使用ECMWF集合预报数据集估计全球季节平均气候异常的潜在可预报性

利用ECMWF PROVOST项目产生的在给定海表温度强迫下的150(1979～1993)季节集合预报数据集，分析揭示了季节平均气候异常潜在可预报性的全球分布。首先，利用可再现的强迫模态重建集合资料场，在Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验的基础上定义潜在可预报性指数PU^k，然后，将重建场的PU^k与重建场贡献于集合平均的方差比结合，提出了定量估计局地潜在可预报性的指数PI。以全球850hPa温度季节平均异常场为例，对PI进行定量计算表明：不仅大部分热带地区，而且热带外一些地区的季节平均气候异常具有潜在可预报性，主要分布在北美、南非和亚洲部分季风区；全球大部分潜在可预报地区主要受ENSO型强迫控制，而部分温带地区如中国华北、中亚、北美南部主要受非ENSO型强迫控制；局地潜在可预报性具有季节性，夏季可预报性较强，冬季较弱。通过与其他几种估计季节潜在可预报性的方法进行比较表明，本文提出的PI方法能更好地把热带外地区受外强迫控制的可预报信号提取出来。     

高耸塔架结构节点损伤基于神经网络的两步诊断法

本文针对高耸钢塔架结构的损伤特点，建立了具有节点损伤的有限元模型，提出了一种分层神经网络两步诊断法：第一步，由基于区域残余力理论的第一层神经网络进行结构损伤区域的初诊；第二步，由基于应变模态理论的第二层神经网络进行损伤区域内的具体损伤节点位置和程度的诊断。对一平面塔架结构的数值仿真分析表明：本文提出的损伤诊断方法的结果是令人满意的。     

基于灵敏度分析的结构损伤识别中的传感器优化配置

本文提出了结构损伤识别中的传感器测点优化配置的方法。该方法是通过仅考虑结构刚度变化的结构特征灵敏度分析，以结构各自由度的损伤信息为条件，计算出结构的Fisher信息阵，并且考虑到Fisher信息阵的逆阵可能不存在，而将Fisher信息阵对应于每个自由度进行分解，通过计算每个分解的Fisher信息阵的迹而确定每个自由度含有的损伤信息的多少，从而从结构的全部自由度中去掉那些含损伤信息少的自由度。建立直接利用结构不完整的实测模态来定位结构的损伤，避免结构模态扩阶带来不必要的误差。最后，通过数值算例表明，该方法能有效地识别出结构的损伤。     

振动模态控制反馈增益的一个解析解

详细研究了结构振动模态控制中反馈增益的解析解，数值模拟表明，解析解具有计算精度高，计算时间短，控制效果显著的特点。     

基于复模态的有限元模型修正算法

针对地下结构地震响应分析中无限地基辐射阻尼问题，引入复模态情况下的具有非简化的堆积阻尼矩阵的阻尼模型，并针对具有集中质量阵的阻尼模型提出了合并与质量有关的阻尼和堆积阻尼的思想，并据此提出了一种修正此类有限元模型的两步法，首先从复模态参数中提取实模态参数，采用基于模态残余力的识别算法修正刚度矩阵，然后根据复模态参数和已得的刚度矩阵来识别阻尼模型中的刚度参与系数和质量阻尼堆积阻尼联合矩阵。     

时间尺度重构EEMD-GRNN改进模型预测PM2.5的研究

合理构建PM_2.5浓度预测模型是科学、准确地预测PM_2.5浓度变化的关键。传统PM_2.5预测EEMD-GRNN模型具有较好的预测精度,但是存在过于关注研究数据本身而忽略其物理意义的不足。本研究基于南京市2014-2017年PM_2.5浓度时间序列数据,分析PM_2.5浓度多尺度变化特征及其对气象因子和大气污染因子的尺度响应,基于时间尺度重构进行EEMD-GRNN模型的改进与实证研究。南京市样本数据PM_2.5浓度变化表现为明显的天际尺度和月际尺度,从重构尺度（天际、月际）构建GRNN模型更具有现实意义;同时,PM_2.5对PM₁₀、NO₂、O₃、RH、MinT等因子存在多尺度响应效应,以其作为GRNN模型中的输入变量更具有时间序列上的解释意义。改进后的EEMD-GRNN模型具有更高的PM_2.5浓度预测精度,MAE、MAPE、RMSE和R²分别为6.17、18.41%、8.32和0.95,而传统EEMD-GRNN模型的模型有效性检验结果分别为8.37、27.56%、11.56、0.91。对于高浓度天（PM_2.5浓度大于100 μg/m³）的预测,改进模型更是全面优于传统EEMD-GRNN模型,MAPE为12.02%,相较于传统模型提高了9.03%。     

