基于自适应干扰观测器的巡航导弹掠海飞行轨迹跟踪控制

构建了巡航导弹动力学模型,将不确定性项与风浪干扰项合并,同时引入一种自适应干扰观测器予以补偿,提高导弹控制系统的鲁棒性,并利用高阶滑模控制器和任意阶微分器实现控制系统反馈环节的有限时间镇定.仿真实验表明,该方案可实现在1∼7级海况下巡航导弹掠海飞行的高精度轨迹跟踪,同时具备较高的收敛速度和良好的适应性.

西北太平洋中尺度涡合成结构及其对声传播的影响

中尺度涡普遍存在于大洋中并会对声传播产生影响。利用2000—2018年AVISO卫星高度计资料和Argo浮标资料,通过涡旋合成方法构建了西北太平洋黑潮延伸体和亲潮延伸体海域中尺度涡的多年平均三维结构,对其垂直温、盐异常和声速特征进行分析,并采用Bellhop射线声学模型对中尺度涡背景下的声传播进行了模拟仿真。结果表明:1)冷涡背景下,温度异常为负,盐度异常在上层为负,在下层为正,声速等值线抬升;暖涡背景下,温度异常为正,盐度异常在上层为正,在下层为负,声速等值线下沉。2)冷涡背景下,声传播会聚区向声源方向偏移,会聚区宽度缩小;暖涡背景下,会聚区远离声源,会聚区宽度增大。声会聚区宽度在黑潮延伸体海域较在亲潮延伸体海域更大,距离声源也更远。3)冷涡背景下,声传播的反转深度变浅,暖涡背景下,反转深度加深;在黑潮延伸体海域,反转深度总体随经度增大而变浅,在亲潮延伸体海域则相反,反转深度随经度增大而变深。

考虑海水强跃层特征的MVP系统盐度剖面校正方法试验

走航式海洋剖面测量系统(Moving Vessel Profiler,MVP)具有空间高分辨率温盐剖面探测的优势,但由于采用无泵型CTD进行温盐测量,对测量数据进行传感器响应时间匹配和热惯量校正处理是其数据应用的重点和难点。本文针对现有热惯量校正方法在强温跃层处仍然存在盐度尖峰的局限性,提出一种基于测量温度梯度廓线分析的分层热惯量校正参数寻优方法,校正温度和电导率,进而校正盐度剖面。利用西太平洋某航次实测数据进行试验,结果表明,该方法显著降低了MVP上下行测量剖面的盐度差异,盐度尖峰基本被剔除,特别是温跃层处得到明显改善,上下行剖面的平均绝对盐度差从0.031降低到0.016 1,总体的盐度误差减小48.1%,验证了本文提出的MVP盐度剖面校正方法的合理性。

东中国海域交叉定标多平台合成洋面风场资料的初步评估

对新的交叉定标多平台合成洋面风场资料(CCMP风场)的特点进行分析介绍,利用浮标和观测桩的时间序列资料和同期的卫星高度计探测资料,对东中国海海域范围内该风场的精度和特性进行了检验和评估并与欧洲中期天气预报中心再分析资料(ERA风场)和散射计探测混合风场资料(QuickScat/NCEP风场)进行对比分析。结果表明:CCMP风场在远海区域的精度较高,风速偏小;在近岸区域风速可能偏大,存在一定的局限性。在东中国海海域,较之ERA风场和QuickScat/NCEP风场,CCMP风场均方根误差最小;当实际风速较小时,三种资料的风速都偏大,偏度较小;当实际风速较大时,三种风场的风速都偏小,偏度较大;且三种资料的风速误差具有随季节变化的特征。

WAVEWATCH-Ⅲ海浪模式中岛屿次网格效应的检验与比较

综合利用水深数据和高分辨率海岸线数据,在优化WAVEWATCH-Ⅲ模式计算网格的基础上,发展了波能通量穿透度系数自动计算方法,完善了岛屿次网格地形效应计算方案;并与直接提高网格空间分辨率来分辨多岛屿地形处理方案的计算效果进行对比研究。表明:岛屿次网格效应方案充分体现了海岸和多岛屿地形对海浪传播的影响,且主要是对低频海浪能量的抑制和阻碍作用,对模式计算结果有明显改善;在低分辨计算网格中考虑岛屿次网格效应时,模式对有效波高的计算精度与高分辨率网格的结果精度相当,且计算效率有显著提高。

