中国气象应用网格

中国气象应用网格是国家“十五”863重大专项“高性能计算机及其核心软件”资助完成的课题。文章分析了中国气象应用网格的研究背景和主要作用，给出了项目取得的主要成果和系统的总体设计。     

热声热机研究的发展与展望

热声热机是近几十年来发展起来的一种新型热力机械,由于其无运动部件、工质无害、能利用低品位热能等优点受到关注。本文回顾了热声热机研究的发展历程,并对下一步的发展进行了展望。     

从地震序列的模拟看数值地震预报的前景

汶川大地震的伤痛还未愈合，又发生了玉树（Ms=7．1）、智利（Mw=8．8）、海地（Ms=7．5）及日本（Mw=9．0）等特大地震。地震难道就不能预报？用什么方法可以准确预报地震？这些问题再一次成为科学界与社会关注的热点。本文以发生于2008年汶川地震的龙门山断裂带上的强震序列的模拟为出发点，通过基于严格数学、力学原理的有限元方法计算给出龙门山断裂带上大地震的时间序列、同震位移场及同震应力场。通过研究发现，计算得到的龙门山断裂带上的大地震平均复发间隔为～3300年，这与古地震调查及其他方法给出的结果有一致性；模拟的同震应力场形态与汶川余震的深度分布之间存在着关联，同震位移与观测结果符合得较好。值得特别指出的是，文中的模型能够模拟断层由闭锁到解锁产生地震的全过程。模拟结果进一步显示，完全有可能利用科学计算方法给出未来强震发生的时、空、强三要素。类似于气象预报，本文将这种预测地震的方法称为数值地震预报。最后，文中对数值地震预报的可能性及需要解决的关键问题等进行了深入分析和研究，认为数值地震预报在科学上是可能的、技术上是可行的，数值地震预报是成功预报地震的最有效途径。     

阿拉伯与中国代数方程数值解法的比较研究：阿尔·徒思与宋元？…

该以阿尔·徒思和宋元数学家为例,对阿拉伯与中国代数方程数值解法进行了比较研究,认为二在方法的一般性和所讨论的根的范围上是相同的,而不同点则在于方程的布式和分类。他们分别受到各自传统开方法的启示,且又沿着不同的途径发展,即阿尔·徒思的整个计算程序力求和早期传统的开发方法相吻合,而宋元数学家则对早期传统的开方术作了进一步推广和发展,沿着一条机械化、程序化的道路进展。该还分析了为什么中国学实现了     

阿拉伯与中国代数方程数值解法的比较研究──阿尔·徒思与宋元数学家比较的个案分析

该文以阿尔·徒思和宋元数学家为例,对阿拉伯与中国代数方程数值解法进行了比较研究,认为二者在方法的一般性和所讨论的根的范围上是相同的,而不同点则在于方程的布式和分类。他们分别受到各自传统开方法的启示,且又沿着不同的途径发展,即阿尔·徒思的整个计算程序力求和早期传统的开方法相吻合,而宋元数学家则对早期传统的开方术作了进一步推广和发展,沿着一条机械化、程序化的道路进展。该文还分析了为什么中国学者实现了由开高次方到高次方程数值解法的突破,而阿拉伯学者却未能实现突破的原因。     

山西一次特大暴雪过程的数值模拟

应用常规气象观测资料和NCEP 1＆#215;1＆#176;再分析资料以及WRF模式,对发生在2009年11月9日至12日山西境内的特大暴雪过程进行不同物理参数化方案对暴雪影响的敏感试验。结果表明：集合平均预报较控制预报具有明显的改善效果,选取合理的物理方案对降水预报有重要作用,模式的积云参数化方案对模拟降水落区和量级影响较小,微物理化方案对降水极值中心位置的模拟有明显变化,模式边界层方案对降水的范围有所改变。通过检验模式集合预报能力表明,模式集合预报评分随着降水量级的增大而提高,尤其对大雪、暴雪和大暴雪的预报效果更加明显,但对极值预报仍不尽人意;集合系统可较好地模拟出此次暴雪过程,为山西暴雪过程预报模式的参数配置方案提供有价值的参考。     

