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基于2118台风“圆规”模式扰动方案对台风区域集合预报的影响

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大气科学 2024年第4期48卷 1511-1530页

作者：邵端舟张宇徐建军陈思奇李家菁胡嘉政中国气象局-广东海洋大学南海海洋气象联合实验室湛江524088 广东海洋大学海洋与气象学院湛江524088 广东海洋大学深圳研究院深圳518000 南京信息工程大学海洋科学学院南京210044

为了探讨不同模式扰动方案对台风区域集合预报的影响,本文以2021年18号台风“圆规”为例,基于WRF模式,采用了多物理过程参数化方法(MP)、随机变化参数扰动方法(SPP)和物理倾向随机扰动(SPPT)三种不同的方法,设计了EXP1(MP)、EXP2(SPP+SP... 详细信息

为了探讨不同模式扰动方案对台风区域集合预报的影响,本文以2021年18号台风“圆规”为例,基于WRF模式,采用了多物理过程参数化方法(MP)、随机变化参数扰动方法(SPP)和物理倾向随机扰动(SPPT)三种不同的方法,设计了EXP1(MP)、EXP2(SPP+SPPT)和EXP3(MP+SPP+SPPT)三组敏感性试验进行了比较研究。结果表明:三组区域集合预报试验都能较好地模拟台风路径和台风增强的过程,其中EXP3试验效果最好,EXP3试验的路径偏差值为三组集合预报试验最小的,其平均值为52.8 km,而控制试验CTRL(无模式扰动)、EXP1和EXP2的平均值分别为61.8、54.4和65.7 km;三组集合预报试验的扰动能量值基本都大于控制试验CTRL,且EXP3的扰动能量发展最快,扰动能量值基本为最大的;三组集合预报试验的Brier评分相较于控制试验CTRL有所改善,且EXP3的Brier评分值为三组集合预报试验改善最大的,EXP1和EXP2相对于CTRL试验的改善率为45%和48.76%,而EXP3能达到70%,EXP2与EXP1的预报效果相当,EXP3相较于EXP1和EXP2预报效果有所改善,其相对于EXP1和EXP2的改善率达到57.5%和40%。

关键词：区域集合预报台风多物理参数化组合方案(MP) 随机参数扰动法(SPP) 模式物理参数化倾向随机扰动法(SPPT)

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温度不敏感的光纤双腔盐度传感器

光学精密工程 2024年第9期32卷 1283-1292页

作者：李依潼杨玉强牟小光王骥高佳乐广东海洋大学广东省南海海洋牧场智能装备重点实验室广东湛江524088 广东海洋大学深圳研究院广东深圳518120 广东海洋大学机械工程学院广东湛江524088 广东海洋大学智慧海洋传感网及其装备工程技术研究中心广东湛江524088

针对光纤微腔盐度传感器的温度交叉敏感问题,设计了一种基于陶瓷插芯和氧化锆套筒相结合的开放式盐水腔,利用氧化锆的正热膨胀系数抵消盐水的负热光系数,补偿温度对盐度测量的影响。为进一步提高盐度检测灵敏度,将开放盐水腔和封闭空气... 详细信息

针对光纤微腔盐度传感器的温度交叉敏感问题,设计了一种基于陶瓷插芯和氧化锆套筒相结合的开放式盐水腔,利用氧化锆的正热膨胀系数抵消盐水的负热光系数,补偿温度对盐度测量的影响。为进一步提高盐度检测灵敏度,将开放盐水腔和封闭空气腔并联,通过精确控制两腔的自由光谱范围,使干涉谱产生游标效应,利用游标现象实现盐度灵敏度放大。实验结果表明:盐水腔的温度灵敏度仅为0.025 nm/℃,远低于盐水热光系数导致的温度灵敏度(-0.35nm/℃);在0~3%的盐度内,并联双腔的盐度灵敏度达到了0.180 8 nm/%,比单个盐水腔的盐度灵敏度提高了10.5倍。该传感器具有易于制造、灵敏度高、性能稳定等优点,理论上可实现温度的完全补偿。

关键词：法布里-珀罗干涉仪光纤传感器盐度温度补偿

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基于Sagnac干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器

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光子学报 2024年第4期53卷 120-129页

作者：杨玉强张钰颖李雨婷高佳乐牟小光毕磊广东海洋大学深圳研究院深圳518120 广东海洋大学广东省南海海洋牧场智能装备重点实验室湛江524088 广东海洋大学智慧海洋传感网及其装备工程技术研究中心湛江524088 广东海洋大学机械工程学院湛江524088 广东海洋大学继续教育学院湛江524088

