三自由度晃荡模拟装置及其模态分析

晃荡现象是海洋工程和船舶设计中值得关注的问题,它涉及到自由液面大幅度运动的一系列非线性问题,很难获得一个完全的理论解,相应的试验是主要方法,本文介绍三个自由度的模拟装置,并运用ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ软件对该装置进行了结构有限元分析,重点在于模态分析。     

三维三分量地震勘探基础简介

三维三分量（３Ｄ３Ｃ）精细地震勘技术的理论和实验基础是弹性各向异性,本文介绍了在煤田地震勘探中的一个模拟资料,模型为发育有一组平行裂缝的煤层顶底反射波,考虑了二种典型情形。结果表明利用煤层底部Ｐ反射波和Ｓ反射波,可以在一般爆炸震源情况下对煤系地层的小断裂进行方位角各向异性研究而得到煤层破碎带的分布和小断层位置。这一结果已在多个地区得到应用。     

SSA-VMD与小波分解结合的GNSS坐标时序降噪方法

利用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化变分模态分解(VMD),然后结合小波分解(WD),提出一种GNSS坐标时间序列降噪方法IVMD-WD。利用仿真信号和10个基准站的实测数据进行GNSS坐标时间序列降噪实验。结果表明,IVMD-WD方法的降噪效果优于经验模态分解(EMD)、集合经验模态分解(EEMD)和WD,能够更加有效地剔除GNSS坐标时间序列中的噪声。     

一种基于声速剖面展开的内波监测新方法

声速剖面时空分布的获取是利用声学方法监测内波的核心问题。在反演算法中,声速剖面通常是采用展开的方式用若干个参数来表示的。这就导致了有时很难从反演结果中直接获得内波的相关信息。本文的目标是找到一种通过展开系数直接获取内波特性的方法。通过推导内波水动力方程,可以从较少的声速剖面样本中提取出水动力简正模态（Hydrodynamic Normal Modes,HNMs）作为声速剖面展开的正交基。较之广泛采用的正交经验函数（Empirical Orthogonal Functions, EOFs）,HNMs直接与内波活动相关,具有更明确的物理含义。然后,基于HNMs对声速剖面的时间序列进行展开,获得展开系数。最后,从前两阶展开系数的时间导数中可以获取内波活动的信息。将方法应用于受内波影响而具有明显时空扰动的南海北陆架区温度链数据,结果表明：只用前两节模态就可以在较好的精度范围内重构声速剖面。前两阶系数的时间导数具有独特的双震荡结构可以用于探测内孤立波。从展开系数也可以获得幅度以及波长信息。理论推导和实验分析证明了本文方法在内波监测中的有效性。HNMs方法使用便利且对样本的依赖性较小,可以在内波活跃海域作为EOFs的有效补充用于声速剖面的展开。     

南黄海夏季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据南黄海断面1977—2016年历年8月标准层温度、盐度与气候要素观测资料,采用时空分析等方法,分析了南黄海断面夏季温度、盐度年际时空变化与气候响应。断面温度主要有4种时空模态,夏季风生环流、冷水团强度、面积与断面冬季温度模态是主要温度模态年际变化的主要影响因素;夏季风生流场形态、春季PDO指数与断面冬季温度模态是次要温度模态年际变化的主要影响因素;温度模态时间分量均为准平衡态长期变化。断面盐度主要有4种时空模态,夏季苏北沿海低盐度水体、南黄海中部高盐度水体与夏季黄海风生流输送作用是盐度主要模态年际变化的主要影响因素;夏季南黄海降水量减少与风生流输送减弱是盐度次要模态年际变化的主要影响因素。盐度主要模态时间分量为准平衡态长期变化,次要模态时间分量存在显著线性低盐趋势变化。断面夏季温盐多年平均分布主要受到夏季多年平均风生环流影响。断面核心冷水团月平均温度为准平衡态长期变化;面积存在显著线性减小趋势,黄海风生流场季节与年际变化是南黄海核心冷水团年际变化主要影响因素,春季PDO指数对冷水团面积年际变化有显著非线性影响。断面冷水团、核心冷水团月平均盐度为显著线性低盐趋势周期年际变化。由于黄海温盐长期线性趋势变化,与30多年前状况相比,目前黄海温盐场季节循环时空变化形态可能已经发生显著改变。     

