对流涡度矢量和湿涡度矢量在暴雨诊断分析中的应用研究

利用对流涡度矢量(CVV,(ζa×θe)/ρ)和湿涡度矢量(MVV,(ζa×qv)/ρ)对华北地区一次大范围的大到暴雨天气过程进行了诊断研究。结果表明,CVV和MVV垂直分量与云和降水密切相关,暴雨区区域平均和垂直积分的CVV和MVV垂直分量与云中水凝物混合比的相关系数分别为0.92和0.95,与降水率的相关系数分别为0.71和0.47。云中水凝物分为液态水凝物和固态水凝物,虽然固态水凝物的含量相对较少,但它在云的变化中起着更重要的作用。滞后相关分析表明,降水率的峰值到来之前4—5 h云中水凝物含量最少,降水率的峰值到来之后1—2 h,云中水凝物含量最多。云中水凝物与降水率的滞后相关系数主要是由液态水凝物与降水率的滞后相关系数决定的,只有约1/4的滞后相关系数是由固态水凝物与降水率的滞后相关系数贡献的。CVV和MVV的垂直分量与云中水凝物具有非常好的相关性(同时及滞后),与降水率的相关也较好,可以代表云和对流系统的发展。CVV和MVV垂直分量的局地变化超前降水率3 h左右,可以作为降水发生的先兆,对降水的预报有潜在的意义。CVV垂直分量的局地变化与降水率的相关系数大于MVV垂直分量的局地变化与降水率的相关系数,因此在实际预报中可以利用CVV垂直分量的局地变化来估计未来降水的变化。

2011年梅汛期一次暴雨过程的对流涡度矢量方程诊断分析

利用NCEP FNL资料、FY-2E云顶亮温、常规观测及加密自动站降水量等资料,以及高分辨率中尺度模式WRF V3.3的模拟结果,结合对流涡度矢量方程对2011年6月一次江淮梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析。结果表明,模拟结果再现了该次暴雨过程的降水特征,该过程主要受地面低压及梅雨锋锋面系统的控制和影响,其中6月14-15日为所选暴雨个例最旺盛的阶段,且该时段伴随梅雨锋上中尺度对流系统的移动发展和梅雨锋锋生。对流涡度矢量及其垂直分量的倾向方程的诊断分析表明,对流涡度矢量垂直分量的局地变化主要受非绝热加热项的影响;而非绝热加热与次级环流和梅雨锋锋生的关系说明中尺度对流活动与梅雨锋锋生存在类CISK机制的反馈关系。因此,对流涡度矢量,特别是其垂直分量可以用来诊断和揭示伴随非绝热加热的中尺度对流系统与梅雨锋锋生之间的关系。

基于派克矢量轨迹椭圆度的海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识

随着我国海上风电产业逐渐向深远海发展,迫切需要精确的早期故障辨识技术,以防止故障恶化造成的巨大经济损失。针对派克矢量故障辨识方法用在双馈并网系统时易受定子电压不平衡和负载变化的影响的不足,提出新的故障特征量——派克矢量轨迹椭圆度F_s。分析F_s和定子负序电流间的关系,运用非线性最小二乘法估计定子电压不平衡、负载变化和定子负序电流间的函数关系,以滤除定子电压不平衡和负载变化对F_s的影响。实验结果表明,该方法能够实现早期故障的精确辨识,对定子电压不平衡和负载变化具有鲁棒性。

对流涡度矢量在暴雨诊断分析中的应用研究

位涡在诊断分析中是一个常用且有效的物理量,但在深对流系统中由于湿等熵面的倾斜变得较弱。因此,本文利用高守亭等(2004)提出的新矢量——对流涡度矢量(简称CVV)来研究深对流系统,并用对流涡度矢量诊断华北一次大范围的大到暴雨天气过程。结果表明,CVV垂直分量在中纬度对流性暴雨中有很好的指示性,它的高值区与云中水凝物和地面降水有较好的对应关系,暴雨区位于CVV垂直分量高值区附近及其北侧的梯度大值区内。CVV垂直分量是与云相联系的参数,暴雨区垂直积分和区域平均的CVV垂直分量和云中水凝物混合比的相关系数为0.92,与降水率的相关系数为0.71,比湿位涡与云中水凝物的相关系数高很多。CVV垂直分量反映了水平涡度和水平相当位温梯度的相互作用,可以把中纬度深对流系统中的中尺度动力过程和热力过程与云微物理过程密切联系起来,有助于理解环流和云相互作用促使对流发展的机制,可以很好地追踪暴雨系统的发展和演变。

