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基于改进麻雀搜索算法的B样条曲线拟合方法

计算机工程 2023年第1期49卷 100-112页

作者：芦穗豪韩勇齐永阳宋国贤中国海洋大学信息科学与工程学部山东青岛266100 青岛海洋科学与技术国家试点实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266000

航空发动机叶片气动性能设计的改进要求叶片加工系统采用高精度、高效率的加工工艺,基于传统建模方法的叶片加工系统已难以满足当前的加工需求。提出一种基于改进麻雀搜索算法(SSA)的拟合方法,旨在利用最少控制点高效地达到曲线拟合的... 详细信息

航空发动机叶片气动性能设计的改进要求叶片加工系统采用高精度、高效率的加工工艺,基于传统建模方法的叶片加工系统已难以满足当前的加工需求。提出一种基于改进麻雀搜索算法(SSA)的拟合方法,旨在利用最少控制点高效地达到曲线拟合的目标精度,进而提升传统建模方法的精度和效率,建立适用于数字孪生生产环境的高精度、高实时性的三维叶片模型,提高航空发动机叶片的加工合格率。启发式优化算法在B样条曲线拟合中存在收敛慢的问题,而SSA不断跃向最优解的特性使其能快速收敛。基于此,改进SSA的位置更新函数并给出内节点向量更新范围的概念,通过自动迭代内节点向量配置,利用最小二乘法计算最优控制点,依据局部和全局误差计算适应度值并参与下次迭代,多次迭代后得到符合目标精度的拟合曲线。此外,为提高SSA搜索最少控制点的效率,设计一种二分搜索方法。采用某型叶片截面数据进行拟合验证,结果表明,与传统定义节点向量方法和经典优化算法相比,该方法具有较高的拟合精度和收敛效率,在20和80个控制点下分别取得了1e-3 mm和1e-5 mm左右的拟合精度,在5e-3 mm目标精度下,收敛效率较粒子群优化算法、标准SSA分别提升了14.5%~97.8%和35.8%~70.1%,搜索最少控制点的效率较传统方法提升了34.7%~49.6%。

关键词：数字孪生 B样条曲线拟合麻雀搜索算法节点向量二分搜索

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梳状高度计编队探测海洋涡旋仿真分析

中国海洋大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 128-137页

作者：王绚马纯永梁达赵朝方陈戈中国海洋大学信息科学与工程学部山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237

单颗星下点高度计卫星可进行一维海面高度测量,但时空分辨率较低,对涡旋的探测能力不足。梳状高度计卫星编队可提升海面高度时空分辨率,增强对涡旋的识别探测能力。为定量分析高度计编队下的涡旋探测能力,本文在黑潮延伸体海域开展观测... 详细信息

单颗星下点高度计卫星可进行一维海面高度测量,但时空分辨率较低,对涡旋的探测能力不足。梳状高度计卫星编队可提升海面高度时空分辨率,增强对涡旋的识别探测能力。为定量分析高度计编队下的涡旋探测能力,本文在黑潮延伸体海域开展观测仿真实验,对海平面高度进行沿轨采样,经优化插值算法处理后得到逐天海面高度异常数据场并进行涡旋识别与统计分析。此外,本文还同步开展了单颗星下点高度计和成像高度计卫星涡旋探测仿真实验及对比分析。结果表明,梳状高度计卫星编队在涡旋数量、极性、半径及振幅等方面识别效果较好,与成像高度计探测结果相近。

关键词：星下点高度计梳状高度计编队海平面高度异常涡旋探测

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虚拟海洋环境仿真关键技术与应用研究

中国海洋大学学报（自然科学版） 2023年第7期53卷 111-117页

作者：韩勇黄家琛马纯永杨杰陈戈中国海洋大学信息科学与工程学部山东青岛266000 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237

本文利用虚拟现实和可视化技术,对虚拟海洋环境仿真中海浪仿真、海风仿真与风海流仿真等关键技术进行研究,并基于研究成果开发了交互式虚拟海洋仿真系统。结合中国海洋大学丰富的海洋实践教学经验,对东方红2号海洋调查船进行三维建模,... 详细信息

本文利用虚拟现实和可视化技术,对虚拟海洋环境仿真中海浪仿真、海风仿真与风海流仿真等关键技术进行研究,并基于研究成果开发了交互式虚拟海洋仿真系统。结合中国海洋大学丰富的海洋实践教学经验,对东方红2号海洋调查船进行三维建模,并运用体素化分析方法模拟其在海面的运动情况,构建了虚拟海洋环境观测载体。系统根据涉海专业出海实践内容设计观测实验,还原了海风观测实验和CTD观测实验,能有效缓解当前涉海高校实践教学资源的不足,提高海洋人才的培养质量。

关键词：虚拟海洋海浪仿真船舶仿真观测实验实践教学

FY-3B/MWRI与GCOM-W1/AMSR-2亮温数据在北极地区的交叉定标

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遥感学报 2020年第8期24卷 1032-1044页

作者：唐晓彤陈海花管磊李乐乐中国海洋大学信息科学与工程学院海洋技术系青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室青岛266071

