基于逐步回归模态投影方法的BCC气候系统模式ENSO预报订正

本文利用国家气候中心气候系统模式(Beijing climate center climate System Model,BCC_CSM1.1m)提供的1991—2014年海表温度回报数据,将逐步回归模态投影方法(stepwise Pattern Projection Method,SPPM)应用到改进BCC_CSM1.1m模式El Nino和南方涛动(ENSO)预报研究。SPPM是一种经验性模式误差订正方法,其主要思路是在大尺度模式预报因子场中找寻出与格点观测预报变量相关性高的信号,通过投影将这种信号反演出来,然后建立回归方程得到订正后的预报结果。本文交叉检验和滚动独立样本检验的结果表明,利用SPPM可以有效地提高BCC_CSM1.1m气候系统模式的预报技巧,尤其是在热带太平洋地区以及印度洋海区,24年交叉检验Nino3.4指数提前6个月预报的相关系数技巧可以提高8%~10%,预报误差得到显著降低。不同季节SPPM订正效果略有不同,其中对秋季的预报技巧提升最为显著。与此同时,交叉检验结果还显示,SPPM对El Nino中心纬向位置的预报也有一定程度的改进。

用于线性时变系统辨识的固定长度平移窗投影估计递推子空间方法

给出了一个新的用于线性时变参数结构系统模态参数识别的基于固定长度平移窗投影估计的递推子空间方法。首先推得基于平移窗投影估计的子空间跟踪算法,以代替奇异值分解,再推得系统数据矩阵的一阶修正形式,从而得到新的基于平移窗投影估计的递推子空间方法。该方法可有效地降低算法的计算量。最后通过刚度随时间变化的3自由度系统和一具有移动质量的机械臂系统的时变模态频率辨识仿真表明该方法可有效地辨识线性时变系统的伪模态参数。

一种改进的航天器时变模态参数递推辨识方法

针对基于预测器的递推子空间辨识(RPBSID)方法在估计系统的状态变量时计算量较大的问题,提出一种改进的RPBSID方法并应用于航天器的时变模态参数辨识。与原算法相比,改进后的方法在求解状态量时不需要逐个时刻构建相应的Hankel矩阵,而是利用仿射投影算法(APA)实现状态量的递推估计,从而减少了辨识过程中的数据量。在此基础上,利用该状态变量递推得到时变系统的状态空间模型和模态参数。在数值仿真中,建立带有大型挠性附件的卫星动力学模型,分别考虑系统模态参数线性变化、突变和周期改变的情况,利用改进的RPBSID方法对结构的时变频率和阻尼比等参数进行了辨识。理论分析和数值仿真的结果表明这种改进的方法不仅能够有效地辨识系统的时变模态参数,而且与原方法相比具有更高的计算效率。

虚部噪声辅助LCD方法及其在遥测振动信号处理中的应用

针对局部特征尺度分解方法(Local Characteristic Scale Decomposition,LCD)的模态混叠以及集成局部特征尺度分解法(Ensemble LCD,ELCD)在集成平均时容易引入新的模态混叠、伪分量和运算量大等问题。提出一种基于虚部噪声辅助局部特征尺度分解法(Image Noise Assisted LCD,INALCD);首先以原信号为实部添加虚部白噪声构成复数信号,然后对复数信号在指定方向上进行投影,求取对称投影象限的基函数,通过投影后虚部白噪声均匀化原信号投影的极值点的分布,辅助信号分解过程中极值点的选取,抑制模态混叠,最后将对称投影象限的基函数进行线性组合消除噪声的影响,避免了ELCD因集成平均带来的相关问题。仿真和实测数据实验结果表明,该方法在降低模态混叠的同时,大大减少了计算量,性能优于LCD和ELCD方法。

求解不可压Navier-Stokes方程的三阶精度投影方法

在数值模拟不可压缩流动中,投影方法得到了越来越广泛的应用,一般认为,目前的投影方法在时间方向上仅仅停留在二阶精度。该文通过分析发现,压力更新公式在高阶投影方法的构造中具有非常重要的作用,它不仅影响压力的精度,同时还影响格式的稳定性。在此基础上结合相容的压力更新公式,提出了三阶精度的投影方法。正则模态分析的结果表明,该文提出的投影方法速度具有三阶精度。当采用相容的压力更新公式时,压力也具有三阶精度,而且格式是稳定的;而采用传统压力更新公式,压力在边界附近只有二阶精度,且格式不稳定。数值结果验证了上述结论。