太湖浮游生物群体分尺度呼吸率初步研究

浮游生物群体分尺度估测方法在水生生态系统研究中应用越来越普遍,但大型浅水湖泊中不同尺度浮游生物群体研究鲜见报道.本文以太湖2002年10月至2003年9月的野外实测资料为基础,系统研究了不同尺度浮游生物群落的(R为浮游生物群体的平均直径,R≥41μm,2μm≤R<41μm,R<2μm)呼吸率.结果表明,在太湖梅梁湾,R≥41μm的浮游生物群体(主要是微囊藻群体)占优势,呼吸率占总呼吸率的70%以上,R<2μm的浮游生物(主要是浮游细菌)呼吸率占总呼吸率的18%左右;在太湖北部敞水区,R≥41μm的浮游生物的呼吸率占总呼吸率的10%左右,R<2μm的浮游生物占优势,其呼吸率能占总呼吸率的65%以上.总体来看,梅梁湾中R≥41μm的浮游生物群体特别是微囊藻群体呼吸率占优势,敞水区微型浮游生物特别是浮游细菌对总呼吸率的贡献很大.

城市地貌高空台风特性及湍流积分尺度的研究

基于2014年第10号台风"麦德姆"在城市地貌的高空实测风场资料,共选取五个时距(30s、1min、5min、10min和20min)进行分析,得到平均风速、风向、湍流度、阵风因子和脉动风速谱等强风特性;然后采用两种基于Taylor假定的方法来计算湍流积分尺度,分别从平均风速、湍流度和阵风因子等要素来探讨不同时距对湍流积分尺度的影响。分析结果表明:当平均时距为5min时,计算得到的平均风速较大、湍流度和阵风因子均较小,对应的方差与变异系数也较小,根据其计算得到的湍流积分尺度分布最为集中,其中又以自相关函数积分法得到的方差最小,最为合理。

CMA-MESO千米尺度变分同化系统中极小化控制变量的重构

重构GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球、区域一体化变分同化系统中的极小化控制变量,提升中、小尺度同化分析能力,为中国气象局业务区域数值预报系统CMA-MESO提供千米尺度适用的同化方案。新方案用纬向风速(u)和经向风速(v)替代原有流函数和势函数作为新的风场控制变量,采用温度和地面气压(T,ps)替代原有非平衡无量纲气压作为新的质量场控制变量,同时不再考虑准地转平衡约束,而是采用连续方程弱约束保证分析平衡。背景误差参数统计和数值试验结果表明,采用重构后的极小化控制变量,观测信息传播更加局地,分析结构更加合理,避免了原方案在中、小尺度应用时存在的虚假相关问题。连续方程弱约束的引入,限制了同化分析中辐合、辐散的不合理增长,帮助新方案在分析更加局地的同时保证分析平衡。为期1个月的连续同化循环和预报试验结果表明,新方案可以减小风场和质量场分析误差,CMAMESO系统地面降水和10 m风场的预报评分显著提升。

基于电-热分时间尺度平衡的综合能源系统日前经济调度

综合能源系统能够提高能源利用效率、促进可再生能源消纳,已成为能源领域的重点研究方向。如何实现多能源的联合规划、协同运行是综合能源系统运行的重要问题。在热电联供型综合能源系统中,电能可实现实时调度;而热能具有热惯性,其供需可能不满足实时平衡,可依据某一调度时段内的总量平衡进行调度。基于此,提出了考虑电-热分时间尺度平衡的综合能源系统优化模型,寻求最优热调度时间尺度以满足用户舒适度及系统运行经济性双重要求。所提模型中电能为实时平衡,热能为调度时间尺度内的总量平衡,通过电-热分时间尺度平衡提高了机组运行的灵活性。用户舒适度采用国际ISO标准热舒适模型,可更加人性化地反映供热效果。以某省某区域冬季典型日为例进行仿真分析,结果表明所提模型能够得到最优的热调度平衡时间尺度与调度计划,在满足用户舒适度的同时提高了系统的运行经济性。