为了使搭载在风云三号B星上的微波成像仪MWRI(Microwave Radiation Imager)与搭载在GCOM-W1(Global Change Observation Mission 1st-Water)卫星上的AMSR-2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)的数据可以衔接使用,并为以后FY-3B/MWRI北极地区遥感参数反演研究提供基础,以GCOM-W1/AMSR-2数据为对比数据,北极海洋区域为研究区域,对两传感器对应的10个通道的升、降轨亮温数据进行交叉定标。首先,对MWRI和AMSR-2各通道逐月在研究区域进行偏差分析;其次,对MWRI和AMSR-2各通道逐月在海冰区域和开阔水域进行偏差分析;最后,对MWRI和AMSR-2各通道逐月在研究区域进行交叉定标,并对定标结果进行评价。研究结果表明:(1)MWRI各通道亮温数据小于AMSR-2,且相同频率下,垂直极化各通道逐月平均偏差的绝对值大于水平极化各通道,升、降轨数据在各通道的差异较小,逐月平均偏差的差值小于1 K;(2)在海冰区域,升、降轨各通道逐月平均偏差相差小于1 K,在开阔水域则介于0—1.5 K;(3)通过进行线性回归分析,MWRI和AMSR-2各通道相关系数大于0.99,具有强相关性,并得到升、降轨各通道各月份交叉定标的斜率和截距;(4)定标后MWRI的亮温值与AMSR-2的亮温值一致性较好,说明交叉定标的效果较好。

关键词：遥感 MWRI AMSR-2 北极地区亮度温度交叉定标风云三号

全球涡旋经向偏转的遥感研究:物理机制与海洋学应用

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中国科学：地球科学 2024年第3期54卷 830-844页

作者：陈戈陈笑炎中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心海洋技术学院青岛266100 崂山实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室青岛266237

研究普遍认为海洋涡旋的经向运动遵循气旋涡向极地偏转、反气旋涡向赤道偏转的规律,然而,这一极性主导的传统认知在全球和区域上均存在一定的偏差和误导性.本文深入探索了涡旋经向运动的本质规律,发现涡旋的时空地转性、海表温度的热衰... 详细信息

研究普遍认为海洋涡旋的经向运动遵循气旋涡向极地偏转、反气旋涡向赤道偏转的规律,然而,这一极性主导的传统认知在全球和区域上均存在一定的偏差和误导性.本文深入探索了涡旋经向运动的本质规律,发现涡旋的时空地转性、海表温度的热衰减以及背景流场的拖曳作用是涡旋经向偏转的主要机制,并得到以下主要结论:(1)涡旋经向偏转由极性主导是一个伪命题,得出这一结论是由于涡旋轨迹的归一化拟合存在偏差和不对称性;相反,涡旋经向偏转更多是由地理位置决定的,且不受涡旋极性的影响;(2)地转调整效应对调制涡旋经向偏转起着关键作用,对于空间(时间)上的非地转涡旋,无论涡旋极性如何,均呈现出向极地(赤道)的偏转趋势;(3)影响涡旋经向偏转的物理机制与其运动方向相关,西向运动涡旋主要受到海表温度的热衰减影响,东向涡旋则主要受到背景流场的拖曳作用.深入理解涡旋的经向偏转规律及物理机制,对于实现涡旋轨迹高精度预测,以及海洋环境监测和保护具有重要意义.

关键词：海洋涡旋涡旋传播涡旋经向偏转卫星遥感观测地转调整

HY-2B卫星雷达高度计对流层路径延迟精度分析

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2023年第3期53卷 13-21页

作者：郑广东马纯永高占文王绚陈戈中国海洋大学信息科学与工程学院山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237

干对流层路径延迟与湿对流层路径延迟是影响HY-2B测高精度的重要因素。本文采用星星交叉分析法和对流层独立模型检验法对HY-2B干对流层与湿对流层路径延迟产品进行对比分析。本文基于大气压强数据和辐射计测量的水汽数据,利用干对流层... 详细信息

干对流层路径延迟与湿对流层路径延迟是影响HY-2B测高精度的重要因素。本文采用星星交叉分析法和对流层独立模型检验法对HY-2B干对流层与湿对流层路径延迟产品进行对比分析。本文基于大气压强数据和辐射计测量的水汽数据,利用干对流层和湿对流层独立检验模型对HY-2B沿轨数据进行重处理,与HY-2B业务化运行产品差异的标准差分别为1.8和2.6 mm。此外,HY-2B与Jason-3交叉点处干对流层与湿对流层路径延迟差异的标准差分别为1.5和6.1 mm,两年内产品的漂移较少。实验结果表明:HY-2B干对流层与湿对流层路径延迟的精度均达到国际水平。该文对于验证国产海洋卫星HY-2B数据精度,扩展HY-2B卫星数据的应用范围具有重要意义。

关键词： HY-2B卫星干对流层路径延迟湿对流层路径延迟交叉分析精度分析

内潮耗散与自吸-负荷潮对南海潮波影响的数值研究

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海洋与湖沼 2018年第3期49卷 457-470页

作者：姜锦东方国洪滕飞徐晓庆国家海洋局第一海洋研究所海洋环境科学和数值模拟重点实验室青岛266061 青岛海洋科学与技术国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室青岛266200

