基于随机有限元法的圆形基础沉降最不利波动尺度分析

波动尺度(SOF)是表征土体空间变异性的重要参数,不同的波动尺度可以模拟土体参数的空间变异程度。基于随机有限元(RFEM)和蒙特卡罗模拟,假设弹性模量服从对数正态分布对土体实现非均质性建模,研究不同波动尺度下圆形基础的沉降变形规律。研究结果表明:中心沉降值符合对数正态分布,差异沉降值符合正态分布;随着波动尺度的增加,中心沉降和差异沉降均值基本不变,中心沉降标准偏差先增大最后趋于平缓,差异沉降标准偏差先增大后减少,在其峰值处平均绝对差异沉降达到最大,此时的波动尺度为最不利波动尺度,在勘察数据相对有限的情况下可以对基础沉降概率进行保守估计。

基于多元精细复合多尺度波动散布熵和累积欧氏距离矩阵测度的风电机组变桨轴承退化状态评估

针对风电机组变桨轴承服役过程环境噪声干扰严重、退化状态评估精度低的问题,提出一种基于多元精细复合多尺度波动散布熵和累积欧氏距离矩阵测度的退化状态评估模型。该模型将监测数据状态特征获取过程由单通道拓展为多通道进行,通过提出的多元精细复合多尺度波动散布熵算法来获取多通道监测数据的多尺度状态特征,并将累积和检验算法与欧氏距离矩阵测度方法相结合,用于定量衡量基准样本与待分析样本间的差异,从而实现变桨轴承退化状态评估。风电机组变桨轴承全寿命周期加速疲劳实验验证结果表明:该模型能够及时捕捉到变桨轴承的初始退化时刻并且准确跟踪整个退化过程。

基于时移多尺度波动散布熵和改进核极限学习机的水电机组故障诊断

水电在能源供给结构改革中承担重要角色,随着风、光、潮汐等新型能源的不断接入,水电机组的负荷运行范围不断加宽,导致水电机组发生事故的概率增加,因此,开展水电机组智能故障诊断研究具有十分重要的现实意义。本文针对水电机组振动信号中蕴含大量噪声信号,干扰故障诊断的问题,提出一种时移多尺度波动散布熵和改进核极限学习机相结合的水电机组故障诊断方法。首先,结合信息熵理论与时移思想,在多尺度波动散布熵的基础上,采用时移理论替代多尺度波动散布熵(MFDE)中传统的粗粒化过程,提出时移多尺度波动散布熵(TSMFDE),通过仿真实验,证明所提方法具有良好的时序长度鲁棒性、抗噪性及特征提取能力,解决了传统多尺度熵粗粒化不足的问题。然后,利用具有可移植性强、寻优能力强和收敛速度快等特征的算术优化算法(AOA)对核极限学习机(KELM)的正则化参数和核函数参数进行寻优,建立AOA-KELM分类器,解决了KELM超参数难以调节的问题。最终,通过转子试验台模拟实验,将TSMFDE提取的特征输入分类器中,完成模式识别工作。仿真结果表明,所提模型取得最高的诊断精度,达到了100.0%,相对于其他流行模型,本文所提模型展现了明显的优势,验证了所提模型的良好诊断精度。

深圳股票市场波动的尺度特性

采用盒维数法分析深圳证券交易所股票价格、成交量和成交额的波动特征。研究表明,深圳证券交易所上市的股票具有明显的分形特征;单支股票的价格、成交量和成交额的分形维数并不相等;当选取不同的时间尺度时,股票的分形维数会发生变化。

夏季东亚高空急流与天气尺度波动的气候特征之间的联系

利用NCEP／NCAR逐日资料（1979-2003年），分析了东亚夏季高空急流和天气尺度波动气候特征之间的联系。通过分析急流与天气尺度波动活动量Q（用于描述某一时间段内天气尺度波动活动强弱程度）、热量涡动输送（VT）的关系，发现：在气候平均意义下，天气尺度波动活动量在6、8月较大，这意味着在这两个月中，天气尺度波动较为剧烈。这和急流的强度变化是相对应的，即强的天气尺度波动活动量对应着强的急流，弱的天气尺度波动活动量对应着弱的急流。热量涡动输送也表现出与天气尺度波动活动量类似的特征。年际变化上，夏季平均和6、7、8各月平均的热量涡动输送和急流强度都存在显著的正相关。对强、弱急流年份条件下热量涡动输送合成分析的结果表明：热量涡动输送偏南时，对应着强的急流；热量涡动输送偏北时，对应着弱的急流。以上的研究结果说明，在气候平均意义和年际变化上夏季东亚高空急流和天气尺度波动之间有着密切的联系。

