基于NPS模型的南海蒸发波导中尺度数值模拟研究

蒸发波导是海上大气波导中发生概率最高、对海上舰艇和岸基雷达探测系统影响最大的一种波导类型,研究意义重大。本文搭建了一种基于NPS诊断模型的新型蒸发波导数值预报模式,对我国南海海域2014年11月1~5日的5 d海上蒸发波导分别进行了数值模拟。利用数值模拟数据与岸基铁塔实测数据分别绘制蒸发波导高度随时间的变化曲线,并进行误差分析,显示模拟结果与实测结果变化规律基本一致,统计计算这5 d的蒸发波导高度平均误差为1.289 m。这表明了本模式的可行性及其存在的模拟偏差。此外,利用本预报模式对南海海域2011年整年的蒸发波导进行了数值模拟,得到了12个月的蒸发波导时空分布特征,分析总结的规律与其它文献的研究结论基本一致。     

应用湍流通量理论分析蒸发波导机理

蒸发波导是近海面经常出现的大气结构.从湍流运动方程出发,基于近海面海-气耦合湍流通量理论和算法分析了蒸发波导机理.对气象要素变化时,蒸发波导高度和感热、蒸发潜热和动量通量间的关系进行了分析,表明蒸发波导的形成和湍流通量具有明显相关性,为蒸发波导机理研究提供了新途径.     

海上蒸发波导的预测方法综述

综述了海上蒸发波导的预测方法,根据预测方法的原理及实现方法不同,将已有的蒸发波导预测方法归纳为基于气象水文要素数据的预报方法、基于气象卫星数据的反演计算方法、基于雷达数据的反演计算方法和中尺度模式同化方法等四大类。对每个类中的主要方法的基本原理及优缺点进行了具体分析和总结,最后给出了蒸发波导预测方法中存在的问题及研究进展情况,对未来研究方向及趋势进行了预计。     

基于非迭代海-气通量算法的蒸发波导预测模型研究

蒸发波导易发生在海洋等水体之上.为了深入研究蒸发波导预测模型的诊断预报技术,本研究依据目前最新的非迭代海-气通量算法,建立了非迭代通量算法蒸发波导预测模型-NEW模型,进而对新模型进行了敏感性试验,且用我国近海试验数据进行了检验.最后将NEW模型与目前使用广泛、效果较好的4种蒸发波导模型(即P-J模型、Babin模型、NPS模型和伪折射率模型)进行了对比分析,得到了不同模型蒸发波导高度随气象海洋要素变化的规律,结果表明非迭代通量算法模型与传统模型对不同海洋气象要素的敏感性响应是一致的.不稳定层结条件下NEW模型对蒸发波导的诊断结果接近于Babin模型和NPS模型,而稳定条件下略高于NPS模型.试验表明NEW模型可以有效地诊断预报蒸发波导.本研究系统阐述了非迭代通量算法模型的建立和适用情况,为蒸发波导预测诊断算法的更新和模型发展提出了新的思路.     

基于思维进化算法优化的BP神经网络对蒸发波导高度的预测

预先掌握海上的波导高度参数对海上作战有重要意义,然而准确探测或预测波导参数十分困难。本文使用南海铁塔波导探测平台的实测数据与ERA-Interim公开数据集,提取所需相关的水文气象要素的点数据,利用NPS模型计算波导高度值,组建数据集;之后使用MEA优化的BP神经网络模型预测波导高度值。优化后的BP神经网络可避免陷入局部极小值点,预测结果有较高的准确率,且MEA在求最优个体时有比较快的收敛速度,为水平均匀的蒸发波导高度预测提供了一种方法。     

近海面蒸发波导和大气负折射的统一监测模型研究

近海面的蒸发波导和大气负折射都是海洋大气表面层的异常折射结构,两者对电磁波传播都具有重要影响。利用M-O近地层相似理论推导了蒸发波导的模型,利用等效蒸发波导高度推导了大气负折射与蒸发波导的统一监测模型及其廓线结构参数的bulk计算方法,比较分析了蒸发波导与大气负折射在廓线结构方面的特征和差异,并利用2002年5月福建平潭岛的试验数据验证分析了大气负折射监测模型机廓线计算方法的适用性。     

