基于空间基函数客观拟合的副高突变与多态机理分析

为分析研究副热带高压异常活动的动力学机理,基于热力强迫和涡动耗散效应的大气偏微涡度方程,采用Galerkin方法进行方程的时-空变量分离,针对常规方法在空间基函数选择中存在的不足和欠缺,提出了从实际资料场序列中用经验正交函数(EOF)分解与遗传算法结合客观反演空间基函数的研究思想.通过对副热带高压位势场逐日时间序列的EOF分解,选择累积方差贡献超过90%的前3个主要空间典型场作为拟合对象,随后选择一组三角函数簇作为广义空间基函数,以该基函数与EOF典型场的误差最小二乘和基函数间的完备正交性构造双约束泛函,再引入遗传算法进行空间基函数曲面拟合和系数优化,反演得到客观合理的副热带高压常微动力模型.进一步通过历史感热场资料的EOF分解和反演,建立了一个客观考虑了热力因子分布的副热带高压常微动力学模型.最后,基于获得的非线性动力学模型,对热力强迫作用下的副热带高压的复杂动力学行为和突变机理进行了分析和讨论,得到了一些新的见解.如东亚副热带地区东-西向感热强度和结构分布以及东-西向热力差异,可能是导致副高流场和位势场出现多元复杂形态(包括副高双脊线现象)的诱因;太阳辐射感热效应和东亚大陆东-西向感热结构与热力差异的不同组合的共同作用,则可能是导致副高增强和西伸、北跳等突变的重要因素。     

欧亚中高纬阻塞高压关键区高度场动力-统计跨季度预测实验

本文主要利用实际业务模式的预报结果和丰富的历史资料对乌拉尔山、 贝加尔湖和鄂霍次克海三个阻塞高压活动关键区夏季平均的500 hPa高 度场进行动力-统计跨季度预测实验, 其结果显示该方法能在一定程度上减小模式预报误差, 提高预报技巧, 显示出了良好的业务应用前景. 此外, 敏感性实验显示, 相似指标和相似年选取个数都对预测结果有显著影响. 关键词： 阻塞高压 高度场 动力-统计 跨季度预测     

斜压二层模式框架下的准地转理论及其应用

准地转理论是短期天气预报的理论基础.针对中纬度大尺度运动得到的准地转运动方程组是准地转理论的核心.在斜压二层模式框架下,由准地转运动方程组得出的准地转位势倾向方程和准地转垂直运动方程,可以更为明确地解释高空和地面天气系统的移动和发展.结果显示:500 hPa高空槽的移动取决于本层的涡度平流,500 hPa高空槽的发展取决于本层的涡度平流和250与750h Pa层的微差温度平流;地面气旋系统的移动和发展取决于500hPa的正温度平流,250与750 hPa层的微差涡度平流.由实际天气过程对上述应用进行的分析表明,在斜压二层模式框架下得到的准地转位势倾向方程及准地转垂直运动方程,可以更好地确定中纬度天气尺度斜压发展系统的特征,并有助于对天气系统发展客观规律的了解和对数值预报产品内含的物理依据的认识.     

用改进的遗传算法和高斯牛顿法联合反演三维地下水流模型参数

遗传算法在处理非线性优化问题时具有较好的全局搜索性能,但在局部搜索时搜索效率不高,解的精度亦不高,高斯牛顿法在处理非线性优化问题时的性质正好和遗传算法相反,利用遗传算法和高斯牛顿法的优点,用改进的遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水数值模型参数.首先用遗传算法求出地下水模型参数的初值,然后利用这组初值用高斯牛顿法进行数值模型参数的反演,并以一非均质各向同性三维承压非稳定流理想模型为例,结合有限元法讨论了用遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水数值模型参数的过程.计算结果表明,联合参数反演方法,具有收敛速度快、解的精度高的特点,在地下水渗流和水资源评价等领域可广泛应用.     

利用拖船辐射噪声的深海声学参数近场匹配场反演方法

针对深海声学参数难以通过远距离合作声源反演获取的问题,提出了利用拖船低频噪声近场匹配场反演方法。首先,利用聚焦波束形成计算拖曳阵接收拖船噪声的方向性,获得传播路径特征;然后,构建多参数反演模型,由波数积分声传播模型计算拷贝场,采用遗传算法对多频匹配场目标函数进行反演。同时,采用蒙特卡罗方法分析参数后验概率密度。仿真与试验结果表明:深海环境中拖曳阵接收拖船噪声主要来自海底反射路径,利用该特性反演得到海水深度、噪声源距离、阵列深度、沉积层厚度等参数,多频联合反演可以提高沉积层厚度等参数反演准确性。宽带匹配场处理表明,利用反演最优参数模型能准确给出拖船噪声源的空间位置。      

