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基于改进水量-能量空间坐标分解法的黄河流域实际蒸散发变化归因分析

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水资源与水工程学报 2024年第3期35卷 18-28页

作者：王大洋王大刚莫崇勋姬明飞刘少博杜懿林泽群南阳师范学院南水北调中线水源区水安全保障技术河南省高等学校学科创新引智基地河南南阳473061 中山大学地理科学与规划学院广东广州510275 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 南水北调中线水源区水安全河南省协同创新中心河南南阳473061

为探究气候变化和人类活动对黄河流域蒸散发的影响程度,研究基于最新的ERA5-Land数据,分析了黄河流域1961—2020年蒸散发及相关要素的时空演变特征。结合改进的水量-能量空间坐标分解法对实际蒸散发变化进行定量归因。结果表明,改进的水... 详细信息

为探究气候变化和人类活动对黄河流域蒸散发的影响程度,研究基于最新的ERA5-Land数据,分析了黄河流域1961—2020年蒸散发及相关要素的时空演变特征。结合改进的水量-能量空间坐标分解法对实际蒸散发变化进行定量归因。结果表明,改进的水量-能量空间坐标分解法原理更加清晰,计算简单,可操作性更强。1961—2020年黄河流域实际蒸散发量和降水量均呈现显著减少趋势,减少率分别为4.5和15.9 mm/10a,而潜在蒸散发量和干燥指数则表现出显著增加趋势,增加率分别为24.4 mm/10a和0.078/10a。实际蒸散发量的减少主要集中在黄河中、下游地区,而黄河源区有一定的增加趋势。定量归因结果显示,气候变化导致实际蒸散发量减少,贡献率为79%,而下垫面变化造成实际蒸散发量增加,贡献率为21%,因此,气候变化是黄河流域实际蒸散发变化的主要驱动因素。此外,研究期望为黄河流域未来的水资源开发利用和高质量发展提供科学参考。

关键词：改进的水量-能量空间坐标分解实际蒸散发归因分析黄河流域

PSO-LSTM-TMPH模型在水库调蓄流域径流模拟中的应用

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中国农村水利水电 2024年第5期 191-199,214页

作者：陈润庭林泳恩林泽群张智庄胜杰王大刚中山大学地理科学与规划学院广东广州510000

水库的建设和运行使得水库下游流量发生了显著改变,为了在月径流模拟中充分考虑水库的调蓄作用,选择东江流域作为典型流域,使用粒子群算法优化的长短期神经网络(Particle Swarm Optimization-Long Short Term Memory,PSO-LSTM)对东江流... 详细信息

水库的建设和运行使得水库下游流量发生了显著改变,为了在月径流模拟中充分考虑水库的调蓄作用,选择东江流域作为典型流域,使用粒子群算法优化的长短期神经网络(Particle Swarm Optimization-Long Short Term Memory,PSO-LSTM)对东江流域的3个多功能水库枫树坝、新丰江、白盆珠水库的出流进行了模拟,并与传统的水库模型Level Pool Scheme(LPS)进行对比;使用三参数月度水文模型(Three-Parameter Monthly Hydrological Model Based on the Proportionality Hypothesis,TMPH)进行水库入流和区间来水模拟,与上述两种水库出流模型结合分别形成PSO-LSTM-TMPH和LPS-TMPH对东江流域重要站点龙川、河源、岭下、博罗进行预见期为一个月的径流模拟。结果表明:①PSO-LSTM在三大水库的模拟中效果均好于LPS,尤其在新丰江水库出流模拟中,在验证期的纳什效率系数(Nash-Sutcliffe Efficiency,NSE)、均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为0.59、55.59 m^(3)/s,相比LPS提高了0.22,降低了17.01 m^(3)/s,说明该模型可以很好地捕捉多年调节水库复杂的水库出流规则;②PSO-LSTM-TMPH模拟龙川站、河源站、岭下站、博罗站径流的NSE为0.87,0.86,0.91,0.93,相比LPS-TMPH,NSE提高了0.09、0.21、0.07、0.03;③在测试期内,PSO-LSTM-TMPH水库出流模拟效果仍然较好,相比训练期、验证期模拟效果差异小,说明模型的模型泛化能力较强。研究建立的PSOLSTM-TMPH混合模型可以结合深度学习和物理模型各自的优势,适用于人类活动干扰下的径流模拟,可为优化水资源利用、实施干旱调度等提供技术支撑。

