多参数及超松弛邻近尺度邻近点算法研究

针对临近点算法的尺度梯度问题,对多参数及超松弛邻近尺度邻近点算法进行了研究.验证了多参数临近尺度梯度算法、超松弛邻近尺度梯度算法序列的强收敛性和有界扰动恢复性,分别进行Superiorization算法的算例分析.结果显示,超松弛邻近尺度梯度算法在运行耗时、迭代次数上均明显好于多参数临近尺度梯度算法.相对于多参数临近尺度梯度算法,多参数邻近尺度梯度算法的有界扰动算法、结合Superiorization的多参数临近尺度梯度算法、超松弛邻近尺度梯度算法性能更优.     

基于小波变换与PSO-BP神经网络的电能质量扰动分类

针对传统BP算法采用梯度下降算法存在的易陷入局部极小、收敛速度慢等缺点,本文提出了一种基于小波变换和PSO-BP神经网络的电能质量扰动分类方法。用PSCAD/EMTDC仿真几种典型的电能质量扰动,并利用小波变换进行多尺度分解,得到各尺度上信号的能量特征,输入PSO-BP神经网络,实现扰动的分类。仿真结果表明该方法较BP网络收敛迅速,容易达到训练要求,同时该方法具有分类速度快,精确度较高等优点.     

初始场对暴雨数值预报影响的敏感性试验

为了研究初始场不确定性对暴雨预报的影响,利用尺度分离的方法,在AREM模式分析场上构造了初值扰动,并通过在模式初始物理量上叠加或扣除这些扰动,设计了不同的敏感性试验.试验结果表明,暴雨预报结果对模式的初始相对湿度、温度和风场是敏感的,而对初始位势高度的敏感性较弱.由于各物理量是相互联系和制约的,单独改变某个物理量对暴雨...     

影响台风“鲇鱼”(2010)强度的环境系统的诊断分析

本文采用日本气象厅的最佳路径数据和美国国家环境预报中心1°×1°逐6h再分析资料,利用分部位涡反演的方法,分析了不同天气系统对台风"鲇鱼"(2010)强度变化的影响.研究结果表明,在"鲇鱼"的生成和发展阶段,西北太平洋副热带高压扰动促进水汽向台风中心输送,为台风增强提供充足的水汽条件;台风自身扰动的增强,其自身的抽吸作用使得高层流场具有较强的辐散特征,同时配合低层强的辐合,有利于"鲇鱼"强度的维持和增强;与此同时,台风自身扰动和西风槽系统扰动共同引导弱冷空气向"鲇鱼"中层入侵,有利于"鲇鱼"内部对流的发展,激发其强度进一步加强.在"鲇鱼"减弱阶段,由于台风自身环流导致水汽流出增多,加上西风槽扰动向台风中心带入的大量干空气,造成"鲇鱼"内部水汽供应不足;"鲇鱼"中心高层流出气流受西风槽扰动以及位于"鲇鱼"南侧的反气旋阻挡,气流辐散减弱,也不利于台风强度的维持.     

用蒙特卡洛法计算几何平均自由程

几何平均自由程或容器的特征尺度是低压下描述气体分子热运动的重要物理量。本文用蒙特卡洛（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）方法计算了几种典型容器的特征尺度．所得结果与用解析方法获得的结果相一致。     

台风“巨爵”特征及其成因分析

利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料等,采用大尺度环流、天气尺度特征、物理量诊断等方法对1524号台风"巨爵"的强度和移动路径特点进行分析,结果表明:"巨爵"的移动路径与副热带高压、双台风间的相互作用、中纬度西风槽的活动有密切关系,海温、环境垂直风切变及高低层散度场对"巨爵"的强度变化也有较好的预示作用。     

岛屿地形对涡旋Rossby波传播影响的研究

首先在静止基本状态下,从线性f平面极坐标浅水方程出发,利用WKB方法求解方程,在理论上给出了一类由于地形βeff作用引起的Rosbby波的传播特征解,此类Rossby波类似于涡旋Rossby波(VRW),其中地形βeff作用与台风涡旋基态的垂直相对涡度径向梯度作用相似,此分析解可帮助理解地形对涡旋Rossby波的影响作用.在此基础上,利用一个高分辨率的浅水模式具体讨论了圆形、类似于台湾岛屿椭圆地形对VRW传播以及结构特征变化的影响.结果表明,地形对VRW的传播速度,台风内区的非对称结构的变化均构成影响.当台风位于地形东南一定距离处,与无地形相比,涡量向内向外传播均增强,扰动能量增大,涡量环绕地形中心沿等高线顺时针方向移动,局域风速增大,并形成尺度为几十公里左右的强局域风速区,平均风速减小.     