核幔边界动力学——地球自转十年尺度波动

总结了地球核幔边界动力学有关研究的新进展，如核幔边界的特性、核幔边界的地形起伏、核幔边界附近地幔对流格局和地球外核顶部的流场等。从地核—地幔之间的耦合出发，讨论了地球自转十年尺度的波动问题，简述了核幔之间电磁耦合、粘滞耦合和地形耦合对十年尺度波动影响的基本理论。提出在该项研究中应以综合分析为基础，开展多学科的联合、交叉研究的途径以深化对地球自转十年尺度波动机理的认识。

中尺度大气波动的波谱和谱函数——数学模型和计算方法

作者得到了准二维Boussinesq方程组,并用其研究了中尺度大气波动的波谱和谱函数。在一定条件下对该方程组线性化并取标准模后,可将其初边值问题转化为矩阵的广义特征值问题来进行数值求解,这样就可知原问题波谱和谱函数的性质。当无基本流且取地转参数、层结参数为常数时,可求得其波谱和谱函数的解析解。此时该模式中仅包含有一对重力惯性内波模态,且各模态均是简谐波;模态越高,垂直波数越大则波动传播得越慢,所有的模态均为离散谱,并存在聚点。对此作者用数值解作了验算,结果表明,该数值求解方案合理可行,对不太高的模态其精度也令人满意。在无基本流然而考虑层结的垂直变化后,则一般无法求取解析解,为此进行了数值求解。这时该模式仍仅包含有一对重力惯性内波的离散谱模态,不过由于层结参数的变化,各模态结构与简谐波出现了偏差。

亚洲-西太平洋夏半年ISO传播特征及其与热带天气尺度波动联系的观测事实研究

利用1979—2007年夏半年(5—10月)逐日平均向外长波辐射资料和NCEP/NCAR再分析资料,应用有限区域波数-频率谱和滞后线性回归方法,研究亚洲-西太平洋(AWP)区域夏半年对流季节内振荡(ISO)的传播特征以及热带天气尺度波动与ISO的联系。结果表明:(1)夏半年AWP区域的对流ISO存在东西传播特征,具有区域性和季节性。在整个AWP区域,以沿赤道东传且周期约30～60 d的扰动为主,而在西太平洋地区则以在10～20°N西传且周期约20～40 d的扰动为主;在初夏ISO以沿赤道东传为主,晚夏ISO向西传播加强,主要活动区域也向北转移,西传波在晚夏西北太平洋区域活动最强;(2)ISO强对流伴随低层西风异常和气旋性环流异常首先生成在印度洋区域,之后沿赤道东传到西太平洋日界线附近,当对流传播到西太平洋时具有西北传播的特征;(3)ISO与热带天气尺度波动关系密切。两种不同时间尺度的对流在西北太平洋同时加强,ISO促进了热带气旋(TC)的群发,而TC群发对流也成为ISO对流在西太平洋西北向传播中的一部分。

精细复合多尺度波动散布熵在液压泵故障诊断中的应用

液压泵振动信号具有非线性、非平稳性的特点,熵算法在该类信号分析方面有着独到的优势,但传统的熵算法在液压泵振动信号特征提取中有计算速度慢、熵值不准确、不稳定等不足,为了更有效地提取故障特征信息并提高故障诊断准确性,将精细复合多尺度波动散布熵(refined composite multiscale fluctuation dispersion entropy,RCMFDE)引入到液压泵的故障特征提取中,提出了一种基于RCMFDE和粒子群优化支持向量机结合的液压泵故障诊断方法。计算不同故障振动信号的RCMFDE,并选取合适尺度下的多个RCMFDE值作为特征向量形成特征样本,输入粒子群优化支持向量机中进行故障分类识别。通过仿真信号和液压泵故障实测信号进行分析,并将所提出的方法与基于多尺度样本熵(multiscale sample entropy,MSE)、多尺度排列熵(multiscale permutation entropy,MPE)、多尺度符号动态熵(multiscale symbolic dynamic entropy,MSDE)、多尺度散布熵(multiscale dispersion entropy,MDE)、精细复合多尺度散布熵(refined composite multiscale dispersion entropy,RCMDE)、多尺度波动散布熵(multiscale fluctuation dispersion entropy,MFDE)的故障特征提取方法进行对比。试验结果表明,该方法能够更加准确地识别多类液压泵故障并能对液压泵性能退化程度进行有效评估。

