往返平飘式探空在CMA-MESO三维变分中的同化及对模式预报的影响

往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘式探空在区域高分辨率模式中的同化,分析其对预报的影响,初步提出了“选取模式层最接近观测”的垂直稀疏化方法来预处理资料,深入分析了稀疏化对同化效果的影响,论证了资料垂直稀疏化对于同化应用的必要性;在此基础上,开展了为期1个月的批量同化影响试验,着重分析了往返平飘式探空在长江中下游区域的组网观测对CMA-MESO模式预报技巧的影响。稀疏化敏感性试验结果表明,同化不稀疏化的往返平飘式探空相比同化传统业务探空,分析和预报误差显著增加,降水预报评分也显著降低,相反,“选取最接近模式层”数据的垂直稀疏化方案能提高模式的分析和预报技巧,表明往返平飘式探空同化前必须进行垂直稀疏化。批量同化试验结果表明,在冷启动时刻(00时和12时,为常规探空释放时刻),同化往返平飘式探空(上升段)相对同化传统业务探空,分析误差和预报误差变化较小。但在暖启动时刻(03、06、09、15、18、21时,无常规探空释放时刻),增加往返平飘式探空下降段数据,相比控制试验,分析场精度提高了约0.4%。此外,0~12 h累计降水预报的ETS评分变化较小,但12~24 h累计降水预报在0.1、1.0、5.0、10.0、25.0 mm量级降水ETS评分提高了约0.5%,在50.0 mm量级的降水ETS评分提高了约2.3%。总体而言,同化往返平飘式探空对于区域高分辨率快速同化循环预报系统在暖启动时刻的降水预报技巧有正贡献。

自动往返运料小车变频调速控制系统设计

自动往返运料小车在现代企业的许多生产场景有着广泛的应用,为了实现可视化远程控制和提高运料小车的生产效率,基于PLC、变频器和触摸屏技术提出自动往返运料小车变频调速控制系统的设计,系统硬件部分设计了电路原理图,软件部分设计了变频器参数、触摸屏组态和PLC程序。触摸屏可以实现系统的可视化远程控制以及实时显示运料小车的运行状态和变频器的频率,变频器调速可实现运料小车运料时按40Hz频率运行,空载时按-50Hz频率快速返回。调试结果表明,系统工作安全稳定可靠,实现了设计的各项控制功能,安全性能好,有着良好的实用价值和应用前景。

基于时序特征建模的往返时延预测方法

为提升往返时延预测的准确性与实时性,在深入挖掘和分析影响其准确度各种因素的基础上,针对往返时延变化的短期随机性与长期平稳性,提出一种基于时序特征建模的往返时延预测方法GCA-RTT。通过构建门控卷积与自注意力机制相融合的时延历史数据局部特征与长期依赖关系学习模型,实现更为精确、高效的往返时延预测。实验结果表明,GCA-RTT可以有效捕捉基于时间序列的往返时延变化特征,与其它神经网络预测方法比较,预测准确性明显提高且预测时间缩短。

往返平飘式探空观测系统对CMA-MESO的影响研究

往返平飘式探空观测是我国研发的一种新型高空观测技术,除了具备与传统探空观测一致的上升段大气垂直廓线观测能力,同时还增加了平飘段和下降段的大气探测,自动实现了探测廓线的时空加密。利用ERA5再分析资料作为“真值”,利用往返平飘式探空模拟仿真系统构造了往返式探空模拟观测,基于CMA-MESO区域模式和3D-Var同化系统进行了观测系统模拟试验(Observing System Simulation Experiments,OSSEs)。数值试验结果表明:相比传统单次上升段探空观测,往返平飘式探空在全国组网的情况下,其增加的下降段模拟探空观测,能够有效提高CMA-MESO的降水预报技巧,不同降水量级的ETS评分提高约2%~5%,同时改进要素场(温、湿场和风场)的预报,改进率约为2%~5%。此外,典型天气个例分析结果表明,增加往返平飘式探空观测能够改善模式初值偏差,从而更准确地模拟降水分布。该文的研究结论为往返平飘式探空的未来科学布局和应用提供了理论支撑。