关键词： TMPH模型 LSTM PSO 水库调蓄径流模拟东江流域

高度城市化地区的降水集中度研究——以长三角城市群为例

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人民珠江 2024年第3期45卷 30-38页

作者：林泽群王大洋张智王大刚中山大学地理科学与规划学院广东广州510006 河南省南水北调水源区协同创新中心河南南阳473061

在全球变暖和人类活动的背景下,降水在年内分布上发生了比较大的变化,对人民生产生活产生了巨大的影响,这一影响在城市化较高的地区尤为明显。基于多源降水数据(降水产品数据和气象站点数据)和夜间灯光数据,选定中国的长三角城市群作为... 详细信息

在全球变暖和人类活动的背景下,降水在年内分布上发生了比较大的变化,对人民生产生活产生了巨大的影响,这一影响在城市化较高的地区尤为明显。基于多源降水数据(降水产品数据和气象站点数据)和夜间灯光数据,选定中国的长三角城市群作为研究区域,将基尼系数(Gini Index,GI)作为降水集中度的指标,利用Theil-Sen Median斜率估计和Mann-Kendall显著性检验进行趋势分析,最后通过相关性分析探究城市化程度与降水集中度的关系。研究结果表明:(1)CHIRPS(Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station Data)数据计算得到的GI与站点数据结果的均方根误差为0.036,远小于CMFD数据(0.067)和MSWEP数据(0.083)的结果,表明CHIRPS数据具有最佳的适用性;(2)长三角城市群的降水不均匀性从南向北逐渐增加,并在城市群中部和西部呈现出显著上升的趋势,研究区域内的降水年内分布将会朝着集中分布的方向发展,极端降水事件出现的可能性增加;(3)城市化对降水集中度主要起到促进作用,城市的快速发展使得降水不均匀性增强,并且在城市群内的南京市、无锡市和镇江市等地区更为显著,更有可能发生城市内涝等灾害。研究对于城市的防洪设计、城市道路排水管道的设计和城市防洪应急响应预案的编制具有参考意义。

关键词：降水集中度基尼系数 DMSP-OLS夜间灯光数据网格降水数据

不同厚度树脂基Z-pin增强复合材料的制备及其力学性能研究

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不同厚度树脂基Z-pin增强复合材料的制备及其力学性能研究

作者：林泽群浙江大学

学位级别：硕士

碳纤维树脂基复合材料因其高比强度和比刚度、优越的抗疲劳断裂性能以及稳定的结构尺寸等优点而广泛应用于以航空航天为主的高科技领域中。复合材料层合板虽拥有优异的面内性能,但其层间结合能力弱,层间性能较差。通过使用Z-pin技术可... 详细信息

