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有限区域模式守恒半拉格朗日方案的研究

有限区域模式守恒半拉格朗日方案的研究

作者：仇培宇中国气象科学研究院

学位级别：硕士

在全球或区域数值模式中实现水物质等变量的守恒或收支平衡计算十分重要,缺乏质量守恒可能会导致虚假的水汽运动和过量的局部降水。目前我国的中国气象局中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO)在水物质处理中使用的平流方案是PRM(Piece-wise... 详细信息

在全球或区域数值模式中实现水物质等变量的守恒或收支平衡计算十分重要,缺乏质量守恒可能会导致虚假的水汽运动和过量的局部降水。目前我国的中国气象局中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO)在水物质处理中使用的平流方案是PRM(Piece-wise Rational Method)方案,尽管该方案有较高的精度和正定保形性以及能够在全球模式中做到守恒,但是在有限区域模式中由于侧边界的处理难以做到在有限区域中的守恒或收支平衡。除此以外,CMA-MESO模式在对气压、温度、风场等物理量进行平流处理的方案是半拉格朗日平流方案,而该方案在辐散流中由于上游点插值造成的误差并不是守恒的平流方案。为了解决模式平流方案在有限区域模式中的守恒问题,本文研究了两种不同的有限区域模式守恒半拉格朗日方案。一种是基于质量恢复思想设计的新的简单且可忽略计算成本的有限区域模式半拉格朗日方案质量守恒的方法零侧边界通量方案(Zero Lateral Flux,ZLF),并在CMA-MESO模式中的水物质平流中实现了应用。研究先通过理想试验结果表明ZLF方案具有良好的守恒性和保形性,能够更好的保持物理量场的分布和强间断物理量场的守恒。然后将该方案加入CMA-MESO模式中,通过实际个例预报试验和连续预报试验结果表明ZLF方案能够抑制过报的降水,减少虚假降水预报,显著改善降水落区预报。对于极端暴雨和连续性暴雨,ZLF方案对于降水量级和降水落区预报改善效果都非常显著。ZLF方案有效改进了CMA-MESO模式平流方案造成的水物质在区域内收支不平衡和不守恒问题,提高了模式的降水预报效果。另一种是基于构造守恒形式的半拉格朗日思想设计的自身守恒的上游点连续映射COMAD(Continuous Mapping about Departure points)方案在CMA-MESO模式中的气压、温度和风场平流中分步实现了应用,结果表明守恒的COMAD方案能够有效改善原本的上游点半拉格朗日方案的预报效果,改进暴雨中心的降水强度,抑制过度降水,对降水预报评分也有一定改善,并且COMAD方案能够改进对模式变量的预报。COMAD方案有效改进了原有的上游点半拉格朗日方案的插值误差导致的方案不守恒问题,改善了模式变量的预报精度,提高了模式的降水预报效果。

关键词： CMA-MESO模式零侧边界通量上游点连续映射方案有限区域守恒半拉格朗日方案水物质守恒

CMIP6与CMIP5对历史大气层顶和地表辐射收支模拟的时空对比

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气候变化研究进展 2022年第4期18卷 468-481页

作者：万梓文王伟吕恒仇培宇李雨竹卢阳南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044 中国气象科学研究院北京100081 广东省佛山市顺德区气象局佛山528399

基于云和地球辐射能量系统观测数据集(CERES),对比分析了耦合模式比较计划第五(CMIP5)和第六阶段(CMIP6)模拟的历史大气层顶和地表辐射收支的年际变化和空间分布,明确了多模式间不确定性大的关键区域。结果表明:在年际尺度上,除地表向... 详细信息