中国人口空间分布形态模拟与预测——基于“五普”和“六普”的分县尺度人口密度研究

人口空间分布不平衡是一个普遍现象,但其"是否有分布和统计规律"的研究议题非常鲜见。通过中国第五次和第六次人口普查的分县尺度数据模拟出中国分县尺度人口密度的概率分布函数,并进行概率分布预测,分析了未来中国人口分布统计特征。主要结论有:模拟显示,中国分县尺度人口密度符合对数正态分布形态;以2000年分县尺度数据的前向(未来)预测检验和2010年数据的后向(过去)预测检验发现,"人均产出"和"地均产出"两个条件能很好地模拟未来人口密度的分布规律;以2010年分县尺度为基础预测了2020-2100年的中国人口密度概率分布特征和趋势,结果显示中国人口分布极化特征将持续加大,例如2050年,无人区(小于1人/平方公里)的县域比例将从当前的1.02%(29个)增加到4.49%(128个),超高密集区(大于30000人/平方公里)的区县比例将从0.11%(3个)增加到3.93%(112个)。

经济集聚机理的尺度分异整合及其应用价值研究

经济活动空间集聚是有尺度之分的。文章从企业—厂商、产业—行业和区域—地带三个尺度研究了经济活动空间集聚,认为在企业—厂商尺度上,空间集聚特点是企业增长和空间扩张,作用机理是内部规模经济和内部范围经济;在产业—行业尺度上,空间集聚特点是企业的空间邻近性,作用机理是外部规模经济和外部范围经济;在区域—地带尺度上,空间集聚特点是产业的区域复合,作用机理是区域外部规模经济。在此基础上,文章论述了经济活动空间集聚的不同尺度作用机理的内在统一性及其理论的实践价值。

煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构

煤矿进入深部开采后,煤岩体物性、应力、瓦斯等因素发生显著改变,开采覆岩扰动范围及动静载荷显著增大,矿井群联动致灾效应与大型地质体控制效应显现,冲击地压、煤与瓦斯突出灾害并存甚至相互转化,煤矿深部开采煤岩动力灾害防控已成为当前亟待解决的问题。针对我国煤矿深部煤岩动力灾害孕灾条件复杂且尚不清楚,相互转化机制不清,快速探测手段、科学有效的防控技术与装备缺乏的现状,凝练了深部开采煤岩动力灾害防控的关键科学技术问题,提出了多尺度分源防控深部煤岩动力灾害的思想,确定了深部开采煤岩动力灾害防控技术的攻关方向,构建了煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构,最终将形成我国煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术体系,为我国煤矿深部开采冲击地压、煤与瓦斯突出和复合煤岩动力灾害有效防控提供理论支撑和技术途径。

求解Stokes方程的一种自适应变分多尺度方法

针对Stokes方程,本文给出一种新的变分多尺度方法.此方法通过构造特殊投影并采用局部化技巧优化了经典变分多尺度方法.同时,本文对此方法进行了后验误差估计,并给出可靠的后验误差估计子及相应的自适应算法.此自适应变分多尺度方法计算简单且易于程序实现.L型区域问题和方腔流问题的数值结果验证了方法的有效性和稳定性.

求解非定常Navier-Stokes方程的自适应变分多尺度方法

本文基于变分多尺度方法提出了非定常Navier-Stokes方程的一种稳定化方法,并利用一个与实际误差等价的后验误差估计子,结合自适应算法,得到了非定常Navier-Stokes方程的自适应变分多尺度稳定化方法。该方法简单、直观,且易于程序实现。数值算例验证了该方法的有效性。

含可再生能源的微电网分时间尺度储能方案

为提高微电网的可再生能源消纳能力,提出一种基于分时间尺度储能的微电网经济调度模型,包括日前计划和日内实时修正两个阶段。采用新型压缩空气储能参与日前调度,综合考虑经济成本、环保、电价峰谷差及储能寿命损耗,建立了以综合成本最低为目标函数的最优经济调度模型。在日内阶段,根据可再生能源预测误差,考虑置信水平配置一定容量的蓄电池对运行计划进行实时修正,并校验补偿效果。通过对某示范微电网的算例仿真,验证了所提储能方案具有较强的削峰填谷能力,并且对可再生能源功率波动具有较好的平抑效果。最后,对不同储能方案的对比分析表明了本文储能方案的可行性与成本优势。