岛屿岛礁海域海浪能谱模型研究进展

波浪能谱模型在岛屿岛礁海域的波浪预报研究和海洋工程中应用广泛,但存在模式计算格点无法充分体现岛屿岛礁的复杂地形特征和很难刻画波浪受到岛屿岛礁影响发生变形物理过程等两个关键问题。多重网格嵌套方案、岛屿次网格地形效应计算方案以及非结构网格、无网格、动态自适应四叉树网格等技术在体现岛屿岛礁复杂地形方面取得了较好的效果;将相位解析模型与波浪能谱模型优势互补是提高能谱模型对岛屿近岸波浪变形物理过程计算能力的一个有效方法。开展球坐标系下波作用密度谱方程的自适应四叉树网格求解方法研究,借鉴相位解析模型最新成果完善能谱模式的绕射、反射、底摩擦等物理过程,是提高岛屿岛礁海域海浪精细预报技术水平的前沿性、探索性研究方向。

复杂岛屿海域的台风浪局地特征模拟与分析——以舟山海域为例

为了研究舟山海域复杂地形条件下的台风浪特征,在高分辨数值模拟中采用了利用海图资料处理复杂岛屿地形分布的方法,利用WAVEWATCHⅢ和SWAN模式相嵌套模拟了影响该海域的西北行路径的典型台风浪过程。分析表明,舟山海域的东南部、东北部、西北部、内部海域受台风的影响各不相同,台风浪特征分布与海域的岛屿分布、水深分布等因素密切相关,各个海区的台风浪局地特征明显。

琉球群岛海域海浪数值计算地形处理效应及试验分析

针对琉球群岛海域内多岛屿复杂地形对海浪数值计算的特殊影响,发展一种综合利用水深数据和高分辨率海岸线数据优化计算网格且引入次网格地形效应的方法,并利用WAVEWATCH-Ⅲ模式进行连续1个月的数值模拟试验。结果表明:采用该方法后,在计算网格分辨率上,充分考虑了海岸和多岛屿地形对海浪传播的作用和多岛屿的次网格效应,数值计算结果有明显改善。

混凝土Cl^-扩散系数预测的有限元方法

提出了预测混凝土Cl-扩散系数的有限元方法.将混凝土看成是一种由骨料、界面和水泥浆基体所组成的三相复合材料,通过比较两种典型的单元细胞模型,说明了圆形单元细胞模型在混凝土模拟方面的优越性.由于界面厚度远小于骨料尺寸,采用推进前沿法尽可能准确地剖分单元细胞,应用有限元方法获得了混凝土Cl-扩散系数的数值解.将数值结果与实验数据进行比较,验证了该方法的有效性.基于数值结果,定量评价了最大骨料粒径、界面Cl-扩散系数、界面厚度和骨料级配对混凝土Cl-扩散系数的影响.

数值模式与统计模型相耦合的近岸海浪预报方法

针对数值模式和统计模型预报近岸海浪存在的局限性,构建了数值模式和统计模型相耦合的近岸海浪预报框架,在模式计算格点和近岸预报目标点之间定义一个海浪能量密度谱传递系数,通过经验正交函数分解和卡尔曼滤波方法建立传递系数的统计预报模型并与数值模式进行耦合。经过对近岸波浪观测站1a的预报试验表明:该方法能够提高近岸海浪有效波高预报精度,有效波高的均方根误差降低了约0.16m,平均相对误差降低约9%。进一步试验和分析发现,该方法的预报有效时间小于24h,将海浪能量密度谱经过分解后得到的基本模态反映了近岸波侯的主要特征,海浪能量密度谱传递系数的变化体现了波侯的季节变化特点。

基于声信号海温垂直结构反演试验

目前利用声回波记录反演海洋温度垂直结构的方法中大多以声阻抗剖面作为反演对象,不便于实现声速和密度分离。针对此问题,提出了一种新的反演思路。在优化海温垂直结构参数化表达的基础上,利用遗传算法进行参数寻优,建立了海温垂直结构反演模型,以海温垂直剖面实测数据检验了模型的准确性。结果表明:反演模型能够直接得到温盐垂直结构反演结果,对混合相位信号的回波进行反演时,精度较高,且不需要对信号进行最小相位化处理,较之层剥算法更简便。

