初始扰动

摘要： 初始扰动结构和振幅的合理性直接影响到集合预报的质量和整体性能,合理的初始扰动结构是确保集合预报扰动质量的关键。本文基于欧洲中期天气预报中心数据、我国T639全球集合预报系统以及GRAPES区域集合预报系统的预报场,针对模式初值不确定性,主要研究了风场初始扰动结构及其集合离散度、扰动能量等结构和演变特征,分析了集合预报风场初始扰动的空间物理结构及其时空演变特征,为集合预报初始扰动的合理构造提供客观依据。结果表明:绝大部分风场初始扰动位于主要天气系统附近,并且具有显著的流依赖特征;集合离散度与扰动能量随着预报时效的延长都呈现出合理发展的状态,对流层低层以扰动内能为主,高层扰动动能占主要成分,且扰动动能在演化过程中起主导作用;同时,离散度结构的演变与天气形势的发展密切相关,这从另一种角度体现了扰动结构随流型依赖的特性。研究结果验证了区域集合预报比全球集合预报能捕获更丰富的中小尺度扰动信息,全球集合预报系统中ECMWF的中大尺度扰动结构更为合理,但我国T639集合预报系统更适用于中国地区;相对于ECMWF的全球集合预报,我国的集合预报系统一般存在高层离散度不足的问题。

摘要： 本文从描述非静态、可压缩、等温干大气静力适应过程的线性模型出发,利用均匀介质中的波动理论,研究了初始扰动对静力适应过程中物理量场适应方向的影响;从能量分配和转换的角度探讨了静力平衡破坏后大气运动的物理本质.理论结果显示,当大气静力平衡被破坏后,垂直气压梯度场和密度场、垂直气压梯度场和水平流场u分量之间相互适应的因果关系受波动螺旋结构、水平基流及初始扰动性质等因素的影响,其中,初始扰动性质决定了声重力波各分支在静力适应过程中的贡献大小,从而影响各物理量场随时间的演变.在水平基流为西风急流的条件下,中尺度系统对初始扰动性质较敏感,初始速度扰动和密度扰动破坏静力平衡的前20分钟内,有垂直气压梯度场向浮力场适应,初始气压扰动破坏静力平衡的前期和后期,有浮力场向垂直气压梯度场适应,而中期,适应方向相反;垂直气压梯度场和水平流场u分量之间的适应关系对初始扰动性质不敏感但对扰动尺度较敏感;实验表明,当静力平衡被破坏后,在微尺度系统中,垂直气压梯度场是大气运动的因,而在中尺度系统中,水平流场u分量是大气运动的因.同时,初始扰动的性质影响适应过程中扰动能量的分配比例和扰动能量之间的转换情况,不同性质的初始扰动,引起大气运动的物理本质不同.

摘要： 稳定性研究是南瓜型超压气球设计面临的重要课题。针对南瓜球非线性屈曲过程,对含初始缺陷南瓜球的稳定性进行研究。首先,对南瓜球进行特征值屈曲分析,得到前8阶屈曲模态及线性屈曲临界载荷。然后,基于特征值分析的模态构型给出初始缺陷分布,进一步利用非线性有限元中的弧长法分别计算临界缺陷模态和组合缺陷模态下对应的屈曲临界载荷。结果表明,南瓜球对初始缺陷较敏感,缺陷的幅值和分布形式对承压能力和失稳形态均有影响,承压能力随缺陷幅值增大而降低,说明提高南瓜球稳定性需要提高气球的加工精度。同时,对已失稳南瓜球的应力分布进行分析,发现失稳状态下南瓜球高应力区的应力水平远高于相同载荷下未失稳南瓜球的应力水平。可见,失稳现象极大降低了气球的承压能力。

摘要： 针对导弹发射装置动力学建模困难的问题,本文采用多体系统分析的方法,建立发射装置结构拓扑图和元件间传递方程,以推导系统的总传递方程。为研究初始扰动因素对导弹发射精度的影响,本文利用多体系统传递矩阵法和刚柔耦合理论,对发射模型进行动力学分析,并利用机械系统动力学自动分析和Creo设计了多刚体和刚柔耦合仿真系统。结果表明:刚柔耦合系统具有吸收振动的功能;导弹的发射间隔越大、闭锁力越小,导弹的初始扰动越小,发射精度越高;添加燃气流力的模型更能准确地反映导弹实际发射过程。