提出一种基于双萨格奈克(Sagnac)干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器,在该传感器中,传感干涉计中熊猫光纤的长度约为参考干涉计中熊猫光纤的整数倍。理论分析与实验结果表明,当游标放大倍率相同时,基于谐波游标效应和基于普通光学游标... 详细信息

提出一种基于双萨格奈克(Sagnac)干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器,在该传感器中,传感干涉计中熊猫光纤的长度约为参考干涉计中熊猫光纤的整数倍。理论分析与实验结果表明,当游标放大倍率相同时,基于谐波游标效应和基于普通光学游标效应的双Sagnac干涉计具有相同的温度灵敏度,但谐波游标效应对应的熊猫光纤长度失谐量明显大于普通光学游标效应,且阶数越高对应的失谐量越大。由于失谐量越大,游标放大倍率越容易控制和实现,因此,从制备角度上讲,谐波游标效应明显优于普通光学游标效应。该研究可为后续光学游标效应的研究提供重要参考。

关键词：光纤传感器 Sagnac干涉计谐波游标效应普通游标效应温度传感

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基于增强型谐波游标效应的光纤温度传感器

光学精密工程 2024年第15期32卷 2344-2354页

作者：林子曦李雨婷杨玉强李依潼张钰颖广东海洋大学深圳研究院深圳518120 广东海洋大学广东省南海海洋牧场智能装备重点实验室广东湛江524088 广东海洋大学电子与信息工程学院广东湛江524088 广东海洋大学智慧海洋传感网及其装备工程技术研究中心广东湛江524088

提出一种基于增强型谐波游标效应增敏的光纤温度传感器,该传感器由光纤萨格奈克干涉计(Sagnac Interferometer,SI)和法布里-珀罗干涉计(Fabry-Perot Interferometer,FPI)级联构成。通过控制FPI的自由光谱范围为SI的自由光谱范围的整数... 详细信息

提出一种基于增强型谐波游标效应增敏的光纤温度传感器,该传感器由光纤萨格奈克干涉计(Sagnac Interferometer,SI)和法布里-珀罗干涉计(Fabry-Perot Interferometer,FPI)级联构成。通过控制FPI的自由光谱范围为SI的自由光谱范围的整数倍且两者具有相反的温度响应,实现增强型谐波游标效应。实验结果表明,增强型谐波游标效应和增强型普通游标效应具有几乎相同的温度灵敏度,分别为单个FPI和SI灵敏度的28.7倍和16.9倍,增强型谐波游标放大倍率分别为普通谐波游标放大倍率的3.4倍和1.8倍,但增强型谐波游标效应对应的熊猫光纤长度失谐量明显大于增强型普通游标效应,且阶数越高对应的失谐量越大,因此,增强型谐波游标放大倍率更容易控制和实现。该传感器在获取高灵敏度的同时,稳定性能好、制备成本低,具有非常好的应用前景。

关键词：光纤传感器法布里-珀罗干涉计萨格奈克干涉计增强型游标效应谐波游标效应温度传感器

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2015—2022年荆州市O_(3)污染特征及其源区分析

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环境科学学报 2024年第5期44卷 285-298页

作者：杨天顺吴丽晴卢硕赵天良徐建军广东海洋大学海洋与气象学院湛江524000 广东海洋大学深圳研究院深圳518120 广东海洋大学南海海洋气象研究院湛江524000 中国气象局雄安大气边界层开放实验室雄安新区071899 中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

利用湖北省荆州市2015—2022年O_(3)站点观测数据和气象要素数据,分析了该地区O_(3)污染特征及O_(3)浓度与近地面气温、相对湿度、降水量、日照时数和风场的关系,并利用后向轨迹模型进行了源区分析.结果表明,2015—2020年荆州市O_(3)浓... 详细信息

