海冰动力学数值模拟中改进的PIC方法

为了准确地模拟海冰的动力过程,需要建立精确有效的数值方法。本文结合质点网格法(PIC)和光滑质点流体动力学方法(SPH)发展了一种改进的PIC方法。该方法在欧拉坐标下对海冰动量方程进行差分计算,在拉格朗日坐标下进行海冰质点位移、厚度和密集度计算,并采用Gauss函数进行欧拉网格点与拉格朗日质点间海冰参数的交互插值。采用改进的PIC方法对规则区域内的海冰堆积过程进行了数值试验,对渤海海冰的动力过程进行了72小时数值模拟。计算结果均表明改进的PIC方法具有计算量小,计算结果平稳精确的优点,可很好地适用于海冰动力作用过程的数值模拟。     

三阶非线性发展方程的线性化有理逼近方法

研究了三阶非线性发展方程的初边值问题的解。采用基于Sinc函数的微分求积法发展了线性化有理逼近方法。通常的配点法不适用于上述三阶问题的求解。本文把提出的方法用于求解KdV方程,取得了良好的效果。     

预应力钢桁架结构分析中的摩擦滑移索单元

为精确模拟预应力钢桁架中连续长索在支撑点的滑动,本文创建了一种考虑摩擦力影响的新单元。被称为摩擦滑移索单元的新单元有三个节点,中间节点为支撑点。本文首先利用弹性悬链线的解析解,建立了弹性悬链线单元,并推导了单元两端点的张拉刚度。摩擦滑移索单元由两个弹性悬链线单元组合而成,根据支撑点处索的滑动方向、索力差、滑动摩擦力和滑移刚度调整两索段的原长,使支撑点两侧的索力满足给定的摩擦关系。算例验证了新单元算法的正确性和高效性,对设计的预应力钢桁架的分析,显示了张拉过程中及使用荷载作用下新单元在结构分析中的应用。新单元可直接用于常规的有限元分析,研究在工作状态或施工中存在连续长索滑移的索结构。     

Hamilton-Jacobi方程的小波Galerkin方法

本文选择Daubechies小波尺度函数空间作为Galerkin方法的测试函数空间,并将其应用于Hamilton-Jacobi方程,得到了求解Hamilton-Jacobi方程的小波Galerkin方法的数值格式．由于小波在时间和频率上的局部性,本方法适用于处理具有奇异解的问题,可以有效地防止数值振荡．数值试验显示,本方法是有效的．     

DATA PREORDERING IN GENERALIZED PAV ALGORITHM FOR MONOTONIC REGRESSION

Monotonic regression （MR） is a least distance problem with monotonicity constraints induced by a partiaily ordered data set of observations. In our recent publication [In Ser. Nonconvex Optimization and Its Applications, Springer-Verlag, （2006） 83, pp. 25-33], the Pool-Adjazent-Violators algorithm （PAV） was generalized from completely to partially ordered data sets （posets）. The new algorithm, called CPAV, is characterized by the very low computational complexity, which is of second order in the number of observations. It treats the observations in a consecutive order, and it can follow any arbitrarily chosen topological order of the poset of observations. The CPAV algorithm produces a sufficiently accurate solution to the MR problem, but the accuracy depends on the chosen topological order. Here we prove that there exists a topological order for which the resulted CPAV solution is optimal. Furthermore, we present results of extensive numerical experiments, from which we draw conclusions about the most and the least preferable topological orders.     

磁性单层膜磁学性质的Monte Carlo模拟

采用类Ising模型,利用Monte Carlo方法研究了磁性单层膜中退磁性偶极作用和铁磁性交换作用对系统磁学性质的影响.结果显示,随着偶极相互作用的增加,系统在低温下的磁化出现平台现象,此时磁化曲线可分为2个阶段,在低外场下,温度升高,系统易磁化,在高外场下则反之.这种新奇的磁化行为导致系统的磁熵变在低温低外场下出现大于零的反常行为.在模拟过程中,对长程力作用采用了比较精确的处理方法.     

双原子分子在啁啾激光作用下的经典解离

采用辛算法及经典理论方法,计算了HF分子在啁啾激光作用下的经典解离,讨论了解离几率随激光强度的变化,以及在相同激光强度下,选取不同的振动态作为初始态时解离几率的变化.     

渤黄东海底摩擦系数数值研究

使用伴随同化方法探讨了四种底摩擦系数处理方法并模拟了渤黄东海的M₂分潮.理想实验表明:伴随同化方法有很强的反演底摩擦系数的能力;为了得到较好的反演结果,反演策略必须与给定的分布一致;如果给定分布很复杂,则需要复杂的反演策略.实际实验表明,底摩擦效应与地形密切相关,而海洋地形十分复杂,故需要较多的独立的底摩擦系数才能得到较好的模拟结果.本文的第四种方法将每一点均作为独立的底摩擦系数,在实验中获得了成功,验证了这种方法的合理性和有效性.     

一致分数阶导数意义下NLS方程和CNLS方程的精确解

在一致分数阶导数意义下,利用新的复变换研究了二阶NLS方程和CNLS方程,得到了两类带约束条件的薛定谔方程复值函数形式的新精确解.通过图像模拟,给出了两类方程的精确解在特定参数条件下随时间和空间变化的模值函数三维坐标图,实部三维坐标图和虚部三维坐标图.     

布朗运动理论及其在复杂气候系统研究中的应用

文章将从非平衡态统计物理发展和应用的角度,介绍德国科学家哈塞尔曼荣获2021年诺贝尔物理学奖的研究工作——基于布朗运动理论,建立了描述气象(天气)影响气候长期演化的随机气候学模型,并建立了寻求影响气候主因的最优指纹方法,从而能够分辨出人类活动和自然界局部改变对气候这一复杂系统的影响。哈塞尔曼的工作本质上是理论物理在实际复杂系统领域的成功应用,他采用的基础物理方法——布朗运动理论是我国杰出女物理学家王明贞和其导师乌伦贝克在20世纪40年代基于爱因斯坦的工作发展起来的[1,2]。文章将介绍布朗运动理论的发展及其相关的非平衡统计物理思想的当代发展,以展示哈塞尔曼如何把相关的物理理论巧妙地用于气候长期预测的实际应用研究：(1)建立了快变的局部“气象”变量涨落通过耗散涨落关系影响缓变的整体气候变量的基础理论;(2)通过最优指纹方法,寻找局部“噪音”和外驱动力影响气候演化的关键要素。