泡沫覆盖的随机粗糙海面的双站散射和热辐射

从双尺度随机粗糙面的散射理论和矢量辐射传输理论出发,将具有白帽泡沫覆盖的风驱海面模拟成一层离散球形粒子下垫双尺度随机粗糙界面的复合模型．利用Ｐｉｅｒｓｏｎ的半经验海洋波高谱和修正的Ｃｏｘ和Ｍｕｎｋ的坡度分布函数,推导了强风驱使下白帽泡沫覆盖的随机起伏海面的双站散射系数和热发射率,得到了极化的双站散射和热发射与海面各物理参数之间定量的函数关系．数值计算的结果与已有的海洋遥感实验数据进行了比较和讨论．     

泡沫覆盖的随机粗糙海面的双站散射和热辐射

从双尺度随机粗糙面的散射理论和矢量辐射传输理论出发，将具有白帽泡沫覆盖的风驱海面模拟成一层离散球形粒子下垫双尺度随机粗糙界面的复合模型．利用Ｐｉｅｒｓｏｎ的半经验海洋波高谱和修正的Ｃｏｘ和Ｍｕｎｋ的坡度分布函数，推导了强风驱使下白帽泡沫覆盖的随机起伏海面的双站散射系数和热发射率，得到了极化的双站散射和热发射与海面各物理参数之间定量的函数关系．数值计算的结果与已有的海洋遥感实验数据进行了比较和讨论．     

非高斯粗糙面电磁散射特性的谱估计方法

计算粗糙面电磁散射特性的方法有微扰法、基尔霍夫近似法以及双尺度法,这些方法都有各自的适用范围.根据近代谱估计的原理,基于粗糙面高度起伏的谱分布特征,提出了一种用近代谱估计方法计算粗糙面电磁散射的新方法.这种方法只要了解粗糙面的Fourier频域分布,就可计算粗糙面的电磁散射特征.最后对谱估计方法和传统的几种方法进行比较,表明这种方法在一定情况下能够对粗糙面的散射特征进行分析,而且与论述类似问题的文献的结果相当吻合.     

时变海面与其上方导体平板的复合电磁散射研究

应用当前的数值方法求解动态海面与目标的复合电磁散射,由于海面的变化,在不同时刻需要对阻抗矩阵各元素及海面表面电流重新求解,因而要耗费大量内存和运算量.为了克服这一问题,本文应用物理光学(PO)近似求解了导体海面表面电流及导体平板的一阶散射场,应用基尔霍夫近似给出了海面的后向散射场,同时借助互易性定理降低了求解平板和海面之间二次耦合散射场的难度,讨论了平板尺寸、风速等对后向复合散射场的影响.另外,本文还推导出了耦合散射场多普勒谱频移的理论公式,详细分析了复合后向散射场的Doppler 频谱特性.     

利用全极化微波辐射计资料反演台风境内海面风场

作为一种新兴的被动遥感技术,全极化微波辐射计不仅可以提供海面风速产品,还可以提供海面风向产品.以往利用全极化微波辐射计观测亮温进行海面风场反演仅在晴空条件下进行,本文通过对观测亮温结合台风区域海面风场的分布特征进行分析,验证了全极化微波辐射计具有在台风等恶劣天气条件下进行海面风场观测的能力.基于敏感性分析实验,确定使用6.8 GHz和10.7 GHz等低频通道组合可进行台风区域内海面风场反演.其中,海面风速反演使用基于统计的多元线性回归算法,同时对海面温度、大气水汽含量、云中液态水含量及降水强度等物理量进行反演计算,为海面风向反演做准备.海面风向反演使用物理统计法进行,借鉴散射计风向反演使用的最大似然估计法.通过在全极化辐射传输前向模型中加入降水对大气透过率的影响、设计第三和第四Stokes通道亮温环境影响修正函数,在实现台风区域内海面风向反演的同时减小了反演误差.通过对“云娜”台风境内海面风场进行数值计算,验证了本文反演算法的可行性,并对反演误差的空间分布特征进行了分析.将2004年各台风过程的海面风场反演结果与散射计风场产品进行对比,海面风速和海面风向反演的均方根误差分别为1.64 m·s-1和18.02°.     

蒸发波导对GNSS海面反射信号有效散射区域的影响

蒸发波导在海洋低空的发生概率高达90%,对舰船雷达、通信等电磁系统具有重要影响.为了分析利用GNSS卫星海面反射信号的时延-相关功率波形反演蒸发波导的可行性,本文提出了GNSS卫星海面反射信号的有效散射区域的概念,并将有效散射区域内的GNSS反射信号区分为GNSS标准反射信号和GNSS波导反射信号;然后,利用射线追踪方法,仿真分析了GNSS卫星海面反射信号的有效散射区域大小对蒸发波导的关键参数——波导高度的敏感性,并分析了在时延-相关功率波形上利用反射信号的传播时延将二者分离开的可行性.结果表明,GNSS卫星海面反射信号的有效散射区域对蒸发波导高度非常敏感,对于2~25 m高的GNSS反射信号接收天线,当蒸发波导的高度由0 m增加至20 m时,GNSS反射信号有效散射区域半径的均值可由约14 km迅速扩展至约160 km;采用高度角足够大的GNSS卫星可以将有效散射区内的GNSS标准反射信号与GNSS波导反射信号在时延-相关功率波形上分离开.