基于云和地球辐射能量系统观测数据集(CERES),对比分析了耦合模式比较计划第五(CMIP5)和第六阶段(CMIP6)模拟的历史大气层顶和地表辐射收支的年际变化和空间分布,明确了多模式间不确定性大的关键区域。结果表明:在年际尺度上,除地表向上长波辐射外,CMIP6的辐射分量的集合均值较CMIP5更接近于CERES观测值,全球地表向下短波辐射的高估和大气逆辐射的低估在CMIP6中分别降低了1.9 W/m~2和3.3 W/m~2。除大气逆辐射外,CMIP6的辐射分量在多模式间的一致性较CMIP5提高。在北极,CMIP6对大气层顶反射短波、大气层顶出射长波和地表向下短波辐射的模拟偏差较CMIP5大。在南北纬60°,CMIP6对大气逆辐射的模拟偏差较CMIP5大。其他区域CMIP6的辐射分量更接近CERES观测值。CMIP6模拟的地表向下短波辐射和大气逆辐射的不确定性较大区域面积较CMIP5减小,但不确定性极大区域面积无变化。地表净辐射的不确定性空间分布在两代CMIP间变化甚小。青藏高原、赤道太平洋、热带雨林、阿拉伯半岛和南极洲沿海依然是地球系统模式模拟辐射收支不确定性极大的关键区域。

关键词：地球系统模式耦合模式比较计划(CMIP) 辐射收支大气层顶(TOA) 地表模式间不确定性

有限空间新建设施基坑开挖沉降特征及小变形控制

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工程科学学报 2024年第4期46卷 735-743页

作者：仇安兵北京科技大学基建管理处北京100083

针对有限空间新建基坑变形控制难题,采用理论分析、数值推演和工程实践相结合的研究方法,建立了考虑应力释放的有限空间夹持力学模型,推导了夹持应力与地层损伤因子的函数关系,研究了应力释压孔对有限空间地层应力的影响特征,提出了变... 详细信息

针对有限空间新建基坑变形控制难题,采用理论分析、数值推演和工程实践相结合的研究方法,建立了考虑应力释放的有限空间夹持力学模型,推导了夹持应力与地层损伤因子的函数关系,研究了应力释压孔对有限空间地层应力的影响特征,提出了变形支挡–应力阻隔一体结构控制方法,并通过北京科技大学工程实践基地(二期)验证该方法的有效性.结果表明,地层损伤因子与夹持应力呈线性负相关关系,随开挖深度逐渐增大,布设释压孔可有效降低有限空间夹持应力,释压孔有利于调整地层夹持应力和控制地层变形,变形控制率为33.48%~58.72%,且变形支挡–应力阻隔一体结构控制方法的水平变形控制率为28.57%~37.91%,地层沉降变形控制率为36.86%~54.26%,与数值模型计算结果趋势相同,论证了理论分析和数值推演结果有效性,为有限空间基坑稳定性控制提供数据支撑.

关键词：有限空间建筑基坑释压孔小变形控制智能动态监测

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被动式踝关节助力外骨骼机构设计与仿真

机械科学与技术 2024年

作者：仇志宇朱松青韩亚丽金壮壮南京工程学院机械工程学院

研究了一种基于离合器和弹簧组成的踝关节助力外骨骼，该外骨骼为被动式设计，通过离合器在行走不同阶段的开合，串联弹簧实现能量的存储与释放，进而实现行走助力并减少代谢消耗的目的。首先，基于三维建模软件SolidWorks进行踝关节助... 详细信息

研究了一种基于离合器和弹簧组成的踝关节助力外骨骼，该外骨骼为被动式设计，通过离合器在行走不同阶段的开合，串联弹簧实现能量的存储与释放，进而实现行走助力并减少代谢消耗的目的。首先，基于三维建模软件SolidWorks进行踝关节助力外骨骼结构设计；其后，基于Adams虚拟样机仿真，研究机构的合理性，并基于OpenSim进行人体穿戴踝关节外骨骼后的代谢能量变化研究，最后进行行走实验，实验结果证明实验者穿戴踝关节助力外骨骼行走时，下肢肌肉的肌电信号减小，踝关节有较好的助力行走效果。

