明渠层流失稳与沙纹成因机理研究

动床水流中,泥沙起动之后,往往要出现沙纹,沙纹成因各家的解释不一。白玉川,罗纪生的观点是:沙纹的尺度较小,主要是由于明渠层流不稳定性波或床面近壁流层中小尺度拟序结构发展演化所致。当床面边界附近扰动波或拟序结构以及水流自身所产生的床面底部切应力大于Shields切应力后,床面即产生响应,形成沙纹;如果扰动所产生的扰动切应力频率接近床面泥沙固有频率,则产生与泥沙颗粒的共振,这种现象也称之为“泥沙的检波性质”,此时床面发生最大响应,沙纹发展速度也最快。     

一类描述大气中重力孤立波的新模型

从两层流体浅水波方程出发,运用尺度分析与扰动方法,建立了一类新的模型(mKdV-BO模型)来描述大气中的重力孤立波。前人建立的KdV模型和BO模型适合描述经向和纬向扰动较弱时重力孤立波的生成和演化,而该模型的非线性更强,适合描述经向、纬向扰动较强时重力孤立波的生成与演化。通过运用试探函数法获得了模型的代数孤波解,并分析了孤立波的生成条件与传播速度。新模型的建立对于进一步解释大气中列队雷雨阵的形成机制,探讨大气中的强对流天气如飑线的形成等具有重要意义。 关键词：重力孤立波;试探函数法;列队雷雨阵     

有限振幅超长波的发展及对流层大气环流的指数循环

本文由一个描写超长波运动的准地转三层模式,利用多尺度分析法,得到了有限振幅超长波不稳定和西风不稳定的非线性理论.当考虑到超长波扰动和基本西风气流的非线性相互制约后,同时得到了超长波振幅和西风强度作周期性振荡(周期为2—6周),与超长波尺度和初始振幅有关.流场演交表现了类似低指数的阻塞形势和高指数的纬圈环流的转换.超长波发展过程中的热量输送,维持了指数循环的能量转换.因此本文证明了指数循环是大气的超长波和基本纬圈气流相互制约的非线性反馈过程.     

非定常修正下平面Poiseuille流动的线性稳定性性质

本文在文[1]的基础上,用多重尺度法进一步研究了在非定常修正剖面作用下平面Poiseuille流动的线性稳定性性质,发现文[1]所给出的修正剖面在扰动发展的初期,在一定条件下会促进扰动的发展,从而增大流动失稳的可能性.     

不可压缩流体三维Rayleigh-Taylor不稳定性的大涡模拟

对不可压缩流体三维Rayleigh-Taylor不稳定性问题建立被动标量输运模型,用大涡模拟方法计算了正弦初始扰动和随机初始扰动下不稳定性发展各个阶段的瞬时速度场和标量场,以及混合过程中计算尺度和亚格子尺度上的平均湍流脉动能、平均剪切应力和被动标量通量;分析了界面形状、被动标量浓度分布的演化规律及气泡、尖钉速度和混合层宽度随时间的变化规律,计算结果与其他数值模拟和实验结果相吻合,验证了大涡模拟方法应用于该问题的可行性.     

两参数非线性发展方程的奇摄动尖层解

本文研究了一类具有非线性发展方程奇摄动问题.引入伸长变量和多重尺度,构造了初始边值问题外部解和尖层、边界层和初始层校正项,得到了问题形式解.利用不动点定理,证明了问题的解的一致有效性.推广了对两参数的奇摄动问题的研究结果.     

两参数非线性发展方程的奇摄动尖层解（英文）

本文研究了一类具有非线性发展方程奇摄动问题.引入伸长变量和多重尺度,构造了初始边值问题外部解和尖层、边界层和初始层校正项,得到了问题形式解.利用不动点定理,证明了问题的解的一致有效性.推广了对两参数的奇摄动问题的研究结果.     