对流涡度矢量垂直分量在西南涡暴雨中的应用

将对流涡度矢量(CVV)应用于浅薄系统西南低涡引发的暴雨中,特别是将对流涡度矢量垂直分量(C_z)应用在2010年7月16—18日由西南涡引发的一次暴雨过程诊断中。研究了CVV垂直积分的各个分量与6 h累积降水量的关系,尤其是CVV垂直分量在西南涡暴雨过程中的指示意义。诊断结果表明:CVV垂直分量与西南涡引发的暴雨有一定对应关系,强降水发生时段与C_z垂直积分峰值出现的时间对应一致;在对流层低层850 hPa水平分布上,暴雨区位于CVV垂直分量的正值中心附近,偏向其梯度较大处;沿暴雨中心的CVV垂直分量,当对流层低层至高层呈现一致的正值时,暴雨强度会明显加强。

全信息矢量相干度在MT数据质量评价中的应用效果分析

采用最小二乘法计算张量阻抗要素时,可以利用各种计算结果之间的差异来衡量噪声影响的程度,而全信息矢量相干度正是基于这种思想提出来的,用以评价数据质量。以庐枞矿集区MT数据为例,通过对部份具有典型特征的数据进行质量评价,并与常见的数据质量评价方法进行对比,验证了全信息矢量相干度在MT数据质量评价中的作用,并分析了各种评价方法的应用效果,为MT数据的进一步处理提供了有力的保证。

湿Q矢量散度场与ω场的比较

结合 1 991年 7月 5日 2 0时至 6日 2 0时一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程实况资料 ,系统、细致地比较分析了实时分析的湿 Q矢量散度场与同时次改进后的MM4(MMM4)模式实时分析输出场之间的差异。结果表明 :在整个梅雨锋暴雨过程中 ,湿 Q矢量散度辐合场与同时刻地面雨区之间的对应关系较 ω场优越 ;70 0 h Pa湿Q矢量散度辐合区对同时刻地面降水场有指示作用 ,尤其在梅雨锋暴雨的发展阶段及强盛时期 ,它对实际降水的落区及强度指示作用更为明显 ;

基于速度矢量可行度的移动机器人多行为综合决策方法

为了提高机器人对真实环境的适应能力 ,基于行为思想越来越多地被用于自主机器人的在线运动决策 .由此 ,产生了多行为综合管理问题 .本文分析了常用的基于矢量合成的并行行为的综合方法 .在此基础上 ,提出基于速度矢量可行度的自主移动机器人多行为综合决策方法 .该方法可较完整地保留子行为的决策意图 ,得到更合理的行为综合结果 .

矢量磁位散度约束的罚函数方法中罚因子的数值特性

介绍了三维电磁场有限元数值计算中约束矢量磁位的罚函数方法，通过实例计算讨论了罚因子的取值对有限元刚度矩阵性态、矢量磁位散度的约束及场数值解精度的影响。

基于矢量“隶属度”的模糊控制器结构优化

针对传统模糊控制器在控制过程中容易发生规则爆炸的缺点,提出一种基于矢量"隶属度"的模糊控制器结构优化方法。这种优化方法通过对传统模糊控制器的隶属度和模糊等级进行改进,把当前输入量的相对方向和大小等级分别反映在矢量"隶属度"和标量模糊等级上,从而能够大大减少模糊规则数目,降低结构复杂度,提高控制效率。直流电动机的仿真控制效果表明,矢量"隶属度"法优化后的控制器比传统控制器结构简单和误差小,从而验证了这种方法的有效性和可行性。

矢量场的散度在运动空间区域中的体积分随时间变化率的严密理论

给出运动空间区域中充满介质的情况下,以及运动空间区域中包含有介质和真空的情况下,矢量场的散度在运动空间区域中的体积分随时间变化率的两种计算方法.阐明了若以一种特别的方法来看待空间积分区域的变动,那么两种情况就可以用统一的方式来计算.指出在运动空间区域中包含有介质和真空的情况下,如果保留速度v在积分区域V的边界面S上的值和实际情况一样,而赋予区域V以一个其空间变化率连续或者分块连续的新的速度场v(r,t),那么锁定体元的计算方法仍然适用.