基于微波链路的降雨场反演方法研究

本文基于微波雨衰的幂律关系, 研究了使用微波链路反演降雨场的方法, 采用层析技术建立了降雨场反演模型. 并利用SIRT算法与正则化算法实现对降雨场层析反演模型的求解. 数值模拟结果表明, 该模型与反演算法能够较为准确地重建降雨场强度与空间分布特征, 能够提供高时空分辨率的二维降雨强度分布. 因此, 利用微波衰减数据进行降雨探测可以作为常规的雨量计与天气雷达观测手段的有效补充. 关键词： 微波雨衰 微波链路 降雨场重建 层析反演     

雷达回波资料反演海洋波导的算法和抗噪能力研究

利用海洋环境中大气波导的参数化模型及电磁波传播的地型抛物方程,建立电磁波传播正问题,获得电磁波传播功率损耗.结合正演模式,通过遗传算法反演出大气波导参数,并对遗传算法参数的设置进行了讨论,对反演系统进行了抗噪能力的分析.发现当误差小于10%时,遗传算法仍能保持较高的反演精度;当误差大于10%时,该算法的精度开始受到显著的影响.研究结果可能会对雷达仪器设计和应用提供参考. 关键词： 波导 电磁波传播方程 遗传算法 反演     

浅海复杂环境下等效声速剖面的构建方法*

针对浅海复杂环境声速剖面水平变化情况下的声传播损失预报及目标定位问题,提出了一种基于遗传算法的等效声速剖面重构算法。首先,将声速剖面进行时间和空间上的分解,从而将声速剖面抽象为对声速剖面前三阶正交函数系数的反演;其次,利用遗传算法,以先验声速剖面集为基础,进行参数反演。仿真结果表明,在浅海复杂条件下,传播损失预报受声速剖面及海洋参数的影响,不能直接运用接收或发射位置处的声速剖面进行传播损失预报,否则会对预报结果造成误差。通过构建具有声传播累积效应的等效声速剖面可以提高匹配场定位精度,完成目标定位,且在构建等效声速剖面时,接收位置处即本地声速剖面所占权重较大。     

基于简化海底模型的浅海环境噪声垂直指向性及参数反演

提出了一种以简化海底模型为基础的浅海环境噪声垂直指向性的计算方法,并用于海底参数反演。小掠射角时,采用简正波法;大掠射角时,采用虚源法。数值仿真结果与经典的K/I噪声模型相近;分析某浅水区的一次噪声试验数据,提出分段反演方法,并将反演得到的参数较好的用于噪声场强度预报。结果表明,该方法引入的简化海底模型,能反映出海底反射对噪声场垂直指向性的影响,但由于不需要精确的海底分层结构,便于理论分析声场。      

基于星地链路的垂直降雨场反演方法

在分析星地链路几何结构及传播模型的基础上,研究基于联合代数重建技术的星地链路反演二维垂直降雨场的方法.利用实测降雨资料构建3类降雨场,并搭建3条17 GHz垂直极化星地链路进行数值仿真.实验结果表明:单星地链路无法实现二维垂直降雨场的重构,反演场与真实场的相关系数分别为0.556,0.504和0.364;基于双星地链路的反演结果和真实场的相关系数均高于0.98,平均偏差分别为0.122, 0.159和0.537 mm/h,欧式距离均低于0.9 mm/h,熵的相对误差均小于1.6%,基本实现了二维垂直降雨场的反演;三星地链路的应用进一步提升了反演精度,相关系数接近于1,能够精准重构降雨场.实验结果验证了基于星地链路的垂直降雨场反演方法的可行性、准确性和有效性.星地链路的架设和维护简单,探测降雨范围广,易于在高原、山区、海岛等传统地面观测资料缺失的地区使用,可以作为已有降水测量手段的补充.     

几种典型流动条件对平板转捩过程影响的数值模拟

采用作者构造的k方程转捩湍流模型，数值模拟了较大跨度来流湍流度情况、不同来流湍流度时几种不同顺、逆压梯度存在情况、壁面存在不同热交换强度情况下平板的转捩流动过程．与实验结果对比表明，新模型具有较好地模拟转捩流动能力。     

高超声速脉冲风洞模型自由飞试验技术

风洞模型自由飞试验利用高速相机记录自由飞行模型的运动历程, 再根据模型运动特征参数反演模型的气动特性.由于没有支撑系统的干扰, 该试验能够较真实地模拟飞行状态, 在飞行器静/动稳定特性研究中具有独特的优势.文章在JF-8A高超声速脉冲风洞中开展了10°尖锥模型自由飞试验, 并以圆球模型的自由飞运动测量风洞动压, 对模型运动特征参数的数字图像提取技术及气动参数的辨识方法等关键技术进行了研究.      

