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Insights into Convective-scale Predictability in East China: Error Growth Dynamics and Associated Impact on Precipitation of Warm-Season Convective Events

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Advances in Atmospheric Sciences 2020年第8期37卷 893-911页

作者： Xiaoran zhuANG Jinzhong MIN Liu ZHANG Shizhang WANG Naigeng WU haonan zhu Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters Key Laboratory of Meteorological Disaster of EducationNanjing University of Information Science and TechnologyNanjing 210044China Jiangsu Meteorological Observatory Jiangsu Meteorological BureauNanjing 210008China Key Laboratory of Regional Numerical Weather Prediction Institute of Tropical and Marine MeteorologyChina Meteorological AdministrationGuangzhou 210044China Chongqing Climate Center Chongqing Meteorological BureauChongqing 401120China

This study investigated the regime-dependent predictability using convective-scale ensemble forecasts initialized with different initial condition perturbations in the Yangtze and Huai River basin(YHRB)of East *** scale-dependent error growth(ensemble variability)and associated impact on precipitation forecasts(precipitation uncertainties)were quantitatively explored for 13 warm-season convective events that were categorized in terms of strong forcing and weak *** forecast error growth in the strong-forcing regime shows a stepwise increase with increasing spatial scale,while the error growth shows a larger temporal variability with an afternoon peak appearing at smaller scales under weak *** leads to the dissimilarity of precipitation uncertainty and shows a strong correlation between error growth and precipitation across spatial *** lateral boundary condition errors exert a quasi-linear increase on error growth with time at the larger scale,suggesting that the large-scale flow could govern the magnitude of error growth and associated precipitation uncertainties,especially for the strong-forcing *** comparisons between scale-based initial error sensitivity experiments show evident scale interaction including upscale transfer of small-scale errors and downscale cascade of larger-scale ***,small-scale errors are found to be more sensitive in the weak-forcing regime than those under strong ***,larger-scale initial errors are responsible for the error growth after 4 h and produce the precipitation uncertainties at the meso-β-***,these results can be used to explain underdispersion issues in convective-scale ensemble forecasts and provide feedback for ensemble design over the YHRB.

关键词： convective-scale predictability error growth strong forcing weak forcing scale interaction

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Theoretical and numerical studies of rock breaking mechanism by double disc cutters

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International Journal of Mining Science and Technology 2023年第7期33卷 815-828页

作者： Yiqiang Kang Renshu Yang Liyun Yang Chengxiao Li Jun Chen haonan zhu Ning Liu School of Mechanics and Civil Engineering China University of Mining and TechnologyBeijing 100083China School of Civil and Resource Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China China Coal No.3 Construction(Group)Co. Ltd.Hefei 230000China

A plane mechanical model of rock breaking process by double disc cutter at the center of the cutterhead is established based on contact mechanics to analyze the stress evolution in the rock broken by cutters with different spacings. A continuous-discontinuous coupling numerical method based on zero-thickness cohesive elements is developed to simulate rock breaking using double cutters. The process, mechanism,and characteristics of rock breaking are comprehensively analyzed from five aspects: peak force, breaking form, breaking efficiency, crack mode, and breaking degree. The results show that under the penetrating action of cutters, dense cores are formed due to shear failure under respective cutters. The tensile cracks propagate in the rock, and then rock chips form with increasing penetration depth. When the cutter spacing is increased from 10 to 80 mm, the peak force gradually increases, the rock breaking range increases first and then decreases, the specific energy decreases first and then rises, and the breaking coefficient of intermediate rock decreases from 0.955 to 0.788. The area of rock breaking is positively correlated with the length of the tensile crack. Furthermore, the length of the tensile crack accounts for 14.4%–33.6% of the total crack length.

