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。     

光度法对不同土地利用类型河流在不同水期氮磷分布特性及定量源解析研究

氮和磷是水环境生物生长和繁殖必须的营养成分,影响水体初级生产力的水平,且水体富营养化水平与氮磷形态密切相关,随着水体环境的改变,沉积物会向水体释放氮磷,造成二次污染。同时,对外源氮磷污染来源的贡献进行定量识别,可有效管理和控制水体氮磷污染负荷。毗河和石亭江是沱江的重要支流,影响着长江母亲河的水质。采用钼锑抗分光光度法和连续提取法研究在枯水期和丰水期毗河和石亭江水体和表层沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)及各形态氮磷的分布特性,对比不同土地利用类型河流氮磷行为特性及释放风险,并采用Multiple Linear Regression of the Absolute Principal Component Scores(APCS-MLR)受体模型进行氮磷污染源的识别和量化。研究结果表明：(1)研究区水体和表层沉积物中氮磷均处于不同程度的污染水平,水体枯水期TP的主要贡献者是颗粒态无机磷(PIP)和颗粒态有机磷(POP),而丰水期却是颗粒态无机磷(PIP)和溶解态无机磷(DIP),两水期水体中TN的主要贡献者是硝态氮(NO^-₃-N)和有机氮(ON)...     

基于νt尺度方程的雷诺应力模型初步研究

雷诺应力模型一直是湍流模式理论研究的前沿和难点,而提高数值鲁棒性是其广泛开展工程应用的关键.借鉴经典的k-k L湍流模型,本文构造了一种新的ν_t尺度方程,并将其用于耦合SSG/LRR模式从而形成SSG/LRR-ν_t雷诺应力模型.通过零压力梯度湍流平板边界层、翼型尾迹流、超声速方腔流和NACA0012翼型45°迎角分离流动4个标准算例对新模型进行了验证与确认.同时,为了测试模型的数值鲁棒性,采用高精度数值格式对模型方程进行了离散求解,并与SA涡粘模型和SSG/LRR-ω雷诺应力模型进行对比.结果表明:ν_t尺度方程在黏性壁面边界严格为零,相比传统的ω尺度,具有更好的数值鲁棒性,从而可实现新模型与高精度数值格式的匹配并获得更好的网格收敛效率;新模型具备雷诺应力模型的传统优势,可对拐角流动进行很好的模拟;具备尺度自适应能力,对于非定常分离流动的模拟存在一定的潜力.     

一类具有时滞的两种新冠病毒并行传播的SIR模型研究

本文研究一类具有时滞的两种新冠病毒并行传播的SIR模型,首先证明其全局正解的存在唯一性,其次通过构建合适的Lyapunov函数得到新冠病毒和变异型新冠病毒灭绝和持久的充分条件,最后通过数值模拟验证相关结论.     

减反膜对单晶硅太阳能电池性能的影响分析

在太阳能电池效率的评价中,电池材料、掺杂浓度、扩散长度等都是比较重要的参数,合理地改变相关参数可以优化太阳能电池的性能,提高电池效率。此外,在太阳能电池表面镀一层具有减反作用的光学薄膜（简称减反膜）也是提高电池效率的重要手段。以提高电池效率为目标,对单晶硅太阳能电池的掺杂浓度和扩散长度等微观参数进行计算优化,分析了掺杂浓度和扩散长度变化对电池效率的影响。并在此基础上分析了不同类型的减反膜对于电池效率的影响,给出了最佳减反膜材料及其膜系厚度,并且结合镀膜后电池量子效率的变化验证了其准确性。结果表明,在优化电池掺杂浓度和扩散长度的基础上,选择合适的减反膜,电池效率最高可达20.35%,相比于优化前提高了8.25%。     

晚期HEMP作用下铁路牵引供电系统GIC算法研究

高空核爆电磁脉冲晚期效应（E₃）会引起地磁场剧烈变化并形成地面感应电场。感应电场等效为激励源与地面长距离导体和大地构成回路,产生地磁感应电流 （GIC）。GIC可引起牵引供电系统中变压器直流偏磁,从而严重威胁牵引供电系统的安全运行。本文基于平面波理论、分层大地电导率模型并结合牵引供电系统的电路模型,提出E₃作用下的牵引供电系统GIC算法,并以带回流线的直接供电方式的铁路牵引供电系统为例,首次计算了系统GIC情况。结果表明,该供电方式下牵引供电系统中的GIC远大于系统中变压器等设备的耐受值,为进一步研究E₃作用下牵引供电系统效应及我国铁路设备选型、灾害防治等提供支撑。     

Coherent Beam Combination Using a General Model-Based Method

Coherent beam combination techniques can increase the output laser power from a single gain medium. We demonstrate coherent beam combination using the general model-based wavefront error correction method. The experiments for wavefront error correction are performed by using a 7-segment deformable mirror. Both the gen- eral model-based method and the stochastic parallel gradient descent algorithm are used to correct the wavefront error generated by a turbulent simulator. The experimental results show that the residual error is obviously reduced in comparison with that by using the SPGD method.     

幅度调制信息对乐器识别的影响

通过乐器音自动识别实验研究了幅度调制(amplitude modulation,AM)信息对于人类乐器识别的影响。具体步骤为:依据听觉模型,提取乐器音信号中若干频带中的AM信息,再基于所得到的AM信息计算统计学特征,采用逐对比较的支持向量机法进行乐器音的机器识别。采用了5种分频带数目(2,4,8,16和32)和4种AM计算方法。结果表明,频带数的增加有助于识别效果的提高,但从16频带到32频带效果趋近平稳;不同的AM提取方法也会对识别结果产生影响,其中解析信号法产生的AM信息提供了最好的乐器识别效果。分析发现自动识别结果高于采用相似的AM信息的人类识别结果。该自动识别系统为人工耳蜗或声码器仿真声模型的乐器识别提供了一个计算模型,对人工耳蜗乐器识别实验和训练具有参考价值。      

强流脉冲离子束辐照靶及其喷发的数值研究

利用拟合实测的TEMP Ⅱ型加速器磁绝缘二极管(MID)电压波形及其焦点附近束流密度曲线，建立了Gaussian分布模型，据此计算了与靶作用的离子的能量及数量，采用Monte Carlo(MC)方法计算了沉积在靶内的能量.并以此作为热源，与流体动力学(HD)模型相结合，对不同的靶状态采用相应的状态方程，模拟计算了靶内压力演化情况; 同时对烧蚀产生的等离子体采用理想气体状态方程, 结合HD方程组, 模拟计算了喷发过程中压力的空间演化过程. 关键词： 强流脉冲离子束 Gaussian模型 HD方程 数值研究     

非线性薛定谔模型边界场算子的形式因子

讨论了可积开边界条件下的非线性薛定谔模型，给出了其贝特本征态的内积和模长.在此基础上得到了边界场算子的形式因子. 这些结果均被表达成由谱参量的函数所构成的行列式. 关键词： 可积模型 形式因子 反散射