摘要： 为了预防实际生产过程中发生的瓦斯爆炸事故,利用20 L球形爆炸装置,通过改变粉尘仓充压压力产生不同的扰动,研究9.5%CH_(4)浓度下不同扰动条件对CO_(2)抑爆特性的影响。通过对所得参数进行分析,得到CO_(2)抑爆特性与初始扰动的关系。研究结果表明:相较于均匀静置状态,初始扰动的存在均能提高CH_(4)的爆炸强度,当引发初始扰动的粉尘仓压力为1.5 MPa时,最大爆炸压力达到0.78 MPa;随CO_(2)浓度增大,爆炸强度整体下降,呈二次下降趋势、最大爆炸压力时间呈上升趋势,且各初始扰动压力间爆炸强度均大于均匀静置状态、最大爆炸压力时间小于均匀静置状态;同时利用CHEMKIN软件得到绝热平衡压力,计算热损失参数发现,同一气体混合比例工况下,初始扰动状态的热损失及热损失分数明显低于均匀静置状态的,且当CO_(2)浓度为15%时,差距最大,不同初始扰动间热损失及热损失分数最小值分别为0.01319 kJ/m^(2),17.9%,远小于静置状态下0.03629 kJ/m^(2),46.4%,说明初始扰动对于CO_(2)抑爆效果存在削弱作用。

摘要： 为了更好地实现某型导弹发射装置托架轻量化,结合多体动力学并基于SIMP法的拓扑优化理论,运用OptiStruct平台对托架进行拓扑优化设计.根据导弹发射精度要求,建立了优化约束条件,得到了典型射击工况下托架的最佳材料分布和传力路径.考虑工程应用实际情况,得到了托架优化模型.参考比刚度结构效能,建立了结构刚度评价标准,对优化前后托架模态、发射动态响应以及导弹初始扰动等进行了对比分析.结果表明:与初始模型相比,优化后的托架比刚度效能增加了27.8％,质量减小了28.6％;该方法提高了托架一阶模态频率,降低了托架与发射筒的共振效应对导弹初始精度的影响.

摘要： 武器系统发射时的初始扰动对于射击精度的影响至关重要,为了研究火箭炮发射时土壤硬度对于发射初始扰动的影响规律,提高火箭炮射击精度,利用多刚体动力学、多柔体动力学理论及土壤本构模型,建立刚柔耦合火箭炮发射动力学模型.该模型充分考虑了土壤刚度、粘聚力及内摩擦角等关键参数对于火箭炮振动特性的响应影响,由刚柔耦合模型计算了燃气流冲击下火箭炮支腿的受力特性及炮口响应,并进行实验验证,最终研究了几种不同硬度土壤对火箭炮初始扰动的影响规律.该计算方法为土基发射武器的动力学计算提供了重要的参考.

摘要： 集合变换卡尔曼滤波(ensemble transform Kalman filter,ETKF)是一种有效的集合预报初始扰动构造方案.但是,有限的集合样本、相同的集合成员设置以及预报模式误差等可能会使两个距离较远的状态变量产生虚假相关,从而影响ETKF集合扰动的质量.为了有效解决远距离虚假相关问题,将局地化思想引入ETKF方案.本文针对GRAPES区域集合预报系统(GRAPES REPS),对ETKF初值扰动局地化方案的效果进行了试验分析,为进一步改善和优化局地化方案(LETKF方案)提供依据.通过一周的连续试验,从暴雨个例、集合预报多种评分检验等方面分析了 LETKF初始扰动方案所产生的集合预报质量.结果表明,区域集合预报中集合变换卡尔曼滤波初始扰动的局地化方案能够更加合理地捕捉到快速增长的分析误差的物理结构,更准确地再现数值模式预报误差的线性与非线性传播和演变特征.该局地化方案可以较好地改进预报质量,提高降水预报的准确率,尤其是针对小雨、中雨、暴雨量级的预报.相对于现有区域集合预报的业务系统GRAPES REPS,基于局地化ETKF初始扰动方案的区域集合预报具有较明显的优势.总体来看,LETKF初始扰动方案可更好地改善区域集合预报的质量.

