基于多算力融合的数字孪生黄河黄河云设计研究

为解决数字孪生黄河建设过程中出现的算力基础设施能力不足,数据存储、处理、服务效率不高,资源服务模式不够灵活等问题,立足数字孪生黄河建设对算力基础设施的实际需求,结合水利部出台的相关技术规范,提出多算力融合黄河云重构搭建方案。开展对多元算力、多模态存储模式等关键技术的综合分析,提出多算力融合黄河云的总体框架、部署架构、资源池及资源管理设计。多算力融合黄河云针对模型计算、数据底板、智能应用、大数据处理与分析等不同场景,建设虚拟化、高性能、裸金属等算力资源,根据数据类型、特点,以及数据量匹配集中和分布式存储资源,提出适应黄河水利委员会组织架构的云管理模式,可为数字孪生黄河建设提供高效算力底座。

表面活性剂对超支化温敏聚合物温敏性质的影响

针对黄河三角洲污染土壤治理而伴随产生大量表面活性剂废水的问题,拟制备以超支化聚乙烯亚胺(HPEI)为核异丁酰基(IBAm)为壳的超支化温敏聚合物,并探究表面活性剂对其浊点的影响规律,为基于超支化温敏聚合物温敏特性分离表面活性剂提供理论依据。本文详细研究了聚合物浓度、表面活性剂种类及浓度对其水溶液浊点(CP)的影响。结果表明,随着聚合物质量浓度从1 mg·mL^(-1)增大至16 mg·mL^(-1),其溶液CP降低16℃。除十二烷基苯磺酸钠外,HPEI-IBAm的水溶液与不同种类的表面活性剂相互作用均导致溶液浊点随表面活性剂浓度的增加而升高29~58℃。综上所述,不同种类、浓度的表面活性剂可调节温敏聚合物的浊点变化,通过探究其作用规律,为开发利用超支化温敏聚合物分离表面活性剂的方法奠定基础。

基于无人机密集匹配点云的黄河流域矿区植被提取

黄河流域是我国重要的矿产资源分布区域。长期以来,矿区的高强度开采引发了水土流失、植被退化等一系列问题,而植被作为矿区生态系统的能源动力,有着巨大的固碳速率和潜力,精准获取及监测矿区植被生长状态对黄河流域生态保护与高质量发展具有重要意义。提出一种无人机密集匹配点云矿区植被自动提取方法,通过无人机搭载的数码相机获取矿区序列影像,经特征提取、空三测量、多视影像密集匹配,重建矿区三维点云,利用匹配点云具有丰富的地物光谱特性,构建点云的差异植被指数DEVI,通过Otsu阈值法自动求取全局阈值,从而实现矿区植被点云的自动提取。选取黄河流域河南段某矿区进行实验,实验结果表明:植被提取的总体精度为96.40%,Kappa系数为0.927 1,可实现无人机密集匹配点云中的植被立体信息有效提取,为基于低成本无人机摄影测量进行矿区植被立体监测研究提供一种可行方法。

黄河档案信息资源文化云平台建设研究

黄河档案是传承黄河文化、讲好黄河故事的重要文化遗产资源,文章为促进黄河流域生态保护和高质量发展,对黄河档案资源整合与共享路径展开研究。通过建设文化云平台,实现对分散保存的黄河档案信息资源的开发利用。提出资源碎片化、建设标准差异与公众意识薄弱等是文化云平台建设的阻碍因素,应以共享社区、传播门户等作为平台功能定位,并将其打造成集专题数据库、休闲空间、记忆共创空间、云上集市于一体的开发服务平台。最终形成包含基础设施层、资源汇聚层、资源处理层、应用服务层的四层结构和实施保障体系、标准规范体系,充分实现黄河档案信息资源的整合与共享。

云技术在黄河防汛抗旱信息化建设中的应用

黄河防汛抗旱任务十分艰巨,且其具有长期性以及复杂性等的特征。现阶段,我国防汛抗旱信息化建设已经开始依据大数据、大平台等的思路进行集成建设,其会以云技术黄河云平台当做基石,融合基础设施资源、平台资源等多类云技术,给上层防汛抗旱业务的开展提供服务。本文主要就云技术在黄河防汛抗旱信息化建设中的应用进行探究,分析黄河信息化防汛抗旱工作的特征,发挥出云技术应用在黄河防汛抗旱信息化建设当中的作用和价值。

