分布式水文模型多参数优化与不确定性分析

水文模拟效率高、应用范围广,但参数的率定仍存在一定困难,尤其是分布式水文模型因数据集较大,对参数优化与率定技术提出了更高的要求.为此,提出一种单纯形算法(Simplex algorithm)结合内尔米德(Nelder-Mead)搜索算法的优化方法,并以温德河流域为研究案例,采用分布式水文模型和Nelder-Mead单纯形法,分别考查多种目标函数并获得相应的纳什系数(NSE)、均方根误差(RMSE)等评估系数.结果表明:经寻优后得到的参数准确性较高,且均在合理物理意义的取值范围内,4次洪水模拟的NSE系数均达到0.9以上;以残差平方均值为目标函数所得到的NSE效率系数及RMSE系数均优于其他目标函数结果.此外,通过不确定性分析方法的进一步验证,优化参数和参数率定结果具备科学可靠性.     

不同城市冠层模式对城市地表能量平衡模拟能力的检验

城市地表能量平衡过程是城市大气边界层数值模式的关键过程之一,但对目前不同参数化的适用性和模拟性能评估工作较少.利用2013年南京市中心市区的湍流热通量的观测数据与单层冠层模式(Single Layer Urban Canopy Model,SLUCM)、局地气象参数化方案(Local-scale Urban Meteorological Parameterization Scheme,LUMPS)、城市能量和水平衡方案(Surface Urban Energy and Water Balance Scheme,SUEWS)以及公用陆面模式城市参数化方案(the Community Land Model Urban,CLMU)这四个模式的模拟结果进行对比分析.分析表明:(1)在能量平衡各项中,各模式对于净辐射的模拟颇好,其均方根误差普遍低于感热项的50%,潜热和储热项模拟较差.(2)各模式对净辐射均有低估,其中SLUCM模式模拟最佳,全年平均偏差约7.7%,其均方根误差10~20Wm-2左右;对于感热通量,SUEWS模式模拟较好,日间偏差低于7%;对于潜热通量,则是CLMU模式更佳,特别是夏秋冬三季,平均偏差约12.5%;对于储热项,SLUCM模拟较优,偏差低于10%,各季均方根误差也普遍低于其他模式的50%.(3)各模式普遍表现为:秋冬两季模拟优于春夏两季,夜间模拟比日间更佳.比较结果为数值模拟中城市冠层模式的选取与改进提供了参考依据.     

基于BP神经网络的水中双爆源爆炸冲击波峰值压力预测模型研究

为了获得水中等质量两爆源同步爆炸时冲击波耦合中心的峰值压力计算模型,利用Autodyn计算得到不同药量和爆距下的峰值压力数据.一方面根据量纲分析确定的函数形式拟合数据从而获得峰值压力的计算公式;另一方面对药量、爆距及峰值压力三类数据进行对数变换和归一化,并将其分为训练集和测试集,然后将训练集代入BP神经网络进行训练,得到结构相对简单、均方误差最小的BP神经网络预测模型.结果表明：公式计算结果和BP神经网络模型计算得到的峰值压力与实际值吻合较好,公式计算值与实际值的平均相对误差为1.08%,BP神经网络预测值与实际值的平均相对误差为0.52%,与公式计算相比,BP神经网络能够以更少的数据样本容量实现更高的精度预测.     

BP神经网络辅助的GNSS反射信号NDVI反演

归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)是一种能反映地表植被生长情况和覆盖度的重要指标,针对如何确定研究区域归一化植被指数变化趋势的问题,提出一种BP神经网络辅助的GNSS卫星反射信号NDVI反演方法。从PBO观测网P037和P39站点信噪比观测数据提取的振幅参数作为输入值,归一化植被指数作为输出值,构建BP神经网络辅助的GNSS卫星反射信号植被指数反演模型,并与线性回归模型进行对比,实验结果显示:P037和P039站点振幅线性回归的相关系数为0. 700 3和0. 775 6,均方根误差为0. 062 2和0. 076 0,BP模型的相关系数为0. 802 3和0. 839 4,均方根误差为0. 033 6和0. 045 9,表明BP神经网络辅助的GNSS卫星反射信号反演模型获取的归一化植被指数优于线性回归模型,为获取准实时、低成本和高时间分辨率的NDVI提供了新的思路,证明了该方法的可行性。     

