复杂电能质量关联扰动模式的可拓挖掘方法

在复杂电网环境下,监测系统检测到的多个电能质量扰动事件可能在因果时空等方面具有关联性。为全面深入解释扰动事件和扰动过程的内在关系,获得更全面的电能质量诊断信息,提出复杂电能质量扰动模式的概念,建立了挖掘电网中可能存在的复杂电能质量扰动模式的方法。根据扰动形成机理,给出4种基本事件关联类型;将可拓学理论引入扰动模式挖掘领域,建立电能质量扰动可拓学模型,构建事件发展相关网、扰动传导蕴含系、因果关系链及时空分层演绎图等4种复杂电能质量扰动模式挖掘方法,给出具体的挖掘步骤和挖掘算例。算例结果表明,提出的可拓学建模方法能够形式化描述电能质量问题及其复杂的逻辑关系,挖掘方法简便直观,可操作性强。

相关分析法确定HL-1M装置磁流体的扰动模式

采用相关分析法模拟分析了HL 1M装置的磁扰动模式,模拟的结果同预期的结果一致。在具有磁流体不稳定性的典型放电中,探测到独立模m=2、3、4,耦合模m=2、3,以及同时出现的耦合模m=4、5和独立模m=5,给出了用扰动幅度的极向截面图分析磁扰动模式的结果,讨论了相关分析法在实验分析中的优点和局限性。

推进职业教育向纵深培养的课程扰动模式

针对推进职业教育向纵深培养的课程扰动模式进行细致的分析与研究,首先阐明相关领域的国内外研究现状,之后深入探讨推进职业教育向纵深培养的重要性与必要性,最后依照推进职业教育向纵深培养的原则提出实践策略,以期抛砖引玉。

以“双师型”教师为核心构建数字媒体艺术教育的扰动模式

文章首先分析与探讨以“双师型”教师为核心构建起数字媒体艺术教育扰动模式的意义,随后探讨其必要性及着力点,最后提出相应的策略,希望可以为我国数字媒体艺术教育工作的高水平开展贡献出绵薄之力。

基于扰动模式的四维变分资料同化系统框架的设计完善和数值试验

为了建立一个应用于区域数值预报的四维变分资料同化(4DVar)系统,在近期开发的扰动预报模式GRAPES_PF基础上,开发完善增量四维变分同化系统框架。该框架中暂不包含物理过程(长短波辐射、边界层过程、对流参数化和云微物理等)。对比业务使用的GRAPES 3DVar系统,增加了温度控制变量。将无量纲Exner气压与流函数的线性风压平衡方程直接在地形追随垂直坐标面上求解,且通过广义共轭余差法(GCR)求解扰动亥姆霍兹(Helmholtz)伴随方程。利用人造“探空”资料对2015年10月台风“彩虹”进行了理想数值试验。试验结果表明,所开发的扰动四维变分同化框架得到了预期的结果,即同化更多资料并反复受到模式约束的四维变分同化系统能有效改善初值质量,进而改善区域数值预报。建立的区域四维变分同化框架合理可行,为进一步发展包含完整物理过程的区域四维变分同化系统奠定了研究基础。

两种旅游扰动模式对荒漠草原植被及土壤的影响研究

荒漠草原作为草原向荒漠过渡的脆弱生态系统,同样具有很强的旅游价值,但相比其他草原类型,其生态系统抗旅游干扰能力更弱,受损后也更难恢复。因此文中以希拉穆仁故乡缘旅游点周边草原为研究对象,对不同扰动模式下的植物群落特征、土壤理化性质等进行研究。结果表明:两种干扰下,线性扰动模式的重度干扰区受到的影响最为明显,与对照相比其群落覆盖度、地上生物量分别下降了49.99%和79.26%,但生物多样性逐渐上升,土壤含水率下降了27.2%,土壤容重上升了15.66%,土壤紧实度则上升了2.38倍,土壤机械组成也逐渐以砂砾为主;其次为点源扰动模式的重度干扰区,其群落覆盖度和地上生物量对比对照分别下降39.06%和77.16%,土壤含水率下降27.2%,土壤容重上升了14.46%,土壤紧实度上升了2.11倍。因此,不同类型的旅游扰动对荒漠草原旅游点的植物群落特征、土壤理化性质、生物多样性指数均产生了负面影响,而几种模式中对线性扰动模式重度干扰区的影响更为强烈。因此提高旅游模式的利用和管理对于改善生态环境具有重要意义。