基于变分多尺度的红外与可见光图像融合

为解决变换域融合法对强噪声抑制能力差的问题,提出一种基于变分多尺度分解的红外与可见光图像融合方法.首先对待融合图像分别进行变分多尺度分解,获得纹理分量和结构分量.采用引导滤波的方法进行待融合图像的纹理分量融合,在结构分量融合上提出一种以相位一致性、清晰度、亮度综合信息来权衡融合权重的方法,最后将两幅图像融合后的纹理分量和结构分量相加获取最终融合图像.实验结果从主观观察和客观指标看,本文方法在清晰度和细节信息上比离散小波变换(discrete wavelet transform)法、非下采样轮廓波变换(non-subsampled contourlet transform)法、稀疏表示(sparse representation)法、剪切波变换(shearlet transform)法都要高.

对流-扩散-反应方程的变分多尺度解法

根据变分多尺度的思想求解了对流项和反应项占优的对流-扩散-反应方程。在变分多尺度思想的理论框架内,推导了附加于Galerkin变分弱形式的稳定化结构和具体的稳定化系数;阐述了这种稳定化结构和经典的SUPG稳定化结构之间的关系;数值算例表明,该稳定化系数可以适应均匀和非均匀的计算网格。通过网格的恰当加密,变分多尺度方法消除了算例中的数值伪振荡。

粘性不可压流的变分多尺度数值模拟

在变分多尺度的理论框架内,将待求解的各个物理量分解到"粗"、"细"两种尺度上.在"细"尺度上采用"泡"函数作为近似函数,通过Petrov-Galerkin方法得到"细"尺度上的近似解;然后引入求解"粗"尺度方程所需的稳定项及与其相适应的稳定化因子;最后运用有限元方法求解"粗"、"细"两种尺度耦合的整体变分多尺度方程,得到有限元近似解.数值算例表明,该处理方法成功地消除了数值求解粘性不可压Navier-Stokes方程过程中,由对流占优和速度-压力失耦引起的数值伪振荡;所引入的稳定化因子适用于结构网格及非结构网格上的数值计算.

多尺度冻胶分散体的制备机理

常规提高采收率方法因聚合物耐剪切耐地层理化性质差、聚合物微球合成工艺复杂成本高、预交联颗粒注入性差等问题,限制了油藏适用范围。针对这一技术难题,基于地面制备的本体冻胶体系,建立了规模化高效制备多尺度冻胶分散体的工艺新方法,并探索了其制备机理。研究结果表明:制备的多尺度冻胶分散体为形状规则、粒径可控(650~5 000nm)的水相分散颗粒体系,具备低黏度,表面带负电(-20^-35 mV)的特点。本体冻胶强度、剪切速率、剪切时间和制备方式均会影响多尺度冻胶分散体的制备,其中剪切速率是制备多尺度冻胶分散体的主控因素。多尺度冻胶分散体制备包括本体冻胶的形成和多尺度冻胶分散体的剪切成形两部分,本体冻胶的形成过程包括诱导期、快速交联期、慢速增长期、稳定期4个化学交联阶段;多尺度冻胶分散体的剪切成形过程包括破碎磨圆区、颗粒进一步磨碎区、颗粒均一区3个物理剪切阶段,整个剪切过程持续3~15 min即可完成,进而实现多尺度冻胶分散体的高效制备。