基于毫米波云雷达的黄河流域内蒙古段云宏观特征分析

云是地-气系统的重要组成部分,云宏观特征不仅与地-气系统的辐射收支及区域气候变化密切相关,还直接影响云降水过程模式预报的准确性,鉴于此本文基于2020年8月至2021年7月呼和浩特地区毫米波云雷达观测数据,对黄河流域内蒙古段云出现频率及垂直结构进行统计分析。结果表明:该地区多以晴空为主,全年晴空廓线超过了云雷达总采样廓线的70.00%,相比而言,云出现频率较小,6月最高值也仅为43.84%。云类型以中高云为主,云底高度多出现在3.00~4.00 km之间,云层较薄,厚度介于0.50~1.00 km的云出现频率最高。云宏观属性存在明显的季节变化和日变化特征,春季和夏季云的出现频率较高,分别为39.71%和35.77%,冬季云的出现频率最小,春、夏、秋季午后云出现频率明显高于上午时段。

黄河上游地区强对流云特征的模拟分析

利用中国科学院大气物理研究所发展的完全弹性三维积云模式,对相似天气背景下黄河上游及渭北地区的强对流云的宏微观特征进行了数值模拟对比研究,并与相应的雷达回波及地面观测资料做了比较分析。模拟结果表明,模式对黄河上游玛曲和渭北地区旬邑的强对流云结构和降水均有很好的模拟能力。与旬邑相比,玛曲零度层低,云底温度低、比湿小,为冷云过程。云中雨水含水量极低,冰晶出现早,维持时间长。云中上升气流弱,对流云发展浅薄。地面降雨量相对较小,固态降水所占比例大,霰为主。霰胚对冰晶的碰并增长是地面软雹的主要来源。旬邑冰雹主要来源是霰,但冻滴也占了一定比例。霰融化是玛曲雨水的最重要来源。而冻滴融化对旬邑雨水的贡献最大。

影响华北地区的黄河气旋过程分析

利用每小时数值云图、ＴＢＢ资料、常规天气图资料和数值产品资料，分析了１９９４年６月２４—２６日黄河气旋过程，讨论了环境场条件、不同尺度云团的相互作用对气旋生成的影响，给出了中尺度云团的发展演变以及与强降雨的关系，揭示了气旋降雨的中尺度特征，概括了气旋发生发展的综合模型，对气旋的短期预报有一定的参考价值。

基于云模型的黄河流域火电行业用水定额评估

随着产业升级与技术进步,节约用水工作不断推进和深入,黄河流域各省(区)现行用水定额在覆盖性、合理性、先进性和实用性方面的问题日益凸显。利用已建电厂实测资料、部分用水户的水平衡测试资料及新建电厂水资源论证报告资料,通过云模型改进的模糊层次分析法构建黄河流域火电行业用水定额评估模型,并给出具体评判过程。模型计算结果表明,在火电行业用水定额评估中山西省相对优秀,河南省、山东省及内蒙古自治区相对良好,甘肃省、宁夏自治区相对较差。

2005年雨季“三江源”地区对流云的特征分析

利用2005年6～9月逐日逐时FY-2C气象卫星数值云图资料，计算和分析了青藏高原三江源区域的对流云和中尺度对流系统（s—MCS）的发生频率。结果表明，该区域主要以对流云为主，对流云占总云量的80％以上，利用TBB值得出该区域对流云发生源地主要集中在两大区域，其中以32°～35°N，93°～98°E为主要多发区（称为第一高发区），以35°～37°N，91°～95°E为次多发区（称为第二高发区）；该区域对流云存在着明显的日变化，22：00（世界时，下同）～06：00（上半夜）对流云旺盛，06：～14：00（下半夜）及清晨对流云很少。最后结合地面观测资料给出了云顶亮温与地面降水的关系。