海水温盐垂直结构的声反射回波模型及应用

基于等时厚分层假设,建立海水温盐垂直结构的声反射回波计算模型,并对实际海洋层结状态的声反射回波特征进行了详细分析。结果表明:声反射回波幅度变化的位置和海水介质温盐梯度变化不为零的位置一致,回波幅度和梯度变化幅度成正比;而回波的极性反映了梯度变化的趋势。将该模型用于反演试验,能够直接得到海水温、盐垂直结构反演结果,效果较好,克服了以往反演算法中不便于密度和声速分离的缺点。

基于海浪谱分解与重构的资料同化试验

针对有效波高资料提出一种海浪谱分解与重构的资料同化方案:利用历史时段内的有效波高观测资料和模式计算波高场,采用最优插值方法得到分析波高场;在WAVEWATCH-Ⅲ模式的波浪能量密度谱和有效波高分析值之间引入一个变异系数矩阵,描述模式的误差,以此为状态向量构建卡尔曼滤波系统,对分解过的海浪谱进行修正和重构,得到同化后的海浪谱初始场。利用美国阿拉斯加湾北部海域的7个浮标站进行同化和72h预报试验,对连续1个月的预报结果进行统计表明:采用该同化方案后24h预报结果的有效波高均方根误差比未同化的结果降低了0.13m;同化方案对预报效果的影响可持续36h左右,随着预报时效延长,同化的效果减弱。

复杂群岛海域海浪数值模拟方法及试验

在复杂群岛海域海浪模拟中,发展一种综合利用水深数据和高分辨率海岸线数据优化计算网格和在海浪数值计算中引入次网格地形效应的方法,充分描述多岛屿复杂地形分布对海浪模拟的影响。通过理想试验和实际应用表明:采用该方法后,在计算网格分辨率水平上,充分考虑了海岸和多岛屿地形对海浪传播的作用和多岛屿的次网格效应,数值计算结果有明显改善。

基于模糊系统的西太平洋副热带高压异常年份的影响因子检测分析和动力预报模型反演

基于自适应网络模糊推理系统(ANFIS),讨论了滤除主信号之上影响因子噪声音的方法和途径,针对2010年的副热带高压异常的天气事实,首先用时滞相关法从观测资料中分析出2010年夏季风系统主要成员中对副热带高压异常影响最显著的3个因子:马斯克林高压、索马里低空急流和印度季风潜热通量,并用ANFIS诊断检测了这3个因子对副热带高压异常的影响和贡献。由于ANFIS系统具有非线性、容错性和自适应学习等特性,因此适宜于研究和模拟副热带高压等动力学不易准确描述的问题。在此诊断分析基础上,采用遗传算法和动力重构理论相结合的技术路径,从2010年实际的观测资料序列中客观准确地反演重构出非线性的副热带高压及其影响因子的动力模型,并对其进行了动力延伸预报试验。多次试验结果表明,预报的副热带高压面积指数、马斯克林冷高压强度指数、索马里低空急流和印度潜热通量指数在25天以内的中短期预报效果较好,误差不超过10%,并且预报出了指数的变化趋势。为西太平洋副热带高压与东亚夏季风系统的关联性和西太平洋副热带高压指数预测研究提供了一种新的思路和方法。

Gerris数值方案及其在海洋数值模拟中的应用

基于动态自适应网格的开源软件Gerris受到越来越多海洋和水文研究者的关注.概述了Gerris开发背景、研究现状和特点,详细阐述了Gerris数值方案,包括动态自适应网格、动态负载平衡技术原理、广义正交曲线坐标系、内嵌复杂固体边界和地形数据的处理方法,并探讨了Gerris在海洋数值模拟中的初步应用.结果表明,Gerris动态自适应网格在多尺度问题模拟中的优势独特,在海洋数值模拟应用中可通过自适应网格提高地理特征的精度,通过GTS(或KDT)格式的数据来处理地形和网格,达到同时兼顾精确性和易用性的目的,使得Gerris与其他海洋模式进行有机结合成为重要发展方向.

