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初始大扰动条件下双流系统的粒子相空间振荡

地球物理学报 2024年第1期67卷 1-11页

作者：焦鹿怀付松倪彬彬张援农武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统... 详细信息

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统演化过程的研究往往需要考虑初始的扰动.利用所建立的动理论粒子云模型方法,我们研究了初始大扰动下双流系统的不稳定性现象,发现初始大扰动条件下粒子相空间产生振荡现象,且振荡频率与初始扰动的空间波数有关,电场与电场能量也存在该频率成分.通过线性理论,求解出了粒子相空间振荡频率.它与粒子云模拟得到的频率一致.该频率为朗缪尔振荡频率的基础之上叠加一个与初始扰动的空间波数有关的频率偏移量.我们改变等离子体频率,进一步验证了上述结论.该研究结果表明初始扰动能够对双流系统的不稳定性现象产生重要影响,对于加深理解地球磁层中双流系统的演化过程有重要参考意义.

关键词：双流不稳定性粒子云模拟初始扰动线性理论

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西南天山造山带现今地壳构造变形有限元模拟

武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：蔡剑锋温扬茂郭倩王宇飞许才军武汉大学测绘学院地球空间环境与大地测量教育部重点实验室自然资源部地球物理大地测量重点实验室

作为世界上最年轻的复活型内陆造山带，天山现今构造变形复杂而剧烈，地震活动频繁，是研究陆内造山过程及其动力学机理的天然实验室。以GPS(Global Positioning System)观测的地壳水平运动速率为约束，充分考虑区域内主要活动断裂，结... 详细信息

作为世界上最年轻的复活型内陆造山带，天山现今构造变形复杂而剧烈，地震活动频繁，是研究陆内造山过程及其动力学机理的天然实验室。以GPS(Global Positioning System)观测的地壳水平运动速率为约束，充分考虑区域内主要活动断裂，结合岩石圈分层结构参数，建立了西南天山及其相邻区域的三维弹性-粘弹性有限元模型，模拟计算了研究区域内的地表形变场、区域主应变率、主要活动断层的应力积累速率及其库仑应力变化率。模拟结果表明天山区域应力场以南北向挤压为主，造山带内部平均应变率为3.5×10-8/a；柯坪断裂、迈丹断裂和那拉提断裂均具有较高的应力积累速率，未来发生强震的可能性较高，其中柯坪断裂的西段库仑应力增长速率最快，高达1.5 kPa/a；通过设置不同块体单独加载的数值模拟实验，分析了帕米尔高原和塔里木盆地在西南天山构造演化中所扮演的角色，在帕米尔高原与塔里木盆地交界以东，天山区域主要受到塔里木盆地推挤与帕米尔高原向东挤出的共同作用，而在交界以西主要受到帕米尔高原的北向推挤作用，塔里木盆地作用有限。模拟结果定量给出了天山主要断裂的应力积累模式，揭示了南天山西段汇聚变形可能的动力学机制，为该地区未来地震危险性评估提供了有力支撑。

关键词：天山造山带有限元模拟 GPS速度场地壳形变库仑应力变化

基于SABER/TIMED温度数据的全球平流层顶与重力波活动的气候学特征的观测研究

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武汉大学学报（理学版） 2024年第4期70卷 507-514页

作者：帅晶黄开明孙宝林宋莺湖北经济学院信息工程学院湖北武汉430205 武汉大学电子信息学院湖北武汉430072 地球空间环境与大气测量教育部重点实验室湖北武汉430072

利用2002年1月25日—2012年12月31日的SABER/TIMED温度数据,统计分析了平流层顶的变化特征及其与平流层顶区域重力波和背景纬向风场的相关性。在南、北半球0°~30°的低纬区域,平流层顶高度呈现冬夏季较高的半年变化,此时重力波活动较强... 详细信息

利用2002年1月25日—2012年12月31日的SABER/TIMED温度数据,统计分析了平流层顶的变化特征及其与平流层顶区域重力波和背景纬向风场的相关性。在南、北半球0°~30°的低纬区域,平流层顶高度呈现冬夏季较高的半年变化,此时重力波活动较强,而平流层顶温度呈现春秋较大的半年变化;在南北半球40°~50°的中纬区域,平流层顶的高度、温度与重力波活动都呈现年变化,其中平流层顶高度与重力波活动的极大值出现在冬季,而平流层顶温度的极大值出现在夏季。相关性分析显示,平流层顶高度与重力波活动强度主要呈正相关,而平流层顶温度与重力波活动强度主要呈反相关;低纬的背景纬向风在春分秋分较大,与平流层顶温度呈正相关,而中纬的背景纬向风则在冬季较强,与平流层顶温度呈反相关;平流层顶的高度、温度与重力波活动强度、纬向风间相关系数都具有南北半球不对称性。并且,平流层顶高度和温度的峰值都随纬度增大,同时,重力波活动和背景风场也随纬度增强,表明平流层顶与重力波活动和背景风场间的相互影响。

