基于SPOT-VGT可见光/短波红外波段数据对AMSR-E土壤湿度的降尺度研究

基于SPOT-VGT数据,由短波红外、红和蓝波段反射率计算了表征地表土壤湿度的可见光—短波红外干旱指数(VSDI),通过对1km空间分辨率的VSDI影像进行空间升尺度处理,采用多种函数建立了25km空间分辨率AMSR-E土壤湿度数据与VSDI指数的关系,发现二者关系最符合S型曲线模型,拟合残差在空间上呈现随机分布的特征。基于S曲线函数关系下的1km预测土壤湿度和残差值,对AMSR-E土壤湿度进行降尺度模拟,得到1km空间分辨率的土壤湿度。将原始AMSR-E土壤湿度和实测数据对降尺度结果分别比较验证后,表明基于该方法获得的土壤湿度模拟精度较高。     

基于多特征融合的低空风切变类型识别

针对微下击暴流、低空急流、顺逆风和侧风4种不同低空风切变的激光雷达扫描图像,提出一种基于形状特征和纹理特征相结合的识别方法。采用Zernike矩和旋转不变统一模式的局部二值模式（LBP）,分别提取反映风场全局变化的形状特征和反映风场局部变化的纹理特征;将两种特征串联融合后,通过主成份分析（PC A ）对其进行降维,提取有效特征;利用 k近邻分类器对4种低空风切变图像进行分类。实验结果表明,与其它多种算法相比,该算法平均识别率最高,识别效果更加稳定。     

一种风场作用下粒子系统火焰的动态模拟

为了真实地模拟火焰在风中摇曳的动态效果,提出一种新的风场作用下粒子系统火焰的动态模拟方法。该方法将风场视为一个包含全域和区域两种类型风场的随机风场,利用Perlin噪音函数生成给定条件下的风速矢量场;进而通过风场影响范围的判定,采用动力学方程实时计算风力作用下火焰粒子的速度和位置,最终实现不同风场作用下火焰的动态模拟。实验结果表明,该方法不仅能绘制出风场中火焰随风摇曳的逼真效果,同时对模拟的实时性有很好的支持。     

多介质ALE方法流固耦合影响因素及参数分析

为了探究LS-DYNA程序流固耦合关键字PFAC参数大小以及网格大小对数值模拟结果的影响,同时得到适合大口径弹体入水数值模拟的参数,应用LS-DYNA程序ALE方法对大口径弹体以速度200m/s垂直入水进行数值模型.研究了网格密度以及控制流固耦合关键字中PFAC参数大小对结果的影响.从能量以及理论角度对结果进行了分析.对参数变化从理论及数值模拟结果的角度进行解释.得出了网格密度对此数值计算模型的影响,得到了合理的网格密度.对比了不同PFAC数值对平头和钝头弹体入水的影响.     

64位Linux并行计算大气模型效率优化研究*

研究了CMAQ大气模型在64位Linux操作系统上不同CPU核心数目并行计算模拟耗时以及结果的差异情况。研究结果表明,并行计算能大幅缩短CMAQ模拟耗时,以16个CPU核心并行处理为性价比最佳值;此时连续模拟中国区域37天空气质量状况（分辨率36 km、167行×97列、垂直14层）平均耗时小于16 min/d,而相同情况下单核模拟耗时大于2 h/d;多于16个核心并行处理时,随核心数量的增加模型性能提升的趋势减缓;操作系统和参与运算的核心数目对CMAQ模型模拟结果没有影响。     

星载散射计再分析风场在海浪模拟中的应用研究

基于第三代海浪(谱)模式WAVEWATCHⅢ,采用NCEP/QuikSCAT混合风场作为模式输入,进行了东中国海、太平洋东岸以及太平洋中部夏威夷附近海域的海浪数值模拟。在东中国海,模拟有效波高与浮标的参考值有较高的相关系数,波高的均方根误差约为0.5 m;在太平洋东岸和夏威夷附近海域,模拟有效波高比浮标的参考值普遍偏低,不同月份波高的均方根误差在0.4~1.2m之间,但模拟波高与浮标的参考值仍有较强的相关性。结果表明利用WAVEWATCHⅢ结合NCEP/QuikSCAT混合风场模拟东中国海的波高是可行的,但要模拟太平洋中、东部开阔深水海域的波高仍需考虑如涌浪、海流等非风场因素。     