黄河中下游一次MCC和中-β尺度强对流云团相互作用暴雨过程综合分析

利用卫星云图、多普勒雷达资料、地面加密观测资料和NCEP再分析资料等,对2007年7月29日山西和河南交界地带发生的一次暴雨过程进行了大尺度环境场和中尺度影响系统的综合分析。结果表明:暴雨是由MCC、中-β尺度强对流云团、以及MCC和中-β尺度强对流云团合并造成的;低空急流和边界层东北风是MCC生成和发展的触发机制之一;气流呈顺时旋转的次级环流圈生成,为MCC的生成和发展提供了动力条件;黄河下游范围更大、气流呈逆时针旋转的环流圈生成,对上游次级环流圈具有阻挡和稳定作用;伴随MCC云顶红外亮温TBB≤-62℃面积的减小,位于MCC上游的切变线上同时激发了中-β尺度强对流云团的发展;地面风场切变线、配合地面小高压舌的动向,以及地面中尺度低压的生成和能量比低值舌的活动,对MCC和中-β尺度强对流云团的生成和发展具有指示作用。

利用卫星云图估算黄河中游地区平均面雨量

介绍了利用卫星云图资料估算黄河中游面雨量的基本方法 :将GMS卫星 1h间隔的可见光和红外云图作为判别的两个特性进行分类 ,确定红外线资料的所有最小值点作为对流核 ;参照Negri-Adler的方法 ,应用斜率参数消除卷云 ;应用一维云模式确定红外线图上对流核的降水率 ,层状云降水通过一个温度阈值给出。另外 ,通过对2 0 0 1年 7月 2 6日至 2 8日黄河流域出现的一次较强降雨过程进行应用分析 ,得出结论———利用卫星云图估算黄河中游地区平均面雨量的方法具有很好的实用价值。

基于云模型的江河源区降雨时空分布特征分析

根据青藏高原江河源区7个气象站点1960—2012年的月降雨资料,基于云模型,分析了该区域降雨的时空分布特征。结果表明:长江源区平均降雨量均小于同时期黄河源区的降雨量;全年、非汛期和月的降雨量比黄河源区集中且稳定,汛期降雨虽比黄河源区集中,但不如黄河源区稳定。江河源区全年降雨比非汛期、汛期和月均降雨量最为分散且最不稳定;非汛期降雨量虽最小,但最集中且最稳定。江河源区汛期和非汛期降雨量和降雨量的熵在空间上分布相似,均表现出了从东南到西北逐渐递减的规律;降雨量的超熵在空间上规律不明显,值得注意的是沱沱河、达日和曲麻莱非汛期和汛期降雨量的超熵显示出了相反的特征。研究成果能为江河源区气候变化研究提供科学参考。

黄河上游降水云层对流特性及降水微结构机制研究

主要利用1997—2000年6～9月在黄河上游河曲地区实施人工增水实验所获取的各类降水云层回波、雨滴谱及多点宏观气象资料,进一步阐明各类云层降水中对流作用的普遍性和特殊性,并且通过全过程的雨滴谱的演变个例,初步揭示了该地区云中降水微物理过程可能存在冷云和暖云两种机制且暖云机制起重要作用。以上是该地区产生降水频繁的重要原因。

黄河上游对流云降水微物理特征的数值模拟试验

利用二维动力—热力场和水凝物粒子分档数值模式,对黄河上游河曲地区浅对流云降水微物理特征进行了试验性模拟,得出了浅对流云中暖雨增长机制可以单独形成雨,且其成雨速率可以快于冷雨过程等有意义的结果。

基于云计算的黄河含沙量数据融合研究

针对黄河含沙量监测易受环境因素影响的特点,研究了基于云计算的分布式灰色数据融合技术,建立了黄河含沙量在线监测云平台。平台依靠分散在黄河流域的水温、测点深度等传感器建立分布式数据采集子云,然后用主成分分析法分析出含沙量监测的主成分因素,最后基于灰色GM(1,N)模型进行含沙量数据融合处理。为了比较灰色GM(1,N)模型含沙量监测的融合效果,在相同环境下进行了一元线性拟合、多元线性拟合的对比处理。结果表明,基于灰色GM(1,N)模型数据融合的精度最高,稳定性最强,能够拟合出较为准确的结果。