关键词：平流层顶重力波纬向风 SABER/TIMED

重力卫星数据反演地表质量变化的点质量模型法研究进展

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第9期49卷 1503-1516页

作者：苏勇李建成徐新禹王长青余彪李琼谷延超武汉大学测绘学院湖北武汉430079 西南石油大学土木工程与测绘学院四川成都610500 湖北珞珈实验室湖北武汉430079 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430071 中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 武汉大学地球空间环境与大地测量教育部重点实验室湖北武汉430079 西南交通大学地球科学与环境工程学院四川成都611756

利用多代重力卫星观测数据监测全球质量变化,使人类对全球物质迁移和环境变化有了更加深刻的认识和理解。由于卫星星载仪器精度和分辨率的限制以及建模误差等多种因素的影响,利用重力卫星数据解算的全球质量变化模型受到条带误差的影响... 详细信息

利用多代重力卫星观测数据监测全球质量变化,使人类对全球物质迁移和环境变化有了更加深刻的认识和理解。由于卫星星载仪器精度和分辨率的限制以及建模误差等多种因素的影响,利用重力卫星数据解算的全球质量变化模型受到条带误差的影响,广泛采用的滤波平滑手段虽然可以对其削弱,但同时会引起更严重的信号泄漏问题。为了克服这些问题,并进一步提高重力卫星数据解算地表质量变化模型的时空分辨率和精度,许多学者基于牛顿万有引力定律发展了点质量模型法,该类方法直接建立地表质量变化参数与卫星受摄运动的关系,并采用约束矩阵处理条带误差和向下延拓产生的不适定问题。综述了点质量模型法的研究进展,详细梳理了不同点质量模型法的基本理论和方法,分析了不同约束矩阵的构建策略和特点,简要总结了点质量模型法的后处理方法,以期能为点质量模型法的后续发展和研究提供参考。

关键词：卫星重力测量全球地表质量变化时变重力场点质量模型法

利用SWOT宽刈幅测高数据提升海洋重力场精度：与传统测高卫星的比较分析

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：于道成黄金维祝会忠罗佳袁佳佳辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院阳明交通大学土木工程系武汉大学测绘学院地球空间环境与大地测量教育部重点实验室湖北珞珈实验室安徽理工大学空间信息与测绘工程学院

SWOT（Surface Water and Ocean Topography）宽刈幅测高卫星以前所未有的空间分辨率和精度获取海面高度信息，为提升现有海洋重力场的精度和分辨率带来机遇。但是，目前关于SWOT反演海洋重力场的研究较少，尤其缺乏基于SWOT构建的海洋... 详细信息

SWOT（Surface Water and Ocean Topography）宽刈幅测高卫星以前所未有的空间分辨率和精度获取海面高度信息，为提升现有海洋重力场的精度和分辨率带来机遇。但是，目前关于SWOT反演海洋重力场的研究较少，尤其缺乏基于SWOT构建的海洋重力场精度的量化结果，本文基于SWOT模拟数据，研究SWOT在解算垂线偏差分量和反演海洋重力异常方面的潜力。模拟了观测精度为1.4 cm、空间分辨率为2 km×2 km的SWOT宽刈幅海面高观测值，同时模拟了传统测高卫星Jason-2和Cryosat-2数据，对比研究SWOT较传统测高卫星在反演海洋重力场方面的优势。利用最小二乘配置法（least-squares collocation，LSC）和加权最小二乘平差法（weighted least-squares adjustment，WLSA）解算垂线偏差南北向和东西向分量，并利用逆Vening-Meinesz法反演重力异常。在SWOT数据模拟过程中获取的垂线偏差分量和重力异常的“真值”用于评估计算结果的精度。为充分利用SWOT宽刈幅测高特性，将SWOT二维数据分解为沿轨迹和垂直轨迹方向的一维数据。研究结果表明，LSC法解算的垂线偏差分量精度优于WLSA法；平均多周期SWOT数据可有效削弱观测误差；SWOT沿轨迹数据有利于解算南北向分量，而垂直轨迹数据有利于解算东西向分量。在本研究区域，融合Jason-2和Cryosat-2数据解算的1′×1′垂线偏差南北向与东西向分量的精度均约为3 microrad，反演的1′×1′海洋重力异常精度为4.7 mgal。而SWOT将垂线偏差分量的精度提升至0.7 microrad，并将重力异常精度提升至1 mgal。研究表明，相较于传统测高卫星，SWOT宽刈幅测高卫星在提升海洋垂线偏差和重力场精度方面具有显著优势。

