天气数值预报中使用过去资料的问题

本文从微分方程只是近似的描述了大气中的物理过程的观点出发,提出了在数值天气预报中使用历史资料来考虑场演变的时间连续性问题。 通过将微分方程定解问题变为等价的泛函极值问题——变分问题的途径,推广了微分方程的解的概念,引进了新型“广义解”,并利用希尔伯特空间的理论,论证了“广义解”比原来意义下的“正规解”更接近方程所描述的物理现象的“实况”。 文中对无辐散正压模式和准地转斜压模式,推导出使用多时刻观测资料的预报方程式,并且证明使用500毫巴的多时刻观测资料可以预报出大气的斜压性。     

局部资料下变分同化方法的稳定性研究

对于简化的一维扩散方程,在局部观测资料下,研究变分同化方法的稳定性.在变分同化中结合正则化方法,选择合适的正则化参数和稳定泛函,对预报模式进行修正,通过对预报精度进行先验估计,证明了该方法对于一维扩散方程的解的稳定性.修正补充相关计算结果,最后举出一个反例说明稳定性泛函的选取对于改进的变分同化方法实施的重要性.     

资料变分同化中的若干理论问题

对变分同化中的若干理论问题进行了研究,具体讨论了一类简单模式在整体和局部观测资料下的变分同化问题．对于整体观测资料下的变分同化问题,利用变分同化方法对预报模式中的初值、参数以及模式进行了修正,从理论上作出了变分同化方法的误差估计及收敛精度的估计,证明了变分同化方法的有效性．对于局部观测资料下的变分同化问题,由于得到的解往往不适定,因而通常的变分同化方法失效．为了克服问题的不适定性所带来的困难,利用变分同化结合正则化方法对预报模式中的初值、参数以及模式进行修正,同样作出了变分同化方法的误差估计及收敛精度估计,证明了变分同化与正则化方法结合的必要性和有效性,并对正则化参数的选择提供了理论判据．最后,举了一个实例说明所提出的方法的有效性．     

全附体ONRT船模在波浪中自航的数值模拟

采用基于重叠网格技术的CFD方法数值研究了全附体ONRT船模在迎浪工况中自航的水动力特性.文中数值计算采用自主开发的面向船舶与海洋工程的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU.自航计算中船体运动及螺旋桨转动等通过重叠网格技术完成,波浪环境则采用求解器中的三维数值造波和消波模块实现.计算中自航船模的螺旋桨转速通过静水自航数值计算得出,波浪工况计算采用东京2015 CFD会议中标准算例进行设置.数值计算结果,如船体运动、实时航速变化等,与试验数据进行了对比分析.此外,给出了数值预报的推力和扭矩系数,并且通过详细的流场信息来分析和解释了船模在波浪中自航过程中的水动力变化情况.数值预报结果同试验值吻合较好,说明采用当前结合重叠网格技术和CFD的数值方法可以很好地预报波浪中自航问题.     

全附体ONRT船模在波浪中自航的数值模拟（英文）

采用基于重叠网格技术的CFD方法数值研究了全附体ONRT船模在迎浪工况中自航的水动力特性.文中数值计算采用自主开发的面向船舶与海洋工程的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU.自航计算中船体运动及螺旋桨转动等通过重叠网格技术完成,波浪环境则采用求解器中的三维数值造波和消波模块实现.计算中自航船模的螺旋桨转速通过静水自航数值计算得出,波浪工况计算采用东京2015 CFD会议中标准算例进行设置.数值计算结果,如船体运动、实时航速变化等,与试验数据进行了对比分析.此外,给出了数值预报的推力和扭矩系数,并且通过详细的流场信息来分析和解释了船模在波浪中自航过程中的水动力变化情况.数值预报结果同试验值吻合较好,说明采用当前结合重叠网格技术和CFD的数值方法可以很好地预报波浪中自航问题.     

基于局地和非局地观测算子的GPS 掩星资料后向映射四维变分同化研究

本文通过在区域暴雨预报模式(AREM) 的后向映射四维变分同化系统(AREM-B4DVar) 中引入GPS 掩星折射率局地和非局地两种观测算子, 使得该系统具备了同化全球定位系统(GPS) 掩星折射率资料的能力, 并采用台湾地区与美国联合执行的气象、电离层和气候星座观测系统计划(COSMIC计划) 探测得到的GPS 掩星折射率资料和常规探空资料, 对2007 年7 月4 日至5 日发生在我国江淮流域的暴雨个例进行了同化预报试验. 结果表明, 在同化系统中采用局地和非局地两种观测算子, 加入GPS 掩星折射率资料后, 均可以提高观测资料附近初值的分析质量, 从而在改进24 小时的降水预报中起到正效果; 基于非局地观测算子的掩星折射率资料同化可以通过大气非局地的约束, 进一步改进基于局地观测算子掩星折射率资料同化的不足; 在常规资料的基础上加入掩星折射率资料, 可以使同化系统进一步改进初值分析质量和24 小时预报效果, 尤其能更好地发挥非局地观测算子的作用.     