基于CEEMD-BP神经网络的海温异常预测研究

海洋表面温度(SST)具有非平稳、非线性的特征,对处理和预测造成了很大困难.将互补集合经验模态分解(CEEMD)和BP神经网络相结合,对东北太平洋和赤道中、东太平洋这两区域的月平均海洋表面温度距平序列(SSTA)进行模拟预测研究:首先应用CEEMD方法将SSTA分解为不同尺度的一系列本征模函数(IMFs);再运用BP神经网络对各IMFs进行分析预测;最后将各IMFs预测结果进行重构得到最终SSTA的预测值.数值实验的结果表明,应用CEEMD和BP神经网络对东北太平洋和赤道中、东太平洋的SST预测是有效的.     

双层Kidder自相似解及其Rayleigh-Taylor不稳定性研究

将单层Kidder自相似解推广到双层,使得两层壳体的交界面两侧存在密度跳跃,使得轻流体向重流体加速产生Rayleigh-Taylor不稳定性;通过采用Lagrange坐标下的Godunov方法进行一维直接数值模拟,将模拟解与双层Kidder自相似基本解进行比较,验证了双层Kidder自相似解的可靠性;最后,通过编制球形内爆的三维扰动的线性稳定性分析程序,对双层Kidder自相似解的Rayleigh-Taylor不稳定性进行了分析计算.计算结果表明:初始扰动越集中于交界面,会造成后期扰动增长得越快,越不稳定;扰动波数越大,扰动增长得越快,越不稳定;从扰动在空间上的发展来看,可压缩性研究表明内外壳体的可压缩性对扰动增长起着相反的作用,外层壳体的可压缩性对Rayleigh-Taylor不稳定起失稳作用,而内层壳体的可压缩性对Rayleigh-Taylor不稳定起致稳作用.     

地下结构和岩土介质弹塑性耦合分析的摄动半解析法*

本文研究了一个用于物理非线性相互作用分析的有效的数值方法。结构和介质耦合分析的弹塑性问题可用摄动法转化为几个线性问题,然后对相应的线性问题分别用有限条和有限层法分析地下结构和岩土介质以达到简化计算的目的。这种方法用了两次半解析技术——摄动和半解析解函数——将三维非线性耦合问题化为一维的数值问题。此外,本法是半解析法结合解析的摄动法应用于非线性问题的新进展,同时也是近年来发展的摄动数值法的一个分支。     

接触表面中多场耦合方程的边界层特征解

介绍由约束场和受重力影响的对流扰动耦合而成的衰减平衡向量场动力学方程的渐近求解.为分析实验室内微观与自然界中宏观现象的正则和奇异扰动问题.运用复合尺度方法进行Fourier调和分析、尺度变化,并引进新的参数,将一个复杂的三维约束耦合动力学方程降维投影并转化成复空间里一维的边界层问题.通过渐近摄动分析,给出多场耦合中扰动问题的特征函数边界层解法,在例2中对流场扰动问题分析,得出从指数振荡解过渡到代数解的转点.进一步分析计算非线性特征值问题并做了渐近摄动分析,最后给出多场耦合中扰动问题的特征值边界层解法.最后,特征关系式的各参数表明其在接触表面中对动力衰变的关键影响.     

混合层中旋涡合并与撕裂的数值研究

本文用一种三阶精度的迎风差分格式解二维不可压Navier-Stokes和连续性方程,对混合层中的旋涡合并与撕裂进行了数值研究。小扰动的频率依稳定性理论而定。计算结果表明,扰动参数的变化可使混合层中大尺度相干结构的演化表现为旋涡合并或撕裂。旋涡合并时,相干结构的尺度增长较快;而当旋涡撕裂时,相干结构的尺度增大则较缓慢。数值计算的结果与实验符合较好。     