中国近海蒸发波导区划研究

蒸发波导是发生在海洋近地层中的一种异常折射现象,它能够改变电磁波的正常传播特性,对雷达、通信等电子设备性能产生重要的影响。利用被动式大气波导探测系统监测数据和国家海洋信息中心同化的0.25°×0.25°格点数据,对中国近海的蒸发波导进行了统计分析,结合蒸发波导对雷达的影响,对中国近海的蒸发波导进行了区域区划,形成了中国近海蒸发波导四级分布,以及雷达可利用波导范围的区划,为指导部队训练过程中利用蒸发波导环境提供了数据支持。     

基于非迭代海-气通量算法蒸发波导预测模型在不同海域的适应性研究

利用非迭代海-气通量算法蒸发波导预测模型(Liu-Li模型)对我国渤海海域试验数据及大西洋海域FNL分析资料进行诊断,分析了模型对不同海域海上气象要素的敏感性,对试验时间内蒸发波导高度进行了预测,并与观测的实际波导高度进行了比较分析。此外,将Liu-Li模型与Babin模型、NPS模型、P-J模型和伪折射率模型的预测诊断效果进行对比。结果表明:Liu-Li模型的计算结果与实际观测波导高度及其他4种模型计算结果的变化趋势基本一致,能较好地反应该时段内海上蒸发波导高度的变化趋势,并对不同层结状态下的气象要素作出敏感性响应。在渤海海域,Liu-Li模型在不稳定海气层结状态下计算得到的波导高度略低于实际观测波导高度,而在稳定海气层结状态下Liu-Li模型计算得到的波导高度结果偏大,特别是海气层结状态越稳定时,LiuLi模型的计算会出现异常值。在西北大西洋海域,Liu-Li模型对蒸发波导高度的诊断与Babin模型、NPS模型和伪折射率模型相近,但Liu-Li模型计算稳定性更好;同时,大多数时次内Liu-Li模型的计算结果与风速和相对湿度的变化趋势较为接近,在海气条件复杂多变的情况下模型计算的波导...     

利用卫星数据反演海洋蒸发波导的研究

海洋蒸发波导是海洋大气中的一种异常折射结构,通常是由观测站点的传感器数据计算得出。但这种方法只能得到单点的海洋蒸发波导,无法满足我们对大范围海域的海洋信息需求。文中提出了一种利用卫星遥感数据反演海洋蒸发波导的方法,并利用观测站点的数据对反演结果进行订正,从而得到了完整的大面积海区蒸发波导环境。     

蒸发波导环境测量方法对比分析

蒸发波导现象显著影响海上电磁波传播,快速获取大范围精确的修正折射率参数成为了蒸发波导研究热点。文中分析了现有的蒸发波导预测模型,对其中的经典模型进行了仿真,对比不同模型的仿真结果,总结了模型方法预测波导高度及修正折射率廓线的不足。然后从硬件角度出发对比现有蒸发波导测量系统原理、测量精度及适用条件,分析测量系统引入的误差源进而给出了不同测量系统的改进方向,总结出修正折射率廓线测量系统应具备的测量精度及数据条件。最后通过方法间对比及蒸发波导实测数据的应用过程分析,对不同方法未来的研究方向和发展趋势进行了展望。     

基于局地相似理论的蒸发波导计算方案及敏感性试验

蒸发波导是海洋环境中最常出现的异常大气折射结构,具有很高的利用价值.利用局地相似理论代替 Monin-Obukhov 相似理论来确定近地层温度、湿度垂直分布廓线,并借助热带海洋全球大气-海气耦合响应试验(TOGA COARE) 中提出的总体通量算法,对 Local 模式和 New 的推导过程和算法设计进行了详细的阐述和说明.通过比较不同模式的计算结果和敏感性试验发现,在较强逆温和低风速(强稳定层结) 条件下,除 P-J 模式外,基于 Monin-Obukhov 相似理论的蒸发波导模式计算的高度值均出现异常突变;而基于局地相似理论的 Local 模式能够有效抑制这种异常突变的现象,且与加入人为修正的 P-J 模式结果比较接近.New 模式集 Babin 模式与 Local 模式的优点于一身,应该说是目前理论上最为完善的模式.     

