一种基于金属开口谐振环和杆阵列的左手材料宽带吸收器

用数值仿真在微波X波段研究了金属开口谐振环和杆阵列这一最基本的谐振结构.通过合理的参数调节,这种结构在10.91 GHz附近可以表现出高达98%的吸收率,并且半高峰宽达到3.5 GHz.用散射参量提取法计算其有效电磁参数,发现在谐振频率附近其介电常数、磁导率和折射率的实部均为负值.相比于传统的左手材料,这种结构的电磁参数在谐振区域均具有较大的虚部,是形成高吸收率的根本原因.本文的左手材料吸收器在电磁加热、电磁隐身等领域具有许多潜在的应用.     

环境条件对线形硬毛藻营养盐吸收影响的季节变化

研究了线形硬毛藻在不同温度、盐度和营养盐浓度条件下对NH+4-N、NO-3-N和PO3-4-P的吸收速率的季节性变化。实验结果显示,在5~30℃范围内,线形硬毛藻对NH+4-N、NO-3-N和PO3-4-P的吸收速率受温度和季节影响显著,最适温度范围基本维持在15~25℃,且春季和秋季的吸收速率高于夏季和冬季。低盐度(0~10)对NH+4-N的吸收没有显著影响,对NO-3-N的吸收有促进作用,而对PO3-4-P的吸收有抑制作用。除了个别低盐度条件外,NH+4-N、NO-3-N和PO3-4-P的最大吸收速率大多出现在春季,而最小吸收速率大多出现在冬季。线形硬毛藻在不同浓度的营养盐条件下大多呈现出开放型的吸收模式,在高浓度下各个季节均能吸收营养盐。本研究结果为阐明线形硬毛藻作为"绿潮"灾害藻类的爆发机制提供了理论基础,同时为线形硬毛藻作为新型工具藻在富营养化水域生境修复和陆基工厂化养殖废水处理中的应用提供了科学依据。     

龙须菜（Gracilaria lemaneiformis）在营养限制胁迫后对NH4-N的超补偿吸收研究

采用营养限制胁迫处理的方法,研究龙须菜对NH4-N的超补偿吸收现象.龙须菜在低营养限制胁迫(饥饿)下培养10天后,恢复营养盐培养3天,测定其对NH4-N吸收速率.N吸收实验结果表明,对NH4-N(采用靛酚蓝分光光度法测定)表现出较强的超补偿吸收能力.与持续正常培养的对照组和持续受高浓度营养盐胁迫的处理组比较,各组在培养第一天时对NH4-N的吸收速率差异明显,饥饿处理组最高为17.73μmol/(g·h),对照组最高为12.25μmol/(g·h),高营养盐处理组最高只有6.12μmo1/(g·h).随着培养时间的推移,对照组与处理组之间的差异逐渐减小,培养到第三天时吸收速率趋于一致.而各组对NO3-N(采用锌镉还原萘乙二胺分光光度法测定)的吸收速率都很小,最高为饥饿处理组只有1.49μmol/(g·h),说明龙须菜优先选择吸收NH4-N.实验结束后称重发现对照组、饥饿处理组和饱和组生长率(SGR)分别为5.85%、5.44%、5.02%,ANOVA方差分析表明,三者存在显著差异(P=0.0046＜0.05),证实大型海藻也存在超补偿生长的现象.     

纳秒激光烧蚀铝材料的二维数值模拟

为了探索纳秒脉冲强激光与材料的相互作用机理,建立了二维数值模型,利用有限差分法对纳秒激光脉冲烧蚀金属铝的温度场进行了数值模拟.通过对比不同脉宽、光斑和能量下激光引起的温度场随时间的演化,发现脉冲的前期温度升高比后期快.等温图显示中心温度升高最快,烧蚀轮廓与激光束形状相似,烧蚀深度达1—5 μm.脉宽越长,烧蚀越窄和越深,光斑越大,烧蚀越宽和越浅.数值研究表明,1)激光的脉冲形状、脉宽和功率密度直接影响烧蚀的形状和深度;2)激光功率密度在10⁹ W/cm²量级烧蚀     

