利用机载GNSS反射信号反演海面风速的研究

全球卫星导航定位系统的反射信号(GNSS-R)遥感技术作为一种新型的、低成本的、高机动性的海面微波遥感测风技术,与其他测风手段优势互补,可以增加测风手段的多样性,弥补局部测风手段不足的状况。研究了接收机在机载高度时,GPS反射信号功率理论模型四部分函数的性质,在此基础之上,数值模拟了机载高度下理论相关功率波形,基于海面风速对波形峰值与后沿的影响,提出了一种能够兼顾所有理论波形信息的二维插值风速反演方法。利用该方法,结合实测机载数据对海面风速进行反演,反演的风速均值与附近测站风速均值相差为1.4 m/s,与浮标数据相一致。     

Evaluation of ENVISAT ASAR data for sea surface wind retrieval in Hong Kong coastal waters of China

The C-band wind speed retrieval models, CMOD4, CMOD - IFR2, and CMOD5 were applied to retrieval of sea surface wind speeds from ENVISAT （European environmental satellite） ASAR （advanced synthetic aperture radar） data in the coastal waters near Hong Kong during a period from October 2005 to July 2007. The retrieved wind speeds are evaluated by comparing with buoy measurements and the QuikSCAT （quick scatterometer） wind products. The results show that the CMOD4 model gives the best performance at wind speeds lower than 15 m/s. The correlation coefficients with buoy and QuikSCAT winds are 0.781 and 0.896, respectively. The root mean square errors are the same 1.74 m/s. Namely, the CMOD4 model is the best one for sea surface wind speed retrieval from ASAR data in the coastal waters near Hong Kong.     

铣削斜楔形区域形成及其对流场负压区的影响规律

【目的】研究在内喷淋冷却高速铣孔加工中,铣削斜楔形区域的形成对流场负压区的影响。【方法】对高速湿式铣削加工区域建立三维流场模型,应用计算流体力学软件Fluent,采用非结构化四面体网格单元,利用滑移网格技术对高速铣削过程进行三维瞬态计算。【结果】得到不同刃数、不同转速的立铣刀对同一孔径工件进行切削时流场的压力分布情况。三刃立铣刀斜楔形对流场负压影响最大,当立铣刀刃数增加时,此斜楔形区缩小,负压减小,转速为10 000～20 000 r/min时增长速度逐渐降低,20 000～35 000 r/min时增长速度逐渐增高。【结论】从流场角度分析,流场中最大负压值与转速呈正相关,转速的提高增加了抑制空化的难度;增加铣刀刃数,可减小流场斜楔形区面积,减小空化可能。     

基于正交匹配追踪的声层析方法

声速剖面的变化会对声传播产生较大的影响,经验正交函数模型经常用来实现对声速剖面数据的简化描述。然而在内波、湍流等海水不均匀性存在时,这种正则化操作会造成声速重构精度的大幅降低。本文利用字典学习生成声速剖面的非正交原子,在稀疏编码时采用正交匹配追踪（OMP,Orthogonal Matching Pursuit）算法,更新字典则使用KSVD （Kernel Singular Value Decomposition）的字典更新算法。由于字典学习不需要强制使用正交条件,对于训练数据更加灵活,从而可以使用少数的原子组合达到更高的重构精度。利用一次浅海声学实验多次测量的声速剖面研究了海水声速剖面的经验正交函数表示和字典学习,研究表明：相比于正交函数表示,学习字典可以利用少数原子（甚至一个原子）更好的解释声速剖面扰动。字典学习可以提高声速剖面的稀疏性,从而提高声速剖面的反演精度。     

声速剖面EOF表示的第一模态解析

为实现对声速剖面EOF表示后第一模态时间系数和空间函数变化规律的解析,提出了一种简化的声速剖面变化模型,即"拐点"深度值和声速值的变化;声速梯度的变化和表层海水温度周期性变化所引起的海水声速变化,通过将4种因素所引起的第一模态空间函数的变化规律与实际声速剖面簇第一模态空间函数的变化规律对比,分析引起实测声速剖面变化的主要因素,最后,分别用深海和浅海实测声速剖面数据对其进行验证。     