利用非结构三角形网格的FVCOM海洋数值模式,在其传统二维潮波方程中加入参数化的内潮耗散项和自吸-负荷潮项,计算了南海及其周边海域的M_2、S_2、K_1和O_1分潮的分布。与实测值的比较表明,引入这两项对模拟准确度的提高有明显效果。根... 详细信息

利用非结构三角形网格的FVCOM海洋数值模式,在其传统二维潮波方程中加入参数化的内潮耗散项和自吸-负荷潮项,计算了南海及其周边海域的M_2、S_2、K_1和O_1分潮的分布。与实测值的比较表明,引入这两项对模拟准确度的提高有明显效果。根据模式结果本文计算分析了研究海域的潮能输入和耗散。能量输入计算表明,能通量是潮能输入的最主要构成部分,通过吕宋海峡断面进入南海的M_2和K_1分潮能通量分别为38和29GW;半日周期的自吸-负荷潮能量输入以负值居多,而全日周期的自吸-负荷潮能量输入以正值居多,因而自吸-负荷潮减弱了南海的半日潮,并加强了南海的全日潮。引潮力的作用也减弱了半日潮而加强了全日潮,但其作用要小于自吸-负荷潮。潮能耗散的分析显示底摩擦耗散在沿岸浅水区域起主导作用,内潮耗散则主要发生在深水区域。内潮耗散的最大值出现在吕宋海峡,且位于南海之外的海峡东部的耗散量大于位于南海之内的海峡西部的耗散量。对M_2和K_1分潮吕宋海峡的内潮耗散总值分别达到16和23GW。

关键词：潮汐潮汐能量内潮耗散自吸负荷潮南海

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热带气旋海上观测进展

海洋科学进展 2023年第1期41卷 1-23页

作者：王岩峰王冠琳林劲松吕尚嵘官晟自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266071

热带气旋的精准预报具有重要的社会、经济效益,是科学家研究与关注的重要问题。为了更充分、更全面地认识热带气旋变化规律,及时发现处于发生、发展期的热带气旋,实现更精准的预报,热带气旋的海上观测是必不可少的。对热带气旋的观测伴... 详细信息

热带气旋的精准预报具有重要的社会、经济效益,是科学家研究与关注的重要问题。为了更充分、更全面地认识热带气旋变化规律,及时发现处于发生、发展期的热带气旋,实现更精准的预报,热带气旋的海上观测是必不可少的。对热带气旋的观测伴随技术的进步,表现出从点到面、从面到综合观测的趋势。本文从星基观测、空基观测、移动观测、锚系观测以及综合观测试验等方面,简述了热带气旋海上观测方面取得的应用进展。上述不同观测平台和手段,在实际应用中表现出了不同的价值与能力,且均有其优缺点。研究需求及综合观测试验结果证明将陆基、海基、空基和星基平台和设备进行全方位立体组网观测,以发挥各自的优势是热带气旋海上观测未来的发展趋势。

关键词：热带气旋海上观测综合观测试验

基于轨迹聚类的南大洋中尺度涡旋主要迁移通道提取与分析

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2022年第6期52卷 39-49页

作者：郑杰王绚马纯永陈戈中国海洋大学信息科学与工程学院山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237

中尺度涡旋在世界各大洋中广泛存在,对海洋物质能量的输送以及海洋与大气间的能量交换起着重要作用。南大洋区域中尺度涡旋的活动受海底地形、流场、风场等多重因素的影响,呈现出一些独特的移动规律。为了高效、准确地得到南大洋区域中... 详细信息

中尺度涡旋在世界各大洋中广泛存在,对海洋物质能量的输送以及海洋与大气间的能量交换起着重要作用。南大洋区域中尺度涡旋的活动受海底地形、流场、风场等多重因素的影响,呈现出一些独特的移动规律。为了高效、准确地得到南大洋区域中尺度涡旋的移动特征,本文提出基于方向的轨迹时空聚类算法。首先,采用最小描述原则将涡旋轨迹按照特征点划分为多条线段;其次,在时空聚类的基础上提出阈值确定原则和方向距离的度量方法,对涡旋线段进行聚类;最后,根据聚类结果提取涡旋迁移通道。实验结果表明,45°S以北均为西向的涡旋迁移通道,45°S以南均为东向的涡旋迁移通道,这与大洋环流的流向基本一致;从涡旋迁移通道的统计特征来看,西向所包含的涡旋在南半球的夏季达到峰值,东向所包含的涡旋在冬季达到峰值,东向所包含涡旋的涡旋动能比西向高;从涡旋的性质来看,在南大洋区域,暖涡(Anticyclonic Eddy,AE)和冷涡(Cyclonic Eddy,CE)的涡旋迁移通道在统计特征、地理位置和移动方向上都极其相似。

关键词：中尺度涡旋涡旋迁移通道轨迹聚类统计特征南大洋