火星探测巡航段与捕获段光学自主导航方案与关键技术

火星探测是国家深空探测重大专项的重要组成部分,无线电导航受通讯延时与天体遮挡等问题的影响,在导航精度和实时性方面存在问题。光学自主导航作为对地面无线电导航的重要辅助,是火星探测任务顺利完成的重要技术支撑。针对火星探测任务,设计了火星探测巡航段与捕获段的导航方案,并对两个阶段中光学自主导航的关键技术进行了总结与研究,为进一步利用深空天体摄影测量的理论与方法深入开展火星探测光学自主导航关键技术的研究提供参考。     

青岛地铁小角度上跨既有地铁隧道施工方案优化

目前国内地铁建设需求日益加大,地铁建设技术要求也越发严苛。本文旨在解决目前在国内地铁隧道小角度、小净距上跨施工技术难题,基于青岛地铁某研究区间隧道小角度、小净距上跨既有地铁线隧道工程实践,结合国内外有关地铁隧道小角度、小净距上跨建设施工案例及技术文献,分析评价工程区域工程地质条件和区域建筑环境,实验测试岩土体力学性质,综合运用帷幕法、超前小导管、自进式管棚及锚杆、格栅等技术手段,综合优化此类小角度小距离上跨隧道工程施工方案。优化施工方案综合运用了多种支护技术手段,最大发挥支护结构自身平衡性能,最大发挥整体支护系统的支护能力,本方案对施工成本控制、工程进度均有很好的促进作用,研究成果可为同类工程提供借鉴和参考。     

GRAPES中尺度模式中Kain-Fritcsh方案的改进及应用试验

本文对GRAPES_Meso中Kain-Fritcsh eta积云参数化方案进行了三种改进：(1)将原触发机制中的温度扰动分解成由水汽决定的垂直向和水平向温度扰动(KF1方案),(2)在原温度扰动中直接增加一项由相对湿度计算的水汽平流项(KF2方案),(3)在KF1方案中增加用相对湿度计算的水汽平流项(KF3方案)。利用GFS预报场资料对上述改进方案进行模拟试验和批量回报试验,结果表明：“5·23”暴雨个例中,(1)改进方案均可以减少原方案模拟的部分虚假降水,KF1方案模拟降水范围较好,KF2方案模拟强降水中心较好,KF3方案同时具备二者优点。(2)三种改进方案对于强降水站点均存在模拟降水偏弱,KF1方案降水趋势与实况接近,但存在对流激发较快,后期降水略为不足,KF2方案则相反,KF3方案表现介于二者之间;KF2、KF3方案均会在对流激发最强和最弱时刻使其向有利方向调整。台风个例中,KF1方案模拟中心气压较好,KF2方案模拟台风路径较好,KF3方案则在两者上均有较好表现。TS评分检验表明KF1方案在各个降水量级上的评分都较低,KF2、KF3方案评分相对较高;误差检验(高度、风)时,KF1方案在中层误差较大,高、低层误差最小,其他两种方案表现则相反。     

数值差分格式及格点设置对土壤温度模拟结果的影响

土壤温度是反映气候系统和生态系统能量循环的重要地球物理学参量,土壤温度的模拟精度直接影响着气候系统模式以及陆面物理过程模式的模拟结果.为了提高模式对土壤温度的模拟能力,本文利用土壤热扩散方程的傅里叶解析解定量研究了差分方案、格点设置以及时间步长对土壤温度模拟结果的影响;提出了一种优化的格点设置方案,并利用巴丹吉林沙漠观测数据检验了该方案的性能.研究结果表明:三种差分方案中,显式方案的模拟误差最小,Crank-Nicolson方案其次,隐式方案的模拟误差最大;每一种格点设置方案均存在一个使模拟结果误差最小的最优化时间步长;常用格点设置方案的最优化时间步长为5358 s,最小标准差为0.156 K,优化方案的最优化时间步长为1694 s,最小标准差为0.0465 K;取时间步长为1800 s时,采用常用格点设置方案,巴丹吉林沙漠10 cm深度土壤温度模拟结果的标准差为1.61 K,而采用优化方案,模拟结果的标准差降至0.21 K,改进效果明显.     

六分量弹性波场数值模拟与分析

地震波传播过程中,质点的振动不仅包括三个独立的平移部分,还包括三个独立的旋转部分.本文基于一阶速度-应力弹性波方程,采用分裂完全匹配层（SPML）的吸收边界条件,推导了时间导数二阶精度和空间导数高阶精度的交错网格有限差分格式的弹性波速度与应力各分量计算公式,模拟了各向同性介质中均匀模型和层状模型下的六分量波场,并对二维各向同性层状模型下的三个分量地震记录做高分辨率线性拉东变换得到各自的频散能谱.数值模拟分析结果表明：（1）旋转分量的能量要比平动分量弱的多;（2）在平动分量上,面波能量强,频率低,反射P波能量较强,反射S波能量稍弱;在旋转分量上,反射P波能量很弱,S波能量强;（3）与平动分量相比,旋转分量的频散能谱效果更好,能看到基阶和完整的高阶面波,即旋转分量能反映更多的地下介质信息.