海气通量算法在海上蒸发波导诊断中的应用

利用TOGA COARE Bulk Air-Sea Flux Algorithm3.0,建立了基于通量算法的蒸发波导模型(Flux Evaporation duct Model),并进行了环境敏感性分析,而且与Paulus-Jeske模型对比,进行误差敏感性分析,并开展了雷达探测评估的海上试验,较全面的阐述了基于通量算法的蒸发波导模型的性能。     

水平非均匀性蒸发波导诊断及其对雷达探测的影响

蒸发波导是发生在海气边界层的一种异常折射现象,因为其分布广、发生概率大,所以被认为是对海上电子装备影响最为显著的波导类型。然而由于其形成机制复杂,且在近岸地区存在水平不均匀性,使得目前非均匀蒸发波导的诊断及其应用还未能落实到实际工作中。针对这一现状,首先利用G L Geernaert的方法修正了Monin-Obukhov相似理论,将其扩展到海洋大气表面边界层不均匀条件下;其次在Babin模式的基础上引入张强普适函数的非线性修正因子与阵性风速,从而将蒸发波导诊断模式的适用范围拓展到近海沿岸地区和甚低风速条件下。并在此基础上研究了蒸发波导水平非均匀性对雷达探测的影响,得到了水平非均匀蒸发波导能够改变均匀波导环境下雷达的探测距离及其盲区的分布。     

利用AMSR-E卫星数据反演蒸发波导高度的BP神经网络方法

主要结合P-J模式和全通道AMSR-E卫星数据,利用两种BP神经网络方法对热带海区蒸发波导高度进行了反演研究。(1)利用BP神经网络反演得到的气象参数通过P-J模式计算蒸发高度;(2)利用卫星AMSR-E数据直接反演蒸发波导高度。两种方法得到的与浮标实测参数计算得到的蒸发波导高度之间的相关系数相当,都为0.82左右,均方根差后者比前者小,分别为2.64m和1.89m。利用后一种网络直接反演了南海地区的蒸发波导高度,平均结果与其他文献结果基本一致。     

A Numerical Study on the Structure and Dynamics of Turbulence in Oscillatory Bottom Layer Flow over A Flat or Rippled Bed

1 .IntroductionUnder the influence of surface waves ,sandripples often appear on beaches . Whenthe amplitudeof water oscillationis sufficientlylarge ,vortices are formed onthe lee of every sand ripple crest . A-mongthese vortices ,the most important are t…     

蒸发波导条件下风速风向对电磁波传播的影响

海洋蒸发波导是重要的军事敏感要素,严重影响着海上电磁波的传播。风向、风速是决定蒸发波导强弱的重要因素,为精确模拟蒸发波导条件下的电磁波传播,准确评估预报雷达、通信等电子设备的性能,文中利用抛物线方程模型,结合粗糙度参数和蒸发波导条件下大气修正折射指数廓线模型来求解电磁波波动方程,基于电磁波传播的数值模拟结果,重点研究蒸发波导条件下风速和风向对电磁波传播的影响。并得到如下结论:在同一传播距离处,风速越大,海面粗糙度越大,海面电磁波传播损耗就越大;当电磁波传播方向与风向夹角为0°时,其传播路径损耗远远大于在45°或90°条件下,即顺风条件下电磁波传播损耗大于侧风。     

近地层风廓线与垂直湍流强度关系研究

通过改进Prandtl 混合长理论,得出近地层风廓线形式