碳纤维树脂基复合材料因其高比强度和比刚度、优越的抗疲劳断裂性能以及稳定的结构尺寸等优点而广泛应用于以航空航天为主的高科技领域中。复合材料层合板虽拥有优异的面内性能,但其层间结合能力弱,层间性能较差。通过使用Z-pin技术可以有效提高层合板的层间性能,但Z-pin技术所应用的层合板厚度普遍较小,有关大厚度Z-pin增强层合板的研究较少。本文致力于研究不同厚度Z-pin增强层合板的制备及其层间和面内的力学性能,为Z-pin增强大厚度复合材料提供制备和性能表征数据,对Z-pin增强大厚度复合材料的开发和设计具有重要的意义和参考价值。具体工作内容如下:(1)通过优化拉挤工艺参数制备符合性能要求的Z-pin丝束,使用预制孔植入法保证Z-pin顺利植入大厚度层合板中,针对10 mm厚度层合板的固化制度进行优化以保证大厚度复合材料的固化质量,制备不同厚度的植入Z-pin和未植Z-pin层合板,用于后续的力学性能测试。(2)研究不同厚度下Z-pin增强层合板结构复合材料的层间力学性能。分别使用DCB(双悬臂梁)和ENF(端部缺口的三点弯曲)实验探究Z-pin长度对层合板的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性的影响,研究发现,Z-pin增强层合板的Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧性都随Z-pin长度的增加而增加,3 mm、5 mm和10 mm Z-pin增强层合板的Ⅰ型层间断裂韧性相较于未植Z-pin的标准层合板分别提高约4.5、10.2和36.4倍,Ⅱ型层间断裂韧性相较于未植Z-pin的标准层合板分别提高29.4%、17%和17.5%。DCB实验中,层合板的厚度越大,Z-pin所拥有的抗拉拔力越大,Z-pin形成的桥接区面积更大,Z-pin对层合板的桥联作用越强,层合板的抗Ⅰ型分层性能越好。ENF实验中,Z-pin可以阻碍分层裂纹的扩展,但当Z-pin达到一定长度(即层合板达到一定厚度)时,阻碍裂纹扩展的效果不再明显。(3)研究不同厚度下Z-pin增强层合板结构复合材料的压缩和层间剪切性能。研究发现,Z-pin增强层合板的压缩强度随层合板厚度的增大而降低,3 mm、5 mm和10 mm Z-pin增强层合板的压缩强度相较于未植Z-pin的标准层合板分别降低7.5%、8.1%和27.3%。Z-pin的植入不会降低层合板的压缩模量,但当层合板厚度较大时,Z-pin的植入会影响试样的压缩失效模式。Z-pin的植入会产生微裂纹,使得对缺陷敏感的短梁剪切实验结果较差,造成层合板的层间剪切性能的下降。短梁剪切强度随着层合板厚度的增大而降低,相较于未植Z-pin的标准层合板,3 mm、5 mm和10 mm Z-pin增强层合板的层间剪切强度分别降低6.5%、21.2%和28.2%。对于厚度较大的试样,Z-pin的植入使试样能承受更大的破坏形变。

关键词：大厚度复合材料层合板 Z-pin 层间性能面内性能

基于FPGA的反应堆保护子系统可靠性技术研究

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基于FPGA的反应堆保护子系统可靠性技术研究

作者：林泽群厦门大学

学位级别：硕士

基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)技术的数字化仪表与控制(Digital Instrumentation and Control,DI&C)系统具有可靠性高、稳定性强和灵活性好的优点,可以满足核电站对安全性的需求。近年来,国内外的核电分布... 详细信息

基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)技术的数字化仪表与控制(Digital Instrumentation and Control,DI&C)系统具有可靠性高、稳定性强和灵活性好的优点,可以满足核电站对安全性的需求。近年来,国内外的核电分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)供应商们陆续推出了基于FPGA技术的安全级DCS平台。基于FPGA技术的DI&C系统采用与软件相似的开发过程,最终的应用系统则以硬件的形式呈现,因此,基于FPGA的DI&C系统,其可靠性取决于软件开发过程和最终硬件设备两方面的因素。但是在FPGA的软件开发过程中,以及最终的硬件实现上均存在失效的可能性,这会导致影响系统可靠性的因素变得更多,所以需要开发一些更合适的方法或流程以评估和验证FPGADI&C系统的可靠性是否满足核电站的要求。截至目前,FPGA技术在核电现场的应用依旧处于起步阶段,可获得的运行数据和故障数据很少,这为开展核电站内基于FPGA技术的DCS系统可靠性评估与测试研究带来困难。本文将针对基于FPGA技术的RPS,分别从硬件平台、自诊断和系统整体三个方面开展可靠性评估研究,以获得更加全面的评估证据。本研究首先基于高可靠性的要求采用满足SIL 3等级的高可靠性FPGA平台作为研究载体,通过可靠性计算公式推导出该FPGA平台硬件在需求时发生危险失效的平均概率,即PFDavg值。在此基础上,对基于该测试平台的2oo4冗余结构硬件可靠性进行了评估。接着,为了进一步保障硬件可靠性,实现FPGA的片上在线诊断,本文以反应堆超温度保护子系统为研究对象,开发了内建自测试软件程序,并运用系统分区的策略以缩短自测试测试时间,为后续修改测试内容提供了便利。该程序可获得几种常见故障100%的诊断覆盖率。内建自测试方法为FPGA在线可靠性验证提供了有效方法。在系统层方面,统计测试是评估核电DI&C可靠性最有前景的方法之一。本研究以基于FPGA技术的反应堆保护系统一回路冷却剂流量低子系统应用为测试对象。在系统测试中,测试用例的生成先是利用了概率风险评价的故障树分析方法,得到该应用的故障概率分布和模型参数,然后基于RELAP5热工水力模型建立一回路模型,仿真获得具体的测试用例数据。本研究还设计了一个基于Go语言的冷却剂流量低保护子系统模型,可以输入测试用例到该模型,模型生成的测试结果用于验证基于FPGA技术的冷却剂流量低保护子系统生成的测试结果的正确性。最后,通过基于运行剖面构造方法和假设检验方法得到了两种定量的可靠性评估结果。本文的研究结果为基于FPGA技术的核电站内安全级DI&C系统的可靠性评估提供了理论和技术参考。