热带气旋的准平衡动力学结构

将热带气旋分为内外2个区,2个区的时间、空间及物理量有不同的尺度,应用尺度分析和摄动法到热带气旋的2个区域,分别求得在2个区域的控制方程,其中内区受旋转风和一个演变方程制约,外区受梯度风和另一个演变方程制约。内外区的演变方程形式上相似,可统一求解,并解析地求得了2个区域的流场和气压场,得到的解能反映热带气旋结构的一般特征。     

台风Khanun迅速加强成因及其与Rananim登陆强度的比较分析

以严重影响我国的2005年15号登陆台风Khanun为研究对象,首先从大尺度环流特征和物理量场,对其登陆前强度迅速加强原因进行了诊断分析,结果表明,台风强度增强与低空持续加强的水汽输送、高空流出气流的强辐散、台风移向垂直切变小值区和暖洋面密切相关;然后就登陆时强度,将Khanun与2004年14号台风Rananim从水平流场、暖心结构、稳定度和涡度等方面进行对比,发现Khanun在上述几方面略弱于Rananim,这一结论为登陆台风强度判定提供了一些参考。     

正交各向异性功能梯度微板弯曲行为尺度效应

为了研究材料参数沿微板厚度方向呈连续梯度变化的正交各向异性功能梯度微板弯曲行为的尺度效应,基于新修正偶应力理论和Kirchhoff弹性板理论,引入2个正交方向的材料特征尺度参数,将正交各向异性功能梯度微板的应力、偶应力、应变和曲率等基本变量描述为位移分量偏导数的表达式,并根据最小势能原理推导微板的平衡方程和边界条件。利用建立的模型,以材料弹性模量、剪切模量和材料特征尺度参数均沿微板厚度方向呈正弦梯度变化的四边简支微板为例,研究微板在双向正弦分布载荷作用下的弯曲行为,分析材料特征尺度参数与板厚比、材料各向异性和功能梯度参数对微板挠度、正应力和偶应力尺度效应的影响,定量标定考虑尺度效应时正交各向异性功能梯度微板结构的临界几何尺寸参数。研究结果表明:应用本文模型求解的微板挠度和正应力总是小于经典弹性Kirchhoff板模型解;板厚与材料尺度参数比值越小,微板挠度和正应力的尺度效应越明显;功能梯度参数对微板挠度、正应力和偶应力的尺度效应有一定影响;沿2个正交方向的特征尺度参数对微板挠度、正应力和偶应力的尺度效应影响程度不同。     

0509号台风“麦莎”外围飑线的数值模拟

本文首先使用Doppler雷达资料,对0509号台风"麦莎"登陆前螺旋雨带外围分离出的台前飑线进行了分析,接着利用WRF模式对台前飑线进行了数值模拟,模拟结果显示:WRF模式较成功的模拟出了台前飑线的活动,利用数值模拟结果对台前飑线的水平和垂直结构特征进行了初步分析得出台风登陆前飑线区为强的风速和风向切变区,物理量场上有明显的飑线特征;在飑线生成前先有风速切变,后有风向切变,在台风强度和台风中心附近风速较差的模拟状态下仍可模拟出飑线,因此认为本次台前飑线的形成与台风中心强度关系不大,与台风外围环境流场关系较大。     

