Higher Harmonics Induced by Waves Propagating over A Submerged Obstacle in the Presence of Uniform Current

To investigate higher harmonics induced by a submerged obstacle in the presence of uniform current, a 2D fully nonlinear numerical wave flume（NWF） is developed by use of a time-domain higher-order boundary element method（HOBEM） based on potential flow theory. A four-point method is developed to decompose higher bound and free harmonic waves propagating upstream and downstream around the obstacle. The model predictions are in good agreement with the experimental data for free harmonics induced by a submerged horizontal cylinder in the absence of currents. This serves as a benchmark to reveal the current effects on higher harmonic waves. The peak value of non-dimensional second free harmonic amplitude is shifted upstream for the opposing current relative to that for zero current with the variation of current-free incident wave amplitude, and it is vice versa for the following current. The second-order analysis shows a resonant behavior which is related to the ratio of the cylinder diameter to the second bound mode wavelength over the cylinder. The second-order resonant position slightly downshifted for the opposing current and upshifted for the following current.     

深海会聚区波导不变量特征研究及应用

为了解决深海会聚区目标及其运动态势难以判断的问题,在研究会聚区形成条件和其声场传播规律以及波导不变量理论的基础上,对典型深海环境不同位置的声强距离-频率分布图中的干涉条纹特征进行理论分析和仿真验证。结果表明,深海会聚区存在与其他区域不同的干涉条纹特征,其对应的波导不变量?值为负。本文提出了利用会聚区特有的干涉条纹特征,对会聚区目标及其运动态势进行初步判断的方法,仿真结果和试验数据表明,判断方法具有可行性和有效性。     

海洋水声通信节点的耐压舱体设计及多重应力分析

水下通信节点是实现深水通信的重要载体,也是实现海洋开发和勘测的重要设备,耐压舱体是承受外部压力、保护内部设备正常工作的重要装置。为了满足在海洋1 500 m深度的实际应用需要,采用传统的耐压舱体结构设计整体分析的方法,对整体结构的稳定性进行了设计验证;在实际工程应用中,因局部特殊结构的需要破坏了耐压舱体的整体连续性,使得局部的应力突变和结构的不稳定造成整体的设计失败,耐压舱体的合理性设计也变得非常复杂;根据耐压舱体几何结构连续和不连续性,将耐压舱体的应力区分为应力连续区和不连续区,结合ANSYS数值仿真的方法进行分析,通过局部加厚的方法,在满足实际需要的前提下,尽可能减小厚度降低成本。     

高光谱大气红外探测仪(AIRS)反演大气不稳定度指数在强对流天气个例中的应用试验

使用探空、NCEP-FNL,数据和高光谱分辨率大气垂直探测仪(AIRS)标准反演数据计算大气不稳定度指数,对2011年6月23日北京强对流天气发生前的本地及上游大气中不稳定能量进行分析研究。分析发现:利用08、14和20时探空数据计算的北京站不稳定度指数显示了在"6·23暴雨"过程发生前后北京上空不稳定能量变化,上游关键区无探空数据;利用NCEP和AIRS数据计算的不稳定度指数显示,强对流天气发生前,在北京的上游关键区大气处于极端不稳定状态(K指数大于40,SI指数小于一5),有利于强对流天气发生。文章的研究结果表明,探空数据时空分辨率较低,不利于监测强对流天气的发生;质量控制后AIRS数据计算的不稳定度指数可以监测对流天气的发生;空间分辨率较低的NCEP数据监测小范围大气不稳定层结能力较低。综上所述,AIRS反演产品具有弥补探空资料时空分辨率不足的优势,利用AIRS L2反演产品计算晴空大气不稳定度指数产品可以监测到"6·23暴雨"天气发生前上游关键区大气层结稳定度状态,为预报员决策提供有效的辅助信息。     

高寒草甸湍流特征量的季节变化特征

利用青藏高原东北边缘的若尔盖高寒湿地生态系统研究站玛曲高寒草甸观测场提供的2010年近地面层梯度和涡动观测资料,基于Monin-Obukhov相似理论(MOST)分析了该地区风速分量、温度、水汽和CO2的归一化标准差随稳定度参数z/L在均匀平坦地表的变化关系及其季节变化特征。结果表明,风速分量σu/u*、σv/u*和σw/u*与稳定度参数z/L呈1/3次方关系,并随|z/L|增大而增大,在近中性(|z/L|0.05)时趋于常数,且σu/u*σv/u*σw/u*;水平方向风速的归一化标准差随空气动力学粗糙度z0m的增大而减小,σw/u*无明显季节变化,可近似为常数;温度、水汽和CO2的归一化标准差在不稳定条件下与z/L呈-1/3次方关系,归一化值随|z/L|的减小而增大,在中性条件下σq/q*σc/C*σT/T*。σT/T*、σq/q*和σc/C*的季节变化分别与感热、潜热和CO2通量的季节变化相反,且主要决定于特征尺度T*、q*和C*。其中感热通量的季节变化与潜热通量、CO2通量相反,且年变化幅度最小,相应地,σT/T*的季节变化与σc/C*和σq/q*相反,且年变化幅度最小。     