关键词： FPGA 核电站仪控系统可靠性评估内建自测试统计测试

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不同降水产品在长江流域的偏差校正研究

水文 2023年第1期43卷 62-67页

作者：杜懿林泽群王大刚中山大学地理科学与规划学院广东广州510275

基于长江流域135个站点1983-2020年的月降水量观测数据,分别对ERA5-Land、PERSIANN-CDR和M SWEP等三种降水产品进行了适用性评估,并对比使用了多种偏差校正方法来提高降水产品的观测精度。结果表明,MSWEP对于长江流域的降水模拟效果较好... 详细信息

基于长江流域135个站点1983-2020年的月降水量观测数据,分别对ERA5-Land、PERSIANN-CDR和M SWEP等三种降水产品进行了适用性评估,并对比使用了多种偏差校正方法来提高降水产品的观测精度。结果表明,MSWEP对于长江流域的降水模拟效果较好,空间相关系数高达0.91,相对偏差仅为1.64%;ERA5-Land则对长江流域降水高估严重,精度较差。经偏差校正处理后,三种降水产品的适用性均得到了不同程度的提升,尤其是ERA5-Land,KGE(Kling-Gupta Efficiency)指标值从校正前的0.72增加到了0.82。对比不同偏差校正方法的应用效果发现,线性缩放法和分段伽玛分布校正法在长江流域表现最优,且后者更加稳健。本研究可为降水产品及气候模式输出等的后处理工作提供指导。

关键词：降水产品偏差校正线性缩放法参数转换法分布映射法

基于高分辨率数据的热带气旋降水时空变化特征

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中山大学学报:自然科学版(中英文) 2023年第5期62卷 157-170页

作者：林泽群吴海鸥杨振华张智王大刚中山大学地理科学与规划学院广东广州510006 中山大学土木工程学院广东珠海519082

热带气旋降水的时空分布和变化对受灾地区具有重要影响,而目前鲜有关于短时热带气旋降水及其时空分布特征的研究。本文利用高时空分辨率的降水产品数据CMFD,基于基尼系数、空间基尼系数和线性回归方法,对1979—2018年影响我国的热带气... 详细信息

热带气旋降水的时空分布和变化对受灾地区具有重要影响,而目前鲜有关于短时热带气旋降水及其时空分布特征的研究。本文利用高时空分辨率的降水产品数据CMFD,基于基尼系数、空间基尼系数和线性回归方法,对1979—2018年影响我国的热带气旋降水时空分布特征及其变化趋势进行研究,结果表明:1)热带气旋年影响频次和年降水量在空间上均表现出从东南向西北减少的规律;在趋势上,影响频次在我国东南大部分地区表现为显著下降,而年降水量则表现出明显的空间差异性。2)热带气旋降水时长呈现出减少的趋势,导致降水强度和降水集中度增加,表明热带气旋会带来更强和在时间分布上更加集中的降水。3)四场热带气旋事件分析的结果表明,中心路径200 km范围内为主要降水区域;在800 km范围内,降水随距离的增加在时间分布上更加集中。

