Hydrodynamic and dynamic analysis to determine the directional stability of an underwater vehicle near a free surface

A theoretical methodology to determine the open-loop directional stability of a near-surface underwater vehicle is presented. It involves a solution of coupled sway and yaw equations of motion in a manner similar to that carried out for surface ships. The stability derivatives are obtained numerically through simulation of motions corresponding to planar motion mechanism (PMM) model tests. For the numerical simulation, a boundary-integral method based on the mixed Lagrangian-Eulerian formulation is developed. The free-surface effect on the vehicle stability is determined by comparing the results with that obtained for vehicle motion in infinite fluid. The methodology was used to determine the stability of the Florida Atlantic University’s Ocean EXplorer (OEX) AUV. The presence of the free surface, through radiation damping, is found to suppress unsteady oscillations and thereby enhance the directional stability of the vehicle. With effects of free surface, forward speed, location and geometry of rudders, location of the center of gravity etc. all being significant factors affecting stability, a general conclusion cannot be drawn on their combined effect on the vehicle stability. The present computational methodology is therefore a useful tool to determine an underwater vehicle’s stability for a given configuration and thus the viability of an intended mission a priori.     

影响山东热带气旋活动的气候特征与太平洋海温的关系

利用1949～2003年热带气旋年鉴资料,对55年来影响山东热带气旋(TC)活动的气候特征与太平洋海温的关系进行了分析.结果表明:(1)在厄尔尼诺年,影响山东的TC频数较常年明显偏少.厄尔尼诺次年TC频数较常年稍有增加;拉尼娜年影响山东的TC频数较常年显著偏多,增加明显的月份主要是8月和9月,拉尼娜次年,影响山东TC频数偏少.厄尔尼诺事件强度越大,影响山东的TC频数越少;(2)影响山东的TC数和菲律宾以东洋面的海温呈正相关,并具有很好的持续性.影响山东的TC多年,赤道中东太平洋有较强的负距平区,影响山东的TC少年,赤道中东太平洋为正距平区;(3)厄尔尼诺年,影响山东的TC强度偏强.拉尼娜年,影响山东的TC强度明显偏弱.影响山东的TC强度厄尔尼诺年要比拉尼娜年强很多;(4)影响山东TC偏强年在赤道中东太平洋有较强的正距平区,影响山东TC偏弱年在赤道中东太平洋地区有较强的负距平.综上说明赤道中东太平洋的海温高低对影响山东的TC频数和强度有较好的指示作用.     

不同海域沉积物对尿素吸附的实验模拟研究

本文对采自渤海、黄海和东海3个典型海域的沉积物进行了尿素吸附/解吸的实验室模拟研究,用Freundlich吸附模型和Henry吸附模型分析了不同沉积物对尿素吸附的热力学特性,并研究了温度、沉积物粒径、有机质含量等因素对尿素在沉积物表面吸附的影响。结果表明,沉积物对尿素的吸附/解吸过程总体呈现3个阶段:快速吸附阶段（0~5 h）—慢速吸附阶段（5~12 h）—平衡阶段（12 h之后）。当水体中的尿素浓度较低时,沉积物解吸释放尿素,随着上覆水中尿素浓度逐渐增加,沉积物对上覆水中的尿素产生吸附行为,各海区沉积物对尿素的吸附能力由强至弱依次为渤海、东海、黄海,这可能与沉积物的类型有关。Freundlich方程和Henry方程均可模拟沉积物对尿素的吸附,温度、粒径以及沉积物中有机质含量等因素均对尿素在沉积物上的吸附产生影响,随着温度升高,尿素在沉积物上的吸附量变小,沉积物粒径越小,有机质含量越高,吸附尿素的能力越强,因此,揭示尿素在沉积物表面的环境行为时,必须考虑以上因素的影响。     

基于二分图的温度网络拓扑性质研究

利用中国地区435个台站1961—2002年逐日平均温度序列,将温度变化发生在9天时间尺度上的特征编码在网络中,通过研究二分图温度网络(BGT网络)中节点与项目的关系,揭示出9天时间尺度上温度变化的特征及其在空间上的拓扑统计性质.网络中各节点RRRD, RrDD, eeed, DRRD, DDRR等所代表的温度波动模态在网络中异常频发,对9天尺度温度变化的预报有一定的指导意义.统计网络的节点度分布,集群系数等拓扑结构特征量,发现BGT网络服从正态分布特征.BGT网络项目内节点度的多样性大体上     