一类含有约束的变分问题中权重因子的最优选取

研究了一类含有线性对流约束的变分问题中权重因子的最优选取。在变分问题中,泛函权重因子选取的适当与否将影响数值计算的结果。针对目前权重因子选取的相对随意性,在对观测场和理想场合理假设的条件下,分别讨论了带有弱约束和强约束的变分问题,通过求解相应的Euler方程,运用矩阵理论和偏微分方程的差分方法,得到了在分析场与理想场之间方差最小意义下的客观权重因子。推证结果表明,若将带约束的变分问题的Euler方程离散成差分形式,且满足根据实际问题提出的合理假设以及差分方程稳定性条件,那么目标泛函中的权重因子在分析场与理想场的最小方差意义下存在最优选取。它们在理论上更客观可信,可以实现权重因子与数值模式、观测资料的整体协调以及各因子之间的相互协调。     

相关系数的稳定性

通过相关分析确定变量之间关系的密切程度,建立适用的预报模式是统计预报中最基本最常用的一种方法.但是人们在实践中常常感到:用显著相关的因子建立的迴归方程,对于历史资料虽有较高的拟合率,但预报的准确率却常常较低.如何提高预报准确率是当前统计预报的突出课题.影响预报效果的原因很多,一个重要原因是预报因子和预     

模糊神经网络方法在定点定量降水预报中的应用研究

以单站24小时降水量作为预报对象,采用模糊神经网络方法进行了新的数值预报产品释用预报方法研究.首先通过对T 213、ECMW F预报因子场以及高空气象探测资料进行处理,有效浓缩多种物理量因子场的实况及预报信息,并进一步建立了南宁、桂林、河池、百色4站的降水模糊神经网络释用预报模型.运用与实际业务相同的预报方法对2006年6—8月进行逐日的降水量预报试验,并与相同时次的T 213降水预报产品进行对比分析.结果表明,4个单站的定点、定量模糊神经网络降水预报模型,在预报性能上明显优于同期T 213数值预报模式的降水预报结果.     

水温及其预报方法初探

本着重利用Matlab讨论了水温与气温之间的相关变化关系和利用气温预报水温的初步方法。结合武汉市气象局在武汉市东西湖区养殖场气象观测站1982年至1989年的连续观测资料给出了水温与气温之间的相关系数以及水温预报方程，并讨论了误差及消除误差的途径。     

灾害性天气预报理论模式的稳定性分析

详细讨论、分析了涉及灾害性天气预报的理论模式的稳定性,这些模式包括:非静力完全弹性方程组、滞弹性方程组．证明了非静力完全弹性方程组在无穷可微函数类中是稳定方程;滞弹性方程组则因为对流体的特殊假设,改变了连续方程的形式,于是出现了“流体为粘性与不可压假设的匹配”现象,从而使在实际预报工作中占有重要地位的这一类重要方程组与Navier-Stokes方程呈现了相同拓扑性质的不稳定性,而这是在数值预报工作中首先应该避免的．据此提出了如何修改应用模式的参考意见．     

水温及其预报方法初探

本文着重利用 Matlab讨论了水温与气温之间的相关变化关系和利用气温预报水温的初步方法 .结合武汉市气象局在武汉市东西湖区养殖场气象观测站 1 982年至 1 989年的连续观测资料给出了水温与气温之间的相关系数以及水温预报方程 ,并讨论了误差及消除误差的途径 .     

应用统计分辨原理预报害虫种群动态

本文应用基于Fisher准则下统计分辨原理，对山东省曲阜市1982～1994年棉花苗期棉蚜的系统观测资料进行了数量分析，建立了统计分辨数学模型：y＝－0．2359x1－0.0049x2，经对历史资料的回报验证，其历史拟合率为92．31％．将1995年观测数据作为独立样本进行试报，其预报结果与实际一致．     

气象因素与儿童气管炎关系的研究

利用济南市卫生局提供的2003年儿童气管炎患者的病例资料和济南市气象局提供的2003年气象资料,对济南地区儿童气管炎疾病与气象资料的关系进行研究.通过相关性分析,用多元回归方法建立了儿童气管炎发病人数的日预报方程.然后对数据进行处理,按季节建立了儿童气管炎与气象要素之间的日预报方程.     

