地球自由振荡弹性简正模研究进展与展望

在构建现代地球模型时,地球内部分层结构主要是根据地震波资料确定的;而地球内部密度及弹性参数,特别是地幔以下大尺度结构的密度分布,则主要是根据地球自由振荡的弹性简正模观测资料确定的.本文概述了地球自由振荡简正模本征值的求解理论和方法,介绍了球型和环型模态位移场表达式,讨论了地球自由振荡模态的衰减、分裂与耦合效应;总结了多线态分裂谱线探测和分裂参数估计的方法,综述了利用弹性简正模开展地震矩张量、地球三维非均匀性结构和内核超速旋转约束与反演研究的主要进展和存在的问题.最后作为展望,本文还讨论了地球自由振荡简正模的未来研究趋势.     

考虑海底管线初始侧向变形的低阶模态

温度应力下海底管线的整体屈曲是海底管线设计中的关键问题之一,不埋或半埋的海底管线较易发生水平向整体屈曲。海底管线会因为制造的缺陷或铺设的原因而具有初始变形,即初始侧向变形。研究了初始侧向变形对海底管线整体屈曲的影响,应用小变形理论建立了单拱侧向变形和反对称双拱侧向变形管线发生低阶模态水平向整体屈曲的理论分析方法,结合工程实例分析了初始侧向变形形态、侧向变形幅值以及地基土体强度特性对管线水平向整体屈曲的影响。结果表明,初始侧向变形的存在使管线更易发生整体屈曲;而反对称双拱侧向变形比单拱侧向变形更易引起管线整体屈曲;随初始侧向变形幅值的增加管线发生整体屈曲所需要的温差降低,且整体屈曲变形形态有所改变管土间摩擦系数的增加会提高管线发生整体屈曲的温差,从而提高管线抵抗整体屈曲变形的能力。     

GNSS位置时间序列分析理论与进展

GNSS时间序列分析对大地测量和地球物理领域研究具有重要意义。梳理和总结了大地测量时间序列特别是GNSS位置时间序列的研究现状和进展。重点介绍了GNSS时间序列分析的理论和方法,并同时指出了GNSS时间序列分析中存在的不足和下一步改进的方向。     

冬季蒙古反气旋和伊朗反气旋的年代际变化特征

根据NCEP/NCAR再分析资料,采用客观判定和追踪方法,研究了1948~2013年欧亚地区冬季温带反气旋的年代际气候变化的活动特征。结果发现,反气旋的高频分布区也是反气旋气候变化最大的区域,其中蒙古高原和伊朗高原的反气旋最活跃。反气旋的频数和强度既有长期趋势也有年代际变化。蒙古高原和伊朗高原的反气旋频数具有明显的年代际变化特征。反气旋频数具有2~6年和16~30年周期,且具有变频特征。EOF分解发现蒙古高原和伊朗高原的反气旋频数分布均在较高纬度和较低纬度地区呈现显著相反的偶子极态分布形式。蒙古高原的反气旋强度的变化基本可以体现欧亚大陆反气旋强度的变化。反气旋分布和强度的年代际变化可以用对流层低层经向温度梯度表示的斜压锋的位置和强度的年代际变化来解释,但斜压锋对欧亚反气旋的影响具有区域性。蒙古高原的反气旋在1960~1975年50°N以北较多,1990~2005年50°N以南较多的偶极子态变化与80°~120°E区域的斜压锋纬度位置自55°N南移到45°N有密切关系,30°~80°E区域的斜压锋纬度位置变化不能单独解释伊朗高原反气旋偶极子态年代际变化。自21世纪00年代中期斜压锋偏强对反气旋强度偏强有重要影响。     

西北地区东部夏季降水异常主模态及其影响因子分析

基于EOF分析及相关分析等方法,以西北地区东部81个测站1961-2010年夏季降水为研究对象,分析了夏季降水异常主模态与前期和同期北半球500hPa、同期EL-Nino及74项环流特征量的关系。结果表明:(1)该区夏季降水的前三种主模态分别为东西差异型、南北异常型、河西走廊区域差异型,它们分别可以解释总方差的19.78%、13.14%和7.78%。(2)夏季降水第一主模态与前期冬季1月北太平洋涛动(NPO)有明显的正相关关系,其强弱变化可作为后期夏季降水异常变化的一个前期信号,其第一主模态与夏季东南象限(152.5°E-157.5°E,72.5°N)极涡的深浅显著负相关,同时欧洲东部-新疆北部大片负相关区与太平洋区显著正相关中心的分布特征与有利于造成夏季降水偏多的"西负东正"高度场相一致。(3)青藏高原东侧的气候变化敏感区对EL NINO的响应程度要高出其它区域。(4)西太平洋副高(以下简称:副高)面积偏大,强度偏强,夏季降水偏多,西太平洋西伸脊点偏西,夏季降水偏少。     