系统数值优化方法在大庆油匪科技规划中的应用

本文研究完善科技系统数值优化方法,创建了适合于大庆油田科技规划战略系统数值优化模型;实现了决策群体的意图数值化结合复杂的战略规划体系,优化和控制规划发展趋势,同时具备趋势反馈互动寻优;建立了规划网络软件平台。通过该方法编制的大庆油田“十二五”科技规划,将指导大庆油田确立未来的发展方向和国际竞争力,为“4000万吨持续稳产”,乃至“创建百年油田”奠定坚实的科技基础。     

船撞桥墩数值仿真分析

利用显式瞬态非线性有限元分析技术,探索了船舶撞击桥墩的数值仿真分析方法,分析中充分考虑了碰撞中出现的材料非线性、几何非线性、接触非线性、运动非线性以及它们之间相互耦合的特性,并借助于ANSYS／LS—DYNA非线性有限元程序,仿真分析了平潭海峡大桥主桥桥墩的船舶撞击下的动力性能。     

北京市空气质量预报技术研究

文章开展了动态统计、数值模拟、判别预报、集成预报平台开发等多种空气质量预报技术研究。建立了包含相关性分析、线性回归、判别分析、分类回归树等多种统计分析方法与技术的动态统计预报系统,在国内首次实现动态统计业务预报;将NAQPMS、CMAQ、CAMx、AQMDSS、ARfA等五个国际上先进的空气质量数值预报模型进行集成,搭建多模型空气质量数值预报系统;研发了北京市空气质量预报综合业务平台,将各类监测数据、预报资料、统计模型、多模式数值模型系统以及沙尘判别预报结果集成,丰富和提高了北京市空气质量的预报手段及能力;成功地将各类预报技术服务于2008北京奥运空气质量预警预报工作中,并对北京奥运会开幕式前夕出现不利于污染物扩散的天气形势进行了准确的预警预报,为管理部门及时采取奥运空气质量保障的应急措施提供了重要的科技支撑,为奥运空气质量保障工作做出了重要贡献。     

我国新一代数值预报系统GRAPES的改进与业务化应用

1 课题总目标 在“十五”科技攻关项目“中国气象数值预报系统技术创新研究”开发与建立的以直接同化卫星遥感资料为主的三维变分同化系统与全球中期数值预报模式的基础上,整合建立完整的、具有业务运行能力的全球中期／有限区同化预报系统,并投入实时业务运行。     

广西地质灾害气象预报预警业务系统

“广西地质灾害气象预报预警业务系统研究”项目深入分析了广西主要地质灾害时空分布特征和降水诱发地质灾害特点，在广西率先应用GIS技术构建了广西地质灾害气象预警区划图；对暴雨诱发广西地质灾害的大气环流特征进行分类，建立了华北低槽，高原东部低槽、西南低涡、台风等四种暴雨型地质灾害模型；利用MM5中尺度数值预报模式技术结合T213数值预报产品，建立了广西地质灾害的预报模型利用现代计算机网络技术开发了广西地质灾害气象预报预警业务系统，     

世界古代鼓风器比较研究

世界古代鼓风器包括容积型和速度型两大类及其若干子类.文章从设计适用结构、引入大功率原动力和提高机械效率三个方面对其演变方式进行了考察.世界各地原始皮囊结构相似度较高,可能是由多地独立发明.中欧两地先进的鼓风器类型差别较大.中国宋代以前鼓风器技术长期领先于欧洲,可能存在双木扇、单活塞单作用双缸风箱、双活塞风箱与双作用风箱的发展序列,其性能稳定性受鼓风者个体影响显著,对东亚、东南亚、中亚、北非及马达加斯加等地鼓风器存在影响.中世纪以前的欧洲鼓风技术发展较慢,但与中国差距不大；其依靠重力鼓风易于实现稳定供风,成为其炼铁技术发展的一个积极因素.中国扇车最早发明于汉代,成熟较晚,用于农业加工和巷道通风,后传到欧洲和日本；欧洲本地扇车的起源有待进一步考察.数值模拟显示扇车转速不够,风压较低,无法用于冶金.     