点吸收式波浪能俘获装置结构优化方法研究

根据布设海域波浪能资源特征,对点吸收式波浪能装置结构进行优化,可有效提高装置的能量俘获效率。本文以威海褚岛北部海域为装置布设目标海域,在对该海域波浪资源特征进行统计分析的基础上,计算得到装置的直径,同时利用数值软件计算出多组工况下点吸收装置吃水深度和装置固有周期的对应关系,并利用统计学方法得出装置固有周期随吃水深度的变化规律,进而分析得出装置在该海域的最佳设计吃水深度,为点吸收波浪能装置结构优化设计提供了新的思路。该方法对于其他技术类型波浪能装置的结构优化设计同样具有借鉴意义。     

不同特性阻抗参数对深海走航投弃式剖面仪传输信道影响的分析

深海走航投弃式剖面仪由于信道的时变特性,严重影响信号传输的准确性,成为深海走航投弃式剖面仪进一步发展的难题。针对该类信道进行了深入分析,首先提出了信道模型的建立方法,建立了准确的信道模型传递函数,并在此基础上,讨论了在3 000 m长传输线下,不同特性阻抗参数对信号传输性能的影响。通过分析可知:(1)在负载端使用大电阻可以极大地降低水上线轴电感量变化对信号的影响,最佳电阻取值为10 MΩ;(2)通过提高水下线轴电感量的方法可以提高信道相位延时的稳定性,从而提高DPSK信号解调的准确性;(3)为了让负载端获得稳定的幅值增益,要减小分布电容的数值,在信道中加入容性元件会降低信号幅值的稳定性,降低信号的传输质量。通过本文的分析,可以进一步明确对该特殊信道阻抗匹配方法,优化信道硬件电路模型,加快走航投弃式剖面仪向深海进军的步伐。     

基于诊断色素分析的胶州湾浮游藻功能类群研究

分析了2003年12月至2004年10月胶州湾18个站位7个航次的浮游藻色素组成(包括叶绿素和类胡萝卜素)。使用岩藻黄素、多甲藻黄素、色素组合(别黄素+19'-丁酰氧基岩藻黄素+19'-己酰氧基岩藻黄素+青绿藻黄素)和玉米黄素作为特定功能类群的诊断色素指标定义了四个浮游藻功能类群(PFTs), 即硅藻、甲藻、微型鞭毛藻和蓝细菌, 并根据各浮游藻功能类群的诊断色素(组合)占诊断色素总量的比例研究了各功能类群在胶州湾的时空分布特点, 结果表明硅藻是胶州湾的优势类群(平均占65.8%), 微型鞭毛藻次之(26.0%), 甲藻和蓝细菌最低(分别为6.3%和1.9%)。基于诊断色素指标的浮游藻功能类群分析是一种简便的判断优势浮游藻类群组成和丰度的方法。     

基于高光谱数据的赤潮检测方法

在讨论海水高光谱数据波形波峰和波谷产生机理的基础上,通过对高光谱数据波形结构形态的分析,提出了一组描述吸收峰和反射峰的特征参数,并且设计了一种计算这组特征参数的算法,然后基于其中的中心波长、强度和对应中心波长的值提出了3种赤潮识别的方法。试验证明这种方法可以成功地提取出吸收峰和反射峰的特征参数,3种赤潮识别方法可以进行赤潮的识别与预测。     

基于条件变换的地图概括新定义

从较大比例尺地图A编较小比例尺地图B时必须进行地图概括。因此,地图概括中必然存在变换h:A→B。作为选取、夸大等地图概括形式实质上是点集之间在某种约束条件下的变换,不同的约束条件对应着不同的地图概括形式。根据这思路,提出了包括选取、夸大等11种地图概括形式的数学定义。由于依比例符号、不依比例符号和半依比例符号本质上属于地图概括,它的数学定义也可用同样的思路探讨。     