“形与神俱”现代科学研究——脏器基本结构、生命矢量、药性矢量与电磁波身体干涉耦合及生命谐和度矢量测量

"形与神俱"是《黄帝内经》的人体结构观,"形"的认识与现代解剖学并没有差异,不过《内经》对形体的基本结构有独特的视角,其理论体系内隐藏着心血管、神经系统同一体的认识,并认为"脏"的基本骨架性主体结构由各脏器内的毛细血管网和纤维神经网所构成,而脏的其它组织学结构都围绕着它们"生成"。《内经》同时重视对"神"的研究,"形神"之"神"具有"力"的矢量性质(作者将这个矢量称为生命矢量),《内经》着重讨论了这个矢量,阴阳、五行理论在中医学里的应用,就是为了解析这个矢量。现代通过对人体耗散结构与电磁波身体的研究,发现人体存在一个"生命谐和度矢量",其与"生命矢量"成一定的正关连,这为古典中医的"形神"之"神"的测量提供了可行性,通过现代物理学和数学分析,也发现了一个间接的测量方法,即"生命谐和度"测量。

两类涡度矢量对四川盆地一次暴雨过程的分析应用

利用WRF模式、NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测资料对2013年6月29日至7月2日四川盆地的一次暴雨过程进行数值模拟和诊断分析。结果表明,此次暴雨过程是由高原低涡和西南低涡共同作用引起,西太平洋副热带高压(下称西太副高)西伸稳定在四川盆地,形成阻塞作用,导致高原低涡和西南低涡停滞不前。WRF模式能较好地模拟出降水的影响系统、降水落区以及强度。θe分析表明暴雨区位于高温高湿区内,暴雨区低层为对流不稳定区,中高层θe线密集且等θe面陡立,随着降雨的发生,对流不稳定能量释放,θe有所减弱。运用对流涡度矢量(CVV)和湿涡度矢量(MVV)对暴雨过程进行诊断分析后得出:CVV和MVV垂直分量的垂直积分及水平分布的正值带走向与暴雨落区相一致,且其大值中心与降水中心也有较好的对应。CVV和MVV垂直分量大值区的分布和发展与暴雨区的移动和发展较为一致,暴雨区从低层到高层一致的正值分布对暴雨发展具有指示意义。CVV和MVV垂直分量可以很好地指示四川盆地暴雨系统的发展和演变。

利用qP波慢度和偏振矢量计算弱各向异性介质参数

提出了一种使用慢度矢量分量和偏振矢量计算变井源距垂直地震剖面(walkawayVSP)钻孔中接收点附近介质弱各向异性(WA)参数的方法.假定介质是任意弱各向异性介质,从一般公式中得到了只有一条观测剖面情况下的反演公式.如果知道了慢度矢量的垂直分量和偏振矢量,可以通过反演得到与剖面和钻孔所在平面相关的WA参数,反演过程不用进行射线追踪,与上覆介质无关.用合成数据检验了公式和方法的正确性,并把它们应用于在爪哇海地区得到的一条变井源距垂直地震剖面的弱各向异性参数反演中.

一次东风波中尺度暴雨的Q矢量与MM5预测能力对比

利用NCEP 1°×1°再分析资料对2001年8月3～4日的浙南闽北的东风波暴雨过程进行了分析。根据Q矢量散度分析讨论了这次过程中的暴雨演变以及东风波诱生中尺度低涡发生发展的原因。同时,利用中尺度有限区域模式MM5V2对该东风波诱生中尺度低涡进行模拟。结果表明:Q矢量散度大值中心强度和位置的演变较好反映了暴雨落区和中尺度低涡的诱生,其预示能力较MM5V2预报的准确率高,将中尺度模式和Q矢量计算结合起来可以提高风暴路径和雨区的预报准确率。

台风远距离影响下的大暴雨对流涡度矢量分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、自动站资料和卫星云图资料,对2010年7月16—19日台风远距离影响下的川陕大暴雨天气过程从对流涡度矢量进行诊断分析。结果表明:高θe区位于西南涡偏南侧暖湿气流端,大暴雨区即位于此处;大暴雨中心等θe线随高度近于垂直分布,θe高值区呈"漏斗"状结构,从低层到对流层顶均为90%的相对湿度。东北—西南向的倾斜高空急流加强了急流入口区右侧的高层辐散,造成大暴雨区强而深厚的垂直上升运动。强降水中心低层为东南风,中层为西南风,高层为西北风,对流不稳定性很大;西风分量u在中层垂直切变较大,南风分量v在中高层垂直切变较大。大暴雨出现在对流涡度矢量(CVV)垂直分量和气柱云水量二者大值重合区。