萨拉夫·丁·图西三次方程数值解的研究

文章在全面解读阿拉伯数学家萨拉夫·丁·图西(Sharaf al-Dīn al-Tūsī,1135~1213)《方程》(1209年)一书的基础上,着重分析了其中的三次方程数值解法,得出它们是在已有开方算法的基础上有规律性地构造出来。另还将其与同时代中算家秦九韶的相似算法作比较,得出二者的核心算法相同,但是由于各自数学传统的差异又表现出明显的不同。该研究对于进一步认识图西三次方程数值解算法的构造思想以及探究中阿数学在相似问题上各自的特点与传统有积极意义。     

基于RFPA2D的煤层顶板覆岩采动破坏数值模拟

在分析工作面揭露的开采地质条件和岩石力学性能等参数的基础上，运用岩石破裂过程分析系统（RFPA2D）模拟分析了工作面煤层顶板覆岩采功破坏特征。结果表明，采动引起工作面顶板覆岩离层面和纵向破断面的张开和闭合是一个动态演化过程，区域内直接顶初始垮落步距约10m，基本顶的初次来压步距为60～65m，采动冒裂高度为57m。模拟结果为工作面顶板管理及上隅角瓦斯抽采提供了科学依据。     

云南人工增雨数值模式产品应用系统（Rainmaker Ver1．0）研发与应用推广

云南人工影响作业规模居全国前列，其中人工增雨是云南旱灾的重要防灾减灾手段，也是森林火灾预防与扑救、生态补水人工干预的重要手段。以往云南人工增雨单一依赖雷达，晦近判识云系作业条件，时间局限性大、人影作业判识盲目性大、科技含量有限、耗费大量人力物力，人工增雨作业科技支撑薄弱的问题突出。“云南人工增雨数值模式产品应用系统（Rainmaker Vet1．0）”是云南首次对云系模式数值产品的应用，建立了云南区域的云系宏观、微观物理量数值预报业务。项目成果改变了我省长期单一依靠雷达指挥增雨作业的被动局面，减少了盲目性，解放了时间局限性，提升了科技水平，提高了作业效率，取得了明显的社会效益、经济效益和生态效益。     

认识“紫外线”

中国气象科学研究院气象数值预报研究中心沈元芳研究员介绍:紫外线(ultraviolet radiation,UV)指波长在可见光紫外端到X射线之间的电磁辐射,波长在100~400nm(纳米)之间。它透过大气层到达地球表面,真正到达地面的大部分是紫外线A(UV-A)以及小部分的紫外线B(UV-B),何谓紫外线A与     

大规模科学计算研究

科学计算的兴起是20世纪后半叶最重要的科技进步之一.计算与理论及实验相并列,已经成为当今世界科学活动的第三种手段.为把信息和数据变成知识,从而探索科学未知,促进技术创新,加强国防建设,保障国家安全,计算将起不可替代的重要作用.当前科学计算正在向大规模和高性能发展,要达到"全物理、全系统、三维、高分辨、高逼真"的数值模拟,发展高效的计算方法与发展高性能的计算机同等重要.大规模计算提出的世界性难题已形成科学计算的学科前沿.求解由实际问题得到的复杂的偏微分方程不仅计算规模大,更由于非线性、多尺度、长时间、不适定、多区域、高病态等特点使计算格外困难.现有的算法远不能满足需求,这正是本项目必须解决的关键科学问题.本项目是多学科交叉的应用基础研究,将以针对国家目标在环境、材料、能源等领域选择的几个挑战性的大规模计算问题为主攻方向,应用科学计算这一研究手段,为高新技术及前沿学科的发展提供必要的数据和新的研究途径.本项目将重点研究解决这些重大问题所必需的高性能计算方法,并利用我国已有和将发展的大型计算机系统为测试和实现平台,解决几个有实际背景的大规模科学计算问题.本项目设置了复杂流动的高精度数值模拟,物质性质机理的多尺度计算研究,油藏模拟与波动问题及其反问题计算,基础计算方法的创新与发展,大规模计算软件系统的理论和实施等5个课题.自项目实施以来这些课题的研究工作都已取得了重要进展.