基于SAR与NL数据的建成区提取及其在WRF风场模拟优化中应用

WRF是近地面风场模拟的重要工具,其中土地利用与土地覆盖信息是WRF的重要输入,是影响WRF模拟精度的重要因素之一。WRF模式默认采用的是USGS或MODIS土地利用与土地覆盖数据,二者时效性差,空间分辨率低,在城镇化快速发展地区常导致近地面风场模拟精度差的问题。土地利用与土地覆盖信息的提取涉及很多地物类型,如果对所有地类进行更新,耗时耗力,无法满足实际应用的需求。在所有地类中,城市建成区的变化最快,对区域气候环境的影响也是最大的,因此,提出综合利用SAR数据和夜晚灯光（NL）数据提取建成区实现土地利用与土地覆盖数据的快速更新,然后利用更新后的WRF进行风场模拟,在京津冀地区的实验表明该方法可以快速准确提取建成区边界,进而使得WRF模拟近地面风速的精度明显提高。     

风场作用下大规模草地场景动态模拟*

草体作为自然场景的一种重要元素,其数量众多、覆盖范围广,很难实现实时动态模拟。针对已有方法存在的问题,提出了一种风场作用下大规模草地场景动态模拟方法,首先利用混合式表达方法构建出大规模静态草地场景,通过二维向量建立风场模型,采用混合动力学方程以及移动布告板上端顶点的方法,分别模拟出离视点不同距离的草体在风场作用下的形变。实验结果表明,该方法不仅能绘制出风场中草体随风摆动的逼真效果,同时对可变风场有很好的支持。     

最大主应力方向对巷道围岩稳定性影响研究

为了研究最大主应力方向对巷道围岩稳定性的影响,以贵州某矿1101工作面矩形运输巷为工程背景,采用FLAC~(3D)数值模拟软件,研究了最大主应力为水平或垂直应力时巷道围岩变形情况。研究结果表明:当最大主应力为水平应力时,顶板受影响较大,易发生较严重的剪切破坏,且顶板位移较两帮大,应着重加强顶板支护;当最大主应力为垂直应力时,两帮受影响较大,易发生剪切破坏,且顶板和两帮位移均随垂直应力增大而明显增大,应着重加强两帮支护。根据数值模拟结果及该工作面水平应力大于垂直应力的情况,近似将水平应力作为最大主应力,提出了以顶板支护为主的支护方案。现场监测结果表明,采用该支护方案后,巷道顶板及两帮位移均较小,验证了该方案能较好地维护巷道围岩稳定性。     

基于多模式的我国冬季风速预报误差特性分析

风电在我国能源结构转型中具有重要地位,但其波动性也带来严峻挑战。数值模式预报的风速数据是风电出力预测和高效消纳的重要基础,需要评估不同模式的预报效果。本文通过对比分析4种主流数值模式的风速预报效果,全面评估它们在我国冬季不同区域和不同条件下的预报精度,以期为我国冬季大风期风速预报提供参考。基于不同分辨率、不同初始场、不同同化方案的4种数值预报模式,结合我国131个站点观测资料,对预报风速的误差分布特征与预报能力进行了研究与分析;同时聚焦典型站点,分析了不同风速段、不同区域的预报误差特征及预报能力。研究结果表明：集合预报模式的预报结果在复杂地形条件下更科学;高分率单一模式对简单下垫面的风速波动性预报较好;白天预报效果好于夜间;对平原风速预报效果最好。     