国家气候中心大气环流模式冬季模式误差特征分析

本文利用1982—2010年国家气候中心第二代月动力延伸预测系统中大气环流模式(BCC_AGCM)的回报资料和美国国家环境预测中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,分析了该模式对冬季气温预测的误差特征及其与外强迫的联系.结果表明模式能够在整体上较好地反映出欧亚区域冬季气温的变化趋势,能抓住东亚冬季风区气温年际变化的主要空间模态,对东亚冬季风区冬季气温具有一定的预报能力.预报误差的空间分布和时间演变特征的结果表明,误差在陆地大于海洋,高纬地区大于低纬地区,同时与海拔高度也有密切关系.预报误差的主要模态与一些关键区域的海温和海冰存在显著的相关性,表明模式对外强迫异常的响应能力存在缺陷.这为结合模式对关键区海温和海冰异常的响应能力,有针对性地改进模式对东亚冬季风区冬季气温的预测能力提供了依据.     

Saharan dust electrification perceived by a triangle of atmospheric electricity stations in Southern Portugal

Atmospheric Electric Potential Gradient (PG) measurements were carried out in three sites forming a triangular array in Southern Portugal. The campaign was performed during the summer, characterized by Saharan dust outbreaks; 16th–17th July 2014 dust event is considered. Short time-scale oscillations of the PG at two of the stations and a mid time-scale suppression of the PG in the three stations are found. Results are interpreted as evidencing long-range dust electrification; attributed to the air-Earth electrical current creating a bipolar charge distribution inside of the dust layer. The relevance of using arrays of sensors, instead of single sited, is highlighted.     

Dynamic Simulation of Random Packing of Polydispersive Fine Particles

In this paper, we perform molecular dynamic (MD) simulations to study the two-dimensional packing process of both monosized and random size particles with radii ranging from 1.0 to 7.0 μm. The initial positions as well as the radii of five thousand fine particles were defined inside a rectangular box by using a random number generator. Both the translational and rotational movements of each particle were considered in the simulations. In order to deal with interacting fine particles, we take into account both the contact forces and the long-range dispersive forces. We account for normal and static/sliding tangential friction forces between particles and between particle and wall by means of a linear model approach, while the long-range dispersive forces are computed by using a Lennard-Jones-like potential. The packing processes were studied assuming different long-range interaction strengths. We carry out statistical calculations of the different quantities studied such as packing density, mean coordination number, kinetic energy, and radial distribution function as the system evolves over time. We find that the long-range dispersive forces can strongly influence the packing process dynamics as they might form large particle clusters, depending on the intensity of the long-range interaction strength.     

Relationship between the radial dynamics and the chemical production of a harmonically driven spherical bubble

The sonochemical activity and the radial dynamics of a harmonically excited spherical bubble are investigated numerically. A detailed model is employed capable to calculate the chemical production inside the bubble placed in water that is saturated with oxygen. Parameter studies are performed with the control parameters of the pressure amplitude, the forcing frequency and the bubble size. Three different definitions of collapse strengths (extracted from the radius vs. time curves) are examined and compared with the chemical output of various species. A mathematical formula is established to estimate the chemical output as a function of the collapse strength; thus, the chemical activity can be predicted without taking into account the chemical kinetics into the bubble model. The calculations are carried out by an in-house code exploiting the high processing power of professional graphics cards (GPUs).The results shown that chemical activity can be approximated qualitatively from the values of relative expansion. This could be helpful in order to optimise chemical output of sonochemical reactors either from measurement data or simulations as well.     

Combined effects of pressure and temperature on enzyme stability

Abstract

The effect of high temperature and high hydrostatic pressure on the residual hydrolytic activity of a commercial Rhizomucor miehei lipase has been studied. Inactivation at high temperature and/or high pressure was carried out. Under non-denaturing pressure conditions, results showed that pressurisation protects enzymes against thermal deactivation. This is in accordance with previous results obtained with enzymes from mesophilic sources, such as invertase and galactosidases.     

临近空间气象火箭探测资料精度的综合评估

为综合分析评估2004年11月在中国酒泉卫星发射中心的首次临近空间气象火箭探测资料精度, 分别利用经验预报模式资料和卫星遥感资料进行对比. 分析结果表明, 由于经验预报模式时空分辨率低, 同时缺乏中国区域平流层的中上部以上高度的探测数据, 在平流层中上部以上高度与气象火箭探测资料的偏差较大; 相比于经验预报模式, 气象火箭探测资料与卫星资料的偏差明显减小, 偏差主要由两者的系统性误差和对比点在时间及经纬度的差异造成的. 综合对比结果表明, 相比于经验预报模式资料和卫星遥感资料, 气象火箭探测资料的精度较高,具有较强的可信度, 可对其他方式的探测结果进行标定. 关键词： 临近空间 气象火箭 经验预报模式 精度评估     

Effect of dipole–dipole interaction on self-control magnetization oscillation in double-domain nanomagnets

A double-domain model with long-range dipole–dipole interaction is proposed to investigate the self-oscillation of magnetization in nano-magnetic systems driven by self-controlled spin-polarized current. The dynamic behavior of magnetization oscillation is calculated by a modified Landau–Lifshitz–Gilbert equation in order to evaluate the effects of the long-range dipole–dipole interaction. While the self-oscillation of magnetization can be maintained substantially, several self-oscillation regions are experienced as the dipole–dipole interaction increases gradually.