基于新型往返式探空观测的大气湍流特征分析

利用2018年6月2日至2019年11月14日,安庆、长沙、赣州、南昌、宜昌、武汉6个站点的往返式探空试验数据,使用Thorpe分析方法计算了湍流层厚度、对数湍流耗散率、Thorpe尺度、浮力频率并进行概率、水平、垂直等分布特征的分析。这些探空数据观测精度较高,且垂直分辨率约为6~10 m,延伸至大约30 km的高度,可以在整个对流层和平流层下部估计湍流。本研究基于湍流特征分析,比较了各个站点之间以及上升段与下降段之间的差异。对数湍流耗散率log_(10)ε(代表ε的量级)分布具有两个模态,分别以-35 m^(2)s^(-3)和-5 m^(2)s^(-3)附近为峰值中心并向两侧递减。对流层的分布相对于平流层更加集中,且对流层的峰值中心的数值略大于平流层中心,这说明平流层的湍流强度稍弱于对流层。从对数湍流耗散率log_(10)ε、Thorpe尺度(L_T)、浮力频率(N~2)三个参数的水平和垂直分布可以看出,湍流强度受L_T与N~2的配置影响,并且对流层与平流层的特征相反。本研究揭示了高分辨率的往返式探空组网观测数据用于自由大气湍流特征研究的潜力,以及其相对于传统探空数据的时空加密观测优势。

基于GNSS掩星资料对往返平飘式探空温度观测的质量评估

同化应用一种新型观测资料前,对新型观测资料开展质量评估必不可少。为了实现往返平飘式探空资料的同化应用,基于GNSS掩星观测资料和ERA-Interim再分析资料,分析评估了往返平飘式探空“上升-平飘-下降”三段观测中温度资料的质量。在平飘段使用Cressman算法对其插值并与掩星干温度进行对比,发现平飘段日间受太阳辐射的加热影响,其温度存在明显的正偏差,夜间则表现为弱的温度负偏差。采用ERA-Interim再分析资料与掩星、往返平飘式探空平飘段资料做交叉对比,进一步验证了上述结果。分析了平飘段与掩星干温度偏差随地方时的变化情况,发现了日间温度偏差的平均范围为7~10℃,夜间为-4~0℃。参照WMO对于温度不确定度的规定,日间温度观测接近边界目标6℃,夜间则符合突破目标。往返平飘式探空上升(下降)段与掩星湿温度资料具有较好的一致性,上升段T_(RS)-T_(RO)的均值范围为-1~1℃,下降段在13 km以下时也为-1~1℃,13 km以上增加到1~3℃。整体而言,往返平飘式探空上升(下降)段温度资料的质量较好,下降段对探空观测具有时空加密的作用,观测质量满足数值天气预报和其他领域的应用。

基于往返时延梯度的多路径拥塞控制算法

为更好利用有限的网络带宽资源,提高带宽利用率,提出一种利用往返时延梯度精确感知带宽变化的多路径拥塞控制算法。根据往返时延的大小反馈网络拥塞程度,将拥塞程度量化为时延梯度作为拥塞窗口的控制参数;为保证链路公平,利用往返时延估计链路带宽,经迭代分配带宽,给出公平的资源分配方法。在NS-3上进行仿真,其结果表明,多路径流的吞吐量较单路径流明显提高,保证了链路分配的公平,动态环境下的响应时间较同类算法有所减小。该算法进一步提高了网络带宽的利用率。

基于不同规范的重力仪双程往返零漂率计算分析

重力测量是大地测绘及地球物理勘探的重要部分,根据不同的重力规范开展双程往返观测(i、j、j′、i′),其对零漂率的计算也不同,地质调查规范将j点的重复测量做静掉格处理,石油规范运用回归分析的方法计算零漂率。j点的重复测量间隔的处理不同,导致两类规范得出的零漂率数值差异明显。本文通过对理论算式分析和实测数据对比,分析了j点重复测量的g′j-gj、t′j-tj对零漂率计算的影响,对比石油规范中采用的回归分析法,说明了“静掉格”处理对减小因仪器性能、测量环境影响导致的不确定因素的重要意义,提出了两类规范的适用条件。

