三维多层流动过孤立山脉产生的山脉重力波的数值试验

利用中尺度数值模式ARPS研究了分层流动大气中的非线性山脉重力波。分层流动过孤立山脉所产生的山脉重力波的数值模拟表明,具有两层模式结构的气流过孤立山脉产生一个发散模态的拦截背风波,同线性理论模式计算结果具有基本相同的流动特征。但是具有三层模式结构的气流过孤立山脉所产生的非线性山脉重力波和大气船波表现出同两层模式结构的气流完全不同的流动特征,因非线性相互作用在山脉背风面产生了2个发散波模态的拦截背风波向山脉下游传播,具有同两层模式和线性理论模式相比更加复杂的波动特征。     

基于结构方程模型的武陵山区居民热浪健康风险认知与应对

目前关于贫困山区居民对热浪健康风险感知和适应行为的研究非常有限.通过在2017年采取多阶段抽样方法选取武陵山区五个县1008个当地居民样本,采用结构方程模型探索影响武陵山区居民对热浪健康风险的感知和适应行为的因素.结果表明:受访者对热浪气候的健康风险有较强感知,但风险防范意识较弱且专业健康知识非常缺乏.66.4％的受访者感觉到近年来天气变暖,71.8％的受访者认为热浪将会对健康造成威胁,且有60.6％的人在热浪天气会有身体不适反应.有92％的人有应对热浪的行为,67.5％的人会在受热浪健康风险影响时寻求帮助.然而,仅有12％的人掌握在热浪时保持健康的信息或知识,仅有23.8％的人会做事前准备.就业状况、性别和疾病状况均会影响山区居民对热浪气候的感知和适应.最后,为减少极端高温事件对山区居民健康的影响,提出开展健康教育与促进活动、建立极端天气预警系统、强化公共卫生设施和制定适宜应对策略等措施.     

某超燃冲压发动机尾喷管的三维流场特性

超燃冲压发动机结构简单,推重比大,应用前景广阔.但其流场结构十分复杂,研究超燃冲压发动机三维流场结构具有重要的意义.采用计算流体力学软件对某超燃冲压发动机尾喷管的三维流场进行数值模拟,先后得到了流场的密度、马赫数、涡量及速度矢量线图.结果表明:喷管内及侧壁面出口处存在膨胀波.各个壁面出口处附近的流场存在羽流激波和剪切层,内喷管出口周围的羽流激波和剪切层呈环状分布在流场周围,上壁面尾部受羽流激波的影响产生一道由压强决定的管内斜激波.内喷管出口及上壁面尾部处也均存在流向涡结构.     

融合多因素的“时间齿轮”交通流预测模型

为提高交通流预测的准确度,结合城市道路交通的特点,提出一种融合多因素的“时间齿轮”交通流预测模型（TGM）,将模型分为2个模块对交通流的影响因素进行特征挖掘。模块1通过深度分析天气因素的影响,挖掘提取天气因素的特征信息;模块2仿照转轴与齿轮的关系,将目标路段及其邻近交叉口各个方向路段的交通流量数据作为时间轴上的轮齿。模型框架采用正反2个方向都加入注意力机制(attention mechanism)的双向门控循环网络（bidirectional gated recurrent unit,Bi-GRU）。结果表明,TGM模型明显优于多种现有模型;与Bi-GRU模型相比,TGM模型对5,15,25 min的预测精度分别提高了4.75%,6.37%和6.73%。因此,TGM模型能够有效提高交通流预测的准确度,具有更优的中长时预测能力,可为交通组织的优化和交通流理论的研究提供帮助。     

Three-dimensional MHD simulation for the solar wind structure observed by Ulysses

Ulysses has been the first spacecraft to explore the high latitudinal regions of the heliosphere till now. During its first rapid pole-to-pole transit from September 1994 to June 1995, Ulysses observed a fast speed flow with magnitude reaching 700—800 km/s at high latitudinal region except 20°area near the ecliptic plane where the velocity is 300—400 km/s. The observations also showed a sudden jump of the velocity across the two regions. In this note, based on the characteristic and representative observations of the solar magnetic field and K-coronal polarized brightness, the large-scale solar wind structure mentioned above is reproduced by using a three-dimensional MHD model. The numerical results are basically consistent with those of Ulysses observations. Our results also show that the distributions of magnetic field and plasma number density on the solar source surface play an important role in governing this structure. Furthermore, the three-dimensional MHD model used here has a robust ability to simulate this kind of large-scale wind structure.     