南海东北部内潮的模态结构和传播

The evolution of energy, energy flux and modal structure of the internal tides(ITs) in the northeastern South China Sea is examined using the measurements at two moorings along a cross-slope section from the deep continental slope to the shallow continental shelf. The energy of both diurnal and semidiurnal ITs clearly shows a～14-day spring-neap cycle, but their phases lag that of barotropic tides, indicating that ITs are not generated on the continental slope. Observations of internal tidal energy flux suggest that they may be generated at the Luzon Strait and propagate west-northwest to the continental slope in the northwestern SCS. Because the continental slope is critical-supercritical with respect to diurnal ITs, about 4.6 kJ/m~2 of the incident energy and 8.7 kW/m of energy flux of diurnal ITs are reduced from the continental slope to the continental shelf. In contrast, the semidiurnal internal tides enter the shelf because of the sub-critical topography with respect to semidiurnal ITs.From the continental slope to the shelf, the vertical structure of diurnal ITs shows significant variation, with dominant Mode 1 on the deep slope and dominant higher modes on the shelf. On the contrary, the vertical structure of the semidiurnal ITs is stable, with dominant Mode 1.     

基于EEMD和ARIMA的海温预测模型研究

类型丰富、时空分辨率高的海洋探测数据,为信号分解和机器学习算法的应用提供了可能。本文针对如何建立有效的海温预测模型这一问题,使用高时空分辨率的海表温度(SST)融合产品,引入信号处理领域的集合经验模态分解(EEMD)和机器学习领域的自回归积分滑动平均模型(ARIMA)。首先利用最适于分解自然信号的EEMD方法,将海温数据分解成多个确定频率的序列;再利用ARIMA分别对各个频率的序列进行预测,最后将各个序列的预测结果进行组合。该方法在丰富数据的支撑下,比以往直接使用海温数据所建立的预测模型精度更高,为更好地进行海温预测提供了新方法。     

基于经验模态分解和小波分解估算海气通量涡相关计算中的截断时间尺度

基于时长38天的海表风场实测数据,应用经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition,EMD)和小波分解(Wavelet Decomposition, WD)这两种数据处理方法首先对涡相关法中的截断时间尺度(CutoffTimescale,CTS)进行估算,结果显示:基于EMD与WD方法估算出的CTS一般都在40秒左右(EMD的结果略小),远远小于传统涡相关法中CTS的取值(固定为10分钟),且EMD和WD的使用使得每一段数据都能够根据自身的湍流特点而获得合适的CTS; EMD方法和WD方法有效的去除了计算结果中的非湍部分,且对通量传输方向的刻画也更加合理,极大提高了通量的计算精度,所得通量与传统方法计算的通量偏差平均值高达45%;研究还对EMD和WD的优缺点进行了对比分析,结果表明EMD相比于WD有更高的自主性,而WD对信号的分离程度则更高。     

北太平洋副热带模态水盐度的年代际变化

副热带模态水(Subtropical Mode Water;STMW)在气候变化中起着重要作用。本文利用全球高分辨率数值模拟结果,研究了北太平洋STMW核心层盐度(Core Layer Salinity;CLS)的年代际变化及其物理机制。结果表明,CLS存在显著的年代际变化,其空间分布则与背景流场分布特征有关。侵蚀区CLS滞后生成区CLS约1~2年,这主要是海流平流输运引起的。生成区内,STMW的季节循环一般可分为生成期(12-4月)、隔离期(5-6月)和侵蚀期(7-11月),生成期混合层盐度(Mixed Layer Salinity;MLS)决定着隔离期和侵蚀期的CLS,而MLS年代际变化则主要由同太平洋年代际涛动存在负相关性的海表面淡水通量的变化引起。