关键词：踝关节被动式外骨骼助力行走 OpenSim仿真

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脲醛树脂胶黏剂预压性能调控

林业工程学报 2024年第5期9卷 61-66页

作者：梁杰培胡星隆李如恩仇亚成周松鹤杨昇范东斌广西森工集团股份有限公司广西国旭东腾人造板有限公司中国林业科学研究院木材工业研究所

脲醛树脂是我国人造板主要用胶，用于胶合板生产时，其施胶板坯的预压成型性能对胶合板加工过程至关重要，一定程度决定了板材生产效率。为保障人造板产品的环保性，低甲醛物质的量比环保型改性脲醛树脂被普遍采用，此类胶黏剂预压成型... 详细信息

脲醛树脂是我国人造板主要用胶，用于胶合板生产时，其施胶板坯的预压成型性能对胶合板加工过程至关重要，一定程度决定了板材生产效率。为保障人造板产品的环保性，低甲醛物质的量比环保型改性脲醛树脂被普遍采用，此类胶黏剂预压成型性不佳，需针对性探索预压性能高效提升技术。本研究提出通过在脲醛树脂分子结构中嵌入酚型物质实现胶黏剂预压性能调控的方法，探索酚型物质结构及添加量对脲醛树脂预压性能的贡献效果及贡献机制，并分析其对脲醛树脂性质及主要性能的影响。研究结果表明，酚型物质添加量小于1%即可有效改善脲醛树脂胶黏剂的预压性能，且胶黏剂预压性能随酚型物质中酚羟基含量增加而提升。1 h预压条件下，添加相同物质的量苯酚、邻苯二酚及邻苯三酚制备的改性脲醛树脂胶黏剂预压强度相对于UF(对照)分别提升44.74%,100.00%及113.16%。酚羟基与胶液组分间形成的氢键作用是脲醛树脂胶黏剂预压性能改善的主要原因。本研究为解决低甲醛物质的量比脲醛树脂预压成型性能差的问题提供了可行的科学基础及技术参考。

关键词：脲醛树脂胶黏剂胶合板预压成型羟基氢键

来源：博看期刊

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电网登高违章作业轻量级智能检测模型

安全与环境学报 2024年

作者：段在鹏翁培辉蓝志宇邱慧婷福州大学经济与管理学院福建省应急管理研究中心福州大学环境与安全工程学院福建省建筑设计研究院

电网登高作业众多，登高违章易造成高处坠落等严重事故。构建了轻量化且高精度的登高违章作业检测模型，以实现对不安全行为的高效检出。首先，基于YOLOv8算法框架构建基础网络模型，之后在颈部网络中引入幽灵模块（Ghost module），以... 详细信息

电网登高作业众多，登高违章易造成高处坠落等严重事故。构建了轻量化且高精度的登高违章作业检测模型，以实现对不安全行为的高效检出。首先，基于YOLOv8算法框架构建基础网络模型，之后在颈部网络中引入幽灵模块（Ghost module），以构建轻量化模型；其次，在主干网络中引入高效多尺度注意力模块（Efficient Multi-scale Attention module，EMA），在保证轻量化基础上，提高模型精度；最后，基于网络层次分析法和模糊综合评价法，将孤立的不安全行为融合为登高作业综合评价体系。结果表明：相较于基础模型，本模型准确率提高3.3%，召回率提高9.9%，均值平均精度（mean Average Precision，mAP）mAP@50提高8.4%，mAP@50:95提高4.6%；在轻量化方面，参数量降低17.6%，计算量降低11.1%，模型所占存储容量降低16.1%，且漏检情况有所减少。

关键词：安全工程电网登高作业违章作业目标检测幽灵模块注意力机制

金属表面处理剂对2205双相不锈钢PAW焊力学性能和腐蚀行为的影响

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表面技术 2024年

作者：徐明亮乔宏宇曹将栋仇潞尚振一张腾江苏航运职业技术学院南通市精异圆机电标准件制造有限公司

目的提高2205双相不锈钢等离子弧焊(PAW)力学性能和耐腐蚀性能。方法采用金属表面处理剂作为保护对2205双相不锈钢PAW焊接接头进行保护试验，研究了金属表面处理剂对2205双相不锈钢PAW焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能，采用扫描电镜、... 详细信息