一种长期数值天气预报方法的物理基础

本文对一种新的长期数值天气预报方法的物理基础作了探讨。在考虑了各种热源(汇)的参数化形式后,建立了海-气联合系统中的闭合运动方程组。对这组方程的频率分析指出,存在两类在性质上完全相异的运动形式,其中一类是振荡周期为几天的短期波,它本质上是Rossby行波;另一类则是时间尺度为月的长期波。在非绝热作用下,这两类波可以是发展的(不稳定)。为了避免短期波以及误差所造成的虚拟过程的强烈发展,而把作为预报对象的、振幅较小的长期波的演变给掩盖掉,作者认为,在方法论上可以把短期波看成是一种“干扰”长期波的“噪音”而滤掉它。文中给出了一种滤掉短期波的方法。最后,分析了海洋的表层温度和大气运动之间的相互适应过程,指出,对于长周期运动,大气运动主要向初始的海温场适应。这就进一步为滤波后的长期预报方法提供了理论根据。     

一类反应扩散系统的分歧与斑图

本文研究了一类发生在密闭容器中的不可激活的高次自催化反应扩散系统．在适当的条件下,用渐进近似的方法讨论了系统平衡态的稳定范围;用多重尺度的方法证明了当扩散系数λ充分小时,系统出现两种类型的斑图,一类是由Hopf分歧引出的驻波斑图;另一类是由 Pitchfork分歧引出的定波斑图．进一步还讨论了,在分歧点附近,对于大于空间或等于空间波数的小扰动,斑图是局部稳定的,而小于自身空间波数的小扰动,斑图是不稳定的．     

随机介质中扩散过程的尺度跃迁

本文考虑随机多孔介质中的示踪粒子的随机移动过程和相应的尺度跃迁问题 .假设当时间和空间进行适当的尺度跃迁时 ,其粒子的移运过程弱收敛于是 d-维中心布朗运动 ,具有协方差 D.随机介质对示踪粒子的作用可表示为小的扰动力 ,扰动过程收敛于具有相同协方差阵的布郎运动 ,但具有一个形如 M.a的附加漂移 .对于扰动的粒子的稀薄过程 ,我们证明了试验粒子的流度和协方差通过 Einstein公式相关联 .证明 Einstein公式所用的方法就是计算轨迹空间上的测度的 Radon-Nikodym导数 (Girsanov公式 ) .研究单个粒子在具有时间独立的随机非均匀性质的格上运动和在速度满足 Langevin方程的随机势场中的运动 ,关于尺度跃迁过程得到了一些特征性质和扩散矩阵和漂移之间的关系 .     

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.     

二维超音速混合层中小激波的存在及其对流场结构的影响

在二维超音速混合层入口处引入T-S波及其亚谐波,对扰动的空间演化进行了数值模拟.研究了由扰动引发的小激波(shocklet)的强度与入口处扰动幅值的关系.分析了激波前后扰动速度剖面的变化,发现小激波的存在对扰动速度剖面有显著影响,而高速层和低速层中激波对扰动速度作用不同.     

具有函数纵向尺度因子的分形插值函数的分析特性

研究一类具有函数纵向尺度因子的分形插值函数的光滑性、稳定性和敏感性等分析特性.给出了这类分形插值函数的光滑性结果,证明了它们的稳定性.同时,考虑这类分形插值函数及其矩量的敏感性问题,证明了当生成这类分形插值函数的迭代函数系有小的扰动时,相应的分形插值函数及其矩量也有小的扰动,给出了相应扰动误差的上估计.     

周期底地形上内波的Hamilton长波展开

给出了周期底部边界条件下两层密度成层流体中2-维非线性长波问题的Hamilton公式．从该公式出发,应用Hamilton摄动理论,导出了底地形短尺度变化下描述双向长波运动的有效Boussinesq方程和描述单向长波运动的近似KdV方程．结果的推导都是在多重尺度算子渐近分析理论框架下完成的．     

变号扰动问题正解存在性的几点注记

本考虑了一类变号扰动的两点边值问题，得到了几个关于正解存在性的结论.