     

标准模型下基于身份的可证安全签名方案

在标准模型下设计高效可证明安全的签名方案具有现实意义。基于Waters和Paterson最近提出的签名方案,提出了两种有效的标准模型下的基于身份的签名方案:一种为(t,n)门限方案,在计算Diffie-Hell-man假设(CDH问题)下,方案被证明具有不可伪造性和健壮性;另一种为分级签名方案,该方案签名算法效率高,仅需两次指数运算。在CDH困难问题假设下,该方案被证明是安全的。     

三维各向异性裂缝介质正演模拟的三种交错网格适应性比较及Lebedev方法的改进

研究了三维各向异性裂缝介质的正演模拟的三种不同有限差分法,即标准交错网格（SSG）、旋转交错网格（RSG）和Lebedev方法（LS）,详细对比分析这三种交错网格方法在模拟复杂各向异性介质的优势与局限.提出一种新的改进方法,简化了LS有限差分法在任意各向异性介质中的正演模拟.为了模拟三维大规模复杂各向异性介质的地震响应,提出一个优化的正演模拟计算流程：将模型参数分为模型介质参数和模型构造参数.该计算流程适用于三种有限差分法中的任何一种.使用LS方法实现任意三维各向异性裂缝介质地震响应的三维全波场模拟,通过使用三种不同的有限差分模拟方法进行二维和三维模型数值模拟试验,验证了所提出方法有效.

     

百米级气象数值模拟研究进展与展望

21世纪开始, 随着天气气候模式和超算机计算能力的发展, 加之气象精细化预报服务需求日益增长, 气象数值模拟迈入"百米级"发展阶段.本文系统回顾并归纳了近20年来百米级气象数值模式研发和模拟应用两方面的研究进展.重点关注百米级大气模式资料同化和浅积云对流、云微物理、边界层和城市陆面等物理参数化方案的研发进展, 以及模式对天气系统、边界层特征、降水、雾和城市化效应的模拟研究.基于百米级模式的研发和应用现状, 指出该研究领域的五个重点发展方向, 包括有限域高分辨率资料同化方法、云和边界层作用反馈、百米级城市陆面模式、人工智能方法对参数化方案的改进、模式分辨率与计算资源的平衡配置, 以期为系统开展百米级气象数值模拟研究与应用提供参考.     

基于优化有限差分和混合吸收边界条件的三维VTI介质声波和弹性波数值模拟

传统有限差分系数是通过泰勒级数展开求取的,这样导致所计算的频散曲线在大波数区域会产生较强的数值误差.针对二阶空间偏导数的显式有限差分离散,本文发展了一种新的优化差分系数方法：首先将泰勒级数展开与多点采样方法结合应用于空间频散关系,基于最大范数建立直观有效的优化目标函数,采用Remez算法求解该目标函数,从而获得最优化差分系数.利用优化有限差分方法求解三维垂直对称轴横向各向同性（VTI）介质中的声波和弹性波方程.另外,本文将二维混合吸收边界条件推广到三维VTI介质中,用于吸收人工截断边界反射;基于各向异性特征,合理调整了边界区域的速度值来提高吸收效果.考虑到三维情况下计算效率的问题,本文波场外推过程中采用图形处理器（GPU）取代传统的中央处理器（CPU）.数值精度分析表明,相比较于传统的泰勒级数展开方法,优化有限差分方法在大波数区域对频散误差的压制效果更明显.在三维均匀和修改的Hess VTI模型中的数值模拟实验证明了本文方法具有更高的精度与效率,混合吸收边界条件在三维VTI介质中具有良好的边界吸收效果.

     

水氮耦合对膜下滴灌棉花产量效应的探讨

为了探讨膜下滴灌棉花水肥耦合效应,于2003-2004年在新疆北疆雨水较少地区开展不同水氮条件对棉花产量效应的大田试验研究。结果表明,在该试验条件下,土壤水分对产量的作用最大,氮肥次之;水氮耦合的产量效应表现为适宜土壤水分中施肥量效果最高,高土壤水分中施肥量次之,低土壤水分低施氮量最低;水氮交互大小的顺序是水氮耦合＞土壤水分＞施氮量;获得最高籽棉产量5253kg/hm2的灌水量为4190m3/hm2,施氮量为276kg/hm2。