基于非高斯态区分探测的往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案

往返式离散调制连续变量量子密钥分发,无需使用两台独立的激光器也能本地生成本振光,并且信号光与本振光均来自于同一台激光器,在有效保证系统实际安全性的同时,具有较好的同频特性.此外,该方案与高效纠错码具有良好的兼容性,即使在低信噪比情况下也能获得较高的协商效率.然而,基于非可信信源模型的往返式光路结构存在较大的过噪声,严重限制离散调制方案的最大传输距离.针对这个问题,本文提出基于非高斯态区分探测的往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案,即在探测端部署非高斯态区分探测器,采用自适应测量方法并结合贝叶斯推论,可以在满足低于标准量子极限错误概率的情况下无条件区分出基于四态离散调制的四种非正交相干态.本文详细分析了所提出的基于非高斯态区分探测的往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案的安全性,包括渐近情况与有限长效应情况.仿真结果表明所提出的方案相比于原始方案,即使在有信源噪声的情况下,其密钥率与最大传输距离仍然有明显的提升.这些结果表明本方案能够有效降低往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案中非可信信源噪声对方案性能的负面影响,在保证系统实际安全性的同时,实现更高效、更远传输距离的量子密钥分发.

主应力轴往返循环幅值对重塑黄土变形特性的影响

为了研究主应力轴往返循环旋转对青海省重塑黄土变形特性的影响,对重塑黄土进行了一系列有限主应力方向角往返循环旋转的应力路径试验,重点分析了重塑黄土在主应力轴往返循环旋转路径下的基本变形规律。试验结果表明:主应力轴往返循环的幅值对重塑黄土基本变形有着显著的影响;试样主应力轴循环幅值不超过45°时轴向应变一直向正向增长,然而主应力轴循环幅值超过45°时轴向应变先向负向增加,循环完成后试样最终产生正的轴向应变,且试样累积的塑性变形随循环次数的增加而增加;不同循环角度下试样径向应变均向负方向累积发展,主应力轴循环幅值为90°时径向变形最大;试样切向应变相对于其他应变累积较少;试样八面体剪应变的变化区间随着循环角度幅值增加而不断增大。

足部功能训练对扁平足小学生50 m跑、50 m×8往返跑成绩的影响

目的:通过训练前、后测试比较,探讨足部功能训练对柔韧性扁平足小学生50 m跑和50 m×8往返跑成绩的影响。方法:将北京市建华实验学校五年级符合纳入标准的60名学生随机分为50 m跑实验组(足部功能训练+常规体育课程)、50 m跑对照组(常规体育课程)和50 m×8往返跑实验组(足部功能训练+常规体育课程)、50 m×8往返跑对照组(常规体育课程),每组15人,为期12周;实验前、后一周分别采用50 m跑和50 m×8往返跑测试进行评估;组内采用配对样本t检验,组间采用独立样本t检验进行统计处理。结果:足部功能训练12周后,50 m×8往返跑实验组成绩与训练前相比具有显著性差异(P<0.05);50 m×8往返跑实验组与对照组在12周训练结束后相比具有显著性差异(P<0.05)。结论:足部功能训练可有效提高五年级柔韧性扁平足学生50 m×8往返耐力跑成绩。

地震荷载作用下土体变形试验研究

为研究不规则地震荷载对土体变形特性的影响,对砂土试样开展了系统的动三轴试验。试验中分别对3种不同密度砂土试样施加了4条具有不同峰值的不规则地震应力时程及其循环次数为20周的等幅正弦荷载,以便开展对比研究。结果表明:在地震荷载及其等幅循环荷载输入下,砂土试样的应变增长曲线差异显著,荷载类型及荷载波形是影响土单元应变时程发展特征的主要因素。考虑荷载不规则性得到的修正系数受荷载类型和砂土相对密实度的影响,不受输入荷载动应力幅值大小及砂土类型的影响。最后针对地震荷载下土单元变形的计算,给出了以常规的等幅三轴变形试验为依据的估算方法。

