台风莫拉克(2009)暴雨过程中位势切变形变波作用密度诊断分析和预报应用

在水平风场切变形变的基础上引入物理量——位势切变形变, 把水平风场的垂直分量和切变形变与广义位温的空间梯度结合起来. 该物理量的二阶扰动被定义为波作用密度, 在局地直角坐标系中推导了能够描述中尺度扰动系统发展演变的波作用方程. 对2009年登陆台风莫拉克引发的暴雨过程进行诊断分析, 结果表明, 台风中心区切变形变向涡度的转化显著, 该转化通过纬向风的经向梯度实现. 纬向风速的经向梯度与广义位温垂直梯度的耦合引起位涡和位势切变形变之间的转化, 以至于位势切变形变和位涡的异常值区分别位于台风环流的外侧和内侧. 波作用密度因能够描述水平扰动风场的垂直切变和切变形变以及凝 结潜热函数扰动梯度而与观测降水联系紧密. 相关统计分析表明, 2009年夏季波作用密度与6 h观测降水存在明显滞后相关性, 对未来6 h降水有一定的指示意义. 另外, 波作用密度通量散度和扰动非地转风位涡是影响波作用密度局地变化的主要物理因素. 基于波作用密度与观测降水的良好相关性, 建立了波作用密度暴雨预报方程. 2009年登陆台风"苏迪罗", "天鹅", "莫拉菲"和"巨爵"的暴雨预报个例分析和长时间序列的ETS评分计算表明, 波作用密度对台风暴雨具有较好的预报效果, 其预报降水能力略优于美国全球预报系统(GFS)的直接降水预报. 关键词： 位势切变形变 波作用密度 波作用通量散度 台风暴雨     

台风“彩虹”(2015)高分辨率数值模拟及涡旋Rossby波特征分析

采用中尺度数值预报模式对2015年22号台风"彩虹"进行高分辨率的数值模拟,成功地模拟出台风"彩虹"的移动路径、强度和降水分布,尤其是在台风登陆前后,模拟结果与实况比较接近.以此为基础,利用模式输出资料,分析台风的动力、热力精细结构和台风雨带的宏观特征.眼墙处具有低层径向入流、高层径向出流的动力配置.在眼墙附近,同时存在切向风速高值区、垂直上升区、正温度距平区,并随高度向外侧倾斜,雷达回波较强,对流系统比较深厚.次级雨带、主雨带和远距离雨带的雷达回波相对较弱,对流系统垂直厚度略小.再利用尺度分离方法,得到涡旋Rossby波的扰动场资料,进一步分析涡旋Rossby波的特征.1波、2波同时朝切向和径向传播,1波的振幅明显大于2波.研究结果表明,1波、2波正涡度扰动对应强雷达回波,存在强对流活动.降水区上空的垂直涡度扰动呈上正下负的配置,与水平散度扰动的垂直配置相似时,会加强低层辐合和高层辐散,有很强的垂直上升运动,有利于对流系统发展,降水增强.1波、2波扰动的动力配置影响了对流系统的发展,并对降水强度和分布有一定的诊断作用.     

20世纪后30年中国西北西部降水年代际变化机理分析

在全球气候变暖背景下1980年代中期中国西北西部气候发生了年代际突变,降水明显增加且主要是极端降水的贡献. 本文用欧洲中期预报中心再分析资料ERA-40计算了瞬变涡动、环流、水汽输送及其散度等的年代际变化并进行了分解分析. 结果表明, 1987年后大气环流年代际变化形成"东高西低"环流背景场,西风带向该区的水汽输送增加, 水汽辐合增强,其中主要是定常波水汽输送的贡献, 其结果是造成该区及周边空气水汽含量上升, 有利于降水或极端降水的增加. 夏季该区瞬变涡动增强且造成水汽辐合, 增加了降水天气出现的频率; 冬季瞬变涡动减弱, 天气过程减少, 说明降雪增加的原因应该是空气水汽含量增加, 导致降雪强度增加. 因此该区降水的增加即有中高纬度大气变暖变湿的贡献,也有瞬变涡动的动力作用. 未来西北西部降水的趋势主要取决于瞬变涡动与大气水汽含量变化的竞争．     

多模态RM不稳定性对初始扰动条件的依赖性分析北大核心CSCD

利用可压缩多介质黏性流动和湍流大涡模拟程序MVFT,对多次冲击作用下的三维多模态Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性发展及其对初始扰动条件的依赖性进行了数值模拟分析。湍流混合区宽度在初始冲击后以幂次律增长,在反射冲击后和第一次反射稀疏波作用后,以具有不同增长因子的指数规律增长,在第一次反射压缩波作用后近似以线性规律增长;而湍流混合区统计量则以类似的规律衰减。多模态RM不稳定性发展对初始扰动条件有很强的依赖性,主要体现在初始冲击后至反射冲击前和反射冲击后至第一次反射稀疏波作用前这两个阶段,即在第一次反射稀疏波作用后,湍流混合区的发展逐渐失去对初始扰动条件的记忆。     