FY-4A数据在2021年1月6—8日寒潮监测中应用

基于静止气象卫星图像解译理论和位涡理论,应用FY-4A水汽图像、干涉式大气垂直探测仪（GIIRS）产品和欧洲中心第五代大气再分析资料（ERA5）对2021年1月6—8日我国中东部地区寒潮天气进行分析。结果表明：高空冷涡和地面冷高压是影响此次寒潮天气的主要影响系统,冷空气5日08:00从贝加尔湖南部向东、向南加强发展,8日20:00 减弱;对比FY-4A/GIIRS与ERA5 850 hPa 24 h变温数据发现：两种数据反映的对流层低层冷空气东移南下特征和正负变温区域分布特征基本一致,FY-4A/GIIRS 850 hPa 24 h负变温中心和0℃等变温线的位置与ERA5数据接近,FY-4A/GIIRS 850 hPa 24 h变温中心值强度略大于ERA5。水汽图像暗区变暗附近的高层位涡的增加激发高层气旋性环流后侧下沉运动增强,干空气下沉造成了地面高压增强;500 hPa冷涡中心附近绝对涡度增加是引起冷空气增强的原因之一;冷空气急剧增强时段,中低层位涡的加大引起地面冷空气堆积,寒潮增强。FY-4A/GIIRS温度产品反映的冷空气移动特征与位涡理论对冷空气增强原因分析结果一致,说明应用FY-4A/GIIRS温度产品能够有效监测分析寒潮冷空气演变特征。     

四川盆地东部再生稻高温伏旱区腋芽萌发期气象适宜度

以四川盆地东部再生稻高温伏旱区为研究区,基于气象条件对腋芽萌发期再生稻生长发育的影响机理,采用结构方程模型探明了腋芽萌发的影响因素、影响路径及影响强度。进一步结合隶属函数和层次分析法,构建了再生稻腋芽萌发气象适宜度模型,并分析了1981—2021年研究区腋芽萌发期气象影响因素及气象适宜度的变化特征。结果表明：气温、空气湿度、降水是四川盆地东部再生稻高温伏旱区腋芽萌发的关键影响因素,基于以上因素的气象适宜度模型能较好地评价再生稻腋芽萌发期的气象影响。1981—2021年研究区气温适宜度、空气湿度适宜度及综合气象适宜度均呈下降趋势,降水适宜度没有表现出明显的变化趋势。气温适宜度、空气湿度适宜度及综合气象适宜度总体呈“西高东低”的空间分布特征,降水适宜度则表现为“东西高、中部低”。1981—2021年研究区气温上升趋势与空气湿度下降趋势显著,导致致害高温（日平均气温≥32℃）积温和致害低湿（日平均相对湿度≤65％）日数明显增加,这是再生稻腋芽萌发期气象适宜度总体呈下降趋势的诱因。     

5月南极涛动对青藏高原西部夏季气温影响的诊断分析

青藏高原是全球气候变暖最敏感的地区之一,是北半球夏季最大的热源,其气候响应受到广泛关注。然而,有关南极涛动与青藏高原夏季气温的关系和机理知之甚少。为了研究南极涛动与青藏高原夏季气温的关系,基于1979—2020年英国东安哥拉大学气候研究中心（CRU）的逐月气温、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的逐月海表面温度和大气环流再分析数据以及南极涛动指数等数据,采用相关、回归、合成分析等方法进行研究。结果表明,北半球夏季青藏高原西部气温与5月南极涛动存在显著负相关,即当5月南极涛动异常偏弱时,夏季青藏高原西部气温异常偏高。其影响过程为,南极涛动为正位相时,在南印度洋中高纬地区出现“负-正-负”的经向“三极子”海温模态,该模态可持续到夏季,在印度洋形成异常的纬向-垂直环流,相应在热带西印度洋和东印度洋-海洋性大陆之间的降水异常导致热带正“偶极子”降水模态,通过该降水模态在青藏高原西部引起异常反气旋环流和下沉运动,有利于高原西部气温偏高。研究结果显示,海洋的热惯性在“延长”南极涛动影响过程中起着重要的桥梁作用,可为青藏高原夏季气温预测提供科学依据。     

基于机器学习的格点气温预报订正方法

使用2017年9月至2021年3月国家级业务化运行的智能网格实况分析产品和欧洲中期天气预报中心全球模式(EC)产品,根据湖北省的地理分布特征构建6个分区,采用基于LightGBM机器学习算法建立的气温预报方法,生成湖北省0.05°×0.05°格点气温预报产品。利用2021年4—9月的预报产品和格点实况资料进行检验,结果表明:基于机器学习的气温预报方法(MLT)取得了较好的预报效果,其在0～72 h时效内优于中央气象台下发的气温精细化指导预报(SCMOC)和EC产品;MLT在山区的误差较平原大,但山区的订正幅度大于平原,日最高气温的订正幅度大于日最低气温的订正幅度;4—9月MLT、SCMOC、EC产品的平均绝对误差(MAE)日变化都呈现了白天偏高、夜间偏低、午后凸起的单峰特征,MLT的MAE值较SCMOC和EC产品的更低,并且在转折性天气中仍具有优势;站点检验与格点检验结论一致,基于格点建模的气温预报产品对站点预报同样得到了订正。机器学习在格点气温的模式订正方面可以作为一个行之有效的手段。     

数据库系统研制中的几个实用技术

本文根据几个数据系统开发发的实践经验,针对距平台数据导入,无ＤＳＮ连接、动态结账,软、硬盘备份恢复,控件优化等方面提出了几种简洁有效的实用技术。