基于正交匹配追踪的声层析方法

声速剖面的变化会对声传播产生较大的影响,经验正交函数模型经常用来实现对声速剖面数据的简化描述。然而在内波、湍流等海水不均匀性存在时,这种正则化操作会造成声速重构精度的大幅降低。本文利用字典学习生成声速剖面的非正交原子,在稀疏编码时采用正交匹配追踪（OMP,Orthogonal Matching Pursuit）算法,更新字典则使用KSVD （Kernel Singular Value Decomposition）的字典更新算法。由于字典学习不需要强制使用正交条件,对于训练数据更加灵活,从而可以使用少数的原子组合达到更高的重构精度。利用一次浅海声学实验多次测量的声速剖面研究了海水声速剖面的经验正交函数表示和字典学习,研究表明：相比于正交函数表示,学习字典可以利用少数原子（甚至一个原子）更好的解释声速剖面扰动。字典学习可以提高声速剖面的稀疏性,从而提高声速剖面的反演精度。     

基于模板匹配和不变矩的浮游动物快速测量方法

近年来基于图像处理方法的浮游动物分类技术逐渐用于海洋生态系统的研究中,相关检测仪器也从实验室处理向原位现场分析发展,这对检测算法的效率和处理速度提出了更高要求。本文根据海洋浮游动物显微图像的形状特点,提出将模板匹配方法与不变中心矩描述方法相结合,先利用模板匹配限定目标初步范围,再比较不变矩确定最终目标动物,并统计动物数量和尺寸。本文方法不受动物方位旋转和尺寸缩放的影响。实验验证结果表明,该方法与传统识别方法相比简单高效,处理速度快,误差范围小,适用于浮游动物的实时原位观测。     

基于地震速度构建的低频响应在波阻抗反演中的应用

以V工区北部为例,应用井数据、速度数据和地震属性共同恢复低频响应数据,同时使用层速度、层位信息（层的深度和厚度）以及反射振幅的信息进行反演,结果显示可以改善预测纵波阻抗的结果,同时与通常情况下的孔隙度预测作了对比,结果表明孔隙度预测的可信度得到了一定程度的改善。     

基于最优TS评分和频率匹配的江苏近海风速订正

近海风速预报在沿海防灾减灾、航运安全、风能评估等方面具有重要应用。本文基于欧洲中期天气预报中心数值预报(ECMWF)数据,将最优TS评分(OTS)与频率匹配(FMM)两种方法应用于江苏近海风速预报订正,对比了两种订正方法的优缺点,分析了不同时间训练样本量以及空间站点观测资料数量对订正效果的影响。结果表明:在相同长度的训练期下,风速等级越小,时间训练期样本越多,预报订正值越稳定;对于7级以上高风速等级的预报,OTS与FMM的TS评分差异不大,但FMM订正更加稳定且频率偏差(BIAS)更接近1;扩充站点观测资料可有效提升预报订正性能;对于7级以上灾害性大风,最佳的订正方案是采用FMM方法结合全年时间训练样本和扩充的站点观测资料。此外,本文还对比了不同风速情形下,订正前后BIAS和TS评分对于时间训练样本量、空间站点观测数量以及订正方法 (OTS和FMM)的敏感性的相对大小。     

基于图相似性匹配的海水溶解氧辅助评价方法

海水溶解氧评价的正确性对于维护海洋生态系统的稳定性具有重要意义。海水溶解氧数据属于非线性时间序列,可视图方法(时间序列转化为图)是分析这类数据较有效的方法,但仍存在未同时考虑数据的时间演变特性以及变量间相互影响的问题。针对现存问题,本研究提出基于图相似性匹配的海水溶解氧辅助评价方法。首先,同时考虑海温、盐度对海水溶解氧的影响以及数据的不可逆性,提出溶氧温盐-转移概率(dissolved oxygen temperature salinity-transition probability, DOTS-TP)有向可视图方法,实现了多变量时间序列到单变量溶解氧图的转化;然后,在将墨西哥湾溶解氧图作为评价参照的基础上,综合利用图的多层次信息,提出子图节点全局(subtree node global, SNG)图相似性匹配方法,通过计算SNG评价指数实现对海水溶解氧的辅助评价。实验结果表明DOTS-TP有向可视图方法能更准确地表达海水溶解氧信息,SNG图相似性匹配方法适用于所有海水溶解氧数据,并能得出正确的辅助评价结果。     