武夷山北段地形对闽北不同时间尺度降水的影响分析

选择武夷山北段(杉岭)为研究区,根据北溪河谷和南坡各5个区域自动站2014年降水观测资料,分析北溪河谷和南坡年、春季、夏季的降水特征,结合当年雨季和台风季的两次降水过程,以及相应的风廓线资料,探讨地形对不同时间尺度降水的影响。结果表明:(1)年降水量的垂直变化和地理位置有关。北溪河谷年降水量垂直梯度不明显,或与其地形尺度和所选站点海拔相对高度差较小有关。南坡年降水量垂直梯度显著,达到了44.3mm/100m,或许和其地形阻挡和抬升作用,以及最高峰黄岗山列入南坡有关。(2)地形也影响了降水的季节分布。早春季,北溪河谷随海拔升高降水有增加趋势;南坡在早春季和夏季则都较为显著的降水垂直梯度变化,两个季节的降水垂直梯度分别为15.7mm/100m和20.5mm/100m。(3)地形对不同天气系统造成的降水影响不同。雨季冷锋和台风季台风两种天气系统经过武夷山,北溪河谷降水垂直梯度变化都不显著。南坡在冷锋过境,降水随海拔升高有减少趋势;台风过境时,因所选台风个例是在研究区域北面过境,南坡会对其低层暖湿西南急流起到阻挡和强迫抬升作用,形成显著的降水地形增幅效应。(4)地形引发的热力效应对昼夜降水具有重要影响,早春季夜雨较多,其中北溪河谷夜雨占62%,南坡占67%;夏季昼雨较多,其中北溪河谷昼雨占70%,南坡占56%;另年昼夜降水量垂直递度昼雨大于夜雨。     

关于汉字视觉心理尺度评价的有效特征抽取

将汉字的视觉心理尺度这一连续的、无法用物理量直接分析评价的问题进行离散化,利用模式识别的手法加以研究.根据形状知觉尤其是汉字知觉的心理法则,抽取与汉字视觉心理尺度相关的黑点数、一次心距、二次心距等量张成特征空间.调查事先经专家认定在视觉心理上分属于大、中、小三集团的汉字在该特征空间中分布情况.经实验可知该分布有良好的聚类,证实了该特征集对汉字视觉心理尺度分类的有效性.     

利用GPS数据研究江西区域电离层对台风“潭美”的响应

以2013年8月22日途经江西的台风"潭美"为研究背景,利用江西连续运行参考站(CORS)获取的GPS数据反演高精度TEC,对台风"潭美"登陆前后多天电离层的TEC进行了分析,发现:8月22日电离层TEC变化存在异常,且在台风登陆前TEC变化在逐渐增大,台风过境后TEC变化值出现下降趋势;进一步对台风登陆前后一段时间的TEC时间序列进行谱分析后,认为8月22日电离层TEC的扰动很可能与台风有关;对台风当天即8月22日各站点进行时间序列和空间强度分析,结果表明距离台风路径越远,TEC的扰动强度越小。进一步确认8月22日的电离层异常与台风具有相关性。     

基于特征尺度的黄河中下游典型农区景观异质性分析

农业景观异质性及其稳定性是维持农业生态系统稳定和高效的前提.本研究选取河南省封丘县为例,基于研究区TM影像解译结果,借助于ArcGIS 9.3、Fragstats 4.2及GS+7.0软件,探讨了适合研究区景观斑块组成与构型分析的特征尺度.并基于特征尺度,分析了研究区景观异质性及干扰强度的空间差异与梯度变化.结果表示:2 500m为研究区的特征尺度.在特征尺度下,均匀度与蔓延度指数呈现出负相关关系,且数值在空间上形成一定的格局.自黄河由南向北,异质性梯度变化明显,人类干扰强度不断增大,空间差异不断减小;景观斑块构型不断复杂化,组成均匀性不断降低;景观的构型对于组成的变化越来越敏感.     