摘要： 提出了一种基于初始扰动的蜂窝夹芯板压缩屈曲载荷分析方法.首先进行线性屈曲特征值分析;然后将分析得到的正则化节点位移乘以壁板厚度的5％作为初始扰动施加到各节点上,通过引入初始扰动来考虑构件初弯曲、载荷初偏心、截面形状不均匀或材料性质缺陷等因素的影响;最后对带扰动结构进行几何非线性静力分析,以内外面板应变变化趋势发生背离时的载荷作为屈曲载荷,对不同几何尺寸蜂窝夹芯板进行压缩试验,并用该方法进行屈曲载荷分析,预测结果与试验结果吻合较好,且预测精度较稳定,满足工程应用要求.

摘要： 对箱装导弹顺序离轨的3个阶段进行了受力分析,通过ADAMS动力学仿真软件对某导弹出箱离轨过程的运动姿态进行了仿真计算,并将计算结果与飞行试验数据进行了对比,发现导弹在飞行试验中出箱时刻俯仰方向离轨扰动与仿真计算结果基本一致,证明了该仿真模型的正确性.研究表明,通过动力学仿真计算导弹离轨时弹体的初始扰动结果可信,为导弹飞行性能分析提供一定的参考依据.

摘要： 采用气液两相流大涡模拟方法对高速燃油射流的分裂过程进行数值模拟研究，分析不同频率和振幅的初始扰动研究初始扰动对射流分裂过程的影响。通过设定不同的速度波动频率构建了三种初始扰动，包括一种叠加初始扰动。根据施加初始扰动后的射流分裂过程模拟结果可知，速度波动频率对射流分裂具有一定影响，初始扰动之间的耦合作用可增强初始表面波的法向动量，从而使雾化得到增强。通过引入相同频率、不同振幅的初始扰动研究了初始扰动的法向动量对射流分裂过程的影响。结果表明始扰动的法向动量对射流雾化具有重要影响，更大的初始扰动法向速度有利于加速射流分裂。

摘要： 对转压气机由于其独特的优势而备受航空界关注，本文在对实验室对转压气机进行了定常数值模拟的基础上，开展了对转压气机旋转失速机理的初步研究。研究结果表明：（1）该对转压气机在近失速工况存在突尖波型失速初始扰动。（2）在近失速点转子2中间隙泄漏涡在三维空间上迅速发展，最终出现泡型破碎导致转子2 流道堵塞，引起压气机内部失稳。（3）由于转子2 叶片排存在较大的气动负荷，其叶顶间隙泄漏涡的发展情况很大程度上决定着对转压气机的稳定性。（4）后期还需采用非定常方法模拟间隙泄漏涡随时间的发展对对转压气机失速机理进行进一步研究。

摘要： 在时间滞后平均法(LAF)思想的基础上，提出了一种改进的LAF方法，这种方法的思想是将不同的初始扰动叠加到模式初始场上，进行不同的扰动预报，形成集合预报的成员；而不同的扰动场是通过在滞后不同时次上求取不同资料分析场之差获得。这种扰动不仅体现了不同分析场的差异，而且不同的滞后时间也体现了LAF方法的思想。然后利用经典的LAF方法及改进的LAF方法和AREM模式，分别对2004年6月14日-15日安徽入梅首场暴雨过程进行了集合预报试验。试验结果分析发现，无论是雨带还是雨团位置和强度的预报，改进的LAF方法都优于经典的LAF方法。进一步研究发现，对于同一个扰动，加扰预报结果比减扰结果要好，若只选择加扰预报作集合平均，其预报结果更接近实况。