目的提高2205双相不锈钢等离子弧焊(PAW)力学性能和耐腐蚀性能。方法采用金属表面处理剂作为保护对2205双相不锈钢PAW焊接接头进行保护试验，研究了金属表面处理剂对2205双相不锈钢PAW焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能，采用扫描电镜、能谱分析、维氏硬度仪、万能试验机和电化学工作站等，对2205双相不锈钢原始试样、2205双相不锈钢PAW焊无金属表面处理剂保护试样、2205双相不锈钢PAW焊金属表面处理剂保护试样的性能进行分析。结果研究结果表明，经过金属表面处理剂保护的2205双相不锈钢PAW焊，金属表面处理剂中化学元素扩散至材料表面，扩散深度不小于0.005mm，维氏硬度仪分析表明其焊缝硬度262-271HV，提高了25%、热影响区硬度262-271HV，提高了15%，万能试验机拉伸试验分析表明双相不锈钢焊接接头抗拉强度提高了20%，有效的提高了2205双相不锈钢PAW焊接头的力学性能，电化学试验表明2205双相不锈钢金属表面处理剂保护PAW焊动电位极化曲线的点蚀电位和点蚀电位与自腐蚀电位差最大分别为0.2876V和0.5554V。维钝电流密度最小，交流阻抗分析其容抗弧半径最大，钝化膜内层电阻最大为7.531×105Ω·cm2，有效的提高了其抗腐蚀能力。结论经过金属表面处理剂保护的2205双相不锈钢PAW焊焊接接头的力学性能和抗腐蚀性能最好。

关键词：双相不锈钢金属表面处理剂 PAW焊力学性能抗腐蚀性能

中美高中物理教材“热力学定律”部分结构比较与启示

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物理教师 2024年第9期45卷 62-65页

作者：仇昕宇陆建隆戴加成南京师范大学教师教育学院江苏南京210023 江苏省南菁高级中学江苏无锡214437

本文选取中美高中物理教材中“热力学定律”部分,采用解释结构模型法(ISM法)比较其层级结构,并梳理了各版本教材要素编排的异同和特色.本文旨在帮助目前正在使用人教版的一线教师整合其他3本教材的优点,对教材进行二次开发利用,以提高... 详细信息

本文选取中美高中物理教材中“热力学定律”部分,采用解释结构模型法(ISM法)比较其层级结构,并梳理了各版本教材要素编排的异同和特色.本文旨在帮助目前正在使用人教版的一线教师整合其他3本教材的优点,对教材进行二次开发利用,以提高课堂成效。

关键词： ISM法高中教材热力学定律

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大宗工业物资运输运力配置优化方法的改进

中国管理科学 2024年第6期32卷 79-85页

作者：韩颖赵瑞嘉金培宇谢新连大连海事大学综合运输研究所辽宁大连116026

当考虑船舶在全球范围不同航区的航线上分派调遣时,由于不同航区间距离较长,船舶在不同航区之间调遣航行的时间也较长,而以往采用的在同一航区的不同航线上配置船舶的优化方法不能计入这种影响。为解决这一问题,首先设计了以调遣成本最... 详细信息

当考虑船舶在全球范围不同航区的航线上分派调遣时,由于不同航区间距离较长,船舶在不同航区之间调遣航行的时间也较长,而以往采用的在同一航区的不同航线上配置船舶的优化方法不能计入这种影响。为解决这一问题,首先设计了以调遣成本最小为目标的航区间船舶调遣策略,然后以总成本最小为目标,建立大宗工业物资运输运力配置的两阶段混合整数非线性优化模型。针对这一复杂的模型,设计了两阶段求解方法。与直接以总成本最小为目标的模型及对应算法相比,两阶段求解方法能够更加准确快速地求得最优解,且问题规模越大,优化效果越明显。研究结果表明,该两阶段优化方法对航运企业跨航区运力配置决策的制定具有更符合实际的应用价值。

关键词：船舶调遣大宗工业物资运输运力配置两阶段