应用多刚体离散化方法对梁的动力屈曲和后屈曲分析

基于梁的多刚体离散化模型（有限段模型）,建立了梁的链式多刚体-铰链-弹簧系统模型,利用坐标变换方法建立了相应的非线性多自由度系统的参数振动方程,并利用约束参数法对所得到的多度系统的Mathieu-Hill方程进行了梁的动力屈曲分析,得到系统的参数共振域．因为所用的离散化模型与动力方程对梁的变形并无限制,所以可以用所得到的数学模型在其失稳域对梁的动力后屈曲进行数值仿真分析．通过实例的数值仿真,证明了这种梁的参数振动模型与分析方法的正确性．     

一种新的昆虫神经网络预测预报方法

昆虫预测预报是植物保护中的一个困难问题．本文首先从系统的观点出发，分析了影响昆虫种群密度的主要因素；在研究传统时间序列模型共性的基础上，给出了广义时间序列模型；提出了一种新的昆虫预测模式—神经网络预测预报方法；用此方法对棉田害虫烟蓟马进行了预报，数值结果表明这是一种很好的预测预报方法，预测精度较其它方法都有很大提高．     

数据同化中的伴随方法的有关问题的研究

关于伴随方法应用中只能利用模式的伴随的观点,被认为是有疑问的．所作的数值模拟实验表明,对于潮波模型而言,方程的伴随能够得到与模式的伴随同样的结果:调和常数的实测值与模拟值的振幅差的绝对值的平均小于5.0 cm,迟角差的绝对值的平均小于5.0°．这些结果都能够体现渤、黄海M2分潮的基本特征．作为对比,也利用前人的方法对渤、黄海的M2分潮潮波进行了数值模拟,首先借助于历史资料和观测资料得到开边界的初始猜测,然后对开边界的初始猜测值进行调整,以得到与高度计资料之差尽可能小的模拟结果．但由于开边界的值共有72个,究竟有哪些值需要调整,需要如何调整,只有经过不断的调试,才能部分地解决这些问题．工作量大且很难得到令人满意的结果．该文实现了确定开边界条件的自动化过程,这与前人的方法相比,有无可比拟的优势．需要特别强调的是如果利用方程的伴随,可以避免繁琐而冗长的数学推导．因而说明方程的伴随也应该引起足够的重视．     

经验正交函数与遗传算法结合的副热带高压位势场非线性模型反演

针对副热带高压的动力预报模型难以准确构建的困难,基于T106数值预报产品500 hPa位势高度场序列,用经验正交函数（EOF）分解方法对位势场序列进行了时、空分解,引入了动力系统重构思想,以EOF分解的空间模态的时间系数序列作为动力模型变量,用遗传算法全局搜索和并行计算优势,进行了动力模型参数的优化反演,建立了客观合理的非线性动力模型．通过对动力模型积分和EOF的时、空重构,实现了副热带高压的中、长期预报．试验结果表明,本文反演的动力模型的副热带高压预报效果优于常规的数值预报产品,该研究工作为副热带高压等复杂天气系统和要素场预报提供了新的方法思路和技术途径．     

我国北方主要产麦区冬小麦产量海温业务预报模式

本文针对所选取的同类海温因子,彼此之间所存在的多重共线性对回归模式的不良影响,运用主分量分析方法,对因子进行正交化处理,使因子之间不再相关,而主分量同预报量相关显著.然后,采用带有周期分量的逐步回归方法建立气象产量预报模式.该模式既考虑预报因子对方程的贡献,又考虑预报量和预报因子的周期分量对方程的贡献,克服了相关不稳定的因子对方程的影响,使其方程更为合理.     

线弹性结构非平稳随机振动分析的有限元方法

当前结构分析的有效方法是有限单元法,对于结构动力学问题,将变位、应力等物理量通过Fou-rier变换进行谱分解,在谱分解的形式下推求动力刚度矩阵,这样所得的矩阵和有关方程不能用结构的随机振动问题常用的振型分解法求解.本文提出了一个普遍化的求解方法.文中考虑如地震、风震等外载是如下非平稳随机过程:P(t)={P_i(t)},P_i(t)=α_i(t)P_i0(t),α_i(t)是巳知的时间函数,P_i0(t)是平稳随机过程.本文将有限单元法所得的离散化方程进行Fourier变换,利用随机过程谱分解的正交增量性质推导了激励谱和反应谱之间关系的公式.用这些公式可以寻求反应的互功率谱密度矩阵,再根据反应的统计量进行结构的安全度分析.在本文提出的计算方法中,当α_i(t)=1(i=1.,2,…,n)时方法可以简化为求解平稳过程的特殊情况.在实际应用中可以根据地震、风震记录所得的功率谱密度矩阵,按本文方法用计算机对高层、高耸、大跨度等结构问题进行分析,为了说明计算方法的特点,文中首先考虑单自由度情况,其次考虑多自由度情况,列出几个重要统计量的计算公式,并对数值计算方法和安全度分析作了讨论.