全球集合预报位温系统偏差和随机误差结合的模式倾向扰动方法

传统集合预报模式扰动方法通常用来描述物理过程随机误差,但模式不可避免会存在系统偏差,为了减少模式系统偏差对集合预报的影响,利用中国气象局全球集合预报系统(CMA-GEPS),通过经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)分解方法获得系统偏差倾向,在积分过程中将系统偏差倾向扣除法与传统的随机物理倾向扰动法(Stochastically Perturbed Parameterization Tendency,SPPT)相结合,构建了全球集合预报系统偏差和随机误差结合的模式倾向扰动方法(Bias correction of bias tendency based on SPPT,SPPT-B),设计并开展了集合预报试验来探究该方法对全球集合预报的影响。结果显示:(1)经验正交函数分解的第一模态能较好地体现系统偏差的主要特征,即随预报时效线性增长、对流层高层的系统偏差比中、低层大。(2)系统偏差倾向扣除法和SPPT-B方法均可以有效降低南、北半球和热带地区高层和低层的系统偏差,且SPPT-B方法能明显改善热带地区集合离散度。(3)两套方案对对流层高层的集合预报技巧改进效果优于低层。SPPT-B能有效提高全球集合预报技巧,为发展同时考虑系统偏差和随机误差的全球集合预报模式扰动方法提供了科学依据。

区域集合预报基于SKEB和多物理过程的混合模式扰动方法研究

为了研究随机动能后向散射(stochastic kinetic energy backscatter,SKEB)模式扰动方法在区域集合预报中的应用效果,基于WRF模式构建了集合预报系统,针对SKEB的扰动振幅进行了敏感性试验,以了解SKEB扰动的作用特征;发展了一种多物理过程组合(multi-physics,MPHY)与SKEB相结合的混合模式扰动方法(SKEB-MPHY),并对比了SKEB、MPHY以及SKEB-MPHY的预报效果,以探索区域集合预报的最优模式扰动实现方案。试验结果表明:SKEB方法通过固定的动能耗散率计算出流函数及温度扰动,从而对模式积分产生影响,且耗散率大小与预报离差正相关,垂直结构扰动不利于预报离差的发展。SKEB、MPHY以及SKEB-MPHY方法的对比试验表明,对于高空动力场预报离散度的增长,SKEB方法比MPHY方法占优,而低层温度预报离散度增长,MPHY比SKEB扰动方法占优,混合模式扰动方法的扰动增长能力在三种方案中表现最好。集合预报检验结果表明SKEB-MPHY方法评分优于单独的SKEB和MPHY方法。降水个例分析及降水评分结果表明与单独采用MPHY方法相比,引入SKEB方法可以对大雨预报有所改进。本文研究结果表明SKEB方法及在其基础上建立的混合模式扰动方法具有较好的应用前景。

GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究

为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性,文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter,SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS),以更好地表征模式误差并且增大集合离散度。使用的SKEB方案基于具有一定时、空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量的关系,将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。结果表明,SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES对大气动能谱的模拟能力;另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差的关系,增加了集合离散度,并在一定程度上减小了集合平均误差,尤其是在热带地区这种改进更为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分(CRPS评分)显著减小。就降水预报而言,从Brier评分与相对作用特征面积(AROC,Area under the Relative Operating Characteristics)的结果来看,SKEB方案有助于改善中国地区小雨[0.1 mm,10 mm)、中雨[10 mm,25 mm)与大雨[25 mm,50 mm)量级降水的概率预报技巧,而对暴雨[50 mm,∞)量级降水预报技巧影响很小(24 h降水量)。总体上,模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。