华北平原的大气逆辐射参数化方法比较

大气逆辐射对地表能量平衡及蒸发等方面有重要影响。为准确计算大气逆辐射,该文基于6种常用的晴空大气发射率计算公式并根据日太阳辐射率(太阳辐射的实际值与理论值的比值)对云的影响进行修正,建立大气逆辐射的参数化方法;并将6种方法与位于华北平原的位山生态水文实验站与栾城农业生态系统实验站的实测数据进行对比。结果表明:Marshunova公式具有最好的模拟精度,确定系数(R2)高于0.97,平均偏移误差(MBE)小于4W/m2,均方根误差(RMSE)小于11W/m2,尤其是日辐射计算值与观测值的线性回归方程的斜率在1.00±0.05范围内,截距小于15W/m2,能精确模拟气候变化下的大气逆辐射。     

基于CCD的高炉风口回旋区三维温度场的检测技术

在存在多介质的高炉回旋区内,首先利用安装在风口直吹管窥视孔的电荷耦合器件( charged couple device, CCD)摄像机可以获得高炉回旋区内累积的二维温度辐射图像,然后将高炉回旋区均分成若干小块,利用数学模型近似模拟回旋区内的辐射传热过程并建立矩阵方程,通过求解方程获得高炉回旋区内的三维温度场。在模拟辐射传热过程中,本文提出了一种更有效也更符合实际生产的新方法———基于距离的高斯函数模型来模拟高炉内介质的辐射能量传播过程并获得了较好的三维温度场。由于存在波动误差以及电荷耦合器件摄像机测量误差等,所以我们通过在测量数据中添加随机误差来验证重构温度场的有效性以及稳定性。结果显示重构的三维温度场与真实温度场非常接近,误差在高炉工业允许的5%范围以内。     

近红外光谱结合遗传算法优化的RBF神经网络对中药萃取物含量的预测

建立了基于近红外漫反射光谱(NIR)定量预测中药蛇床子CO_2超临界萃取(SFE)物中2种主要成分蛇床子素和欧前胡素含量的新方法.将高效液相色谱(HPLC)分析结果作为参考值,通过遗传算法(GA)和径向基函数(RBF)神经网络相结合,建立中药蛇床子萃取物的光谱数据和萃取物中蛇床子素和欧前胡素含量之间的定量模型.NIR光谱数据经标准归一化(SNV)预处理后所建GA优化的RBF网络模型(GA-RBF)为最优,其蛇床子素和欧前胡素测试集的均方根误差(RMSE)分别为0.476 4%和0.305 6%,相关系数(R)分别为0.990 8和0.987 0,均优于偏最小二乘(PLS)模型的处理结果.该方法具有快速、无损、精确的优点,为中药材复杂体系中化学组分定量测定提供了一条新途径.     

目标跟踪滤波性能的评价准则

针对单目标跟踪滤波性能评价标准,分析研究均方根误差、误差适配百分比、和方根误差、带有理论边界的状态误差、带有理论边界的新息序列、归一化估计误差平方和具有理论边界的归一化信息平方.针对多目标跟踪滤波性能评价标准,分析研究圆丢失概率、Hausdorff距离、Was-serstein距离和最优子模型分配距离.并讨论跟踪滤波算法时间复杂度的度量方法.     

岩屑荧光图像的混合石油组分研究

石油是一种以烃类和非烃类化合物为主的复杂混合物,其主要的三种组分为：油质组分、胶质组分和沥青质组分.通过采集混合石油岩屑荧光图像中不受采集参数（相机曝光时间与光圈值）影响的归一化颜色特征分量rgb以及归一化色度分量h,利用最小二乘回归、支持向量回归、局部加权投影回归对这些特征和已知混合石油各个组分的含量进行训练,最后利用这些回归模型对未知组分的混合石油进行预测.经测试,局部加权投影回归的效果最好,对于油质组分,其预测结果的均方根误差为13.50%;对于胶质组分,其预测结果的均方根误差为13.34%;对于沥     

WRF模式气象要素模拟精度的验证及订正——以南疆区域为例

为了提高WRF模式进行气象要素预测的准确性,通过比较南疆地区23个站点的实测气象数据与WRF模拟数据间的误差,采用地理加权回归(geographic weighted regression,GWR)对WRF模式输出的气象要素进行订正.结果表明:WRF模式基本能够模拟出温度和相对湿度特征,但对风速值模拟偏大,采用GWR订正可以进一步减小WRF模式的误差,均方根误差温度、湿度和风速分别下降了1.49℃、9.01%和0.89 m/s,相对均方根误差温度、湿度和风速分别下降了12.88%、18.75%和69.54%.与未经订正的WRF数据对比后可知,GWR对WRF模式预测的气象数据具有良好的订正效果,可以进一步提高WRF模拟的准确性.     