旋翼无人机测算风速风向技术研究

目前大部分民用无人机没有准确测量风速、风向和预警风场的功能,然而森林火灾扑救等多种场景需要无人机可以提供准确的风速。本文提出了一种基于旋翼无人机坐标数据测算风速风向的技术,通过无人机主机RTK坐标信息及方位角、倾角数据精准获取螺旋桨点相对坐标信息,选择不同负载条件下无人机以1~16 m/s的不同速度分别飞行30 s以上,根据螺旋桨坐标信息变化数值,结合风洞测试数据及风场动力学原理,研究风速与旋翼无人机倾角关系,并通过风洞试验检验该方法精度;并可根据无人机RTK推算出的螺旋桨坐标变化信息判断风向。结果表明,无人机风速与旋翼无人机倾角呈正相关关系;无人机负载加重时,对应受风速干扰的倾角会相对减小;无人机飞行受阵风干扰出现噪点的概率,高海拔区域大于低海拔区域;并建立六旋翼无人机飞行倾角的风速估算模型y=－1.043 5+1.150 1x,该模型测算风速的中误差值为0.966,绝对值小于1,满足应急指挥现场对无人机测量风速精度要求。该方法得到风速测算精度高,可以为旋翼无人机实时获取风速风向提供一种可行方法,具有一定的实用价值。     

青藏高原东边缘山区极值风速推算方法的研究

利用1971—2001年青藏高原东边缘地区12个气象台站风资料,分析了影响极值风速的主要因子,通过对地形的参数化处理,建立了极值风速随海拔高度和地形参数变化的拟合模型,可推算该地山区的极值风速,并利用山区临时观测资料对拟合模型进行了检验。结果表明,利用引入地形参数所建立的极值风速拟合模型来推算山区极值风速具有一定的可行性。     

河西走廊风速变化及风能资源研究

利用河西走廊地区25年风速气候资料和风塔周年资料,研究了该区域近地面风速及风能的演变和分布。结果表明:河西走廊绿洲内风速下降十分明显,而其它高山站风速比较稳定,没有明显的减少趋势;风速变化具有周期振荡特点;垂直风速差由近地面向上减小,高层风速极大(小)值滞后于低层;风速随高度按自然对数规律增大,风能距地面8 m层内随高度变化迅速;该地区4~12 m/s风居多,是风能的主要贡献者;2~4月风速最大,1,5月最小;该地区风能丰富,10~70 m层内年风能储量在2200 khW/m2以上。     

波浪物理模型试验中风速比尺确定方法初探

在波浪模型试验中研究风对构筑物的作用时,会涉及到风速比尺的确定问题。风对构筑物的作用力包括惯性力和粘滞力,这2种力的大小与建筑物的形态有关,对有的构筑物的作用力以惯性力为主,有的则以粘滞力为主。所以,在波浪物理模型试验中不能简单地采用重力相似准则也不能采用粘滞力相似准则来确定风速比尺。根据大量的试验研究结果,提出了采用不同模型比尺的船舶模型试验来确定风速比尺的方法,为波浪模型试验中风场模拟和数据处理提供了依据。     

障碍物对风速风向影响的观测试验

随着城市化进程的加大,测站周围障碍物的存在使风观测资料失去代表性、准确性和比较性。为定量化研究障碍物对风观测的影响,开展了河北沽源构筑物观测试验,通过对比构筑物修建前后各测点的风速风向资料,分析了障碍物对风速风向的影响。分析结果显示:1障碍物对风速的衰减作用与背景风速大小有关,风速越大,衰减作用越强;2背景风速在2~6m/s时,障碍物背风面测点风速衰减随距离增大而减小,在10倍障碍物高度距离处平均约衰减15%;背景风速大于6m/s时,背风面各测点风速衰减先增大后减小,在大约5倍障碍物高度的距离处衰减最大,10倍障碍物高度的距离处平均约衰减20%~30%;3障碍物的存在使主风向的风向频率减小,对风向的影响距离为6倍障碍物高度。