ＴＨｚ复式晶格光子晶体谐振腔的特性分析

提出了一种基于复式晶格结构的新型ＴＨｚ波段光子晶体谐振腔,这种复式晶格结构是在普通正方空气孔型光子晶体的每个原胞中心嵌套一个旋转２８２°的正方形空气孔,通过改变中心原胞内圆柱空气孔的半径构成谐振腔,用平面波法分析谐振频率与缺陷半径的关系,得到ＴＭ谐振模和ＴＥ谐振模一致的谐振腔结构参数;利用时域有限差分法分析共同谐振的ＴＭ模和ＴＥ模的谐振特性,研究结果可以为ＴＨｚ波段光子晶体谐振腔的制作提供参考依据．     

一个简单的准地转海气耦合模式

文章采用准地转带耗散因子的大气和海洋的动量、热力学方程,建立了一个简单的描写大尺度运动的准地转海气耦台浅水模式,分别在中高纬和低纬地区讨论了海气的耦合效应,分析了耦合低频模(海洋模)的振荡周期随耦合频率和经向波数的变化转征,并由此而说明低频振荡与海气相互作用有关。然后从海洋和大气的频散曲线中揭示出耦合强度对Rossby波传播的影响,还从缓变波列的观点,讨论了两种模之间的转换机制。 结果表明:Newton冷却Rayleigh摩擦对海洋Rossby波起稳定作用。随着耦合频率的增加,耦合低频模的周期也相应增加;经向波数越大,这种增加就越迅速。当耦合频率趋近于临界值时,海洋Rossby波趋于静止。当海气耦合强度增加到一定程度时,海洋Rossby波的传播方向变成与原来相反。通过海气相互作用,海洋Rossby波的一部分将转换成大气Rossby波,本文求解了其能量转换系数。      

天基太赫兹云雷达需求指标分析与论证

云对大气起着重要的动力和热力作用,对地球能量平衡、气候变化及天气演变具有重要影响,但云是全球气候模型中最重要的也是最难确定的气象要素之一。太赫兹(Terahertz,THz)波是介于微波和红外辐射的电磁波,具有方向性好、能效高、可全天候工作、对云系微物理结构有更高的灵敏度等优点。天基云雷达是测量全球尺度云的有效手段,它能够直接测量云的三维结构,还可以为被动微波遥感测量提供订正参考,目前天基雷达是获取全球云的垂直运动、粒子相态和中尺度物理结构等信息的唯一设备。综合太赫兹波与雷达探测的优势,采用天基太赫兹雷达进行云雾探测,能够获得目前其他技术手段无法获得的独特信息。从应用需求的角度,综合考虑探测目标的垂直与水平分布特性、目标测量所受的杂波干扰、测量精度、分辨率拖影、天线尺寸和衰减等方面的要求,对天基太赫兹测云雷达的探测频段、灵敏度、分辨率、扫描范围、探测距离等重要需求指标进行分析论证,给出合理的需求指标,推进国内天基太赫兹测云雷达的开发建设及应用,为主动遥感气象探测增加一支生力军。     

基于Dirichlet-to-Neumann映射计算半无限二维光子晶体的表面模式

介绍了一种基于Dirichlet-to-Neumann（DtN）映射的计算半无限二维光子晶体表面模式的有效数值方法.首先利用三种不同单元晶格的DtN算子构造出超级晶胞的DtN映射,然后在超级晶胞的两条边界上建立特征值问题来计算光子晶体表面模式,建立的特征值问题是线性的,而且其中的矩阵比较小.最后用两个数值算例验证了数值方法的有效性.     

简单的热海气耦合波──Kelvin波和Rossby波的综合作用

在本文中，考虑到对于研究ＥＮＳＯ事件中的某些现象，人们更感兴趣的是大尺度低频运动的物理性质。为此，本文中引进长波低频近似，这时纬圈运动基本上满足地转平衡。分析表明，对赤道偶对称运动，当经圈结构函数（抛物线柱函数）取ｎ＝０，２时，海气耦合系统中的自由波分别为大气和海洋中的Ｋｅｌｖｉｎ波和Ｒｏｓｓｂｙ波。它们经相互作用后，可以激发出不稳定的海气耦合波。根据海气相互作用强度（αγ）和ε（＝ｃｓ／ｃａ。ｃｓ，ｃａ分别为海洋和大气中的重力波波速）的大小，可以把不稳定区分成三个部分。在ε＜０．１６的强海气相互作用区，不稳定的耦合波，在短波波段是向东传播的，在长波波段则转为向西传播。在ε＞０．１６的弱海气相互作用区中，在长波波段的不稳定耦合波是向东传播的。另外，在ε＞０．１６的强相互作用区中，不稳定耦合波的物理性质较为特殊。在短波波段存在一支向东传播的不稳定波，但由于增长率太大，可以预测波将很快破碎而变成大尺度湍流运动。在长波波段虽然也存在一支频率很高的不稳定波，但其物理性质很难从自由模的比较中追踪出来。文中对由大气和海洋Ｒｏｓｓｂｙ波经相互作用后的对赤道奇对称耦合波也作了讨论。     