以黑体为目标的能见度参考标准试验研究

黑体为目标的能见度测量是从科西米德定律出发,通过工业相机对黑体目标物进行拍摄,建立黑体和背景天空的数学模型,求得能见度。分析表明:当能见度小于30 km,黑体黑度和CCD(change-coupled device)工业相机的面非均匀性对该方法测得的能见度造成的误差约为3.7%。该方法与前向散射能见度仪测量进行对比,能见度变化趋势上具有一致性;但在高能见度时,黑体能见度测量值大于前向散射能见度测量值,低能见度时,黑体测量值小于前向散射能见度测量值。     

GNSS参考站网络的电离层完备性监测研究

本文基于四川GPS综合服务网络(SIGN)的计算结果表明:IRIM指标可用于衡量参考站网络内的电离层完备性监测的总体情况,IRIU指标提供了完备性监测信息在参考站网络中更为详细的空间分布情况,上述指标应用于参考站网络数据处理中心进行实时电离层完备性监测,能有效保证参考站网络内流动端用户定位的时间空间可用性和可靠性。     

大尺度环流的年代际变化对初夏华南持续性暴雨的影响

利用1961-2010年中国逐日降水数据和NCEP/NCAR逐日再分析资料集,研究了大尺度环流的年代际变化对不同频发年代华南持续性暴雨的影响。结果表明,虽然过去50年里华南持续性暴雨的发生存在两个频发时段(20世纪60年代中期到70年代中期、20世纪90年代初到2010年),其典型环流配置都表现为中高纬度冷空气和低纬度充沛水汽的配合,但不同频发时段的大尺度环流配置明显不同,这种配置使得两个频发时段的暴雨发生特点有所不同,最近20年的暴雨发生次数更多,强度更强,持续时间更长。在频发的1964-1976年,高纬度的冷空气主要来自西西伯利亚上空深厚的低槽前部,而此时南亚高压偏弱,西太平洋副热带高压偏弱、偏东,低纬度的水汽主要来自孟加拉湾印缅低压槽前,可降水量偏小,但垂直速度较大,水汽辐合较旺盛,华南上空大气环流较不稳定;在频发的1991-2010年,鄂霍次克海上空附近的高压脊活跃,高纬度冷空气主要来自高压后部,低纬度西太平洋副热带高压偏强,位置偏西,其西北侧的水汽源源不断输送到华南上空,故可降水量增多,伴随着强大的南亚高压提供的良好的高层辐散条件,华南上空垂直速度增大,水汽辐合明显,强有利的环流配置导致1991-2010年华南持续性暴雨强度更大、范围更广。因此,大气环流的年代际转型使得华南持续性暴雨发生了巨大改变,故在未来做预测时应充分考虑不同年代际环流背景场对华南持续性暴雨的重要影响。     

基于多时相遥感的鄂尔多斯市不透水面变化分析

不透水面作为城市发展和生态环境的重要评估因子,在保障生态环境健康和城市可持续发展中具有重大意义。本文以鄂尔多斯为研究区,通过融合多时相Landsat和夜间灯光数据,提取1990—2019年的不透水面信息,并利用重心分析法、标准差椭圆理论和景观指数理论分析时空演变规律。研究结果表明:①1990—2019年鄂尔多斯市不透水面经历了快速扩张;东北部不透水面覆盖度高于西南部;不透水面的扩张模式总体上表现为“向外扩张-向内加密”。②东北部扩张速度减缓,西南部扩张速度增快。③不透水面扩张的方向性减弱;不透水面扩张的方向有由“东北-西南”向“东-西”转变的趋势。④斑块数量及边缘斑块破碎度增加,城市与郊区的连通性增强,城市有向周边郊区扩张的趋势。本文研究对于进一步了解城市生态环境健康与城市可持续发展的相关关系具有一定的参考价值。     

附加历元间约束的滑动窗单频实时精密单点定位算法

针对同时估计电离层延迟导致的单频精密单点定位解算秩亏问题,提出了一种附加历元间约束的多历元递推算法。该算法根据无周跳时前后历元模糊度不变的特性,在每一组多历元联合数据解算时,每颗卫星只设置一个模糊度参数,不需要外部先验信息约束即可解决秩亏问题。另外,本文算法同时考虑了参数及观测值之间的时间相关性,采用附加约束的平方根信息滤波对部分参数进行历元间约束,克服多历元算法的病态性,提高了算法的可靠性。试验采用全球分布的15个IGS跟踪站14 d的数据,静态定位精度优于3 cm,仿动态解约为1.5 dm。与同时估计电离层延迟的单频PPP方法相比,收敛速度提高了24%,与双频无电离层组合PPP的收敛速度基本一致,定位精度提高了30%,高程分量定位精度提高更为明显。