基于树模型机器学习方法的GNSS-R海面风速反演

GNSS-R是基于GNSS卫星反射信号的一种新技术.GNSS-R技术可以运用到海面风场反演中,传统的GNSS-R技术反演海面风场主要有波形匹配和经验函数两种方法,风速反演精度约为2m·s^-1.波形匹配方法耗时多,计算量大;经验函数方法通常只使用少量物理观测量,会造成信息浪费,损失一定的反演精度.为了提高海面风速的反演精度,引入机器学习领域常用的树模型算法决策树、随机森林、GBDT等对海面风速进行预测.利用GNSS-R与ECMWF数据构成训练集和验证集,训练集用于模型学习,验证集用于检验模型的反演效果.实验结果显示,决策树和随机森林预测误差约为0.6m·s^-1,GBDT等算法的预测误差约为2m·s^-1,满足风速反演要求.与GNSS-R传统反演方法相比,机器学习树模型算法效果更好,在验证集上表现稳定且误差较小.因此,可以将机器学习树模型算法运用到海面风速反演中.     

海洋运动对台风过境全过程水平风速特性的影响

现行台风模型大多采用基于有限实测数据修正的工程经验模型,忽略了波浪、海流等海洋运动与其水平风速之间的实时耦合作用.为揭示海洋运动对台风过境全过程的影响机制,基于MCT耦合器,采用中尺度WRF大气模型、第三代浅海海浪SWAN模型以及三维水动力FVCOM模型,建立了大气-海洋-海浪(W-S-F)的实时耦合模拟平台.在此基础上,模拟了台风"莫兰蒂"过境全过程海洋环境时空演变,对比分析了W-S-F耦合平台与非耦合WRF模式下台风过境全过程的差异性,最终提炼出海洋运动对水平风速特性的影响规律.结果表明:本文提出的W-S-F耦合平台可以准确模拟考虑海洋运动的台风过境全过程风速场;低空处海洋运动促进台风水平风速发展,且随高度增加影响逐渐减小,高空处海洋运动对台风水平风速产生抑制作用,且这种消耗随高度增大而加强;在台风整个发展周期,海洋运动对低空台风强度的影响呈现先促进后抑制规律,随着高度增加逐渐形成相反特点.     

多因素组合下发射载体出管速度偏差预估方法

运用极限偏差、合成标准差、统计分析、蒙特卡洛仿真等多种预估方法,对发射载体出管速度偏差进行对比分析。分析结果表明,极限偏差法工程应用成熟,但预估结果偏于保守,适用于影响因素尚未认知完全的工程型号;对于影响因素比较明确的系统,运用统计分析法、合成标准差法得到的发射载体出管速度预估值一致性好,方法简单,且具有较高的准确性;蒙特卡洛法计算过程复杂,可通过大量仿真计算获取出管速度的分布特性,得到对应不同指标的分布概率,相比其他几种方法,计算结果更加科学、合理。工程型号应用时,可根据实际需要组合使用上述方法进行发射载体出管速度偏差预估分析。     

多点静压落差法在风洞稳速压控制系统中的分析与应用

先介绍了两种测量风洞稳速压控制系统风速反馈值的常用方式-单点风速测量法和多点静压落差法,并对其特点和应用场合进行了分析;然后对多点静压落差法进行数学建模,给出了静压落差与风洞试验段中心点风速的关系;最后用一个工程实例说明此方法在实际风洞设计中的应用。     

基于BP神经网络的GNSS-R海面风速反演

针对GNSS-R进行海面风速反演过程中时频域相关物理量较多，数据耦合性强等问题，提出了基于反向传播（BP）神经网络反演海面风速的方法。建立反演过程中相关观测量与风速的对应关系，选取多观测量作为输入，对输入数据进行处理，设置神经元与激励函数，使用BP神经网络自适应调整拟合参数，将风速作为神经网络输出端的特征量提取。反演结果，风速≤ 20 m/s时，反演均方根误差RMSE=1.21 m/s，风速>20 m/s时反演均方根误差RMSE=2.54 m/s，反演结果优于使用时延相关曲线前沿斜率（LES）和时延多普勒相关功率均值（DDMA）方法得到的反演结果，且迭代次数较少，复杂度较低，证明该方法可以应用于GNSS-R海面风速反演。     

空气流速和自热效应对湿度传感器测量准确度的影响

通过对多种典型型号湿度传感器在不同空气流速条件下对同一相对湿度测量结果的变化的实验研究,得出了0～1.5 m/s流速范围内湿度传感器的示值随流速的变化趋势,即示值随流速增大而增大,总变化量最大达2%RH以上,且变化主要发生0.5 m/s以下的低流速情况下,同时传感器表面温度随流速增大而降低,两者变化趋势相互吻合。进一步分析表明,上述现象是湿度传感器的自热效应和空气与传感器之间的对流换热效应共同作用的结果,它给湿度传感器的测量结果带来新增不确定度。     

影响航空安全的“隐形杀手”——低空风切变

目前，国际航空和气象界均已公认低空风切变（通常指近地面600米高度以下空气层中风向风速突然变化的现象）是飞机起飞和进近着陆阶段的危险因素，常规的探测手段无法探测到低空风切变内部细微的结构，因此，低空风切变已经成为影响航空安全的“隐形杀手”。[第一段]     

最大标准差和最大变异系数方法

本文提出的最大标准差方法和最大变异系数方法,能充分利用以往数据和经验提供的信息,大大减少了试件个数。与国际上常用的单侧容限系数法相比,可节省大量试件;而在试件个数相同的情况下,则可得到更接近母体百分位值的置信下限(如安全寿命或安全疲劳极限等)。     

考虑尾流效应的风力机组输出功率和疲劳性能模拟

上游风力机旋转引起的尾流效应会对下游风力机的输出功率和疲劳特性产生显著影响。本文选用美国国家可再生能源实验室开发的FAST.Farm开源程序,基于准稳态条件下雷诺平均Navier-Stokes薄剪力层近似解,研究了不同布局情况下处于尾流场风力机的功率特性和疲劳性能。结果表明,尾流场中平均风速与湍流强度的变化规律不一致。尾流场中风力机的输出功率与风速变化相对应,随着距离增加呈现单调增长的趋势。参考乌鲁木齐和西宁两地的实测风速概率分布曲线,确定了叶根和塔底位置的疲劳寿命。叶片在低风速区间,风速损失对疲劳性能的影响程度相比于湍流强度的影响更为明显。因此,对于水平面内不同布局,处于尾流场中的风力机的叶片疲劳性能有一定程度的改善,但在（X=4.0D,Y=0D）位置处疲劳寿命出现明显缩短。相比于叶片而言,水平面内不同位置（除Y=1.5D平面外）,塔底疲劳寿命均存在不同程度的衰减。上述结论可为大型风电场布局设计和优化布置提供理论依据和设计参考。     

用热敏电阻测量气流速度的研究

提出了一种用球形热敏电阻测量气流速度的方法。从加有恒定电流的热敏电阻在气流中的流动换热基本方程出发,建立了热敏电阻恒流式风速测量的理论模型。由风速标定实验研究,获得了热敏电阻的实际风速标定公式。实验结果表明,该方法可用于流速范围为（０．１～２．５）ｍ／ｓ,气流温度范围为（２９３．１～３０２．１）Ｋ的低速气流的速度测量,测量误差为±５％。该方法有体积小、流场干扰小、结构简单等优点,适合于多点布置进行空间低速气流速度分布的测量。