基于南海北部海区浮游植物吸收光谱斜率变化的粒级结构反演

浮游植物的粒级结构是一个重要的生物参数。基于南海北部海区不同水体环境下测量的生物光学数据, 作者深入研究了粒级结构对浮游植物吸收光谱的影响。结果表明, 选择443和510nm波段计算得到的浮游植物光谱斜率S对粒级结构的变化具有较高的敏感性, 其随着小型浮游植物比例的增大呈不断增加的趋势。S与水体叶绿素a浓度、浮游植物吸收系数(aph(443))之间表现出明显的正相关特征。以40%为界对不同粒级浮游植物的优势进行定义, 发现在S与叶绿素a浓度、aph(443)的关系分布中小型(Micro)和微微型(Pico)浮游植物占据优势的水体表现出较为明显的分界, 叶绿素a浓度和aph(443)分别在0.70mg•m-3和0.05m-1附近, 相应的S在0.0004(m•nm)-1左右。基于实测数据建立的遥感反射率蓝绿波段比值与S之间的统计关系, 决定系数高达0.91, 为从水色遥感数据反演浮游植物粒级结构提供了重要手段。     

基于时空约束和三角形迭代划分的渔船AIS与ARPA轨迹匹配

针对现有的轨迹相似度匹配算法用于渔船AIS (Automatic Identification System)与ARPA (Automatic Radar Plotting Aid)轨迹匹配时存在复杂度高、效率低等问题,本文提出基于时空约束和三角形迭代划分的渔船AIS与ARPA轨迹匹配算法TSC-TIP (Temporal and Spatial Constraint-Triangle Iterative Partitioning)。首先采用时空约束法筛选出ARPA目标时空约束范围内的AIS数据;其次采用三角形相似算法选择与AIS数据具有相似特征点的APRA轨迹数据;最后设计了子轨迹迭代划分法将每条轨迹划分为两条子轨迹并采用三角形相似法对子轨迹进行迭代筛选。为验证算法的性能,用渔船的真实AIS轨迹数据和ARPA轨迹数据进行了试验,结果表明：与基于经典距离的相似性度量方法相比,提出的TSC-TIP算法在不影响匹配准确率的前提下,匹配时间减少了95%。研究表明：TSC-TIP算法能有效匹配渔船AIS与ARPA轨迹数据,为面向AIS与ARPA的渔船轨迹数据融合研究提供了新思路。     

Gas hydrate saturation from acoustic impedance and resistivity logs in the Shenhu area, South China Sea

During the China’s first gas hydrate drilling expedition -1 (GMGS-1), gas hydrate was discovered in layers ranging from 10 to 25 m above the base of gas hydrate stability zone in the Shenhu area, South China Sea. Water chemistry, electrical resistivity logs, and acoustic impedance were used to estimate gas hydrate saturations. Gas hydrate saturations estimated from the chloride concentrations range from 0 to 43% of the pore space. The higher gas hydrate saturations were present in the depth from 152 to 177 m at site SH7 and from 190 to 225 m at site SH2, respectively. Gas hydrate saturations estimated from the resistivity using Archie equation have similar trends to those from chloride concentrations. To examine the variability of gas hydrate saturations away from the wells, acoustic impedances calculated from the 3 D seismic data using constrained sparse inversion method were used. Well logs acquired at site SH7 were incorporated into the inversion by establishing a relation between the water-filled porosity, calculated using gas hydrate saturations estimated from the resistivity logs, and the acoustic impedance, calculated from density and velocity logs. Gas hydrate saturations estimated from acoustic impedance of seismic data are ∼10-23% of the pore space and are comparable to those estimated from the well logs. The uncertainties in estimated gas hydrate saturations from seismic acoustic impedances were mainly from uncertainties associated with inverted acoustic impedance, the empirical relation between the water-filled porosities and acoustic impedances, and assumed background resistivity.