2009年一次华北强桑拿天气过程的动力识别

本文数值模拟并诊断分析了2009年7月华北的一次桑拿天过程, 分析了高温高湿天气的环流特征, 温度、 湿度的水平和垂直分布特征, 位涡分布特征等. 分析发现, 此次桑拿天事件高层为反气旋性环流的高压控制, 水平分布图上, 低层相对湿度大. 垂直剖面上, 中低层为下沉气流和暖湿区, 有明显的水汽梯度和垂直温度梯度, 有倾斜的位涡分布. 既然桑拿天发生在夏季普遍高温的大环境之下, 因此靠单纯的温度或湿度来动力识别和诊断桑拿天, 有较大难度. 本文抓住华北地区桑拿天过程高温、 高湿、 高位涡的特点, 引入一个适合于桑拿天的湿热力位涡参数(MTPV, 它表示为▽ q · (▽ θ × ▽ Q), 这里q是湿度, 表示为大气或者云中水汽和所有水凝物的总和, θ 是位温, Q是位涡), 对桑拿天进行动力诊断分析, 并通过实际个例的计算分析作出简化. 个例分析发现, 此次高温高湿的桑拿天过程伴随MTPV的异常. 虽然2009年7月此次华北地区桑拿天过程有较高的温度, 较大的湿度和倾斜位涡发展, 但是单个变量的范围远大于我们要研究的华北地区桑拿天的爆发范围. 而结合这三个变量引入的MTPV及其简化形式, 无论从经向还是纬向剖面图来看, MTPV的异常大值区相对集中在北京及其周边的华北地区对流层的低层, 并维持. 因而, MTPV及其简化形式均能对此次高温高湿的桑拿天进行较好的动力识别。     

高超声速三角翼上横流不稳定性的实验研究

本文研究了三角翼迎风面边界层中的非定常横流不稳定性.实验在马赫6低噪声风洞中进行,模型为平板构型,攻角为5°和10°.通过温敏漆技术,观察到在远离头部的区域,边界层转捩阵面光滑且平行于前缘,通过Kulite高频脉动压力传感器得到的功率谱密度曲线中有明显的f≈10 kHz的扰动波信号峰值.利用基于纳米示踪的平面激光散射技术,在平行前缘方向对此区域进行流场可视化,观察到规则的向下游卷起的涡结构,形态与数值模拟中的横流涡形态一致,且涡结构的位置不是固定的,因此该10 kHz的信号为非定常横流波信号.只有在边界层为层流时,才能够观察到明显的10 kHz左右的非定常横流波信号峰值,边界层转捩中或转捩后,脉动压力的功率谱密度曲线为低频成分占主导的宽频分布.提高单位雷诺数,同一压力测点位置得到的横流波幅值先增长至饱和而后衰减.增大攻角时,横流行波幅值增长更加迅速,在较低的雷诺数下就可以增长至饱和.另外,还利用Kulite传感器阵列测量了横流波的相速度和传播角度,文中所测状态下,相速度分布在0.24—0.32倍来流速度之间,传播角度与来流方向夹角在40°—60°之间.并且,增大攻角时,横流波的相速度变...     

强降水过程中垂直螺旋度和散度通量及其拓展形式的诊断分析

在垂直螺旋度的基础上,定义了散度通量,水汽垂直螺旋度和水汽散度通量三个宏观物理量.针对两次强降水过程,利用NCEP/NCAR实时分析资料对这些物理量进行诊断分析,结果表明,这些物理量能够比较准确地综合表征强降水系统所共有的典型动力场垂直结构,进而与降水系统的发展演变密切相关.这些物理量垂直积分的异常值区与观测的6 h累积地面降水具有良好的对应关系,表明它们对强降水的落区和降水系统的发展移动具有良好的指示预测意义.NCEP-GFS每日四次6 h预报场资料的计算表明,垂直螺旋度和散度通量及其拓展形式（水汽垂直 关键词： 垂直螺旋度 散度通量 水汽垂直螺旋度 水汽散度通量     