黄河遥感监测中薄云去除技术探讨

云覆盖是黄河遥感监测中最常见的噪声之一。如何削弱、去除薄云的影响,是黄河遥感监测中的一项重要任务。本文根据薄云的成像模型和表现特征,提出了黄河遥感监测中使用的薄云去除技术,即空间域滤波、频率域滤波和比值处理,并对它们各自的特点、使用方法和流程进行了分析。最后对三种方法在黄河遥感监测中的使用效果进行了评价。

黄河流域降水稳定同位素的云下二次蒸发效应

雨滴从云底降落到地面过程的云下二次蒸发现象会影响雨滴中的同位素比率,明确降水过程中稳定同位素的变化对研究流域水循环具有重要意义。基于全球降水同位素网络(GNIP)、相关文献同位素数据以及气象数据,首先建立局地大气水线(LMWL)定性分析了黄河流域云下二次蒸发与各气象要素间的关系,其次运用改进的Stewart模型定量计算了蒸发剩余比(f)和云底降水与地面降水的D-excess之差(Δd)。结果表明:(1)黄河流域LMWL方程为:δ2H=7.01δ18O+1.25(n=293,R2=0.92),斜率和截距相比GMWL均较小,说明雨滴在下落过程中受到云下二次蒸发的影响。其中0~10 mm的降雨事件对云下二次蒸发影响显著;气温越高,或者水汽压、相对湿度越小,云下二次蒸发越强烈。(2)季节变化上,从春季到冬季,f和Δd逐渐增大,云下二次蒸发逐渐减小。空间变化上,蒙甘区、蒙中区、晋陕甘区和渭河区的西安,年际间云下二次蒸发变化较大,而青南区、祁连-青海湖区、渭河区的平凉、长武、华山和鲁淮区年际差异较小。(3)降水中Δd和f之间的线性关系在不同气象要素范围内有不同的数值,由于不同区域各气象条件存在差异,因此在应用经验公式时需考虑研究区的具体气象条件。

黄河上游地区降水雨滴谱特征分析

利用黄河上游地区不同降水云系31次降水的激光雨滴谱仪观测资料,对不同云系降水雨滴物理参量特征及滴谱的演变特征进行统计分析。结果表明:在黄河上游地区,层状云系降水和混合云系降水雨滴粒子呈单峰型分布,对流云系降水雨滴粒子呈双峰型分布。层状云系降水雨滴粒径峰值出现在0.4 mm,粒径范围较窄,雨滴数密度最大;对流云系降水雨滴粒径峰值出现在0.8 mm,粒径分布范围较宽,雨滴数密度最小;混合云系降水雨滴粒径峰值和粒径分布范围介于两者之间。雨滴各微物理参量(平均直径、均方根直径、平均体积直径、中值直径和体积中值直径)由大到小排序依次为对流云降水、混合云降水和层状云降水。降雨强度和雨滴数密度变化趋势一致,对流云和混合云降水强度和雨滴粒子数浓度有较好的相关性。通过雨滴谱特征的研究,有利于认识该地区降水微物理特性及成雨机制,为实施科学人工增雨提供一定的科学依据。

黄河智慧防凌云平台设计与研究

显著的纬度差和特殊的气候条件,使得黄河凌汛灾害成为我国冬春季节大江大河中最突出、最重大的自然灾害,并具有孕灾环境复杂、突发链发性强和防控难度大等特点。当前针对黄河凌汛问题的网络信息化普遍存在平台功能较为单一、数值仿真参与度低、凌情数据获取来源以及获取手段受局限、缺乏全链条全过程动态智慧化管理等问题。针对当前存在的问题,面向黄河防凌安全的现实需求,提升黄河防凌减灾智慧管理能力,设计基于云计算服务的黄河智慧防凌云平台。该平台以"数据仓库构建—模型集成耦合—云端仿真计算—虚拟现实展示"为技术主线,整体采用3层架构,其中计算服务层由以Docker容器技术为平台的防凌模型库提供强大的虚拟计算环境。集成开发凌情监测与灾害预警、凌汛洪水风险动态评估、凌汛灾害情景推演、水库群与分凌区联合防凌调度和凌灾防控决策支持方案优选等功能模块,覆盖凌汛灾害监测预警、风险管理、调控决策和效果评估等全过程。