太赫兹频段雷达探测的冰云微物理参数反演算法模拟研究

在假设冰云粒子呈球形以及粒子谱服从对数正态分布的条件下,利用离散偶极子近似法(DDA),计算出太赫兹频段(220 GHz)冰云粒子的雷达反射率因子,及其与瑞利假设下雷达反射率因子的比值。忽略衰减和多次散射的影响,根据太赫兹波段冰云的雷达反射率因子,基于最优估计理论反演冰云的微物理参数,并验证该算法的可靠性。反演结果表明,当冰云粒子大小在设定的尺度范围内时,有效粒子半径(r_e)的反演误差小于4%,粒子谱宽(σ)的误差小于2.5%、粒子数密度(N_T)的误差小于1%,冰水含量(IWC)的误差小于5%。还分析了当N_T和σ为定值时,反演结果随粒子尺寸的变化情况,当冰云粒子尺寸在模拟计算设定的范围内时,r_e的反演误差小于0.04%,σ的反演误差小于0.02%,N_T的反演误差小于0.50%,IWC的反演误差小于0.08%,如果冰云粒子大小超出模拟计算设置的范围,反演误差随着r_e增加而增大。该结果证明了基于最优估计理论反演得到的冰云微物理参数与模拟设定值有良好的一致性,说明该方法可应用于太赫兹频段云雷达的冰云观测及云微物理参数的反演和研究。      

基于耦合线的高隔离度三频分支线耦合器

本文提出了一种应用于无线功率传输系统中的新型三频分支线耦合器.通过在传统分支线耦合器的基础上加载1/4波长短路耦合线来实现3个频段的通带.每个通带之间均保持高的隔离度,且通过改变加载耦合线的奇偶模阻抗值,耦合器通带的中心频率可以在较宽频带范围内调节.对一个工作在0.69/1.0/1.4 GHz的平面三频耦合器模型进行了设计与加工,测试结果与理论期望值吻合较好.     

海气系统中不稳定耦合波的空间结构与气候年代际振荡

利用带有深海作用的简单海气耦合模型,分析了中纬度海气系统中不稳定耦合波的空间结构,讨论了其对气候年代际振荡的影响.结果表明:对于海气系统中的不稳定耦合波,大气扰动在位相上超前于海洋扰动,位相差范围0到π/2,特别当位相差为π/4时,出现最不稳定海气相互作用;大气和海洋扰动振幅之间的关系由风应力系数和海洋加热系数的相对大小决定,大气扰动振幅可以小于海洋扰动振幅,也可以大于海洋扰动振幅;深海作用系数对于海气耦合波的空间结构总体影响很小.     

简单热带海气耦合模型中不同扰动形式间的耦合作用

在局地热平衡情况下研究了简单热带海气耦合模式中不同扰动形式间的耦合，依次讨论了由大气准定常Kelvin波与海洋R0ssby波、大气准定常Rossby波与海洋Kelvin波、大气准定常Kelvin波与海洋KelVin波、大气准定常Rossby波与海洋Rossby波组成的耦合系统的性质，并研究了存在于其中的耦合扰动的特征。     

简单的热带海气耦合波——Rossby和Kelvin波的相互作用

本文分析了当大气和海洋中未经耦合前的自由波分别为Kelvin波和Rossby波,经相互作用后所产生的耦合波的性质。结果表明,不管大气的自由波为Kelvin波或Rossby波,而海洋的自由波为Rossby波或Kelvin波,经相互作用后的耦合波可以分成两类。一类耦合波的色散关系接近自由的Kelvin波;另一类则由不同经圈模的Rossby波经相互作用后的耦合波。这两类波都具有不稳定性。文中讨论了耦合波的传播和不稳定的物理机制,并指出这类不稳定的热带耦合波,对研究ENSO事件中的某些现象有一定的参考意义。     