往返荷载下粗粒土的残余变形特性

结合紫坪铺、瀑布沟和密云土石坝工程，在大型动三轴试验机上（试样尺寸为φ300×750mm），通过往返加荷三轴试验，研究了堆石料和砂砾石料在非饱和状态、饱和排水状态及饱和不排水状态下的残余变形特性，探讨了粗位主料的密实度、饱水程度、排水条件、初始应力条件及往返加荷条件等对其残余变形特性的影响，并进行了对比分析，得出了一些有工程实用意义的结论。这些研究成果，可作为紫坪铺、瀑布沟和密云土石坝工程进行抗震设计和地展变形分析的基本依据，对其它工程也有重要的参考价值。

地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理

通过非液化和液化土层中桩基础宏观震害现象以及等幅波与真实地震波振动台模型实验中桩和土层的加速度、位移、桩土相互作用力、桩动力p-y曲线、桩身弯矩与孔压发展过程对比,研究地震引起的地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理。结果表明:非液化土层中上部结构惯性力控制着桩的反应性态,桩头加速度和桩身弯矩与土层加速度时程基本保持一致;液化过程中桩土相互作用力呈现明显增大现象,土体侧向刚度虽然衰减,但同时土层相对位移和桩土相对位移增大的影响更为强烈,即土层和桩土相对位移对桩土相互作用力增大的作用明显大于土体刚度衰减引起桩土相互作用力减小的作用;液化土层中桩土相互作用最大反应不是在土层加速度峰值时刻,而是土体相对位移达到最大时响应最大,此时土层孔压比为0.8左右;非液化土层中桩土相互关系为桩推土,惯性力是控制因素,液化土层中则为土推桩,土体位移起主要作用,而液化发展是这一转变决定性因素;常规仅考虑土体刚度衰减的拟静力方法不适合液化土层中桩基础地震响应计算分析。

循环荷载下液化对土层水平往返变形的影响

采用多工况振动台实验研究液化对土层水平往返变形的影响。以干砂实验为参照,分析孔压增长与土层加速度和土层往返变形之间的关系。结果表明：液化将引起土表加速度显著降低,减小惯性力传递,但同时会引起土层往返剪应变明显增大。对往返变形而言,液化土层往返剪应变就可达到1%-0.5%的大变形状态,且液化土层往返剪应变沿深度呈下大上小分布。土层中孔压比0.4-0.8是往返变形出现放大的敏感段,在孔压比0.8左右而不是在1.0达到最大。作为其结果,土层液化将对刚性上部结构振动起减震作用,但同时增大的往返剪应变也易导致基础和地下结构破坏,特别是对液化层与下部非液化层交界处的构件更敏感。

往返式探空观测资料的质量控制及不确定性分析

为了推动新型探测资料在数值预报模式中的应用,本文进行了往返式探空资料同化应用前重要的基础性研究工作。基于国内首次往返式探空观测资料,首先建立了面向业务化应用的往返式探空资料质量控制方案,通过对比和分析质量控制前后观测样本的统计特征,论证了质量控制方案的合理性,质量控制后探测要素抽样分布更为合理,要素间一致性得到提高。进而以数值天气预报高时间分辨率的模式预报场和同站址业务常规探空观测资料为参考,分析质量控制后资料的不确定性,结果表明往返探空探测精度达到了世界气象组织WMO(World Meteorological Center)规定的突破目标,部分探测要素甚至实现了理想目标,探测资料具有可用性。最后结合数值模式背景场探讨往返探空资料的可同化性,研究表明往返探空的风场观测和夜间温度观测满足变分同化系统的高斯、无偏假定,可直接同化;气压、湿度和日间温度观测在资料同化前需要开展偏差订正工作,从而更有效的发挥资料价值。本文的研究工作为今后往返探空资料在模式中的同化应用奠定了基础。