利用湖北省荆州市2015—2022年O_(3)站点观测数据和气象要素数据,分析了该地区O_(3)污染特征及O_(3)浓度与近地面气温、相对湿度、降水量、日照时数和风场的关系,并利用后向轨迹模型进行了源区分析.结果表明,2015—2020年荆州市O_(3)浓度呈下降趋势(其中,2017年年均浓度较低),但近两年(2021—2022年)O_(3)浓度显著上升.荆州市O_(3)浓度与气象要素的相关性分析表明,O_(3)浓度与近地面温湿度相关最强,尤其在高温低湿(RH≤60%、温度超过30℃)的条件下易出现O_(3)浓度高值.此外,研究发现风场对O_(3)浓度有重要影响:荆州市O_(3)浓度分布与风场密切相关且季节差异显著.春季在偏南风(风速为2~5 m·s^(-1))情况下易出现O_(3)浓度高值;夏、秋两季O_(3)浓度高值则多出现在偏东风(风速小于3 m·s^(-1))情况下.由气团轨迹后向模拟、浓度权重轨迹分析法(CWT)和潜在源贡献因子分析方法(PSCF)的分析结果可知,不同季节荆州市O_(3)源区分布特征存在差异.春季贡献高值区主要位于荆州以南地区和湖北省东部地区;夏季主要源区分布于荆州东北方向,包括武汉周边地区、河南省郑州、驻马店及其南部地区;秋季源区分布以偏东方向为主,主要为湖北省东部和豫皖交界地区.

关键词： O_(3) 溯源分析气象要素荆州

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发泡聚苯乙烯微塑料中含锌添加剂的释放行为

中国环境科学 2024年第4期44卷 2336-2344页

作者：谢群袁敏箐胡萱羽王梓伊林朗李振良徐向荣朱广慧吴民华广东海洋大学分析测试中心广东湛江524088 广东海洋大学化学与环境学院广东湛江524088 广东海洋大学海洋与气象学院广东湛江524088 广东海洋大学食品科技学院广东湛江524088 中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室广东广州510301 广东医科大学基础医学院广东湛江524023

为了探讨微塑料重金属添加剂在环境中的释放规律和影响因素,以未老化和紫外(UV)老化发泡聚苯乙烯(EPS)微塑料为研究对象,在3种模拟环境(淡水、海水和胃液)下,通过释放动力学、累积释放实验以及正交试验开展锌(Zn(Ⅱ))添加剂的释放行为研... 详细信息

为了探讨微塑料重金属添加剂在环境中的释放规律和影响因素,以未老化和紫外(UV)老化发泡聚苯乙烯(EPS)微塑料为研究对象,在3种模拟环境(淡水、海水和胃液)下,通过释放动力学、累积释放实验以及正交试验开展锌(Zn(Ⅱ))添加剂的释放行为研究.结果表明,UV老化的EPS微塑料Zn(Ⅱ)的释放能力要大于未老化的EPS微塑料,淡水、海水和胃液中UV老化的EPS微塑料Zn(Ⅱ)的平衡释放量分别为(29.45±4.38),(87.41±5.18)和(109.94±3.18)μg/g,而未老化的EPS微塑料Zn(Ⅱ)的平衡释放量分别为(20.90±0.46),(85.89±0.51)和(108.92±1.17)μg/g,这说明UV老化可以促进其Zn(Ⅱ)添加剂的释放,胃液和海水环境更有利于Zn(Ⅱ)的释放.EPS微塑料中含Zn(Ⅱ)添加剂的释放更符合伪二级动力学模型,表明Zn(Ⅱ)从塑料中的释放受界面反应和塑料表面的扩散控制.3种模拟环境下,通过多次更换浸提液EPS微塑料中的Zn(Ⅱ)几乎可以被完全释放.pH值、粒径和老化时间是EPS微塑料Zn(Ⅱ)添加剂释放的主要因素.

关键词：微塑料重金属添加剂释放动力学正交试验

超强台风“灿都”(2021年)对黑潮入侵吕宋海峡的影响

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热带气象学报 2024年第2期40卷 237-247页

作者：曹宁郑兆轩刘春雷广东海洋大学海洋与气象学院广东湛江524088 广东海洋大学深圳研究院广东深圳518108 中国气象局-广东海洋大学海洋气象联合实验室广东湛江524088

探究台风“灿都”经过吕宋海峡附近时的海洋变化过程及其对黑潮入侵吕宋海峡的影响。基于涡尺度海洋再分析资料和中国气象局台风最佳路径数据,研究台风“灿都”经过吕宋海峡附近时海洋热力和动力结构的变化,及吕宋海峡输运对台风的响应... 详细信息

