微囊藻属一日内垂向分布的数值模拟

将水质模型与微囊藻属浮力调节模型相结合,建立微囊藻属垂向浓度分布模型,该模型不仅保留了以往模型的优点且改进了以往模型的不足,如考虑了微囊藻群体的直径大小及微囊藻属的浮力调节能力.模型结果与荷兰的Vinkeveen湖的实际测量数据吻合良好.此外,模拟结果也表明：微囊藻属在垂向的分布受水体紊动程度影响显著.微囊藻群体的最大浓度并不在水体表面,而是在水下一定深度处.小尺寸群体微囊藻群体（20～50μm）在水深方向的分布比大尺寸群体（100～200μm）更加均匀.日落后,微囊藻属会因为密度减小上浮至水面,反之,白日里,微囊藻属密度增加向水底方向下沉,因此日出前水面的微囊藻属浓度高于日落前的水面浓度.

不同海域SSTA对东半球越赤道气流年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950—2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋)海表温度,分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常(SSTA)对东半球越赤道气流年代际变化的影响。数值试验结果表明,全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,均能模拟出索马里、120°E和150°E越赤道气流在1970年代中后期由弱变强的年代际变化特征,其中模拟的索马里越赤道气流年代际变化特征及其与东亚夏季风年代际变化关系均与观测结果较一致,而热带外海表温度驱动全球大气环流模式未能模拟出此年代际变化现象,表明全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化均对索马里越赤道气流在1970年代中后期的年代际变化具有重要作用,热带太平洋是关键海区;索马里越赤道气流的年代际变化与热带太平洋海温年代际背景变化密切相关,当热带太平洋处于暖(冷)背景年代,热带东太平洋海温异常从北到南呈"+、-、+"("-、+、-")"三明治"式距平分布,有利于赤道东太平洋南北两侧产生一对距平反气旋(气旋),然后可能通过"大气桥"的作用,与热带印度洋赤道南北两侧的一对距平气旋(反气旋)联系起来,从而引起索马里越赤道气流强度的增强(减弱)。

扩展型Boussinesq水波方程的混合求解格式

为高效求解扩展型Boussinesq水波方程,建立了基于有限差分和有限体积方法的混合数值格式。将一维控制方程写为守恒形式,方程中通量部分采用有限体积方法求解,剩余部分采用有限差分方法求解。其中,有限体积方法采用Godunov类高分辨率格式,并结合HLL(Harten-Lax and van Leer)式黎曼问题近似解求界面数值通量,黎曼问题界面左右变量通过高精度状态插值方法(MUSCL)构筑。有限差分方法则采用具有二阶精度的中心差分公式进行。采用具有TVD(Total Variation Diminishing)性质的三阶龙格-库塔多步积分法进行时间积分。对数值模式进行了验证,数值结果同解析解或实验数据吻合良好。

新抛物型缓底坡波动方程

应用变分原理导出修改抛物型缓底坡方程和扩展抛物型缓底坡方程．通过数值模拟方法数值求解具体地形上的波浪折射绕射，同Ｋｉｒｂｙ抛物型缓坡方程的线性方程和非线性方程进行比较．结果表明新的抛物型缓底坡方程具有适用性．提供了一种模拟波浪折射绕射的新方法．

基于改进缓坡方程的波浪传播数值模拟

用变分原理导出考虑底坡一阶导数平方项和二阶曲率项影响的缓坡方程,对传统缓坡方程作了改进,提高波浪在海底地形变化剧烈、水深较浅时数值模拟精度。数值计算与已有实验室试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟有剧烈变化的海底地形的波浪传播,比传统缓坡方程模型计算结果在精度上有明显提高。

一种去除椒盐噪声带L^1保真项的混合变分模型

图像去噪技术是数字图像处理领域中一个重要的分支,目的是在去除噪声同时更好地保持图像的对比度、清晰度、纹理特征等有用的信息,它是图像分割、特征提取与目标识别等图像处理过程的前提。为了有效抑制脉冲噪声,针对调和模型和TV-L^1模型去噪的不足,提出一种针对脉冲噪声去噪的带L1保真项的混合变分模型,并用增广拉格朗日算法进行数值实现。采用峰值信噪比、均方根误差指标评定图像的去噪效果。实验结果表明,该模型的峰值信噪比大于其他几类已有模型,有效降低了均方根误差,并且计算的CPU时间更短,去噪效果得到明显改善。该模型具有更好的去噪性能,获得了更理想的视觉效果,不仅能提高了图像质量,而且在客观上得到了有效证实。

