北大核心 2023年第6期671-676,698,共7页
基坑开挖工程中,最大地表沉降和最大墙体侧移是非常重要的两个变形量。然而由于土体存在变异性,基坑开挖变形难以准确预测。提出一种基于KJHH模型的基坑开挖概率反分析方法,可以同时预测最大地表沉降和最大墙体侧移。在贝叶斯更新框架下... 基坑开挖工程中,最大地表沉降和最大墙体侧移是非常重要的两个变形量。然而由于土体存在变异性,基坑开挖变形难以准确预测。提出一种基于KJHH模型的基坑开挖概率反分析方法,可以同时预测最大地表沉降和最大墙体侧移。在贝叶斯更新框架下,动态融合各开挖阶段观测数据,利用多重数据同化集合平滑器(Ensemble smoother with multiple data assimilation, ES-MDA)更新土体参数,提高变形预测准确性。以台北TNEC基坑工程为例,验证了所提方法的有效性。实验结果表明:随着融合更多不同开挖阶段的观测数据,预测均值和实测值趋于一致;对于TNEC工程,假设先验分布服从对数正态分布得到的开挖变形预测结果略大于采用均匀分布时的预测结果;变形预测的准确性随着迭代次数和样本量的增加而提高。 展开更多
关键词 概率反分析 贝叶斯更新 基坑开挖 变形预测 KJHH模型 多重数据同化集合平滑
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