摘要： 本文根据集合卡尔曼变换(ETKF)理论，研究发展了一种新的集合扰动方案，建立了有限区域集合预报系统(LAMEPS)，并将其试验结果与增长模繁殖法(the breeding method)和奇异向量法(SV，the singular vector method)的扰动方案进行了比较.集合预报扰动构造方案的基本思想就是构造一组无关的初始扰动，使得集合扰动协方差在初始时刻近似等于分析误差协方差，而在预报时刻则近似等于预报误差协方差.相对于单个控制预报，集合预报不但能够提供更加准确的概率密度函数(PDF)的一阶距估计，而且可以提供预报误差方差的更高阶距的估计.另外，集合预报还可以更好地显示预报不确定性的演变与发展.因此，预报误差方差的准确性是集合预报系统关键问题.而基于ETKF理论的集合扰动方案，将预报扰动通过一个变换矩阵转换为分析扰动，并且使得分析场扰动的分布属性在标准化观测相空间中保持正交性质；同时，在预报扰动的误差协方差等于真实的预报误差协方差以及在最优资料同化方案假定条件下，变换矩阵确保了基于集合的分析误差协方差矩阵可以等于真实大气分析误差协方差.另一方面，当集合扰动成员数远小于预报误差方差在误差空间投影的模态时，则得到的总分析误差将会明显比实际预报误差方差偏下.为解决该问题，参考已有的研究结果，在观测空间，采用一个放大因子(inflation factor)作用于变换后的预报扰动，使得12小时预报的集合方差与控制预报误差方差保持一致. 应用奥地利/法国等欧洲国家共同发展的ALADIN模式，对2006年2月欧洲的强天气过程应用ETKF扰动方案与其它两种扰动方案进行了初步试验和对照，试验中将欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF)的全球集合预报作为控制预报与各集合成员的侧边界条件与集合预报的检验场，应用10个集合成员，制作06h与18h开始预报的30日循环预报，预报长度为48小时. 初步试验结果表明，ETKF方法构造的初始扰动场结构合理，可以较好地表示初始时刻分析误差的分布特征，同时也具有较好的集合发散度(spread)和合理的预报误差的时空分布结构，预报误差增长也较为合理.相对于Breeding与SV方法，ETKF方法的平均集合扰动协方差矩阵的特征值谱明显得到改善，表明ETKF集合能够更好地维持所有模态上误差方差的合理增长，而Breeding与SV方法仅在最快速的模态方向上保持误差方差的增长；进一步的比较也表明，ETKF方案对预报误差方差的估计比其它方案更加准确、合理，ETKF集合的集合发散度也更好地反映了预报不确定性的分布.总之，在较少(10个)集合成员的试验中，ETKF方案相对于Breeding与SV初始扰动方案表现出了一定的优越性，从而为构造集合预报初始扰动提供了一种新的有效方案.

摘要： 本文主要采用WRF模式,针对集合预报的扰动方法做了一系列对比试验,采用的主要初始化方法是集合转换卡尔曼滤波方法(ETKF),中心化方法为对称正负对偶中心法,试验个例选取的2010年9月由合风引发的一次强降水过程.文中进行了三组对比试验,分别是:ETKF未加观测资料,ETKF加入探空观测资料及ETKF的初始扰动做一个松弛调整,松弛方案主要是针对在预报过程中出现的滤波发散.试验结果表明:松弛方案无论在预报结果还是在系统性能上都比其它两个方案要优异.

摘要： 对一次西南涡东移过程进行了集合预报试验,并采用集合敏感性方法分析了低涡东移预报对初始条件的敏感性.通过对路径预报迥异的一对集合成员的初始扰动差异的分析,表明使低涡强度增强的扰动有利于低涡的东移,东移低涡的高度场具有随高度向东倾斜的结构,其水汽扰动具有非对称结构且正扰动位于低涡移动的前方有利于低涡的东移.通过集合敏感性计算得到的扰动敏感区位于低涡自身及其左侧的上游区域,仅改变敏感区域的扰动场就可以达到与改变整个积分区域扰动相当的效果,就本次个例而言,其东移的敏感因子为风场和水汽场,且风场对应的敏感层次为500hPa以上的中高层,而水气场对应的敏感层次为500hPa以下的中底层,提高对以上因子在敏感区的观测精度,能改善对西南涡东移的预报.

摘要： 在经典SLAF方法上,本文应用了一种改进的SLAF(Scaled-Lagged Average Forecasting)方法,这种方法用滞后预报与控制预报间差值场的均方根误差(RMSE)做尺度化因子,形成集合预报的成员.基于WRF模式,用经典SLAF和改进SLAF分别对‘090603’河南飑线过程进行集合预报,结果表明:与经典的SLAF方法相比,改进方法增大了集合成员间的离散度,降低了均方根误差,对地面累积降水中心位置和强度的变化有了很大的改进.