新型干树半潜平台凝析油外输计算分析

新型干树半潜平台抵御环境载荷能力较强,但是它对环境方向性不敏感.基于三维势流理论,建立新型干树半潜平台和外输油轮的多体系统计算模型,采用时域耦合计算方法对油轮抵达及油轮驶离半潜平台的外输作业工况进行研究,计算分析了不同风、浪、流环境条件下的外输油轮艏摇运动响应和外输系泊缆张力响应.研究结果表明:外输油轮的艏摇运动响应在非共线工况较为剧烈,而外输系泊缆在共线工况最大,且能够满足规范要求.该外输方案可以有效、安全实现新型干树半潜平台凝析油外输.     

空间天气定量化预报系统的设计与实现

 空间天气模型系统是在特定的模型计算框架下,对多个空间天气模型进行封装集成,实现对空间天气定量化分析功能的系统.为加强模型间联系,提高模型预报应用水平和国内空间天气预报能力,设计实现了针对中国空间天气模型的系统——空间天气定量化预报系统.该系统采用以计算框架为核心,模型服务组件、可视化服务组件、数据管理服务组件为支撑的思想进行架构设计,提供对5大空间区域模型的高速计算环境,实现模型的封装集成,并以多种可视化形式对计算结果进行丰富的展现.系统具有高效的业务调度和数据传输能力,有效提高了系统运行性能、预报效率和科研用户的交互体验.     

弧形自浮式防撞装置运动响应及受力特性分析

针对弧形自浮式防撞装置导向机构在日常运行过程中易发生塑性变形的问题,建立了基于三维势流理论的弧形自浮升降式防撞装置水动力分析模型,对不同入射角的波浪与水流共同作用条件下装置的运动响应及导向机构的受力特性进行分析,结果表明:水流的持续作用有利于减小防撞装置的运动响应;浮筒下游侧导向机构的刚度较大导致了该部分机构受力过于集中而其他导向机构未受力或者受力较小的现象;波浪入射角对导向机构的受力影响较大,当波浪入射角与水流流向的夹角较小时,波流的叠加效应会增大,造成下游侧导向机构受力陡增。     

无限水深内完全非线性数值波浪水槽建立

基于无旋、不可压的势流理论,利用高阶边界元法建立了一种可应用于无限水深的无粘三维完全非线性数值波浪水槽.研究中,自由水面条件为完全非线性边界条件,进而可以模拟任意强的非线性波浪.将镜像格林函数应用到无限水深的数值波浪水槽中,以至于两水槽侧壁可以排除于计算域外.为了产生相应的入射波和吸收出流波浪,一个由点源组成的造波装置被布置在计算域内,同时在出流边界布置人工阻尼层来吸收出流波浪.线性的和完全非线性数值实验验证了所建立的数值模型可以用来产生无限水深的任何指定波浪,计算结果与解析解吻合得很好,且在出流边界没有反射.     

站点密度对复杂地形PRISM月降雨空间插值精度的影响

【目的】利用降雨和高程与坡向等地形因子之间关系,分析站点密度对于坡面回归方程模型(PRISM)插值精度的影响,探究该模型的适用范围。【方法】以北京西北山区为例,基于研究区数字高程模型(DEM)、山地自动气象站点数据和降雨数据计算插值结果,采用反距离加权法(IDW)、克里金法(Kriging)和样条函数法(Spline)等插值方法,以及交叉验证和实测数据验证等方法进行数据对比,分析站点密度对插值结果的影响。【结果】当站点密度从0.55×10^-2个/km²降低到0.18×10^-2个/km²时,各种插值方法的插值精度均随站点密度的减少而降低,PRISM模型的变化程度最大,Spline的变化程度最小; 同时当站点密度逐渐降低至0.18×10^-2个/km²时,PRISM模型的插值误差超越Kriging和IDW,但仍在Spline之上。【结论】当站点密度较低时,PRISM模型优势不明显,建议使用IDW和Kriging。     