UDP流量对TCP往返延迟的影响

提出一个面向单条链路的TCP综合传输性能测度R,分析其与同一时间粒度内链路的占用带宽和UDP流量比例间的关系,使用中国和美国2条主干信道的实测数据进行了检验。结果表明R测度可表示为以占用带宽和UDP流量比例为参数的正态分布的随机过程。随后进行的CERNET链路R测度正态分布均值参数的拟合分析具有很高的可接受水平,拟合的结果给出的量化关系可用于流量的公平性评价。

球应力往返作用下饱和砂土变形特性的试验研究

在固结排水条件下保持偏应力不变,进行球应力往返变化的三轴试验,对球应力往返作用下饱和砂土的变形随着往返作用次数增大而变化的规律及其受干密度状态和固结应力状态的影响问题给出系统的试验成果与分析。研究结果表明(1)球应力往返作用主要产生体应变,同时出现明显的残余体应变与往返体应变,且往返体应变表现为压缩物态(加荷)与回胀物态(卸荷)的交替变化,而产生偏应变很小,可忽略不计;(2)压缩物态段的体应变与回胀物态段的体应变与作用球应力比的对数值之间均存在良好的线性关系,这些线性关系的参数,视具体情况与固结应力状态和土性状态以及球应力的往返作用次数有关;(3)压缩物态段的线性关系,对固结应力有一定的“记忆性”,这种记忆性在均压固结下表现为线性关系在固结球应力处的转折性(在固结球应力前后有不同的斜率),在偏压固结下表现为转折随固结剪应力出现的衰减性(一般在固结球应力前后可有相同的斜率);(4)在两种物态段,再次与多次的加荷或卸荷主要引起体应变与球应力比关系直线截距的升高,而基本上不改变体应变关系线的斜率;(5)利用所揭示的规律与有关参数,可以跟踪球应力的往返变化,计算相应球应变的变化,计算结果与试验结果吻合较好。

基于高斯过程回归的Wi-Fi RTT/RSS测距与指纹定位研究

基于往返时间(RTT)测量的智能手机Wi-Fi测距定位受限于室内环境的复杂性,仍面临稳定性差、精度低等问题。利用同步量测的Wi-Fi RTT和信号接收强度(RSS)数据,分别从测距与指纹补偿、测距定位与匹配定位优化等方面开展研究。首先,通过分析RTT测距误差规律,建立了基于高斯过程回归(GPR)的非参数测距误差补偿模型;研究了RSS数据分布,通过拟合Wi-Fi信号路径衰减模型,构建了基于GPR的RSS补偿模型。其次,开发了基于Web端的指纹库生成和指纹定位软件,可支持RSS指纹库、RTT测距指纹库自主建设和RSS/RTT指纹定位。最后,设计了基于GPR补偿的RTT测距定位、RTT指纹定位和Wi-Fi RSS指纹匹配定位算法,并综合分析了3种方法的定位性能。实验结果表明,经过高斯补偿的RTT测距定位、RTT指纹定位和RSS指纹定位的平均精度分别提升了50.81%、52.85%和48.72%,证明了高斯过程回归模型可有效提升Wi-Fi RTT/RSS测距与指纹定位的精度与稳定性。

不同载荷下C/C复合材料往返式滑动摩擦行为

以GCr钢球为对偶,在UMT-3微摩擦试验机上测试2种具有不同基体炭结构的C/C复合材料长时间往返式滑动摩擦磨损行为。研究结果表明:在相同载荷下,具有粗糙层热解炭基体的材料A的平均摩擦因数高于具有光滑层/树脂炭基体的材料B平均摩擦因数;在60N时,材料A的平均摩擦因数出现最大值,为0.193;而材料B的平均摩擦因数出现最低值,为0.120;随着载荷的增加,2种材料的平均摩擦因数均出现较大的波动,其中:材料A的平均摩擦因数变化趋势为先升后降,材料B的平均摩擦因数先降后升,但二者的差值随载荷增加先增后减;随着时间的延长,所有试样的摩擦因数均逐渐趋于稳定;材料A的摩擦表面膜较完整、致密,但存在大块摩擦膜剥落或交替堆叠;材料B的摩擦表面较粗糙,形成纤维与基体炭分开堆积成膜形貌。