摘要： 本文采用一个基流与扰动分开的非静力中尺度非线性数值模式，将二维扰动传播的不稳定问题作为初值问题来进行数值研究。重点讨论了在基流为线性切变的情况下，微弱小扰动的发展情况：在大尺度及中尺度高端，扰动发展可分为适应过程、发展过程以及演变过程三个阶段；在中α尺度低端及更短波段，扰动分为适应过程和演变过程两个阶段；层结作用在中β尺度及更短的波长尤为重要，在中β尺度和中γ尺度的假绝热过程中，当环境场N_3>0时，对于横波型扰动，不稳定很难向上发展。而一旦N_3<0，则可很快激发出不稳定，且突破低层向上迅猛发展。

摘要： 本文利用气液两相流大涡模拟对喷孔内流和近喷孔区域的燃油雾化过程进行数值模拟研究。为了能更加准确地模拟喷孔内流，本文根据实际喷油器结构设定了计算域，能够考虑针阀、油囊和喷孔结构对喷孔内流的影响。结果表明：在考虑了具体的喷油器结构参数情况下，采用气液两相流大涡模拟能够获得与实验非常接近的喷束结构；喷孔内流的非轴对称分布是引起射流非轴对称型扰动的原因；这种非轴对称扰动使喷束变为非轴对称结构。结果还显示这种非轴对称扰动具有远大于表面波的振幅和波长。

摘要： 本文主要是利用可压缩多介质流体动力学高精度欧拉计算程序MFPPM对气/液(空气/水)交界面的不稳定性进行了数值模拟计算，给出了气泡和尖钉的高度随液面运动距离的历程曲线；另外，还给出了混合层厚度随时间变化的历程曲线。从计算结果的比较来看，初始扰动对湍流混合区的构型、湍流混合区宽度影响比较显著,对尖钉高度也有显著影响，但对气泡高度影响不是很明显。网格对湍流混合区、尖钉、气泡的宽度影响较小，但混合区的构型却有明显差异。

摘要： 基于VMD初始化S变换的混合动力系统电能质量扰动检测与评估技术，包括：基于变分模态分解(VMD)初始化S变换技术对接入配电网的DG类型以及操作事件改变而产生的不同特征PQ扰动进行检测分类识别。搭建了基于风能发电、光伏发电的IEEE‑13节点的混合动力系统作为测试平台验证所提算法的有效性。首先，从PQ扰动信号中提取F1、F2特征量，作为接入混合动力系统分布式能源分类的标准。其次通过VMD初始化S变换，从S变换矩阵中提取F3‑F7特征量作为FCM聚类算法的输入，对每种分布式能源接入条件下由于操作事件改变引起的PQ扰动进行分类。在所提方法和现有方法之间进行百分比准确性比较，验证了所提算法的有效性；最后提出了电能质量评价指标，并在该指标下对9类扰动情况的电能质量影响因子进行评估。

摘要： 确定针对所关注的地质体积的层位拾取解。为确定该层位拾取解，扰动包括在初始层位拾取解中的穿过所关注的地质体积的多个层位，以更紧密地跟随与所关注的地质体积有关的测量数据的局部特征。具体来说，这些层位可以同时通过混合初始解与次级层位拾取解而被扰动，该次级层位拾取解自动地标识穿过所关注的地质体积的、跟随与所关注的地质体积有关的所测量数据的多个层位。

摘要： 本发明实施例提供一种隔离线运动扰动的四元数优化初始静基座对准方法，本申请实施例通过基于四元数优化的初始对准方法计算所求初始姿态四元数；对准结果线运动干扰的影响程度进行判定；当判定结果为影响程度超过误差上限数值时，则进一步定位对准过程中扰动的发生时间，用以对该点进行剔除消除扰动影响提高所述初始静基座的对准精度，同时在对准时间短、外部环境恶劣的条件下为位置姿态系统提供高精度的初始姿态。