不同时间尺度上的热带海气耦合扰动

本文从热带地球流体运动的物理特征出发,建立了适合热带地区特点的海气耦合模式方程组并对之进行了系统的尺度分析,指出时间尺度不同的运动其受控的物理过程各异。基于这种时间尺度的差异,我们有可能将不同时间尺度的运动分开来研究。计算结果表明,去掉海洋中的波动过程,仅仅考虑与海洋表面温度场的变化相联系的扰动形式会对耦合系统及耦合扰动的性质造成很大影响。由此看来,Ｎｅｅｌｉｎ所谓的“快波极限”不是一种好的近似。     

交叉小波变换在区域气候分析中的应用

将交叉谱与小波变换分析方法相结合,与传统的交叉谱方法相比,交叉小波变换方法用于区域气候变化与大气环流系统之间耦合振荡行为的相关分析更具优越性,不仅可以弥补经典交叉谱分析方法存在的缺陷,而且能够发挥小波变换在时频两域都具有表征气候信号局部化特征的作用;该方法具有较强的耦合信号分辨能力,便于描述耦合信号在时频域中分布状况的优点。采用交叉小波变换分析北极涛动指数(AOI)距平与河南省月平均降水量距平、气温距平序列之间的联合统计特征及其在时频域中的相关关系,根据小波互相关系数、交叉小波凝聚谱和小波位相谱分析北极涛动对河南省气候变化的可能影响。应用结果表明:河南省降水量和气温变化与AOI之间存在着多时间尺度的显著相关振荡,年代际尺度周期上的互相关系数明显大于年际尺度周期,相关程度随耦合振荡频率的增大而减小,相关显著性取决于两者的时频域联合统计特征,时域中小波互相关系数、小波凝聚谱和小波位相谱的分布具有明显的局部化特征;说明北极涛动年际和年代际异常对河南省气候变化具有显著影响。     

青藏高原冬季雪盖增大对夏季东亚大气环流影响的数值试验

利用二维非线性能量（Ｅ－ε）闭合的边界层数值模式,研究了中纬度地区海岸日间局地海风环流的特征,并对不同海风特性条件下的ＴＩＢＬ高度廓线用幂指数关系进行了数学拟合。对大量的数值试验结果分析表明,ＴＩＢＬ廓线幂指数（α）的取值与海风特性有关,其大小在０．４－１．１之间,α＝０．５只在海风充分发展时的陆上适用,文中还给出了不同海风发展程度（阶段）下的α取值。     

海气相互作用与年代际气候振荡可能机制初探

从简单海气相互作用方程组出发，引进新的海洋对大气加热函数，得到简单海气相互作用方程组的解析解。解析解表明，海气相互作用可以产生不稳定耦合波，这种波的不稳定程度随海气相互作用系数和深海对海洋混合层的影响而不同，并且e-折时间尺度随海气相互作用系数出现极小值，这个极小值点对应的周期是最不稳定海气耦合波的周期；海气相互作用产生的最不稳定海气耦合波的周期在中纬度地区是18a，在低纬度是3．5a，在高纬度是35a，它可能是海气系统年代际振荡的机制之一。     

热带大气和海洋运动的频率差异在海气系统演变中的作用

对热带太平洋地区850 hPa纬向风场、海表温度场月平均距平进行了谱分析。结果表明:纬向风距平与海表温度距平的振幅在El Ni?o或La Ni?a期间同时增长。而在其他期间,波振幅随时间呈相反变化趋势。在El Ni?o或La Ni?a事件发展期间,纬向风距平的位相角与海表温度距平位相角的差值在90o左右,而在事件的衰减期间,它们的位相角的差值在0o左右。本文还利用长波近似、海洋对大气加热取局地热力平衡近似时的简单热带海气耦合模式,研究了大气变量和海洋变量位相差随时间变化对海气耦合解的影响。在海气耦合模式中,当大气模式取为非定常时,大气和海洋Kelvin波之间以及Rossby波之间存在着能量转换,使大气和海洋波振幅呈相反变化趋势。此时,耦合波振幅随位相角差的变化没有共同的增长或衰减区间。大气Kelvin波与海洋Rossby波或大气Rossby波与海洋Kelvin波相互作用时,波振幅随位相差的变化存在着相同增长和衰减区间,它们的振幅要么同时增长,要么同时减少。当大气模式取定常时,因为相互作用波之间的位相差是一常数,波振幅随时间无限制增长。本文还在大气模式取为非定常和定常两种情况下,对海气耦合模式进行了数值求解。结果表明,当大气模式取为非定常时,数值解随时间的变化趋势跟观测结果有较好一致性。当大气模式取为定常时,数值解随时间的变化趋势跟观测结果差别较大。     