两种模式随机扰动方案比较及扰动传播分析

基于我国T213全球集合预报系统,设计了两种模式随机扰动方案,第一种方案对物理过程和动力过程积分总倾向项进行随机扰动(简称STPS),第二种方案仅对参数化的物理过程的积分倾向项进行随机扰动(简称SPPS)。将两种方案分别引入模式进行数值试验,评估集合预报效果,分析随机扰动特征及扰动传播机制。结果表明:两种随机扰动方案对T213模式预报变量都产生了明显的影响,垂直方向和水平方向上,扰动值都随着积分时间增加而增长,中高纬地区尤为显著。两种方案的差异是STPS方案预报变量扰动值偏大;SPPS方案预报变量扰动值更为合理,SPPS的扰动大值中心随预报时效增加从低纬向中高纬传播,且总能量偏差具有从小尺度向大尺度传播的特征。与STPS方案相比,SPPS方案的集合预报离散度、集合平均的均方根误差在积分后期明显更有优势,高发场和风场的预报准确性提高,降水量预报技巧也得到明显的改进。表明SPPS方案能更加合理地体现模式物理过程的不确定性,在一定程度上提高集合预报系统的预报能力。

多模式扰动模型动态加权SVM集成研究

针对集成学习中bootstrap方法不能产生具有较大差异性的成员分类器,提出基于多模式扰动模型动态加权SVM集成方法。该方法在训练样本中使用bootstrap采样产生扰动,在输入特征中使用PCA特征滤波子空间法产生扰动,用自动模型选择法来动态扰动每个成员分类器的参数,用分类精度对成员分类器加权集成扰动输出。实验结果表明该方法比常用的bootstrap集成方法具有更好的集成效果。

GRAPES区域扰动预报模式动力框架设计及检验

设计了适用于四维变分同化系统的扰动预报模式GRAPES_PF。根据GRAPES的地形追随坐标非静力原始方程组,采用小扰动分离方法推导微分形式的线性扰动预报方程组,并利用与GRAPES非线性模式相似的数值求解方案求解线性扰动微分方程组。在设计扰动预报模式时采用了两个时间层半隐式半拉格朗日方案对动量方程、热力学方程、水汽方程和连续方程进行时间差分,空间差分方案的变量分布水平方向采用Arakawa C跳点网格,垂直方向采用Charney/Phillips跳层。利用代数消元法进一步推导得到只包含未来时刻扰动Exner气压的亥姆霍兹方程,进而通过广义共轭余差法(GCR)求解,在此基础上得到未来时刻扰动量的预报值。基于所开发的扰动模式开展了数值试验。首先在非线性模式中施加一个中尺度初始扰动高压,得到初始扰动在非线性模式中的后续演变,然后将相同的初始扰动作为扰动模式的初值进行时间积分,将扰动模式预报的结果与非线性模式的结果做了对比。结果表明,所开发的扰动模式GRAPES_PF较好地模拟了惯性重力内波的传播过程:初始高压扰动激发了一个迅速向外传播的惯性重力内波,在气压场向风场适应的过程中,水平风场、垂直运动、位温和湿度等变量均出现了扰动增量,与非线性模式得到的结果相当接近。GRAPES_PF作为GRAPES非线性模式的合理线性模式为建立基于线性扰动预报的区域四维变分同化系统奠定了科学基础。

蒙陕接壤区典型煤层开采地下水系统扰动的定量表征

生态脆弱区煤矿高强度开采扰动地下水系统,造成水资源损失。选取黄河流域中段蒙陕接壤区东南—西北走向剖面典型浅部开采和深部开采矿井为研究对象,利用覆岩破坏理论分析、数值模拟、井下实测3种方法,并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比,综合确定了浅埋复合煤层开采和深埋单一煤层开采导水裂隙带发育高度,根据导水裂隙带与顶板主要含/隔水层空间位置关系,划分出浅埋煤层开采直罗组−志丹群含水层充水模式和深埋煤层开采直罗组含水层充水模式;通过概化不同含水层充水模式地下水流系统,构建了典型煤层开采地下水三维非稳定流数学模型,并利用Visual Modflow软件建立了2种工况地下水流数值模型,对接续期2023—2024年工作面开采地下水流场和水资源损失量进行了定量预测,并利用涌水量实测数据验证了模型可靠性。结果显示:受扰动的浅埋区志丹群、直罗组含水层,以及深埋区直罗组含水层地下水呈现向采空区汇集现象的同时,流场也伴随采后煤层顶板二次稳定结构的形成而逐步恢复,但围绕采空区附近,充水含水层地下水流场表现出局部高水力梯度现象;另外,2种采煤工况接续期水资源损失量年均分别达到200万m^(3)和730万m^(3)以上。研究结果为区域水资源损失超前精细控制和矿井水资源化利用提供了参考。