两种海面风场的对比及对海浪模拟的影响

海面风场在海浪模拟研究和预报中起着关键性的作用,再分析风场数据可为海浪模式提供长时间的大范围、高时空分辨率海面风场。利用日本浮标站资料和卫星高度计资料对再分析风场QuickSCAT/NCEP(Q/N)混合风场和ERA风场进行验证分析,并利用WAVEWATCH-Ⅲ模式进行连续12个月的数值模拟试验。对比风场和计算得到的海浪场得出结论:在风速较小的时候,ERA和Q/N风场较实测风场大,在风速较大的时候,ERA和Q/N风场较实测风场小;ERA风场模拟浪高较浮标观测波高偏小;Q/N混合风场模拟的浪高更接近实测浪高。

基于非线性最优目标函数的红外云图台风中心自动定位

台风中心的自动定位对于灾害性天气预测具有重要意义。针对台风云系在云图中分布的不确定性和多变性,利用主特征向量提取方法实现了台风云系的客观描述;在此基础之上,根据台风密闭云区在云图中呈圆形的几何特性,构建了台风中心自动定位的非线性最优目标函数;因该目标函数的导数不易求取,利用生物遗传算法,求得了台风中心位置的最优数值解,有效地实现了台风中心的自动定位。多个台风中心定位仿真结果表明,该方法能够实现有眼和无眼台风的自动定位,并且理论可靠、实用性强、定位精度高。

高强度MRI诊断骨质疏松性椎体压缩骨折的价值分析

目的:探讨高强度MRI诊断骨质疏松性椎体压缩骨折的价值。方法:以56例因OVCF入院患者为对象,均接受MRI及SPECT-CT检查。对比两种检查方式诊断的价值。结果:MRI诊断椎体骨折的敏感度为87.78%(79/90),特异度为10.00%(9/90);SPECT-CT诊断椎体骨折的敏感度为93.33%(84/90),特异度为3.33%(3/90),两种诊断方法比较差异无显著性(χ^(2)=1.624,P=0.203)。MRI诊断急性期椎体骨折的敏感度为90.19%(46/51),特异度为9.80%(5/51)。SPECT-CT检查诊断急性期椎体骨折的敏感度为90.19%(46/51),特异度为9.80%(5/51)。MRI检查诊断非急性期椎体骨折的敏感度为81.63%(40/49),特异度为18.37%(9/49)。SPECT-CT检查诊断非急性期椎体骨折的敏感度为93.88%(46/49),特异度为6.12%(3/49)。MRI及SPECT-CT诊断非急性期椎体骨折的价值比较,差异无显著性(χ^(2)=5.018,P=0.064)。结论:MRI与SPECT-CT检查在OVCF的诊断中关联性及一致性均较高,对于造影剂过敏患者可选用MRI检查。

南印度洋中尺度涡统计特征及三维合成结构研究

南印度洋是海洋中尺度涡的多发区域。本文利用卫星高度计资料及Argo浮标资料,对南印度洋(10°~35°S,50°~120°E)区域中尺度涡的分布、表观特征等进行了统计分析,采用合成方法,构建了该区域中尺度涡的三维温盐结构。结果表明,涡旋频率呈明显的纬向带状分布,在18°~30°S存在一个明显的涡旋频率带状高值区;涡旋半径具有由南至北逐渐增大的趋势;长周期涡旋在其生命周期内,半径、涡动能、涡能量密度、涡度等性质均经历了先增大而后减小的过程;涡旋以西向运动为主,在经向上移动距离较小,长周期气旋(反气旋)涡具有明显的偏向极地(赤道)移动的倾向;涡旋平均移动速度为5.9cm/s,速度大小大致沿纬向呈带状分布。在混合层以下,气旋涡(反气旋涡)内部分别呈现明显的温度负(正)异常,且分别存在两个位温负(正)异常的冷(暖)核结构;气旋涡(反气旋涡)整体上呈现"正—负"("负—正")上下层相反的盐度异常结构。中尺度涡对温盐的平均影响深度可达1 000×104 Pa以上。