地球自转十年尺度波动与核幔耦合的可能机制

简要介绍了地球自转变化的一般规律和可能的地球物理激发因素、十年尺度波动与核幔边界耦合之间的联系，以及几种可能的核幔耦合机制。强调了地震波探测手段对于获取地球内部信息的重要性，同时指出将空间大地测量、重力测量和地磁观测与地球物理学方面的理论与模型研究相结合，对于最终分析和确认地球自转变化中的各种信息及其激发因素是十分重要的。

南海北部ODP1144站颜色反射率揭示的千年尺度气候波动

南海大洋钻探ODP1144站钻孔长517m,代表近100万年来的沉积记录,其颜色反射率是所有岩心物理性质测试中分辨率最高的,平均约60年一个测值,最高可达年级尺度,是研究千年尺度气候变化的理想材料。通过对颜色反射率、浮游有孔虫氧同位素的小波分析及其与地球轨道参数ETP的交叉频谱分析,表明两者在轨道周期上的变化极为相似,都反映出约70万年以来100ka的偏心率周期明显占优;与格棱兰冰心的对比亦揭示了颜色反射率同样记录了冰期中的类似D/O事件。对此站的颜色反射率短周期的小波分析,揭示出了约3ka、约1 5ka的变化周期,这些周期不仅仅出现在冰期(如MIS2—4、6、8期等),也出现在间冰期(如MIS15、17、19、25期等)和冰消期(如MIS11/12、15/16),且在70万年以来冰期信号强、间冰期信号弱,而在70万年之前正好相反,这不仅说明间冰期内部气候也存在不稳定性,而且进一步说明了中更新世的气候转型事件。

热带气旋内中尺度波动的不稳定机理研究进展

在回顾了近年来热带气旋波动动力学研究的基础上,介绍了热带气旋内中尺度波动不稳定机理研究方面的进展,分别对热带气旋三类中尺度特征波动的不稳定,即经典重力惯性波、涡旋Rossby波和具有物理性质不可分的混合波的不稳定进行了物理分析,给出了热带气旋内对称不稳定、横波不稳定、对流对称不稳定、涡旋Rossby波正压不稳定及混合波不稳定的动力解释,进一步说明热带气旋内中尺度扰动发展是与基本气流的动力(水平和垂直切变)及热力状态之间的相互作用密切相关。

南海中尺度波动现象研究进展

Kelvin波和Rossby波是经常出现于海洋中的边界波;南海的复杂岸线、陡变地形和热盐场时空结构的不均匀性具有形成强迫Kelvin波和地形Rossby波的条件。现有研究表明,南海大部分中尺度涡形成于东部一些较大岛屿附近;这些中尺度涡一旦形成后,就在β效应作用下向西移动并最终耗散于西边界,且其波动一般以Rossby波的形式向西传播。因此,南海环流的多涡结构与中尺度波动之间存在着一定的联系。在南海北部,中尺度涡主要由黑潮入侵和风应力旋度所诱生,而在南海南部而以风应力旋度为主要成因。提出了利用线性波动动力学模式来研究南海南部中尺度波动、分析风应力强迫所产生的中尺度波动特征和规律,并据此建立相应的数值模式来揭示该海区环流的动力学和热动力学机制的思路,以便了解该海区流场季节性变化与中尺度波动之间的内在关系。

全球谱模式不同垂直分层对纬向基本气流和行星尺度波动物理量的影响

本文用σ坐标原始方程全球谱模式，对1979年1月23日个例，采用3种不同的垂直分层方案，实行了5天积分，输出了若干模式诊断物理量。发现提高了模式顶高度和增加垂直分辨率的15层模式，对北半球冬季行星尺度波动的水平感热通量、波数1的振幅强度以及对流层西风急流强度的预报均有明显地改进，与实况符合很好。