东亚地区南北两个风暴源地中风暴的结构和动力学差异

基于欧洲中心中期天气预报再分析资料(ERA-40),使用涡旋追踪和合成技术、多尺度子空间变换以及局地多尺度能量分析方法研究了东亚地区南北两个风暴源地中风暴的差异。结果发现,南、北两个源地风暴在结构上和内部动力过程上均存在着显著不同。南支源地(40°N以南)风暴底层比高层强,与线性斜压模式中的最不稳定模态结构相似;而北支源地(40°N以北)风暴则正好相反,与下游发展理论所描述的斜压波结构相似。并且发现,南支源地风暴的非地转风场比北支源地风暴的强。能量学诊断结果显示,南支源地风暴的能量源除了斜压不稳定外,有很大一部分来自正压不稳定,而北支源地风暴中则是存在弱的动能逆尺度传输。此外,南支源地风暴的浮力转换和非绝热做功均比北支源地风暴的强,其主要原因是南支源地风暴的垂直运动更强,风暴中的水汽更加充足。      

“丝绸之路”模态与东亚夏季环流的关系分析

基于1979—2015年ERA-Interim再分析资料,分析了夏季"丝绸之路"(the Silk Road,即SR)模态与东亚地区大气环流之间的联系,结果表明:在SR模态正异常年,200 hPa亚洲急流在东亚地区比较弯曲,在中国新疆和环渤海地区500 hPa上分别有一个高度脊和一个高度槽,在蒙古国、中国内蒙古以及日本以东500 hPa上有显著的位势高度正异常,风场异常与高度场配合较好。在对流层中低层的中国北方,有明显的下沉气流,在中国内蒙古、蒙古国以及日本以东,出现位涡负异常,而在朝鲜半岛附近,则有位涡正异常出现。中国环渤海地区降水偏少,而日本大部分地区降水偏多。在SR模态负异常年,200 hPa急流相对平直且更强,500 hPa的波列特征比正异常年更加显著,在中国内蒙古和蒙古国、朝鲜半岛、日本以东分别有"-、+、-"分布的位势高度场异常。与正异常年相比,位于东亚135°E附近的正异常中心变得显著,在该异常中心的西侧和东侧分别有上升和下沉异常气流,对应在朝鲜半岛和中国东北附近有较大的位涡负异常。在环渤海、朝鲜半岛南部和日本、日本以东洋面上,降水分别出现偏多、偏少和偏多现象。     

基于Quanser实验平台的带有输出约束单连杆柔性机械臂的神经网络控制

机械臂在航空航天、服务等领域的应用越来越广泛,其研究也越来越深入.相比于刚性机械臂,柔性机械臂质量轻、能耗小,具有更好的性能.但是,由于柔性机械臂本身的结构与材料具有特殊性,其在运动过程中会产生弹性形变与振动,这就给机械臂的定位、轨迹跟踪带来了困难,因此对其振动抑制的研究具有重要意义.本文利用假设模态法对单连杆柔性机械臂系统进行建模,通过李雅普诺夫直接法实现了闭环系统的稳定性.由于一些实际问题对控制系统的状态量有特殊要求,因此采用正切函数形式的障碍李雅普诺夫策略来处理输出约束问题,之后利用神经网络控制方法来逼近系统的不确定性,通过李雅普诺夫法对闭环系统的稳定性进行了分析,并基于Matlab平台设计仿真、基于Quanser实验平台进行实验,对控制器的控制性能进行了验证.     

2016年我国梅雨异常特征及成因分析

利用国家气候中心梅雨监测资料和NCEP再分析资料,对2016年我国梅雨异常特征及其大尺度环流成因进行了分析。结果表明:（1）2016年我国梅雨有明显的区域特征,其中江南区入梅偏早14天,与1995年并列成为1951年以来入梅最早的年份,出梅偏晚11天,梅雨期（量）偏长（多）,但梅雨期日平均降水量偏少;长江区入梅和出梅均偏晚,梅雨期接近常年,但梅雨量偏多一倍以上,梅雨量和梅雨期日平均降水量分别为1951年以来历史同期第三和第二高值;江淮区入梅、出梅及梅雨期接近常年,但梅雨量偏多。（2）对流层高、中、低层环流系统冬夏季节性调整和转变显著提前的共同作用,导致了2016年江南区入梅显著偏早;东亚副热带西风急流、西太平洋副热带高压（副高）和东亚夏季风涌在7月中旬阶段性地南落导致了江南区和长江区出梅偏晚。（3）受到前冬超强厄尔尼诺衰减和春、夏季热带印度洋全区一致海温模态偏暖的影响,梅雨期副高异常偏强,副高西南侧转向的水汽输送异常偏强,并在长江区和江淮区与北方弱冷空气辐合,造成梅雨量异常偏多。     

吉林省最高最低气温非对称变化时空演变特征

利用吉林省45个气象站1970-2014年逐日的最高、最低气温资料,分析吉林省最高、最低气温不对称变化在年、季尺度上的时空演变特征。采用经验模态分解法(EMD)分解年、季最高、最低气温序列,分析变化趋势。结果表明:近45年年平均最高、最低气温均呈增加趋势,且最低气温增幅是最高气温的两倍。四季的最高、最低气温变化形式与年变化一致;不同地区之间最高气温的增幅差异不大,最低气温增幅存在一定区别,东部最低气温增幅小于中、西部。相对稳定的增温区出现在西部和中部,不同季节的增温幅度不同,春、夏要强于秋、冬。经验模态分解(EMD)结果显示吉林省年平均最高、最低气温均为增加趋势,而春、冬季中最高气温趋势分量的倾向率与原始序列不同,为负值。夏、秋季中最高气温及四季中最低气温趋势分量序列与原始数据序列的倾向率一致,均为正值但大小存在差异。