一种改进的欧拉弹性修补模型

数字图像修补技术是数字图像处理领域的一个重要分支,目的是利用待修补区域周围未损坏的信息对图像中的待修补区域进行信息填补,恢复破损图像的完整性,其应用领域主要有文物保护、对旧照片和老电影进行修复、对图像中遮挡文字的移除等。通过将能量泛函中的||?u改为|?u|~p(0<p<1)对传统的欧拉弹性修补模型进行了改进,克服了弹性项中所包含的全变分容易产生阶梯效应的弊端;采用峰值信噪比和结构相似性指标评定图像的修补效果。实验结果表明,该模型的峰值信噪比和结构相似性均远远大于其他几类已有模型,修补效果得到明显改善。相对于传统的欧拉弹性修补模型,该模型具有更好的修补性能,不仅能够满足人类视觉心理学的需要,而且在客观上得到了有效证实。

融合L^2和KL保真项的图像恢复算法

为了有效抑制高斯-泊松混合噪声,针对调和模型不能有效保存图像的边缘细节信息和Kullback-Leibler散度作为保真项(KL保真项)的全变差图像恢复模型对光滑的区域部分去噪会产生"阶梯效应"的不足,提出一种针对高斯-泊松混合噪声去噪的图像恢复变分模型。该模型利用增广拉格朗日算法进行数值实现,将调和模型和全变分模型按照比例进行融合,结合两种模型的优点,增强模型的去噪性能;Kullback-Leibler散度作为保真项和L^2保真项按照比例进行混合,能有效去除高斯-泊松混合噪声的同时,保护图像的边缘细节;使用多幅含不同混合噪声的图像进行对比实验,采用峰值信噪比、结构相似度指标评定图像的恢复效果。实验结果表明,该模型的峰值信噪比和结构相似度大于使用Kullback-Leibler散度作为保真项的全变差图像恢复(TV-KL)模型、改进MS模型(MRT),以及保真项混合模型(MFT)这三个模型,并且计算的CPU时间更短,去噪效果得到明显改善。所提模型具有更好的去噪性能,有效地保持了图像细节和纹理特征方面的信息,获得了更理想的视觉效果,不仅能提高了图像质量,而且在客观上得到了有效的证实,可以应用于X射线图像去噪。

抛物型缓坡方程的变分及数值模拟

对线性水波的折射一绕射问题应用变分原理，对非等深、具有缓坡和不连续的底被导出了一种修改的抛物型缓坡方程近似模型，可预测三维地形上波浪的折射一绕射．同抛物型缓坡方程的线性方程进行了对比．通过数值模拟方法进行数值求解，表明本方法可用于地形条件下的波浪折射一绕射问题．

日太阳辐照量对日有用得热量的影响

家用太阳能热水器日有用得热量q17是能效系数CTP重要组成,决定热水器产品优劣。在不同日太阳辐照量下,对日有用得热量q17进行研究与分析,运用计算机流体力学(FLUENT)软件,用离散坐标辐射模型(DO)模拟8h得热试验,通过线性回归拟合得到日有用得热量方程。将试验数据分别带入原得热方程与拟合方程计算,拟合方程下的计算差值明显缩小。拟合所得日有用得热量方程的应用能提高得热试验结果准确性。

黏性细颗粒泥沙絮凝发育时空过程的数值模拟

以Smoluchowski方程为基础,用数值模拟方法研究黏性细颗粒泥沙絮凝-沉降的时空过程。模拟设定泥沙最小基本颗粒粒径5μm,絮团分形维数1.78,模拟高度1.75 m,模拟总时长300 min,初始条件为各级泥沙颗粒-絮团浓度各向均匀分布,入口、出口无泥沙通量。模拟给出泥沙质量浓度、絮团平均粒径、絮团粒径分布等参数的时空变化过程。模拟发现:各个高度上泥沙质量浓度随时间变化的曲线均呈平缓衰减、快速下降与趋零三个阶段,其形状相似;位置越低,曲线的显现时间越滞后。絮团质量加权平均粒径随时间变化过程存在升涨-高峰-衰落三个阶段。碰撞效率系数越大,峰值越高;位置越低,峰现时间越滞后。本文还以泥沙质量浓度随时间变化为例,比较了数值模拟与絮凝试验的测量结果,二者基本一致。