关键词： Disc cutter spacing Mechanical model Indentation experiment Continuous-discontinuous numerical method Fractal dimension

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Effects of Solvent Molecules on the Interlayer Spacing of Graphene Oxide

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Transactions of Tianjin University 2018年第6期24卷 555-562页

作者： Liyan Liu Ruifeng Zhang Ying Liu haonan zhu Wei Tan Guorui zhu Yang Wang School of Chemical Engineering and Technology Tianjin University

Graphene oxide （GO） contains numerous functional groups that facilitate the intercalation of polar solvents. The properties and applications of GO are closely related to its interlayer spacing. We report on the changes in the interlayer spacing of GO after the adsorption of water molecules and the polar organic solvents C2H602 （EG）, C3HTNO （DMF）, C5H9NO （NMP）. Experiments were conducted to investigate the variations in the functional groups and structure of GO after solvent adsorp-tion, and they play a vital role in modeling and verifying the results of molecular dynamics simulation. The most stable GO structures are obtained through molecular dynamics simulation. The expansion of the interlayer spacing of GO after the adsorption of monolayer solvent molecules corresponds to the minimum three-dimensional size of the solvent molecules. The spatial arrangement of solvent molecules also contributes to the changes in interlayer spacing. Most adsorbed molecules are oriented parallel to the carbon plane of GO. However, as additional molecules are adsorbed into the interlaminations of GO, the adsorbed molecules are oriented perpendicular to the carbon plane of GO, and a large space forms between two GO interlayers. In addition, the role of large molecules in increasing interlayer spacing becomes more crucial than that of water molecules in the adsorption of binary solvent systems by GO.

关键词： Graphene oxide Interlayer spacing Solvent adsorption

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Integrating deep learning to achieve phase compensation for free-space orbital-angular-momentum-encoded quantum key distribution under atmospheric turbulence

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Photonics Research 2021年第2期9卷 I0002-I0010页

作者： XINGYU WANG TIANYI WU CHEN DONG haonan zhu zhuODAN zhu SHANGHONG ZHAO School of Information and Navigation Air Force Engineering UniversityXi'an 710077China Information and Communication College National University of Defense TechnologyXi'an 710006China No.94782 Unit of PLA Hangzhou 310021China

A high-dimensional quantum key distribution(QKD), which adopts degrees of freedom of the orbital angular momentum(OAM) states, is beneficial to realize secure and high-speed QKD. However, the helical phase of a vortex beam that carries OAM is sensitive to the atmospheric turbulence and easily distorted. In this paper, an adaptive compensation method using deep learning technology is developed to improve the performance of OAM-encoded QKD schemes. A convolutional neural network model is first trained to learn the mapping relationship of intensity profiles of inputs and the turbulent phase, and such mapping is used as feedback to control a spatial light modulator to generate a phase screen to correct the distorted vortex beam. Then an OAM-encoded QKD scheme with the capability of real-time phase correction is designed, in which the compensation module only needs to extract the intensity distributions of the Gaussian probe beam and thus ensures that the information encoded on OAM states would not be eavesdropped. The results show that our method can efficiently improve the mode purity of the encoded OAM states and extend the secure distance for the involved QKD protocols in the free-space channel, which is not limited to any specific QKD protocol.

关键词： modulator phase turbulence

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氧化石墨浆液逾渗转变过程的影响因素

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2021年第5期54卷 533-541页

作者：谭蔚朱皓楠刘丽艳天津大学化工学院天津300350

氧化石墨在去除所含金属离子杂质和添加金属离子改性的过程中遇到的浆液发生逾渗转变现象会导致固液分离过程终止,成为层状碳材料工业化生产及应用过程中亟待突破的瓶颈.为了调控氧化石墨浆液的状态,探究各因素对浆液逾渗转变阈值的影响... 详细信息

氧化石墨在去除所含金属离子杂质和添加金属离子改性的过程中遇到的浆液发生逾渗转变现象会导致固液分离过程终止,成为层状碳材料工业化生产及应用过程中亟待突破的瓶颈.为了调控氧化石墨浆液的状态,探究各因素对浆液逾渗转变阈值的影响,本文选择电导率变化率作为监控逾渗转变是否发生的指标,在对各因素进行初步筛选的基础上,采用正交试验法研究金属阳离子价态、溶液pH值和环境温度对氧化石墨浆液逾渗转变阈值的影响以及各因素间的交互作用.采用SEM、激光粒度仪、FT-IR等手段表征了氧化石墨浆液发生逾渗转变前后的形貌、尺寸及官能团种类数量等特征,进一步验证通过电导率变化率来描述结果的准确性.结果表明,金属阳离子价态、溶液pH值和环境温度对逾渗转变过程均有影响,其中金属阳离子价态是影响逾渗转变现象发生的首要因素,溶液pH值次之,而环境温度的影响最不显著.离子价态和溶液pH值之间存在交互作用,随着金属阳离子化合价的升高,氧化石墨逾渗转变过程受溶液pH值的影响逐渐减小.试验所得调控氧化石墨浆液最佳固液分离操作条件为三价金属阳离子(N3)、pH值1.41(P1)和35℃(T3).相关结果可为氧化石墨纯化和改性过程中涉及的浆液状态调控提供指导,利于后续的固液分离操作.