卫星遥测纬向剖面地形谱分析--青藏高原背风侧地区地形扰动与西风扰动的耦合模态

遥感地形资料具有空间离散分布特点,因此根据离散谱空间变换中谱能不变性约束下的谱分析方法,研究了遥感地形谱空间域分布基本特征和地形强迫对大气受迫运动的作用机制．并通过定义地形扰动和地形扰动特征尺度的概念,发现位于青藏高原背风侧的我国中东部地区纬向(东西向)剖面地形扰动特征尺度在454.5km,即该地区地形扰动可以定义为中α尺度扰动(比照大气尺度分类);地形扰动尺度与该地区主要致灾天气系统MαCS(Meso-α Convective System,中α尺度对流系统)尺度上的一致性揭示了地形对于MαCS的触发作用．进一步通过对卫星遥感离散地形场测度进行分形学分析,计算出该区域纬向剖面分数维为1.26,说明该地区地形的基本分形元是Koch三角生成元,即青藏高原背风侧地区剖面地形强迫作用机制本质上是基本西风气流与三角形元组合型山脉剖面障碍物相互作用的结果．这种相互作用的物理图象表现为：在我国青藏高原背风侧地区,冬季和夏季700hPa纬向平均风速扰动谱最强峰与地形扰动谱最强峰存在着明显的地形-纬向风速偶合关系,地形-纬向风速共振模态是该地区冬季纬向环流扰动的典型触发机制;而夏季,地形一纬向风速偶合模态转变为向小尺度漂移的高阻尼模态．同时,地形和纬向风速的分形分析表明,关于地形强迫下的受迫扰动的偶合模态和强迫机制的结论,具有尺度的串级和自相似性,可外推到未观测到的更精细的尺度上．     

登陆台风中的中尺度对流系统的数值研究

应用Penn State/NCAR高分辨率中尺度模式MM5,成功模拟出1996-08-03 到 05 Herb(1996)台风登陆后,发生在河北及周边地区台风低压暴雨中的两个连续发展的中α尺度对流系统的演变和结构,它们与降水量实况有很好地对应。由此根据模式输出结果分析了这两个中尺度对流系统(MCS)的中尺度结构和特点,最后给出了登陆台风低压暴雨的MCS结构模型;在MCS成熟期,低层大尺度的低空急流(LLJ)中出现中尺度扰动,即中尺度低空急流(mLLJ), mLLJ的左前方产生强辐合和上升运动,在上升气流的高空出流区域产生中尺度高空急流(mULJ),这种mULJ在常规观测资料中被验证。mULJ的右后方有强辐散发生。     

降水条件下台风的定常运动和螺旋斑图

在牛顿第二运动定律的基础上,在垂直方向的运动方程中加入了扰动降水量一项,并讨论了加入这一项的合理性和物理意义.重点考虑了在降水条件下台风的运动特征,同时求得了三维定常流场中的水平速度,其中的三维流场构成了物理空间的一个非线性自治动力系统.研究表明:根据台风运动的定常解,台风的下层中心是低气压且是正垂直涡度(气旋式涡度)和水平辐合,上层中心是高气压(反气旋式涡度)和水平辐散.根据台风自治动力系统所获得的两个鞍-焦点很好地说明了台风的螺旋斑图,下层空气螺旋向内,引起台风中心附近的上升运动,上层空气螺旋向外引起台风外围的下沉运动,这些都与实际台风结构相似.文中阐明:在考虑降水量的影响后,台风仍然具有螺旋斑图的特征.     

登陆台风衰减与变性过程的对比研究

本文对登陆台风Freda的衰减和变性阶段进行了水汽、动能的对比诊断研究,结果表明,水汽供应条件对于台风登陆后的强度变化十分重要。台风北上过程中,副高边缘的偏南低空急流是最主要的水汽输送带。台风登陆后在衰减过程中,可看作是一个动能的“准封闭系统”,次网格尺度效应及摩擦作用是台风衰减的主要因子;变性阶段,在对流层高层有大量的动能输出,次网格尺度效应成了重要的动能源,台风与西风带相互作用时的动能平衡与温带气旋类似。     

南海台风"悟空2000"生成及发展的数值模拟

应用NCAR/PSU中尺度非静力模式MM5模拟了南海台风"悟空2000"从一个热带扰动发展为强台风的过程。模拟结果表明,MM5模式能够很好地模拟出"悟空2000"台风的强度和最大风速,清晰显示出南海台风发展中具有的阶段性和爆发性。从水汽和位涡等诊断量的分析出发,分析了模拟的台风结构和台风眼生成的可能影响因素。敏感性试验结果显示,南海海面温度对台风发生发展有至关重要的作用:如果海表温度降低1℃,模拟的台风最大风速将降低近10m/s,风速达到台风级别(32.8m/s)的时间推迟约7个小时;如果海表温度降低2℃(SST仍高于26.5℃),该热带扰动将不能发展到台风的强度。