巴音布鲁克近58a气候变化特征分析

对巴音布鲁克站点1958—2015年的月降水量、降水日数和平均气温进行集合经验模态分解得到其变化趋势,利用Mann Kendall和累计距平法诊断突变点,并采用Morlet小波和R/S法分析其周期特征和未来变化趋势。结果显示：（1） 巴音布鲁克各月降水量1月、6月和11月增多趋势显著,2月、7月和12月呈“凸”字形变化,减少趋势显著。（2） 降水日数1月和9月呈显著减少趋势,2月和6月呈显著增加趋势,3月和11月呈“凸”字形变化,5月、7月和8月呈不同幅度的“凹”字形变化。（3） 各月平均气温基本呈上升趋势,尤其以5月、7月和10月升温最显著。（4） 年降水量、年降水日数和年平均气温分别在1999年、1993年和1997年发生突变,年降水日数增多早于年降水量增多和年平均气温升高的时间,从90年代中期开始气候由干冷逐渐向暖湿转型。（5） 年降水量、年降水日数和年平均气温的主周期分别为41 a、9 a和30 a。（6） 未来年降水量将增多,年降水日数将减少,年平均气温将升高,极端降水发生的频次将增大,易引发洪涝灾害。     

Lamb波在水下弹性板散射声场仿真实验

利用有限元声场计算软件 COMSOL,仿真实验了 Lamb 波在水下弹性板直角板端反射并发生模态转换时的散射声场,通过对散射声场的分析,结合能量守恒定律,忽略杂散波(如棱角波)近似计算了 Lamb 波在水下弹性板直角板端的模态转换效率,并且与理论值进行了比较。     

改进的多基线InSAR高程重建方法

针对在复杂不连续地形中,传统多基线高程重建算法噪声适应性差的缺点,该文先利用经验模态分解法对选定干涉图滤波,再通过基于马尔科夫模型的多基线最大后验估计重建地形高程。经验模态分解法滤波在抑制干涉图噪声的同时,较好地保留了条纹细节和边缘信息,使得重建的高程更为精准。相较于传统多基线高程重建算法,该文算法噪声适应性更好,估计精度更高,且边缘信息更清晰。最后通过3种地形的仿真实验,证明了该方法简单有效。     

中国东部夏季风雨带季节内变异模态的研究

根据中国气象局国家气候中心提供的1951～2005年中国160个站月降水量资料,用扩展的EOF（EEOF）分析、小波变换、相关分析和合成分析方法,研究了中国东部夏季风雨带季节性南北变动的主导模态和时空变化的特征,分析了各模态的气候特点及其与西太平洋副热带高压季节内变异的关系。 研究表明,我国夏季雨带季节性进退活动不仅是多态的而且是多时间尺度的现象。主导模态主要有六种,为了对各模态雨带推进过程的不同特点有个概要的认识, 分别称之为:梅涝型、伏旱型、梅旱型、南涝北旱型、常态型和南旱北涝型。这六种模态基本上反映了我国东部夏季雨带季节性移动异常的各种情况。在时间尺度上,各模态普遍存在准两年、3～5年和准8年的年际变化,以及准10年、准15年、准24年和准30年的年代际变化。但各模态的优势周期存在明显差别,尤其是年代际变化。分析还表明,西太平洋副热带高压的季节性变异是影响我国东部夏季雨带季节内时空变化最直接和最主要的原因。基本上, 不同型式的副高变异对应有不同的雨带季节内变化模态和天气气候特征。这些研究结果可为我们进一步探讨中国夏季雨带季节内变异各模态形成的物理过程和成因提供基础。     

基于集合经验模态分解的老年人步态信号的降噪方法

基于手机传感器的行人航位推算(PDR)作为一种不依赖外部信息和硬件就可以自主定位导航的方法,在室内环境下试图去普及应用。老年人与年轻人在步频与步幅上有很大差异,常用的年轻人步态降噪方法并不适用于老年人,大大降低PDR的定位精度。针对该问题,本文以手机内加速度传感器信号为数据依据,以检测老年人步数为研究目标,采用卡尔曼滤波、巴特沃斯低通滤波、集合经验模态分解等方法,确定老年人的步数。通过对比分析,确定基于集合经验模态分解的降噪方法,对老年的检步精度达到98%以上,较采用卡尔曼滤波与巴特沃斯低通滤波的方法提高了19.4%。