不同模式扰动方案在风暴尺度集合预报中的对比试验研究

由于适用于中长期集合预报的模式扰动技术在风暴尺度集合预报系统中的影响并不明确,为探究不同模式扰动方案在风暴尺度集合预报中的效果,基于WRF模式设计了3组模式扰动方案:多物理扰动(MP)方案、随机物理倾向扰动(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)方案以及由MP方案与SPPT方案组合构建的一种新混合扰动(SPMP)方案。对2013年7月5—6日发生在江淮流域的一次强对流天气过程进行了数值模拟。结果表明:MP方案在积分前期的降水概率评分较高,对高层大气的扰动效果更为合理;SPPT方案主要作用于积分中后期,对大气低层及近地面的扰动效果最为理想,尤其是对于地面水汽场的模拟;SPMP方案能显著提高大气中高层各预报变量的离散度,降低均方根误差,提升集合成员的可信度,有效弥补降水预报评分在单独使用MP方案和SPPT方案不同积分时段的不足。在扰动水平传播方向上,SPMP方案的扰动形态主要受MP方案主导;垂直方向上,SPMP方案在低层的扰动形态与SPPT方案一致,在高层受MP方案控制。波谱能量分析表明3组方案的扰动能量随积分时间均有向大尺度传播的趋势,SPMP方案能有效补偿两种方案能量在各尺度的耗散。

林下种植模式对云南松人工林植被物种多样性的影响

为研究不同林下种植扰动模式对云南松人工林植被多样性的影响,在云南松人工林下,设置无干扰、30%扰动、50%扰动、100%扰动4种模式种植森林蔬菜大参,研究不同种植扰动模式对生物多样性的影响。结果显示:扰动增加了物种数量和生物多样性,无干扰模式(对照)调查到植物最少(22科37种),不同强度扰动后物种数均增加,以30%扰动模式最多(37科66种),物种数提高了78.38%,物种多样性的由高到低的规律为30%扰动>100%扰动>50%扰动>无干扰;总体上,云南松林下植物物种多样性指数为30%扰动模式最优,50%扰动模式次之,100%扰动模式物种多样性相对较低;物种生活型以高位芽植物和地面芽植物为主。研究结果表明:在云南松林下种植大参时以30%扰动模式较好。研究为解决当前林下种植单一追求经济效益而过度开垦林下土地,引起的生物多样性减少等生态问题作参考。

并网VSC的大扰动失稳模式

目前并网电压源变换器(VSC)的大扰动稳定研究主要集中于锁相环(PLL)同步稳定问题,缺乏对大扰动失稳模式系统性的研究。基于VSC接入无穷大系统的详细模型,提出了VSC控制环节失稳的定义和判据。发现外环控制、PLL均存在大扰动稳定问题,并存在单调失稳、振荡失稳2种失稳形态。考虑脉宽调制(PWM)饱和后,电流环也可能发生失稳。不同失稳模式下系统稳定边界主要由不稳定极限环、不稳定平衡点的稳定流形以及代表饱和非线性的边界三部分组成。不稳定极限环主要由系统中存在的Hopf分岔产生。若系统工作点靠近Hopf分岔,则稳定边界由不稳定极限环组成,此时系统失稳表现为发散振荡。若工作点远离Hopf分岔,则稳定边界由不稳定平衡点的稳定流形组成,系统表现为单调失稳。通过MATLAB时域仿真对理论分析进行了验证。

考虑天气因素的区域配网扰动事件预估

配网运行环境的日益复杂化使电能质量预测的难度不断增大。为解决区域配网的电能质量预测问题,挖掘电力扰动模式,提出一种基于多阶段离散隐马尔科夫模型（discrete hidden markov model,DHMM）的扰动事件预估方法。首先采用数据清洗和离散化技术对天气类型和扰动事件严重程度进行划分;然后通过信息熵相关性分析和时间序列合成的多阶段预处理,提取天气敏感型区域配网的电能质量扰动事件观测序列;最后利用DHMM对观测序列进行训练,实现电力扰动模式提取和扰动事件预估。依据实际城市电网电能质量数据,验证了本文方法的有效性和实用性。相比于传统方法,计及天气因素的DHMM具备更高的电力扰动事件预估准确率。