波浪模式的变分多尺度方法模拟

针对波浪模式问题,将变分多尺度方法与自由面捕捉技术相结合;把波浪模式的各个物理量分解到"粗""细"两种尺度上,引入消除数值伪振荡的稳定化结构;最后求解"粗""细"两种尺度耦合的整体变分多尺度方程,模拟了水波自由晃动的1个周期和波浪的传播过程。模拟结果表明:采用变分多尺度方法模拟水波晃动和波浪传播不会引起数值伪振荡,得到精确的数值解,能够正确模拟水波自由晃动的周期性变化现象以及波浪的传播过程。

中国人口空间分布格局演变与非均衡性测度--基于分县尺度人口普查数据:1990-2010

人口分布不平衡性测度的研究比较鲜见,本文以此切入,一是探讨中国分县尺度人口分布格局演变,二是研究人口分布非均衡性测度与趋势变化。主要结论有:(1)1990-2010年中国分县尺度人口的分布基本格局未发生根本性变化,"胡焕庸线"也具有顽健性;(2)分县尺度人口密度的最高值有下降、最低值有上升的趋势,即两端极值在缩小;如果没有量化的非均衡性测度,这容易误解成中国人口分布的非均衡性在收缩;(3)通过人口分布基尼系数测度人口分布非均衡性,得到中国人口分布基尼系数在1990、2000和2010年分别为0.6971、0.7101和0.7306,人口分布越来越不均衡;(4)中国四大区域人口分布基尼系数排序是西部>东北>东部>中部,且从1990-2010年人口分布基尼系数都是递增,与全国趋势一致;(5)对比1990-2000年和2000-2010年两个时期,中国人口分布基尼系数增长幅度是后期大于前期;分区域来看,四大区域人口分布基尼系数都在增加,但东部和西部增加的幅度在上升,中部和东北增加的幅度在下降。

瞬态对流-扩散方程的变分多尺度解法

根据变分多尺度思想,求解了瞬态线性和非线性对流-扩散方程。文中为了简化"细"尺度方程的求解,忽略了该方程的瞬态性,分别用高阶多项式泡函数(High-order Polynomial Bubble)和自由残量泡(Residual Free Bubble)函数近似"细"尺度解,进而引入了消除数值伪振荡的稳定化结构。数值算例验证了本文方法的精确性、稳定性和对高Peclet数问题的适应性,证明了上述对"细"尺度模型的简化是可行的。

Smagorinsky模型的变分多尺度有限元方法

主要研究求解Smagorinsky模型的变分多尺度有限元方法.从理论上给出了有限元逼近解与真解之间的误差估计,并给出了大雷诺数Re=10 000时的数值算例,算例结果验证了所给方法的有效性.

基于分时间尺度解耦的风电机组气动-机械动态简化表示方法

针对现有风电机组建模中气动-机械部分模型对参数依赖大、参数难以获取的问题,基于分时间尺度解耦的原理提出气动-机械动态模型的简化表示方法。首先基于小信号分析方法得出风电机组简化建模的依据并进行误差量化分析,随后基于快慢时间尺度解耦的思想提出一种由风速直接得到发电机转速和输出有功动态的方法,并制定其适应宽风速区间的控制策略。所得气动-机械动态简化模型包含气动、轴系、最大功率跟踪控制,并通过限幅近似模拟变桨作用。该模型既可以直接用于机组发电性能评估,又可以接入任意详细程度的主电气部分模型接口,进而得到用于并网分析的完整机组模型,大幅简化风电机组模型并降低参数依赖。通过将所提模型与详细模型进行对比,验证了简化建模方法的有效性和精确性。

Navier-Stokes方程的回溯两水平有限元变分多尺度方法

基于两重网格离散和回溯两水平方法,提出了一种求解大雷诺数不可压缩流定常Navier-Stokes方程的回溯两水平有限元变分多尺度方法.其基本思想是:首先在一粗网格上求解带有亚格子模型稳定项的Navier-Stokes方程,然后在细网格上求解一个亚格子模型稳定化的线性Oseen问题,最后又回到粗网格上求解全线性化校正问题.通过适当的稳定化参数和粗细网格尺寸的选取,这些算法能取得最优渐近收敛阶.我们通过数值模拟,验证了其高效性.