摘要： 本发明提供了一种考虑扰动和初始状态的多路径动水渗流侵蚀模拟试验装置，包括恒压组件、供水组件、粗颗粒土渗流组件和数据采集组件；粗颗粒土渗流组件包括试验台以及试验筒，试验筒能够水平或竖向布置，试验筒内装有试验柱，试验筒的第一端布设有第一进水口、第二端布设有渗流口，侧壁上开设有多个测压孔，供水组件与第一进水口连通，以向第一进水口提供渗流水压，恒压组件稳定控制供水组件的水压，振动仪对试验筒施加振动动载，数据采集组件用于采集数据。本发明能够模拟不同渗流路径的多孔介质的渗流侵蚀，能够提供稳定可控的水压，简化了试验操作，提高了试验效率，同时还能模拟地下空洞在不同频率扰动条件下的渗流侵蚀。

摘要： 本发明提供一种针对物理过程扰动的热带气旋集合预报初始成员筛选方法，包括下列步骤：1)选定区域数值天气预报模式，从区域数值天气预报模式中选择边界层参数化方案和积云对流参数化方案参与设计；2)选择台风个例；3)针对选定的台风个例，开展120小时数值模拟；4)计算初始成员间的相似离度；5)集合成员相似度分析与筛选；6)计算平均绝对误差。本发明通过计算相似离度指数，逐步剔除相似成员，在综合评估预报平均误差的基础上，得到合理的集合成员，解决了目前基于物理扰动的集合成员选择过程中主观性太强的问题。

摘要： 基于VMD初始化S变换的混合动力系统电能质量扰动检测与评估技术，包括：基于变分模态分解(VMD)初始化S变换技术对接入配电网的DG类型以及操作事件改变而产生的不同特征PQ扰动进行检测分类识别。搭建了基于风能发电、光伏发电的IEEE‑13节点的混合动力系统作为测试平台验证所提算法的有效性。首先，从PQ扰动信号中提取F1、F2特征量，作为接入混合动力系统分布式能源分类的标准。其次通过VMD初始化S变换，从S变换矩阵中提取F3‑F7特征量作为FCM聚类算法的输入，对每种分布式能源接入条件下由于操作事件改变引起的PQ扰动进行分类。在所提方法和现有方法之间进行百分比准确性比较，验证了所提算法的有效性；最后提出了电能质量评价指标，并在该指标下对9类扰动情况的电能质量影响因子进行评估。

摘要： 本发明涉及一种水下载荷释放初始扰动测试装置及测试方法，通过改变连接框架连接杆之间的不同角度，从而改变圆柱体载荷的角度，获得不同姿态角下载荷的受力情况。本方法可以快速有效测量多个姿态角下的水下载荷释放初始扰动情况。

摘要： 本发明涉及一种基于集合资料同化技术的初始扰动方法，包括如下步骤：1）将扰动信息构造WRFDA 3D‑Var的三个集合分量，通过迭代的方法极小化代价函数来获取统计最优的真实大气状态的估计值X；2）设定不相关的全球集合预报初始条件，形成新的代价函数，3）在WRF3DVAR同化系统中加入新观测；4）从ECMWF的全球尺度集合预报中提取多个包含各个气象要素的垂直廓线；5）为每个集合成员都运行所述新观测的WRF3DVAR同化系统，同化观测集合和大尺度模式场的集合，生成进行集合预报的最终集合成员。有益效果为：采用集合变分同化方法得到的集合成员能够将风暴尺度和大尺度的扰动信息有机地结合起来，代价函数以模式为动力约束，使得集合扰动具有物理和动力的协调性，并且使初始扰动和侧边界扰动相互协调一致。

摘要： 本发明涉及一种基于初始扰动的螺旋流仿真系统、仿真方法及电子设备，采用计算流体动力学方法，建立复杂管路系统的内流场分析模型，基于边界扰动的螺旋流仿真分析技术，计算系统流型，给出流动形态是否存在多解的量化判据；本发明通过一种有效的仿真方法，精确计算螺旋流型，并给出产生流型跳变的影响参数及范围，对抑制流动不稳定具有重要指导意义，本发明可广泛应用于含多通结构的复杂管路系统的流动多解现象的数值分析。

摘要： 本发明涉及一种水下载荷释放初始扰动测试装置及测试方法，通过改变连接框架连接杆之间的不同角度，从而改变圆柱体载荷的角度，获得不同姿态角下载荷的受力情况。本方法可以快速有效测量多个姿态角下的水下载荷释放初始扰动情况。