气候变暖及大尺度气候波动对全球林火与森林碳排放的影响

森林在全球碳循环过程中起着重要作用。而火是干扰森林的重要因子。随着全球变暖日益显著、极端气候事件增加,热浪、干旱以及大尺度气候波动等造成的森林火灾频率和强度不断增加,对全球森林生态系统碳循环产生了重大影响。研究气候变暖对林火和碳排放的影响,对提高生态环境的管理水平和可持续发展有重要意义。文中简述气候变暖对林火动态和森林碳循环的影响,以及火灾造成的损失,分析大尺度气候波动与林火发生的关系,最后,预测和讨论了未来气候变化情景下的火灾发展趋势,主要结论如下:1)气候变暖和干旱会导致林火发生频率和过火面积增加、强度增强;北半球和温带地区火险期提前、火险季节长度延长;森林碳排放量增加;森林火灾不仅直接造成森林面积锐减、污染大气环境、影响生物地球化学循环,甚至还给国家和人民来带巨大的经济和生命损失。2)大尺度气候波动与林火动态有非常密切的联系:与厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)相关的太平洋海面温度(Sea Surface Temperature,SST)异常的空间分布可能受太平洋年代际涛动(Pacific Decadal Oscillation,PDO)调控,它通过与ENSO同相(重叠)或异相(抵消)来调节ENSO的影响。ENSO和PDO都与降水、温度和干旱严重程度密切相关,极大增加了火灾的风险、频率和过火面积;北大西洋年代际涛动(Atlantic Multi-decadal Oscillation,AMO)主要影响北半球的温度和降水,温暖的AMO将导致更高的温度、森林火灾次数和年林火面积;北极涛动(Arctic Oscillation,AO)主要影响欧亚大陆和北美大陆北部的气温和降水,AO处于正相位时,气温升高,环境干燥,会增加北半球中高纬度地区的火灾发生频率。3)未来气候情景下,不仅北半球会变得更加干旱和温暖,全球的森林火险指数和火灾数量也都有增加趋势。由于气候变化和人类活动的复杂性,这种趋势还存在很大不确定性,因此还需深入研究气候变化对林火关系的影响机理,以加强人类对火—气候现状的认识。

地下水位波动对包气带中氮素运移影响规律的研究

为探讨地下水位不同尺度波动幅度中氮素运移规律,室内通过土柱Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ模拟地下水位的不同尺度上下波动进行对比试验。试验中柱Ⅰ水位保持静止、柱Ⅱ波动幅度为15 cm、柱Ⅲ波动幅度为30 cm,在实验装置相同情况下,得出三柱各土层中DO、NO-3-N和NH+4-N浓度变化。结果表明:柱Ⅰ中DO、NO-3-N和NH+4-N变化较小,而柱Ⅱ、Ⅲ中DO、NO-3-N和NH+4-N均变化较显著,且柱Ⅲ的变化幅度要大于柱Ⅱ。对比水位静止的柱Ⅰ,当水位上升和下降后,柱Ⅱ、Ⅲ各土层中DO和NO-3-N浓度均减小和增大,增减趋势相同,但DO和NO-3-N的变化幅度均为柱Ⅲ>柱Ⅱ;NH+4-N浓度相应地增大和减小,增减趋势相同,但幅度柱Ⅲ>柱Ⅱ。柱Ⅱ、Ⅲ进行两次循环波动后,两土柱各土层中NH+4-N均减小,且减小幅度柱Ⅲ>柱Ⅱ;NO-3-N无明显规律。可知,水位波动对土层中硝酸盐运移影响显著,且水位波动尺度与该影响程度相关,故在地下水硝酸盐污染风险评价时,不可忽视水位波动对氮素运移的影响。