关键词：氧化石墨逾渗转变阈值金属阳离子电导率固液分离

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HBFNEnKF混合同化方法设计及检验

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大气科学 2016年第5期40卷 995-1008页

作者：朱浩楠闵锦忠杜宁珠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 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室南京210044

基于前后张驰逼近(Back and Forth Nudging,简称BFN)和集合卡尔曼滤波(En KF)方法,构建了一种新的同化方法 HBFNEn KF(Hybrid Back and Forth Nudging En KF)混合同化方法,并将此同化系统分别与通道浅水模式(shallow water model)和全... 详细信息

基于前后张驰逼近(Back and Forth Nudging,简称BFN)和集合卡尔曼滤波(En KF)方法,构建了一种新的同化方法 HBFNEn KF(Hybrid Back and Forth Nudging En KF)混合同化方法,并将此同化系统分别与通道浅水模式(shallow water model)和全球浅水模式对接,检验了HBFNEn KF同化方法的有效性。同时,对比了集合均方根滤波(En SRF)、HNEn KF(Hybrid Nudging En KF)、HBFNEn KF三种方法在有误差模式中的同化效果。试验结果表明:HBFNEn KF同化方法保留了HNEn KF方法的同化连续性,解决了En KF同化不连续不平滑的问题,同时还有着更快的收敛速度;当采用单变量分析试验时,HBFNEn KF方法的优势最为明显,表明HBFNEn KF能够较好地保持不同模式变量间的平衡。此外,增量场尺度分析结果表明:相比En SRF,HBFNEn KF在大尺度范围有更好的同化效果,同时能够避免在中小尺度范围内出现大量的虚假增量。

关键词：资料同化 Hybrid Back and Forth Nudging En KF (HBFNEn KF) Ensemble Square-Root Fiter (En SRF) 浅水模式

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复杂地形下局地山谷风环流的理想数值模拟

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高原气象 2019年第6期38卷 1272-1282页

作者：姜平刘晓冉朱浩楠朱宇曾文馨重庆市气候中心重庆401147 中山大学广东广州510275

利用计算流体力学手段,结合基于气象站观测事实并理想化的初始条件,对重庆复杂地形下局地山谷风环流进行高精度数值模拟,探讨因复杂地形而导致的热力差异对山谷风环流形成的影响。结果表明,仅仅由地形高低起伏导致的热力差异能够在局地... 详细信息

利用计算流体力学手段,结合基于气象站观测事实并理想化的初始条件,对重庆复杂地形下局地山谷风环流进行高精度数值模拟,探讨因复杂地形而导致的热力差异对山谷风环流形成的影响。结果表明,仅仅由地形高低起伏导致的热力差异能够在局地形成山谷风环流。在白天,受太阳辐射作用,山坡升温幅度比山谷明显,在同一海拔处形成温度差异,形成谷风环流。理想的谷风在山脊两侧坡度较大的近地面最为明显,风速可达0. 15 m·s^-1,但在山坡和山谷地势较为平坦的区域则不显著。在凌晨,山谷的保温作用明显,且山坡辐射冷却较强,故产生由山坡吹向山谷的山风环流。模拟的山风特征与谷风基本一致,但强度稍小(0. 1 m·s^-1),方向相反。扩大山坡与山谷热力差异的敏感性试验表明,白天的谷风环流能明显增强,近地面全风速可达0. 4 m·s^-1,且对应的垂直速度以及边界层高度均有所增加;但晚上山风环流的增强则不明显。