基于多尺度一维卷积神经网络的弯管冲蚀损伤智能检测方法

针对高压管汇损伤需要提高检测效率和准确率的问题,提出一种基于多尺度一维卷积神经网络(multi-scale one-dimensional convolutional neural network, MS-1DCNN)的弯管冲蚀损伤智能检测新方法,即用多尺度卷积层代替传统的单一尺度卷积层。在MS-1DCNN模型中,把通过模拟实验所得弯管冲蚀损伤原始时域信号作为多尺度一维卷积神经网络的输入,这样能解决传统方法依赖人工提取特征和专家知识的问题;然后,通过多尺度卷积层和池化层的交替连接对输入信号进行特征提取;最后,经由输出层输出弯管冲蚀损伤分类结果。模型试验结果表明：基于MS-1DCNN弯管冲蚀损伤检测方法可以有效检测出弯管冲蚀损伤,且平均检测准确率达到99.18%。研究可为高压管汇冲蚀损伤智能检测提供一种新思路。     

Improvement of different source function expressions in SWAN model for the Bohai Sea

Thesimulatingwavenear shore(SWAN)(http://swan.ct.tudeflt.nl)isanumericalwave modelforobtainingrealisticestimatesofwaveparam etersincoastalareasandhasbeenpopularlyusedin theworld.However,someproblemswereencoun teredinpracticalapplication.Theexperimentsfrom Toulanyetal.[1]demonstratedthatfor20m/swind andataconstantdepth,WAM3physics(Komenex pression)alwaysgiveshigher(significantwave height)HsthanWAM4physics(Janssenexpres sion).Foralongduration(>24h)andlargefetch,thedifferenceisasmuchas～50%…     

Numerical Simulation on Stratified Flow over an Isolated Mountain Ridge

The characteristics of stratified flow over an isolated mountain ridge have been investigated nu-merically. The two-dimensional model equations, based on the time-dependent Reynolds averaged Navier-Stokes equations, are solved numerically using an implicit time integration in a fitted body grid arrangement to simulate stratified flow over an isolated ideally bell-shaped mountain. The simulation results are in good agreement with the existing corresponding analytical and approximate solutions. It is shown that for atmos-pheric conditions where non-hydrostatic effects become dominant, the model is able to reproduce typical flow features. The dispersion characteristics of gaseous pollutants in the stratified flow have also been stud-ied. The dispersion patterns for two typical atmospheric conditions are compared. The results show that the presence of a gravity wave causes vertical stratification of the pollutant concentration and affects the diffu-sive characteristics of the pollutants.     

飞行器流场的数值模拟

以“联盟”返回舱和F16战斗机为算例,利用COS MOS Flo Works在单机上完成了对简单和复杂外形的高速飞行器三维流场,表面温度以及热流分布的数值模拟.得到了返回舱再入流谱,F16“乘波”飞行时表面热流、温度以及压力分布有相似的规律,热流率高的部位对应表面温度和压力较高的部位.计算结果可为飞行器一体化优化以及热防护设计提供参考依据.     

太湖波浪过程的数值模拟

基于动谱平衡方程的SWAN波浪模型和湖流三维模型,分别对太湖波浪和湖流的生消过程进行动态模拟,并研究太湖湖流对波浪的影响.结果表明,湖流模型和SWAN波浪模型可以较好地模拟风作用下太湖湖流和波浪的生成和传播过程;太湖流场对波浪场具有一定影响;风速越大,影响越显著,同时也受风向影响;沿岸区波浪受湖流影响更加显著;湖流对波浪的影响基本上呈现湖流波浪同向时,有效波高增大,波速增大,波长增长;反向时有效波高减小,波速减小,波长缩短的特征.     

福建海坛湾波流双向耦合下水动力特征

采用MIKE 21软件中SW(spectral wave)波浪模块和FM(flow model)潮流模块,将潮流模块计算得到的水位与流速输入波浪模型,将波浪模块计算得到的辐射应力输入潮流模型,建立海坛湾波流双向耦合的水动力数学模型.分别计算纯潮流和纯波浪作用下的潮流场和波浪场,计算结果与实测数据吻合良好,再分别对波流双向耦合作用下的潮流场和波浪场进行了模拟.比较结果表明:波流耦合作用对流速和波高都有一定的影响;在波流异向特性明显的区域,波高增大显著;涨落急时刻波高在近岸区域的衰减速率和纯波浪作用下的较一致;落急时刻波高开始显著衰减的位置明显早于涨急时刻;波浪辐射应力在破碎带附近对流速的影响最大.     