近几年中尺度动力学研究进展

近几年,中尺度气象由于在逐日天气预报中的重要作用和在气象灾害预报中的显著贡献,已经成为一个热门的研究课题。中尺度气象研究并预测中尺度天气系统的发生发展及其引发的灾害性天气,如暴雨、冰雹、龙卷风等。本文主要总结了2007年以来我国在中尺度研究中取得的显著性成果。主要包括:波动、涡旋、锋面、稳定性、Q矢量和不变量。在波动方面包括重力波的形成和传播的研究,包含旋转Rossby波、混合低频旋转Rossby波和高频惯性重力波在内的台风波动以及考虑水汽作用的中尺度波作用守恒。涡旋部分主要介绍了青藏高原低涡(TPV)和热带气旋内部的涡旋问题。除了涡旋之外,锋面在中国也是一个关键系统。在锋面方面的进展有:梅雨锋中的?中尺度双雨带机制的产生和维持的实验性研究,以及基于广义位温的锋生函数的提出,这些成果使得对锋生过程的描述更接近于实际大气状况。在不稳定问题上,主要介绍了采用Energy-Casimir方法建立的拟能量波作用方程和基本气流具有线性和非线性切变时的横波扰动的不稳定。关于Q矢量,介绍了从地转Q矢量,半地转Q矢量到非地转Q矢量,非地转湿Q矢量的发展,以及由湿地转Q矢量和垂直风切变耦合得到的新型散度方程。最后,讨论了有关质点的两个不变量位温和位涡的相关研究新进展。

非对称型强飓风中的准平衡流特征分析Ⅱ:波动结构

利用非对称波分量分解和小波分析的方法,对准平衡动力模型下非对称强飓风内中尺度波动的空间结构和时间序列特征进行分析.结果表明,平衡流场中1波扰动占主要地位且具有涡旋Rossby波的典型结构特征,准平衡流各波数下扰动的空间分布反映了中尺度波动的混合性质;模式大气和准平衡垂直运动的全局功率谱中,超过信度检验的强波动信号中不仅包含分别表征重力波和涡旋Rossby波的高频和低频波动信号,还存在表征具有物理性质不可分特性的混合涡旋Rossby-重力波的中频波动.混合波的出现建立了不同频段波动之间的能量交换通道,其信号的变化对飓风系统的强弱变化具有一定的指示作用.非平衡垂直运动的波动强信号则主要集中在高频和低频区域,反映了在飓风强度变化情况下,与高频重力波有关的快波调整过程所引起的垂直扰动的振荡和传播.强垂直风切变对飓风内中尺度波动的切向和径向传播具有重要影响,当环境垂直风切变很强时,准平衡1波扰动在径向和切向方向上均呈"驻波"形态,随着环境垂直风切变的减弱,1波扰动以混合波波速逆基本气流传播.

则克台黄土粒度组分分离及其记录的末次冰期气候波动

北大西洋地区的末次冰期气候波动在全球具有广泛记录。伊犁地区作为西风区向季风区过渡的边缘带,对气候变化响应敏感,千年尺度气候波动如何影响该区域有待进一步解答。黄土作为恢复古气候的重要地质记录,有利于上述问题的研究。通过对伊犁则克台剖面黄土沉积进行粒度端元分析,结果表明:则克台黄土粒度可分为四个端元,分别为EM1(0. 8μm)、EM2(8μm)、EM3(25. 1μm)和EM4(51. 6μm)。EM1代表成壤组分; EM2代表高空西风组分; EM3和EM4代表尘暴组分,但EM4组分更能够反映末次冰期西伯利亚高压在伊犁地区的扩张。EM2和EM4都能记录千年尺度气候的波动,但响应程度却不同:51. 3～20 ka,EM4含量变化曲线记录的千年尺度气候事件更为明显;然而20 ka之后,千年尺度事件在EM2含量变化曲线中更为突出。这表明西风和西伯利亚高压都是千年尺度气候信号的重要扩散机制,且造成上述差异的原因很可能是太阳辐射驱动下的北半球冰量变化。

热带海区在千年尺度气候变化中的作用

全球气候变化研究最显著的成果之一,就是确定了气候可以在全球范围内突然发生变化,例如第四纪冰期旋回及全新世千年尺度的气候波动。了解和掌握这种快速气候变化的特征和驱动机制对于研究和预测人类生存环境的变化趋势和全球气候变化至关重要。研究发现,这种千年尺度的快速气候变动不仅见于冰心和北大西洋高纬区,而且在热带海区也有记录;现代热带大洋在全球气候系统中,尤其是千年尺度的快速气候变化中起着关键作用,类似现代厄尔尼诺—南方涛动的热带海洋—大气系统的变化,可能是冰期千年尺度古气候事件的根源所在。由于南海的特殊地理位置,快速气候变化事件在南海有大量的高分辨率沉积记录,是我国研究全球变化区域响应及其驱动力的天然试验场。