关键词：复杂地形山谷风热力差异计算流体力学

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2022年盛夏重庆不同阶段高温特征及成因对比

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气象 2023年第9期49卷 1108-1118页

作者：罗娟邓承之朱岩夏蘩庞玥朱浩楠中国气象局气候资源经济转化重点开放实验室重庆401147 重庆市气象台重庆401147 重庆市气候中心重庆401147

2022年盛夏,重庆地区出现了两段高温天气,两段高温均为先大陆高压、后副热带高压控制下形成的。利用地面观测资料和ERA5再分析资料,对比分析了重庆大陆高压阶段和副热带高压阶段的高温特征差异。结果表明:大陆高压持续时间短,为高温发... 详细信息

2022年盛夏,重庆地区出现了两段高温天气,两段高温均为先大陆高压、后副热带高压控制下形成的。利用地面观测资料和ERA5再分析资料,对比分析了重庆大陆高压阶段和副热带高压阶段的高温特征差异。结果表明:大陆高压持续时间短,为高温发展阶段,高温强度弱、相对湿度大、气温日较差大;副热带高压持续时间长,为高温强盛阶段,高温极端性强,干热特征显著、夜间升温明显。热力学方程诊断表明,大陆高压阶段,增温为非绝热加热和垂直运动项共同作用;副热带高压阶段,白天增温主要源于非绝热加热,其次为温度平流项,垂直运动项作用弱,夜间低空干绝热或超绝热层减弱消失,翻越云贵高原的下沉气流带来的增温效应显著增强。地表热力差异表明,副热带高压阶段较大陆高压阶段地表潜热通量下降,感热通量显著上升,地表感热直接加热大气,对地面增温作用明显。

关键词：副热带高压大陆高压高温特征温度局地变化非绝热加热

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基于多尺度网格细胞的路径整合模型

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系统工程与电子技术 2021年第10期43卷 2961-2967页

作者：赵辰豪吴德伟韩昆朱浩男代传金空军工程大学信息与导航学院陕西西安710077

针对类脑机制下空间位置自主推算问题,提出一种基于新型叠加算法的路径整合模型,通过引入多尺度网格细胞提高路径整合结果的准确性。在路径整合模型中,基于吸引子网络构建网格细胞与头朝向细胞模型,通过头朝向变化量来判断运行体的运行... 详细信息

针对类脑机制下空间位置自主推算问题,提出一种基于新型叠加算法的路径整合模型,通过引入多尺度网格细胞提高路径整合结果的准确性。在路径整合模型中,基于吸引子网络构建网格细胞与头朝向细胞模型,通过头朝向变化量来判断运行体的运行状态,完成不同运动的整合过程;采用动态权重值分别计算直线运动与曲线运动过程中多尺度网格细胞的位移变化量,提高路径整合的精度。仿真结果表明,单一尺度与多尺度网格细胞路径整合模型都能够完成路径整合,且在3000m的距离内,多尺度网格细胞模型误差不超过15m,证明了多尺度网格细胞模型能够提高路径整合的精度,验证了该路径整合模型的有效性。

关键词：多尺度网格细胞头朝向细胞吸引子网络模型路径整合

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悬臂翻转式M型车载平台欠驱动展收机构设计

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哈尔滨工程大学学报 2022年第6期43卷 794-800页

作者：齐浩彭一明朱浩楠聂宏魏小辉南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点试验室江苏南京210016 南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科试验室江苏南京210016

为解决车载平台运输与作业尺寸的矛盾,实现在满足GB 1589-2004-《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》的基础上,形成5倍于车载面积的展后有效作业平台面积,本文针对M型连接的悬臂翻转式可展收车载平台的展收机构进行了研究,研制了一款... 详细信息

为解决车载平台运输与作业尺寸的矛盾,实现在满足GB 1589-2004-《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》的基础上,形成5倍于车载面积的展后有效作业平台面积,本文针对M型连接的悬臂翻转式可展收车载平台的展收机构进行了研究,研制了一款嵌入式的欠驱动展收机构,有效的降低了平台整体造价与复杂程度,同时考虑其展收运动过程存在大尺度、大挠性变化的运动特征,本文还开展了含间隙铰链对展收机构及平台刚柔耦合动态响应的特性研究。根据数值分析结果通过对展收机构的初始驱动力矩以及底部支撑机构进行优化,降低了由于铰链间隙冲击碰撞力对展收机构展开初始阶段和完全展开后的扰动以及平台的弹性振动。

关键词：车载平台展收机构悬臂翻转铰链间隙动态特性通过性分析自适应越障结构优化

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