非线性波 波相互作用对准２０ａ气候年代际振荡的影响

从简单海气耦合相互作用的非线性方程组出发,导出描述大气和海洋运动的无量纲准地转涡度方程．对准地转涡度方程引入双时间尺度后,在准共振条件Ｋ１＋Ｋ２＋Ｋ３ ＝０和ω１ ＋ω２ ＋ω３ ＝Δω下,求得大气和海洋波－波非线性相互作用的２组耦合方程,其中大气耦合方程中含有海洋强迫作用项．由这２个耦合方程组求得大气和海洋波动能量变化周期的近似解．结果表明：在考虑非线性效应的情况下,由波动共振引起的大气和海洋波动能量变化在中纬地区具有准２０ａ的周期,说明非线性效应对海气耦合也具有调制作用,从而确定准２０ａ气候年代际振荡形成的新机理．     

重力波对一次雹暴天气过程演变的影响

利用北京地区雷达、风廓线仪和稠密的自动站观测资料,对2005年5月31日午后多次出现雹暴现象的飑线天气过程进行了中小尺度诊断研究,揭示了雹暴系统的发生、发展和再生过程与地面气象要素分布之间的关系,重点分析了重力波对雹暴单体、雹暴群演变、移动的影响.结果表明:(1)在有利于强对流发生的大气环流背景下,由地形、强雹暴产生的重力波,不仅催生新的风暴单体,而且对风暴单体的移动、发展或减弱产生直接影响;(2)不同强迫源(地形、强雹暴)引发的、具有不同振幅、波长和波动周期的中尺度重力波之间通过复杂的相互作用过程对多个风暴单体的演变产生了重要影响,有利于雹暴群的形成.     

简单的热带海气耦合波——Rossby波的相互作用

在本文中分析了当大气和海洋中未经耦合前的自由波均为Rossby模时,经相互作用后所激发出的耦合波的物理性质。结果表明,由于大气和海洋的背景状态不同,可以激发出两类不稳定耦合Rossby波。一类波要求大气的背景场是斜压的,而海洋的混合层较深,即热容量较大。这是一类弱相互作用的不稳定波。另一类要求大气的背景场趋于正压性,而海洋的混合层较浅,即热容量较小。这是一类强相互作用的不稳定波。色散关系的计算表明,这两类不稳定波产生的物理机制也不相同。文中对解不同截断模的本征值问题提出了几种数学方法,同时还进一步提出了一种使大气和海洋自由Rossby模的色散关系不受歪曲的处理方法。     

复杂山区上空垂直速度场和热力对流活动的理想数值模拟

利用英国气象局高分辨率的边界层数值模式BLASIUS,针对中国西北一个复杂山区进行了一系列的理想数值模拟,分析了在不同天气条件下山区上空的垂直速度场分布和对流特征以及地形对热力对流活动的影响,同时讨论了与地形有关的对流触发机制.模式结果表明,复杂山区的垂直运动在稳定层结和风速较大的情况下较易预测,而在中性层结下,山区上空的垂直运动分布随机性强.在Froude数小于0.5的条件下,气流往往被山峰阻塞而在迎风坡造成地形强迫和辐合性抬升,从而易在迎风坡触发深对流活动;在背风坡则由于迎风坡的绕流重新辐合而造成垂直运动.绕流的辐合是触发深对流活动的另一重要因子.在大风或Froude数较大的条件下,地形重力波容易在山地下游被激发.地形重力波与对流活动的相互影响在模式中清楚可见.在适当的条件下,重力波除了可以与对流活动相耦合从而使气团上升到更高的高度外,重力波的走向很可能会影响到深对流系统的传播路径.研究还发现稳定度对相邻两条对流线之间的距离长短也有影响.稳定度较小时,相邻两条对流线之间的平均宽度趋向变大而单个对流线的强度也相应变大.定量化的结论和理论升华值得进一步的数值模拟研究.     

基于高分辨率图像传感器的单帧光学相机通信

针对光学相机通信中存在的图像传感器有效像素受限以及多帧通信之间存在的通信不连续问题,提出利用高分辨率图像传感器在单帧图像中完整接收数据包的非视线信道通信方案.非视线信道的方案解决光源造成的blooming效应问题,并增加了图像传感器上的通信有效像素.同时,通过高精度的同步算法和多列信号累积,克服非视线信道带来的大衰减问题.高分辨率图像传感器可感知更高速的信号变化,从而有助于同步精度和通信速率的提高.实验结果表明：该方案可实现1.5 m距离上的2.15 kpbs通信速率,单帧内数据包长度为16 bit,满足室内定位导航、光子标记等应用需求.