多源星载微波散射计海面风场信息融合研究

风场数据融合技术以更小的代价、更短的时间来获取更丰富的风场信息,为海洋风场业务化预报提供高空间分辨率的数据源。为了有效发挥卫星遥感数据在海洋风场监测中的作用,基于变分估计方法,利用HY-2A/SCAT、METOP-A/ASCAT和Oceansat-2/SCAT的星载微波散射计数据,开展了融合技术研究,并以中国近海为例给出了卫星遥感海面风场的数据融合结果。海面风场数据融合结果表明,多源风场的融合结果明显优于单一卫星的观测结果,如果采用三颗卫星的观测进行融合,得到的融合结果与实际风场将更加相符,特征更加明显。     

不同水平应力作用下的倾斜软岩巷道围岩稳定性的数值模拟研究

结合工程实例,运用数值模拟软件FLAC3D对垂直应力恒定条件下改变水平应力时倾斜软岩巷道围岩的应力、位移变化规律进行了数值模拟分析,得出了如下结论:随着水平应力的提高,巷道两帮应力集中范围变化不大,顶底板应力集中范围变大,应力峰值向巷道深部转移,其中右肩的剪应力集中程度大于左肩;巷道顶底板垂直位移及两帮水平位移均呈增大趋势;相同水平应力条件下,倾斜软岩巷道变形具有非对称性。     

基于ANSYS/LS-DYNA的返回舱海面撞水动力研究

在理论分析刚形体垂直撞水动力特性的基础上,分别推导出基于von Karman理论和通用Wagner理论的圆球底返回舱撞水冲击过载公式.然后借助ANSYS/LS-DYNA动力显式程序中ALE算法的优势,进行返回舱海向垂直撞水动力数值仿真;针对数值仿真结果和理论分析预报结果的比较分析来验证数值仿真的可行性,同时给出数值计算弹性体模型垂直撞水的撞水冲击过载;结果表明:采用ANSYS/LS-DYNA的ALE算法可以有效地数值模拟返回舱撞水动力特性,为进一步控制返回舱海面回收以及数值分析撞水动力特性提供有力的技术支持,且大大节约了试验经费.     

基于特征统计可分性的遥感数据专题分类尺度效应分析

现有的对地观测遥感卫星能够提供从0.61 m到数十公里空间分辨率的遥感数据。通过遥感数据的专题分类得到的专题图的精度不但受遥感数据光谱特征、遥感数据处理和分类过程的影响, 而且受到所用的遥感数据的空间分辨率的影响。遥感数据空间分辨率的变化对遥感专题分类精度的影响受混合像元数目的变化和类内光谱特征变异程度的变化这两个矛盾的因子影响。空间分辨率对分类精度的最终影响决定于这两个矛盾影响因子的净效应。通过分析遥感专题分类中分类特种的统计可分性随遥感数据空间分辨率的变化来分析空间分辨率变化对分类精度的净效应。采用变换的离散度作为特征的统计可分性度量。以TM数据进行土地利用/土地覆被分类为例,首先将原始分辨率的图像以简单平均方法逐步尺度扩展到不同分辨率,然后在原始空间分辨率的图像上,根据该地区土地利用图进行层次随机采样,并以原始分辨率图像上的随机采样位置为掩模,在尺度扩展后的图像上进行同样位置的随机采样,最后在各空间分辨率上分别计算类对间的变换离散度。对变换的离散度随空间分辨率变化的规律进行了分析和定性解释。研究表明,类对间空间邻接结构对类别间混合像元数目随空间分辨率的变化有决定性影响;不同类对之间的最大统计可分性可能发生在不同的空间分辨率;空间分辨率越高,并不一定分类精度越高;不同类别之间的分类需要不同空间分辨率的数据。     

风环境下烟雾的实时模拟

在复杂环境仿真中,烟雾的模拟具有重要的意义.提出一种基于流体力学方程的烟雾模拟方法,并实现了脉动风与烟雾的交互,使烟雾的形态和运动更加逼真自然.采用简化的Von Karman模型建立风场,并引入特征正交分解技术(POD)和快速傅立叶变换技术(FFT)简化其建立过程.利用非粘性不可压缩的N-S(Navier-Stokes)方程描述烟雾运动,并将风场的作用加入到N-S方程中,利用破开算子法和MacCormack法简化N-S方程的求解过程,减少计算量,并保证求解过程在大的时间步长上的稳定性.同时,引入了"漩涡限制",将数值求解过程中的插值耗散补充回流场,增强烟雾的真实性.实验证明,利用本文的方法能够实时高效的模拟出自然逼真三维烟雾效果.     