伊拉克M油田Mishrif组生物扰动作用

以伊拉克M油田Mishrif组生物碎屑灰岩为例,基于岩心和铸体薄片资料,研究生物扰动对沉积环境的选择性、生物扰动程度的表征方法,充填物的形成条件和控制因素及生物扰动对储层物性的改造机制。结果表明M油田Mishrif组为缓坡-弱镶边台地沉积环境,生物扰动倾向于在低能安静的局限水体环境中发育,其中潟湖环境中生物扰动现象最为普遍;根据扰动面积与岩心切面面积比值,以20%、50%和80%为界,辅以描述扰动连通性的术语,将生物扰动划分为Ⅰ级斑状扰动、Ⅱ级纹层状扰动、Ⅲ级迷宫状扰动和Ⅳ级层状扰动4个等级;生物扰动通道中充填物包括同生碎屑颗粒、白云石和方解石,其中同生碎屑颗粒为物理成因,受沉积作用控制,而白云石和方解石为后期成岩作用产物。白云石成因机制复杂、晶体形态多样,其中微晶离散状白云石对储层物性影响较小,自形细晶白云石有利于改造储层物性,而自形—半自形镶嵌状白云石降低储层物性;综合沉积物岩石学特征、生物扰动程度、充填物质差异及对储层物性影响等因素,建立M油田Mishrif组生物扰动模式;沉积环境决定了生物扰动的底质和保存程度,生物扰动程度反映了储层改造强度,后期充填物质和成岩作用控制了储层改造性质,生物扰动强度越大,自形细晶白云石发育程度越高,溶蚀作用越强,储层物性越好。

煤层气排采局部水动力场模式及其意义——以鄂尔多斯盆地东南缘为例

煤层气排采形成的局部水动力场是对原始水动力场扰动的结果,开展局部水动力场模式及其对排采效果影响的研究对于指导煤层气排采井层的优选具有重要意义。鄂尔多斯盆地东南缘某煤层气田煤层气井排采动态表现差异很大,考虑不同排采井所处构造位置和原始水动力场背景,识别出了煤层气排采引起的3种局部水动力场模式,即有效扰动型局部水动力场、含水层入侵型局部水动力场和淡水补给型局部水动力场。在有效扰动型局部水动力场中,排出水为煤层水,煤层气井表现出见气快、产气量高等特点;在含水层入侵型局部水动力场和淡水补给型局部水动力场中,排出水有部分甚至大部分来自于邻近含水层或近地表的淡水,属无效排水,煤层气井表现出见气晚、产气量低等特点。在局部水动力场模式的指导下,对断层附近的排采井要避免射开邻近强含水层的煤层,同时,排采井的井位应避开近地表淡水补给区。

GRAPES全球集合预报初始条件及模式物理过程不确定性方法研究

为描述GRAPES全球模式初始条件的不确定性,基于适合集合预报应用的GRAPES全球奇异向量技术,依据大气初始误差符合正态分布的特征,采用高斯取样奇异向量来构造全球集合预报初始扰动,在此基础上建立了GRAPES全球集合预报系统(GRAPES-GEPS)。利用GRAPES全球同化分析场,对采用初始扰动的GRAPES-GEPS连续试验预报结果进行检验和分析。结果表明:GRAPES-GEPS中高度场、风场及温度场预报的集合离散度能有效快速增加,集合平均均方根误差与集合离散度的关系合理;相对控制预报的均方根误差,集合平均的预报优势在预报中期非常显著。为进一步体现GRAPES-GEPS中模式物理过程的不确定性,发展了模式物理过程倾向随机扰动技术(SPPT)。试验结果表明:SPPT方案的应用有效提高了GRAPES-GEPS在南、北半球和热带地区等压面要素预报的集合离散度,同时一定程度减小了集合平均误差,进而改进了集合平均误差与集合离散度的关系,其中SPPT方案在热带地区的改进最为显著。本文发展的基于奇异向量的初始扰动方法和模式扰动SPPT方案在中国气象局2018年12月业务化运行的GRAPES-GEPS中得到了应用。