页岩气藏压裂井产能评价及分析

页岩气储存在自生自储的纳米级孔隙中，压裂成为页岩气开发的重要技术。在考虑了多尺度非达西渗流机理的基础上，建立了多种流态多尺度渗流模型，求出考虑有限裂缝流动的页岩气藏压裂井稳态产能方程，在该模型中充分考虑了孔隙尺寸对Knudsen扩散系数的影响，并探索了滑脱现象、Knudsen扩散系数D_K、渗透率K、裂缝半长L_f、裂缝穿透比L_f/R_e与裂缝流动能力K_f·W_f对压裂井产能的影响规律。研究结果表明，渗透率修正因子ξ对产能的影响较大，以多尺度渗流模型确定的页岩气压裂井产能与实际生产数据非常稳合。当井底流压<15 MPa时，滑脱效应对压裂井产能的影响开始增强，并且随着滑脱因子增加，压裂井的产能随之增加；岩芯渗透率越低，Knudsen扩散系数D_K和滑脱效应对产能影响越大。     

基于变密度法的山地自行车关键连接结构件拓扑优化设计

针对山地自行车减震器端和车架连接端的关键结构部件的轻量化设计问题,构建等比例三维实体模型,并采用变密度理论的拓扑优化方法,以最大化刚度为优化目标,以设计空间总体积和质量作为约束条件,对山地自行车结构部件进行拓扑优化再设计。优化求解获得一个新型的连接结构件,并对该结构在实际工况下的Mises应力、最大位移和安全系数等进行仿真校核,通过优化前后结构的分析结果综合对比,发现在保证结构部件强度、可靠性的前提下,该结构部件实现减重约50%,极大节省材料消耗。     

基于鱼雷制导的表层气泡尾迹主要特征研究

表层气泡尾迹由于其特殊的形成机制和丰富的信号特征,直接影响了可被探测的尾流自导作用距离,成为新型鱼雷尾流制导技术领域的重点研究对象。为此,本文在气泡运动基本方程基础上,考虑表层流场因素重点是波浪条件的影响,构建表层尾迹场气泡运动的耦合模型,进而分析了可有效表征表层气泡尾迹特征的气泡存留时间和数密度。结果表明,表层流场因素对气泡的主要特征变化影响显著,相对于静水条件,气泡存留时间最大可延长17倍,气泡相对数密度衰减时间最大可延长9倍。这对利用表层气泡尾迹主要特征进行制导的新型尾流自导鱼雷来说,可较大提高尾流自导作用距离。     

基于SMOTE算法和逻辑回归模型算法的江苏短时强降水潜势预报

短时强降水是导致城市内涝和山洪、滑坡等灾害的重要原因,其突发性强,局地性明显,预报难度大,是强对流天气业务预报的重点和难点之一。本研究利用2011-2018年的江苏省国家气象观测的逐小时降水资料对江苏省短时强降水时空分布特征进行分析,江苏短时强降水频次分布为典型的南多北少,主要降水出现在早晨04-10时和午后15-19时,前半夜出现降水的概率则较低。基于ERA5再分析资料,选取了对于短时强降水有较强判断能力的气象要素,合成少数类过取样算法（SMOTE）和逻辑回归（LR）方法,构建短时强降水的预报模型,利用2019年的,欧洲中期天气预报中心（ECMWF）预报产品基于该模型进行短时强降水的确定性预报和概率预报,并使用同期实况数据进行系统性检验和天气过程检验。结果表明该模型总体性能较好,对短时强降水出现与否有较好的判别能力和预报指示意义。未来24h以内的6h时效预报,TS评分在0.23以上,未来60h以内的6h时效预报TS评分均在0.2以上,但也存在着一定程度的空报和漏报。基于SMOTE+LR短时强降水预报模型对短时强降水的潜势预报具有较好的指示作用,对气象防灾减灾具有重要意义。