基于激光等离子体的光子加速

利用一维动量方程、连续性方程和泊松方程,导出了由于短脉冲激光入射到稀薄等离子体中 而引起的电子密度扰动,它与入射激光密切相关.而密度扰动的传播形成电子等离子体波(尾 波场).利用光学度规的方法,研究了与驱动激光脉冲入射相距一定空间距离入射的尾随激光 脉冲由于尾波场的作用引起的光子频率的增大.结果表明,在一定条件下,入射到尾波场中 的光子可以从尾波场中获得能量,在光子总数不变时,光子频率会增大,光子获得加速. 关键词： 电子密度扰动 光学度规 光子加速     

黄土高原半干旱区地表能量不闭合及其对二氧化碳通量的影响

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University, SACOL) 2008年资料分析了SACOL代表的黄土高原半干旱区稀疏草地下垫面上的能量平衡闭合情况. 不同季节, 白天总体能量平衡比率在0.80左右. 夜间只有0.20左右. 选取不存在局地环流的资料, 考虑土壤热存储和垂直感热平流后, 白天能量平衡比率在85%以上, 春夏秋三季夜间也达到70%, 但冬季夜间能量闭合度仅为29.4%. 白天, 涡动相关系统对湍流热量通量观测的偏差存在季节差异, 冬季低估最多, 秋季次之, 春夏季观测相对较理想; 夜间, 涡动相关系统对湍流热通量严重低估. 湍流热量通量的低估通过空气密度效应修正传递对CO₂通量产生影响, 造成长期净碳交换的不确定性. WPL修正引入的湍流热量误差导致涡动相关系统错误地高估下垫面吸收存储CO₂能力, 全年NEE估计偏高41.2%. 关键词： 黄土高原 涡动相关 能量闭合 密度效应修正     

温稠密铝等离子体物态方程及其电离平衡研究

温稠密物质的物性参数在惯性约束聚变能源、Z箍缩等高能量密度物理领域的实验结果分析和物理过程数值模拟等方面有着重要的应用价值.本文应用部分电离等离子体模型,在理想自由能的基础上考虑了库仑相互作用、排斥体积作用和极化作用等非理想特性,开展了温稠密等离子体物态方程和电离平衡的研究.计算了温稠密铝等离子体的压强等物态方程数据和在密度为1.0×10^-4-3.0 g/cm^3,温度为1.0×10^4-3.0×10^4 K范围内的粒子组分.计算结果显示,铝等离子体的平均电离度在临界密度区域内随着密度的增加而突然增大.根据非理想Saha方程中有效电离能这一关键参数,分析了铝等离子体平均电离度在临界密度区域内随密度迅速增大的现象.     

Integrating Factors and Conservation Theorems of Nonholonomic Dynamical System of Relative Motion

The integrating factors and conservation theorems of nonholonomic dynamical system of relative motion are studied.First,the dynamical equations of relative motion of system are written.Next,the definition of integrating factors is given,and the necessary conditions for the existence of the conserved quantities are studied in detail.Then,the conservation theorem and its inverse of system are established.Finally,an example is given to illustrate the application of the result.     

用积分因子方法研究非完整约束系统的守恒律

用积分因子方法研究非线性非完整约束系统的守恒律.给出了非完整约束系统的Routh方程的积分因子的定义，研究了守恒量存在的必要条件，建立了系统的守恒定理及其逆定理，并举例说明结果的应用. 关键词： 非完整约束系统 积分因子 守恒律 Killing方程     

Target extraction of banded blurred infrared images by immune dynamical algorithm with two-dimensional minimum distance immune field

Banded blurred Infrared image segmentation is a challenging topic since banded blurred infrared images are characterized by high noise, low contrast, and weak edges. Based on the interconnected and networked collaborative mechanism between innate immune factors and adaptive immune factors, this paper presents an immune dynamical algorithm with two-dimensional minimum distance immune field to solve this puzzle. Firstly, using the original characteristics as antigen surface molecular patterns, innate immune factors in the first layer of immune dynamical network extract banded blurred regions from the whole banded blurred infrared image region. Secondly, innate immune factors in the second layer of immune dynamical network extract new characteristics to design the complex of major histocompatibility complex (MHC) and antigen peptide. Lastly, adaptive immune factors in the last layer will extract object and background antigens from all the banded blurred image antigens, and design the optimal immune field of every adaptive immune factors. Experimental results on hand trace infrared images verified that the proposed algorithm could efficiently extract targets from images, and produce better extraction accuracy.     