探究台风“灿都”经过吕宋海峡附近时的海洋变化过程及其对黑潮入侵吕宋海峡的影响。基于涡尺度海洋再分析资料和中国气象局台风最佳路径数据,研究台风“灿都”经过吕宋海峡附近时海洋热力和动力结构的变化,及吕宋海峡输运对台风的响应。台风“灿都”经过菲律宾东部海域的次表层暖涡维持其强度并发展至巅峰阶段,沿途造成海温降低、海表高度降低、混合层加深等。台风位于吕宋海峡中线附近时,其右侧的暖涡与其发生相互作用,暖涡整体结构被打破。台风到达台湾岛东侧时,遇到其东侧的冷涡并使其加强,强化的负反馈机制使台风强度迅速减弱。在吕宋海峡附近,台风增强了从南海的输出流,抑制了黑潮向南海的入侵流。海峡剖面热能输送的变化与水体输运的变化较一致,而热含量的变化主要受到台风引起的输运异常的间接影响。中尺度涡旋在台风“灿都”发展过程中发挥着重要的作用,台风与暖涡的作用可能打破暖涡结构,与冷涡相遇则会使其加强。台风改变吕宋海峡输运结构主要是抑制中部入侵流和促进南侧输出流,激发出的海峡剖面上的输运异常波动在深层领先于浅层。

关键词：台风“灿都” 吕宋海峡黑潮入侵海洋再分析中尺度涡

基于ICS优化RBF的水库水质三维预测方法

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农业机械学报 2024年第2期55卷 306-314页

作者：谢再秘贾宝柱王骥莫春梅广东海洋大学船舶与海运学院湛江524088 广东海洋大学电子与信息工程学院湛江524088

针对已有水质预测模型在数据降噪、网络参数初始值设置和优化、精度提高等方面能力的不足,构建了一种优化的水质三维预测模型。利用主成分分析算法筛选出水质关键参数,并基于自适应噪声的完全集合经验模态分解算法结合小波阈值模型对三... 详细信息

针对已有水质预测模型在数据降噪、网络参数初始值设置和优化、精度提高等方面能力的不足,构建了一种优化的水质三维预测模型。利用主成分分析算法筛选出水质关键参数,并基于自适应噪声的完全集合经验模态分解算法结合小波阈值模型对三维水质参数和气象数据降噪处理,使用3维卷积神经网络(Three-dimensional convolutional neural networks,3-D CNN)提取出特征数据集,自编码器(Autoencoder,AE)获得径向基函数(Radial basis function,RBF)网络参数初始化值,改进布谷鸟搜索算法(Improved cuckoo search,ICS)优化更新网络中超参数动态初始化值。广东省湛江市徐闻县大水桥水库区域22个典型在线监测站点以及6个手持监测点的实测数据对比验证结果表明,浊度和藻密度分别与总氮含量强正相关,叶绿素含量与气温强正相关,所提出的水质预测模型在5个典型精准性评价指标方面优于已有文献方法。研究成果可为管理部门和研究者对水质监测提供参考。

关键词：水质三维预测改进布谷鸟搜索算法卷积神经网络自编码器径向基神经网络

Mie-Grüneisen混合模型减小边界差商的重构算子

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计算物理 2024年第3期41卷 277-286页

作者：吴宗铎严谨庞建华孙一方满庆洋广东海洋大学船舶与海运学院广东湛江524088 广东海洋大学广东省南海海洋牧场智能装备重点实验室广东湛江524088 广东海洋大学深圳研究院智能海洋工程中心广东深圳518055 广东海洋大学电子与信息工程学院广东湛江524088

将守恒型单调迎风格式(MUSCL)和双曲正切界面捕捉(THINC)算法组合到一起进行数值重构,并通过重构建立新的算子。重构的算子主要作用是尽可能降低网格的边界差商。在MUSCL和THINC算法下,网格左右边界处的状态可以导出一个优化算法的差商... 详细信息

将守恒型单调迎风格式(MUSCL)和双曲正切界面捕捉(THINC)算法组合到一起进行数值重构,并通过重构建立新的算子。重构的算子主要作用是尽可能降低网格的边界差商。在MUSCL和THINC算法下,网格左右边界处的状态可以导出一个优化算法的差商判定机制。再按照这一边界差商优化值最小(BVD)的原则,对MUSCL和THINC进行二选一。在BVD重构算子的作用下,数值断面变得平滑,并且有效地限制振荡。BVD重构算子的计算性能将通过一维和二维数值算例来进行检验。

关键词： BVD重构 Mie-Grüneisen混合模型守恒型单调迎风格式双曲正切界面捕捉