各非地转Q矢量之间的定量比较

结合“海棠”台风在2005年7月19日08：00～20日08：00再次登陆福建省24h期间所造成的降水过程，在WRF模式成功地模拟了此次降水过程的基础上，利用模式模拟输出结果，通过计算900～600hPaQ矢量散度的气柱平均值、Q矢量散度强迫产生的降水场，定量比较分析了非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量的诊断能力差异，结果表明：（1）非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量散度辐合场，对同期模拟雨区都具有一定指示作用，同时，非地转湿Q矢量和改进的湿Q矢量的散度辐合强度都较非地转干Q矢量散度辐合强度强，且改进的湿Q矢量散度辐合强度强于非地转湿Q矢量散度辐合强度，尤其是在主雨区表现的更为明显。相对来讲，改进的湿Q矢量散度辐合场对雨区的反映能力最强。（2）非地转湿Q矢量散度与改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水范围几乎相同，且明显较非地转干Q矢量散度强迫产生的雨区范围大，相对来讲，与同期模拟降水场的雨区更接近。改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度最强，非地转湿Q矢量散度强迫次之，非地转干Q矢量散度强迫产生的降水强度最弱。三种Q矢量散度强迫产生的降水强度都明显弱于同期模式模拟的降水强度，相对来讲，改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度更接近于模拟的降水强度。（3）三种Q矢量散度场以及强迫产生的降水场之间的差异，充分表明此次台风降水过程中伴有大量的大尺度稳定水汽凝结潜热和对流水汽凝结潜热释放，考虑了水汽凝结潜热加热作用的非地转湿Q矢量与改进的湿Q矢量，对降水反映能力均较非地转干Q矢量有所改进，尤其是后者。

一次特大暴雨天气的Q'矢量分析

应用修正的 Q*矢量对 1999年 8月 11～ 13日山东特大暴雨天气过程进行了诊断分析 ,分析结果表明 ,中低层 Q* 矢量指向大暴雨区 ;85 0～ 70 0 h Pa的 Q* 矢量辐合区与上升运动区和大暴雨区有较好的对应关系 ;暴雨产生在 85 0 h Pa和 5 0 0 h Pa Q*

垂直螺旋度的拓展研究及应用

垂直螺旋度Hp由垂直速度和垂直涡度构成,反映涡度的垂直平流。通过尝试将Q矢量引入垂直螺旋度进行研究,即基于Q矢量散度和垂直涡度构造出一种新型垂直螺旋度HQ。HQ为Hp的拓展形式,二者差别主要在于计算HQ时无需求解垂直速度。同时,结合一次典型的江淮梅雨锋气旋暴雨过程研究,结果表明,HQ对降水落区及降水强度水平分布的不均匀性均具有较好的反映能力,且揭示出暴雨上空垂直涡度平流呈倾斜分布特征。进一步分析表明,对于垂直涡度而言,HQ三维空间分布特征与辐合的Q矢量散度有更多的相似性,这在一定程度上反映出HQ与Q矢量散度联系更为密切。

一次北方暴雨的Q矢量诊断分析研究

考虑水汽相变的凝结潜热作用,引入广义位温,发展了包含广义位温的Q矢量,并在此基础上推导了非地转湿大气Omega方程。(1)包含广义位温的Q矢量是Omega方程的唯一强迫项,由拟涡度伸展矢量、锋生矢量和非绝热加热梯度等三项构成。(2)利用包含广义位温的Q矢量对一次北方夏季暴雨进行诊断分析,发现包含广义位温的Q矢量对降水区的垂直运动结构有良好指示意义,可以综合表征次级环流、锋生和锋消、大尺度和中尺度强迫等多种物理因素,而这些均是影响暴雨发生发展的重要因素,因而包含广义位温的Q矢量及其散度与强降水的发生发展密切相关。(3)利用美国全球预报系统24 h预报场对包含广义位温的Q矢量散度进行计算,结果表明预报的Q矢量散度在时间和空间上与观测6 h降水联系紧密,根据预报的Q矢量散度的异常能够判断降水的可能落区。