自适应六边形窗口加权均值滤波

加权均值滤波算法对于被椒盐噪声污染的图像有较好的滤波效果,但是影响这类算法滤波效果的因素有很多,比如选用不同滤波窗口的滤波效果差别较大。提出一种自适应六边形窗口,该窗口在水平方向采用的像素数多于垂直方向,在滤波过程中对水平方向和垂直方向的侧重有所不同。实验结果表明,算法对水平（或垂直）方向像素关联度强的图像滤波效果优于一般窗口。     

降雨空间不均匀性与雷达测雨空间平滑误差

用X波段气象雷达对降雨精细结构观测,获得了125 m高距离分辨率的降雨反射率数据。用此数据模拟计算了在与地基、空基的雷达分辨尺寸相当的模拟雷达空间平滑窗口内的不均匀性强度、基于Z-R关系的雷达测雨空间平滑误差等参数,并分析了这些参数间可能的相关关系。结果表明,降雨的小尺度不均匀性非常显著,甚至在1 km的雷达分辨尺寸内反射率不均匀度超过10 dB以上并不罕见,由此产生的雨强平滑误差不可忽略,甚至对于与地基雷达分辨率相近的0.5 km模拟雷达分辨率,其相对相误差可达30%以上。结果比较显示,用通常的1 km低分辨率雷达数据模拟计算会低估测雨平滑误差,其中对于4 km和3 km分辨率约低估25%,对于2 km以下分辨率约低估40%以上。     

基于TDR的多孔介质中含水/水合物饱和度测量方法仿真研究

为了优化设计时域反射技术（TDR）中的探针结构,建立基于TDR响应的含水/水合物测量模型,利用有限元数值模拟方法建立了TDR测量过程数值仿真模型。分别以空气、不同浓度氯化钠溶液以及不同水合物含量的石英砂为被测介质验证了模型的正确性、研究了被测介质电导率和介电常数对反射波形的影响规律。通过改变被测介质的介电常数来模拟含水/水合物饱和度不同的石英砂,随着石英砂中水合物含量的增加,含水量逐渐降低,表观介电常数随之减小,电磁波传播速度随之以非线性形式增加;与理论值相比较,仿真计算所得到的传播速度最大误差处于5%以内。下一步需要在数值模型中的被测区域中填充各相异性材料来更加真实地模拟含水合物沉积物被测介质。     

基于VC++和Matlab的双基地多普勒天气雷达反演风场系统设计

本文着重介绍了开发双基地多普勒天气雷达系统的原理和用模拟雷达资料在16km×16km×10km的范围内进行了风场的绘制。并采用VC 和M atlab相结合的方法实现图像显示。     

普通后视镜空气动力阻力数值分析

为研究汽车后视镜外形因素对后视镜空气阻力的影响,以计算流体力学为手段,采用简化的后视镜模型对其进行空气阻力数值模拟. 计算区域采用六面体网格,总数为420万个;利用FLUENT求解湍流场,选用k-ε Realizable两方程湍流模型,入口和出口分别设定为velocity-inlet和outflow,将无滑移的壁面边界条件应用到后视镜表面及风洞壁面;模拟6种不同形状参数在不同水平下后视镜空气阻力的变化情况. 通过与基础模型的对比发现,后视镜的前脸厚度、长宽比、迎风角度以及边缘切向角均对后视镜空气阻力有显著影响,其中随着前脸厚度和迎风角度的增加,其空气动力阻力因数不断减小,而边缘切向角的增加反而导致其空气阻力的增大;后脸深度以及支架长度对后视镜空气阻力并无太大影响. 后视镜表面压力因数分布的数值模拟与实验结果的一致性表明,使用数值模拟方法进行后视镜空气阻力研究具有可行性, 为后视镜的形状优化建立新的研究方法,对后视镜的工程开发有一定参考意义.