关键词：热带气旋降水降水集中度基尼系数时空变化特征

SMOS和SMAP卫星土壤水分产品的对比评价与差异分析

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中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2022年第5期61卷 9-21页

作者：孟越王大刚林泳恩杜懿张智王大洋林泽群中山大学地理科学与规划学院广东广州510006

为了对比分析SMOS(soil moisture and ocean salinity)和SMAP(soilmoisture active passive)遥感产品土壤含水量数据的质量与精度,本文基于来自美国本土的3种测站网络CRN(climate reference network)、SCAN(soil climate analysis network)和SNOTEL(snowpack telemetry network)的261个站点实测数据,从整体与分站点两个角度进行评价,并探究影响二者表现差异的不同影响因子。结果表明:①对两种卫星遥感水分产品进行整体评价或按照站点进行评价时,SMAP表现均优于SMOS;②同一土壤水分产品在不同土地覆盖类型下的精度差异较大,不同土壤水分产品对于同种土地覆盖类型的响应不同;③季节变化下温度和降水变化,从而影响卫星反演精度;④地形与海拔变化也会引起卫星产品反演水平的变化,随着海拔高度升高,卫星观测的准确性降低。综合来看,目前直接利用卫星观测获取的土壤含水量与实测值之间仍存在一定差异,未来我们应进一步提高卫星观测数据的准确性。

关键词：土壤含水量土壤水分卫星遥感产品对比评价差异分析

PSO-LSTM-TMPH模型在水库调蓄流域径流模拟中的应用

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中国农村水利水电 2023年

作者：陈润庭林泳恩林泽群张智庄胜杰王大刚中山大学地理科学与规划学院

水库的建设和运行使得水库下游流量发生了显著改变，为了在月径流模拟中充分考虑水库的调蓄作用，选择东江流域作为典型流域，使用粒子群算法优化的长短期神经网络(Particle Swarm Optimization- Long Short Term Memory，PSO-LSTM)对... 详细信息

水库的建设和运行使得水库下游流量发生了显著改变，为了在月径流模拟中充分考虑水库的调蓄作用，选择东江流域作为典型流域，使用粒子群算法优化的长短期神经网络(Particle Swarm Optimization- Long Short Term Memory，PSO-LSTM)对东江流域的三个多功能水库枫树坝、新丰江、白盆珠水库的出流进行了模拟，并与传统的水库模型Level Pool Scheme(LPS)进行对比；使用三参数月度水文模型(Three-Parameter Monthly Hydrological Model Based on the Proportionality Hypothesis，TMPH)进行水库入流和区间来水模拟，与上述两种水库出流模型结合分别形成PSO-LSTM-TMPH和LPS-TMPH对东江流域重要站点龙川、河源、岭下、博罗进行预见期为一个月的径流模拟。结果表明：1) PSO-LSTM在三大水库的模拟中效果均好于LPS，尤其在新丰江水库出流模拟中，在验证期的纳什效率系数(Nash-Sutcliffe Efficiency，NSE)、均方根误差(Root Mean Square Error，RMSE)分别为0.59、55.59 m3/s，相比LPS提高了0.22，降低了17.01m3/s，说明该模型可以很好地捕捉多年调节水库复杂的水库出流规则；2)PSO-LSTM-TMPH模拟龙川站、河源站、岭下站、博罗站径流的NSE为0.87，0.86，0.91，0.93，相比LPS-TMPH，NSE提高了0.09、0.21、0.07、0.03；3)在测试期内，PSO-LSTM-TMPH水库出流模拟效果仍然较好，相比训练期、验证期模拟效果差异小，说明模型的模型泛化能力较强。本研究建立的PSO-LSTM-TMPH混合模型可以结合深度学习和物理模型各自的优势，适用于人类活动干扰下的径流模拟，可为优化水资源利用、实施干旱调度等提供技术支撑。

关键词： TMPH模型 LSTM PSO 水库调蓄径流模拟东江流域