     

一种新的实时电磁逆散射方法

为解决介质圆柱体逆散射问题,提出一种新的在线逆散射方法,通过支持向量机将逆散射问题转化成一个回归估计问题. 该方法可应用于各种逆散射方面, 尤其是目标的几何与电磁参数重构和埋地目标探测. 文中首次将支持向量机方法应用到该领域,设置多个散射场的观测点,通过提取散射场的不同信息作为样本信息训练支持向量机, 建立了介质圆柱体的逆散射模型, 利用该模型重构了介质圆柱体的电磁参数,同时探测了埋地位置. 数值结果显示了该方法的有效性和准确性,为目标的实时逆散射研究提供了一种有效方法.     

利用海面全极化微波辐射获取毛细重力波谱的研究

通常利用双尺度模型计算海面微波辐射的原则是, 先计算大波斜率密度函数对电磁扰动权函数的影响, 再引入海面毛细重力波谱的效应. 电磁扰动权函数与海面毛细重力波谱无关, 而且海浪长波谱和毛细重力波谱可以根据分界波数分开计算; 依据这一点, 推导并获得了一个简单的计算海面微波辐射的新模型. 依据该模型, 海面微波辐射可以表示为电磁扰动权函数对海面曲率谱的积分, 其优点是电磁扰动权函数和海面曲率谱对亮温的作用可以进行分解研究. 基于该模型, 进一步讨论了利用多频全极化辐射计反演海面毛细重力波谱的可行性.     

频域激发极化法中体极化与面极化内在联系的探讨

矿化的体极化介质,其激发极化效应来自其中所含电子导电矿物颗粒的表面极化效应。基于上述认识,本文从理论上推导出含球状电子导体的体极化介质复电阻率的“微观”数学表达式。将它与体极化介质复电阻率的“宏观”表达式——Cole-Cole模型相比较,得出了:1.Cole-Cole模型中的特征参量与球状电子导体的表面极化系数、含量以及导体半径等的综合关系式;2.电子导体表面极化系数在频域中的一般表达式。这表达式同目前在实验室中观测到的结果是一致的。     

A smoothed particle hydrodynamics model for droplet and film flow on smooth and rough fracture surfaces

Flow on fracture surfaces has been identified by many authors as an important flow process in unsaturated fractured rock formations. Given the complexity of flow dynamics on such small scales, robust numerical methods have to be employed in order to capture the highly dynamic interfaces and flow intermittency. In this work we use a three-dimensional multiphase Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) model to simulate surface tension dominated flow on smooth fracture surfaces. We model droplet and film flow over a wide range of contact angles and Reynolds numbers encountered in such flows on rock surfaces. We validate our model via comparison with existing empirical and semi-analytical solutions for droplet flow. We use the SPH model to investigate the occurrence of adsorbed trailing films left behind droplets under various flow conditions and its importance for the flow dynamics when films and droplets coexist. It is shown that flow velocities are higher on prewetted surfaces covered by a thin film which is qualitatively attributed to the enhanced dynamic wetting and dewetting at the trailing and advancing contact lines. Finally, we demonstrate that the SPH model can be used to study flow on rough surfaces.     

地-井方位激电观测异常特征研究

为系统了解地-井方位激电异常特征,利用有限单元法对地-井方位激电观测在立方体、板状体等典型地电异常体上的响应进行正演计算,分析了异常体位置、方位距离等变化对观测的影响规律,讨论了地形、钻孔本身对地-井方位观测的影响等.研究结果表明地-井方位观测是探测井旁和井底盲矿体行之有效的方法,利用不同方位上的异常曲线特征,遵循异常场定性分析和"先井口、后其它方位"的分析方法,可大致确定异常体的电性特征和空间展布;地形和钻孔本身对地-井方位观测的影响主要集中在浅部区域.     

近地层参数化对海南岛海风降水模拟的影响

利用WRF模式探讨了两种近地层参数化方案（MM5方案和Eta方案）对2013年5月31日海南岛一次海风降水过程模拟的影响.结果表明,改变近地层方案可对当地的海风环流及相应的降水特征产生明显影响,两个试验最重要的差别主要体现在模拟的海风及降水的强度差异上,与MM5试验相比,Eta试验的低层海风及辐合程度更强,相应的降水也更强,表现为岛屿总格点降水量、大于10 mm的降水区域、最大格点降水三个量化指标均比较大.通过分析两种方案在不同降水阶段的地表通量及近地层变量场,发现Eta试验模拟的降水前环境场更有利于对流的启动,随着午后热力湍流的不断增强,将MM5方案替换为Eta方案可使近地层感热通量、潜热通量分别增加约3.57%、5.65%,动量通量减小约10.79%,感热、潜热的增加使Eta试验中近地层大气的加热加湿作用更加明显,相应的低层大气不稳定度更高,再配合海风锋前较强的辐合上升运动,局地不稳定能量的释放变的更加容易,因此降水强度更大.

     

北京夏季晴天边界层特征及城市下垫面对海风影响的数值模拟

对耦合了Noah陆面模式和单层城市冠层模式的WRF(Weather Research and Forecasting)模式系统进行了改进和优化,通过对2010年8月6－7日北京地区晴天个例的模拟试验,检验了优化前后模式系统的模拟能力,分析研究了该个例中城市边界层的特征及日变化.另外,使用优化后的模拟系统通过两组敏感性试验研究了京津城市下垫面对海风的影响.结果表明,优化方案能够显著提高模式系统对该个例的模拟性能,模式系统基本能够模拟出北京夏季边界层的日变化特征,精确的地表使用类型分类等地理信息数据对提高模式预报的准确度有着至关重要的作用,京津城市对海风的发展和推进过程有明显影响,能够阻碍海风的推进、加强风场的水平辐合和垂直上升气流,北京城市下垫面还能在海风到达前增加其强度和推进速度,并在海风经过后延缓其消亡、增加其推进距离.