事件空间中非完整非保守系统的守恒量存在定理及其逆定理

提出了事件空间中非完整非保守系统守恒定律构成的一般途径.首先，列写系统的运动微分方程，给出积分因子的定义.其次，详细地研究了守恒量存在的必要条件，并建立了事件空间中非完整非保守系统的守恒量存在定理及其逆定理.最后，举例说明结果的应用. 关键词： 事件空间 非完整非保守系统 积分因子 守恒定理     

Localization of elastic waves in randomly disordered multi-coupled multi-span beams

The wave localization in randomly disordered periodic multi-span continuous beams is studied. The transfer matrix method is used to deduce transfer matrices of two kinds of multi-span beams. To calculate the Lyapunov exponents in discrete dynamical systems, the algorithm for determining all the Lyapunov exponents in continuous dynamical systems presented by Wolf et al is employed. The smallest positive Lyapunov exponent of the corresponding discrete dynamical system is called the localization factor, which characterizes the average exponential rates of growth or decay of wave amplitudes along the randomly mistuned multi-span beams. For two kinds of disordered periodic multi-span beams, numerical results of localization factors are given. The effects of the disorder of span-length, the non-dimensional torsional spring stiffness and the non-dimensional linear spring stiffness on the wave localization are analysed and discussed. It can be observed that the localization factors increase with the increase of the coefficient of variation of random span-length and the degree of localization for wave amplitudes increases as the torsional spring stiffness and the linear spring stiffness increase.     

Hadron Form Factors with the Boost-Corrected Wave Functions

Physics of Atomic Nuclei - Hadron form factors are calculated using the Lorentz-contracted wave functions, determined in the arbitrary dynamical scheme with the instantaneous interaction. It is...     

基于灵敏度分析方法的光学镜架动力学模型修正

论述了理论建模与实验建模的特点,介绍了模型修正方法的相关理论,采用灵敏度分析方法,分析了光学镜架的设计参数:材料的弹性模量、密度、内径、镜框厚度、镜架底部厚度、筋板厚度的灵敏度系数,通过镜架有限元仿真与模态实验结果的对比,建立一个以固有频率为修正目标的多变量动力学修正问题,对包含非线性连接关系的镜架动力学模型进行了修正,修正结果表明前四阶固有频率的平均误差为2.5%,满足工程要求,同时模态阶次也得到了修正。     

基于灵敏度分析方法的光学镜架动力学模型修正

论述了理论建模与实验建模的特点,介绍了模型修正方法的相关理论,采用灵敏度分析方法,分析了光学镜架的设计参数: 材料的弹性模量、密度、内径、镜框厚度、镜架底部厚度、筋板厚度的灵敏度系数,通过镜架有限元仿真与模态实验结果的对比,建立一个以固有频率为修正目标的多变量动力学修正问题,对包含非线性连接关系的镜架动力学模型进行了修正,修正结果表明前四阶固有频率的平均误差为2.5%,满足工程要求,同时模态阶次也得到了修正。     

Study of Platinum Isotopes: A Comparison of the Fermion Dynamical Symmetry Model and the Interacting Boson Model

The systematics of the even platinum isotopes are described within the framework of the Fermion Dynamical Symmetry Model. By using a pairing—plus—quadrupole type interactions, we show that the transitional behavior of these isotopes can be effectively accounted for. Good agreement is obtained between theory and data for energy levels, B(E₂) values, electric quadrupole moments, gyromagnetic factors, and the isomer shifts and isotope shifts for ^190—196Pt. The Calculations are also compared with various results obtained from the Interacting Boson Model. Consequently, our numerical calculation show that a very accurate effective SO(6) dynamical sysmmetry exists around ¹⁹⁶Pt, even though the proton-neutron coupled system (SO^π(8)×SP^ν(6)) does not formally contain such a dynamical symmetry in the fermion dynamical symmetry model. Implications of this effective dynamical symmetry are discussed.     

Localization of elastic waves in randomly disordered multi-coupled multi-span beams

Abstract

The wave localization in randomly disordered periodic multi-span continuous beams is studied. The transfer matrix method is used to deduce transfer matrices of two kinds of multi-span beams. To calculate the Lyapunov exponents in discrete dynamical systems, the algorithm for determining all the Lyapunov exponents in continuous dynamical systems presented by Wolf et al is employed. The smallest positive Lyapunov exponent of the corresponding discrete dynamical system is called the localization factor, which characterizes the average exponential rates of growth or decay of wave amplitudes along the randomly mistuned multi-span beams. For two kinds of disordered periodic multi-span beams, numerical results of localization factors are given. The effects of the disorder of span-length, the non-dimensional torsional spring stiffness and the non-dimensional linear spring stiffness on the wave localization are analysed and discussed. It can be observed that the localization factors increase with the increase of the coefficient of variation of random span-length and the degree of localization for wave amplitudes increases as the torsional spring stiffness and the linear spring stiffness increase.