关键词： SWOT卫星宽刈幅测高垂线偏差海洋重力异常

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基于引导扩散模型的自然对抗补丁生成方法

电子学报 2024年第2期52卷 564-573页

作者：何琨佘计思张子君陈晶汪欣欣杜瑞颖武汉大学国家网络安全学院湖北武汉430072 武汉大学空天信息安全与可信计算教育部重点实验室湖北武汉430072 武汉大学日照信息技术研究院山东日照276800 地球空间信息技术协同创新中心湖北武汉430079

近年来,物理世界中的对抗补丁攻击因其对深度学习模型安全的影响而引起了广泛关注.现有的工作主要集中在生成在物理世界中攻击性能良好的对抗补丁,没有考虑到对抗补丁图案与自然图像的差别,因此生成的对抗补丁往往不自然且容易被观察者... 详细信息

近年来,物理世界中的对抗补丁攻击因其对深度学习模型安全的影响而引起了广泛关注.现有的工作主要集中在生成在物理世界中攻击性能良好的对抗补丁,没有考虑到对抗补丁图案与自然图像的差别,因此生成的对抗补丁往往不自然且容易被观察者发现.为了解决这个问题,本文提出了一种基于引导的扩散模型的自然对抗补丁生成方法.具体而言,本文通过解析目标检测器的输出构建预测对抗补丁攻击成功率的预测器,利用该预测器的梯度作为条件引导预训练的扩散模型的逆扩散过程,从而生成自然度更高且保持高攻击成功率的对抗补丁.本文在数字世界和物理世界中进行了广泛的实验,评估了对抗补丁针对各种目标检测模型的攻击效果以及对抗补丁的自然度.实验结果表明,通过将所构建的攻击成功率预测器与扩散模型相结合,本文的方法能够生成比现有方案更自然的对抗补丁,同时保持攻击性能.

关键词：目标检测对抗补丁扩散模型对抗样本对抗攻击深度学习

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学科交叉驱动的地图思维演化

地球信息科学学报 2024年第1期26卷 46-55页

作者：任福王昭杜清运李中李博辉武汉大学资源与环境科学学院武汉430079 武汉大学地理信息系统教育部重点实验室武汉430079 自然资源部数字制图与国土信息应用重点实验室武汉430079 地球空间信息技术协同创新中心武汉430079 交通运输部北海航海保障中心天津海事测绘中心天津300220

信息通讯技术时代,地图表达对象已着眼于物理空间、社会空间以及信息空间组成的三元空间。伴随“数字化”“智能化”和“智慧化”等信息化阶段的演进,地图学知识体系也随之发生着深刻变化。在此过程中,地图思维演化成为认识、理解和构... 详细信息

信息通讯技术时代,地图表达对象已着眼于物理空间、社会空间以及信息空间组成的三元空间。伴随“数字化”“智能化”和“智慧化”等信息化阶段的演进,地图学知识体系也随之发生着深刻变化。在此过程中,地图思维演化成为认识、理解和构建空间思维的重要途径,可以具体提炼为“数-形-图-谱”4种思维方式。“数思维”是对传统二元空间中地理实体和现象的定量化描述和表达,追求空间描述的“精度和准确”;“形思维”是“数”的符号映射,以可视化形式承载人类的地理学洞察力,看重“相似与保真”;“图思维”进一步完成区域事象之间关系和结构的抽象,形成意义整体,是建立“地图/GIS+行业应用”的思维基础,其基本路径涵盖隐喻启示、泛化表达和知识链接;“谱思维”是按照对象的类别或系统,采取某种特征将一系列地图编辑起来,形成具有动态演化特征的概念体系。多学科驱动下,地图“数-形-图-谱”4种思维方式在语法特征、语义功能、语用特征、实现路径、表达类型和关键技术方面都存在着显著的差异性。测绘科学更多立足于地图“数-形”思维,重在科学量度和表达地理要素的空间分布;地理学更加偏向于“图-谱”思维,重在揭示地理现象的规律与机制。