弹壳静电分布对引信微带天线性能的影响

用均匀带电圆筒模拟带电弹壳分析了弹壳静电分布对微带天线谐振频率、方向图和增益的影响.首先,采用拉普拉斯方程法推导了均匀带电圆筒空间远场计算公式.然后,运用唯一性定理和场的迭加原理得到了合成场远场计算公式.最后,根据理论分析所得到的结果利用Matlab计算了微带天线辐射方向图,并分析了微带天线辐射方向图随着圆筒不同带电量的变化情况.     

LED环氧树脂封装的光学设计与模拟

环氧树脂封装结构的光学系统设计是提高该类LED光学性能、降低试验成本的必经之路.文章基于照明光学系统的非成像特点,利用光学建模和非序列光线追迹方法,对LED封装进行设计与模拟;通过改变光学封装的形状和材料参数,对封装后的LED发光亮度特性进行探讨,并对设计进行了原理性验证;得到了影响LED光学性能的主要封装参数与照明特性的相关变化规律,对LED封装的参数设计具有参考和指导作用.     

基于相位恢复的二维图像彩色再现

携带物体信息的衍射光波中包含了振幅和相位信息,现有相机只能记录光强信息,振幅信息在光束传播过程中抗噪能力差,易丢失,因而相位信息的恢复有着重要的意义。利用光强传输方程和基于Gerchberg-Saxton(GS)的角谱迭代算法,研究了二维图像的相位信息恢复问题。首先利用两幅二维图像,分别模拟像面位置光波复振幅的振幅信息和相位信息。然后利用角谱传递函数计算了光路中两个离焦面位置的复振幅分布。将三面光强分布直接代入光强传输方程,因多次近似只能得到粗略的相位分布,将其作为基于GS角谱迭代算法中的初始相位可加快收敛速度,得到更精确的相位分布,相位误差均方根值低至10-8。最后,结合图像的RGB通道,通过角谱传递函数和计算所得相位,利用三面光强分布,实现了像面附近的彩色图像再现。     

非相干LED光源产生高阶Bessel光束

首次采用单色LED绿光光源得到较理想的高阶Bessel光束,提出由交叉谱密度和多波长叠加理论计算出绿光LED发出的光经过螺旋相位板和轴棱锥后的光强分布,模拟出沿轴向不同距离处的截面光强分布图,设计一套实验装置进行实验验证,结果表明:通过光阑提高光场的空间相干性可以用绿光LED得到近似高阶Bessel光束,所得光束的截面光强分布,中心暗斑大小及最大无衍射距离均与理论计算相符.研究结果对非相干光实现粒子微操作提供理论和实验依据.     

保角映射与格林函数

旨在利用数学物理方程解的积分公式,去解决平面角形区域内Laplace方程和Poisson方程的边值问题,而其关键在于构造相应域内的格林函数,这里以上半平面内的像点为基础,通过保角映射将角形区域映射到上半平面后,找出相应域内的像点,推出其格林函数,使问题得到解决,并将此结果推广到三维空间的角状区域上。     

钾原子双光子电离光电子成像光谱分析

基于光电子角分布成像光谱技术的基本原理,以钾原子为例,在理论上讨论单光子共振双光子电离方法获得的光电子成像光谱.光电子空间角分布与电离过程中的干涉作用有关,最后分析干涉图与原子能态信息的关系.     

动态Kerr黑洞的非热辐射

利用弯曲时空中标量粒子运动的Hamilton-Jacobin方程，研究动态Kerr黑洞周围时空中标量粒子的能量分布，得到了粒子的能量分布不仅与粒子的质量、角动量有关，还与黑洞的时空结构及视界的变化有关．给出了黑洞发生自发辐射的能量条件．     

动态Kerr黑洞的非热辐射

利用弯曲时空中标量粒子运动的Hamilton-Jacobin方程,研究动态Kerr黑洞周围时空中标量粒子的能量分布,得到了粒子的能量分布不仅与粒子的质量、角动量有关,还与黑洞的时空结构及视界的变化有关.给出了黑洞发生自发辐射的能量条件.     

分形簇团粒子光学特性的数值计算

基于分形理论,模拟了具有分形结构的簇团粒子,用离散偶极子近似方法,计算单个簇团粒子光学特性,得到簇团粒子的散射强度随入射光波长变化的角分布,并将所得数值结果与T矩阵和Mie理论的数值结果进行比较,同时给出簇团粒子的线性极化度的角分布,为研究复杂结构目标散射体的光散射特性提供了有效的计算方法.     

5维转动黑洞中有质量标量粒子的Hawking辐射

从有两个不同角动量参数的5维转动黑洞的线元出发,首先明显地计算出其不为零的协变度规分量和相应的逆变度规分量以及度规行列式,然后将有质量的Klein-Gordon标量场方程分离变量,得到径向方程与角向方程.最后利用径向方程讨论了5维黑洞中有质量的Klein-Go,do.标量场的Hawking辐射.