关键词：地图学地图思维空间思维思维演化地理学测绘科学地理信息科学三元空间

多卫星星座对时变重力场反演精度和时空分辨率影响的模拟研究

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2125-2140页

作者：郭丁昊王长青朱紫彤熊宇昊杨萌钟敏沈云中陈秋杰冯伟中山大学测绘科学与技术学院广东珠海519082 极地环境立体观测与应用教育部重点实验室(中山大学) 广东珠海519082 大地测量与地球动力学国家重点实验室中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉430071 中国科学院大学北京100049 同济大学测绘与地理信息学院上海200092

近二十年,GRACE/GRACE-FO实现了对地球时变重力场的连续监测.但受单极轨轨道配置、背景模型误差和载荷精度的限制,其时空分辨率和观测精度不足以探测短时间、小尺度的质量变化信号.以欧空局MAGIC(Mass Change and Geoscience Internatio... 详细信息

近二十年,GRACE/GRACE-FO实现了对地球时变重力场的连续监测.但受单极轨轨道配置、背景模型误差和载荷精度的限制,其时空分辨率和观测精度不足以探测短时间、小尺度的质量变化信号.以欧空局MAGIC(Mass Change and Geoscience International Constellation)和中山大学“天琴计划”为代表的下一代重力计划将通过多对卫星星座和新一代高精度载荷来提高时变重力场反演精度.考虑到未来多项卫星重力计划和当前GRACE-FO、中国重力卫星同期观测的可能,本文基于动力学方法对双极轨、Bender、极轨+Bender和双Bender四种星座构型进行了闭环仿真模拟,并对其月尺度解和1~3天短周期解进行评估.结果表明:(1)相较于单极轨,双极轨、Bender、极轨+Bender和双Bender四种星座的月尺度时变重力场恢复精度分别提高了30.7%、85.7%、85.9%和89.5%.(2)多对卫星星座能够恢复高空间分辨率的短周期时变重力场解,且在时间序列中能够保留地球物理信号的高频部分.其中双Bender能够恢复40阶的1天解时变重力场,极轨+Bender能够恢复40阶的2天解时变重力场,Bender能够恢复40阶的3天解时变重力场.

关键词：下一代重力计划卫星编队闭环模拟

基于云原生的地理空间知识库管理关键技术与服务方法研究

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地球信息科学学报 2024年第9期26卷 2013-2025页

作者：仲腾张雪英许沛曹敏陈碧宇刘启亮王曙杨宜舟南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079 中南大学地理信息系长沙410083 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 北京吉威空间信息股份有限公司北京100043

地理空间知识的本质在于揭示地理事物和现象的时空分布、时空变化过程及其相互作用规律。地理空间知识库管理系统(GeoKGMS)以“图-文-数”一体化的地理空间知识库引擎为核心,致力于支撑地理空间知识资源的高效汇聚、地理空间知识图谱的... 详细信息

地理空间知识的本质在于揭示地理事物和现象的时空分布、时空变化过程及其相互作用规律。地理空间知识库管理系统(GeoKGMS)以“图-文-数”一体化的地理空间知识库引擎为核心,致力于支撑地理空间知识资源的高效汇聚、地理空间知识图谱的自动构建和一站式地理空间知识工程建设,旨在形成新一代地理信息系统(GIS)的重要基础平台。本文重点阐述了基于云原生的地理空间知识库管理关键技术,包括云原生的地理空间知识库微服务统一调度技术、人机协同的地理空间知识图谱构建技术、地理空间知识图谱时空混合编码技术、以及多模态地理空间知识存储技术。在此基础上,设计了GeoKGMS的服务框架,实现了地理空间知识库管理、多模态地理空间知识抽取、地理空间知识图谱人机协同构建、地理空间知识推理、地理空间知识图谱质量评估和地理空间知识可视化六大管理服务功能。以喀斯特地貌知识图谱为例,充分发挥机器挖掘和专家知识的优势,实现了可持续的地理空间知识图谱工程化协同共建。

关键词：云原生地理空间知识知识库管理人机协同知识图谱构建知识推理知识检索知识存储知识质量评估