稳定层结条件下非线性相似函数对蒸发波导模型的改进
计算网格下的高性能MODIS蒸散发反演研究
计算网格下的高性能MODIS蒸散发反演研究第44卷第10期2010年1O月西安交通大学JOURNALOFXIANJIAOTONGUNIVERSITYV01.44NolOOct.2010计算网格下的高性能MODIS蒸散发反演研究李建勋.,解建仓,(1.西安理工大学水资源研究所,710048,西安;陈田庆,陈小龙2.西安理工大学信息管理系,710048,西安)摘要:针对MODIS蒸散发反演运算效率不高的问题,提出一种基于计算网格技术的并行处理方法,以提高水文预报的精度和时效.通过给出原子的形式化定义,将蒸散发反演算法拆分为可在网格上调度执行的原子;建立标准化的参数引用关系和编排机制,形成基于地球表面能量平衡原理的反演作业图;根据作业拓扑结构和节点状况,以细粒度方式加以调度.实验表明,该方法具有良好的高性能特征,反演速度快,稳定,并可合理地利用计算力资源.关键词:计算网格;MODIS;蒸散发反演中图分类号:TP311文献标志码:A文章编号:0253—987X(2010)10—0036—06 AnApproachforMODISEVap0transpirati0nInversionwith HighPerformanceBasedonComputationalGridLIJianxun,XIEJiancang,CHENTianqing,CHENXiaolong(1.WaterResourcesResearchInstitute,XianUniversityofTechnology,Xian710048,China;2.DepartmentofInformationManagement,XianUniversityofTechnology,Xi811710048, China)Abstract:AccordingtotheinefficiencyofMODISevapotranspirationinversion,aparallelpr o—cessingmethodisproposedbasedoncomputationalgridtoimprovetheaccuracyandtimeline ssofhydrologicalforecasting.Aformaldefinitionofatomisgiven,andthentheMODISevapotran spi—rationinversionalgorithmissplitintoatomsthatcanbescheduledandexecutedongrid.Stand —ardrelationsandarrangementmechanismofparametersareestablishedandtheinversiontask graphisconstructedbasedontheprincipleoftheearth'Ssurfaceenergybalance.Theschedule ofthetaskismadebyparticleswithsmallsize,tasktopologicalstructureandnodestate.Experi—mentalresultsshowthatthealgorithmhasgoodcharacteristicsofhigh—performance,fastandsta—bleinversion,andreasonableuseofnodecomputingresources.Keywords:computationalgrid;moderate—resolutionimagingspectroradiometer;eV apotranspira—tioninversion目前在MODIS(Moderate—ResolutionImagingSpectroradiometer)的蒸散发反演上,学者们已提出了多种方法模型,Ahmad等l1]和Zhang等[2_分别采用SEBAL模型和基于土壤网格的水平衡模型,将M()DIS数据进行整合,实现了蒸散发的简单计算.Nishida等[3]通过对植被指数和地表辐射温度的标准化,提出了一种MODIS蒸散发指数的估计方法.文献[4]采用气动表面阻力能量平衡模型和Pen—man-Monteith方程,实现了基于叶面积指数的蒸散发数据有效获取.采用Cleugh等的方法,Mu等嘲给出了全球遥感蒸散发数据的可行性计算方案.Yu等使用MODIS影像,根据地球表面的能量平衡原理,在热通量计算的基础上给出蒸散发反演方法.Pamela等将MODIS植被指数和气象数据进行有效结合,提高了河岸蒸散发指数的预报精度.纵观现有MODIS蒸散发反演算法,其主要特点收稿日期:2010—01—15.作者简介:李建勋(1977一),男,在职博士生,讲师.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50279041);国家高技术研究发展计划资助项目(2006AA01A126).第10期李建勋,等:计算网格下的高性能MODIS蒸散发反演研究在于:①主要以系统化模型为主,有较强的理论支撑;②大多采用MODIS已有的不同级别产品来实现,如植被指数,叶面积指数等,避免了对影像数据的预处理耗时;③众多方案能够实现与气象数据,土壤实测数据,区域环境数据的结合,提高了蒸散发反演结果的精度.但是,现有算法处理一组MODIS蒸散发数据通常需要几个小时,过低的运算效率和巨大的数据量制约了MODIS影像数据的实时应用,因此水利行业急需一个高性能的MODIS蒸散发反演方法,以提高水文预报的精度和时效.近年来,计算网格研究的深入为分布式协同解决复杂科学与工程问题提供了便捷,有效的途径l8j.如果将MODIS蒸散发反演算法移植到计算网格上来,则能够更加合理地利用系统内部的计算资源,依靠网格的分布式计算能力实现影像数据的高效处理,提高产品数据的实时性和实用性.但是,在现有计算网格中,计算作业通常是一个能够在网格节点上独立运行并产生业务成果的最小应用单元,作业整体粒度过大,并行化逻辑不强,因而并不能够体现M()DIS蒸散发处理作业中可并行化的逻辑结构,也无法实现作业的细粒度高效运行.本文提出一种面向水利业务逻辑并具有一定独立性,可扩展性或可复用性的算法结构单元(称为原子操作,简称原子), 根据MODIS蒸散发反演算法结构的特点,把处理作业按照其内在算法模型进行拆分,以更小的粒度方式和算法结构表现作业本体,并将原子编排为可在网格中得以运行的作业,使得原子编排模式中的并行部分可以按照用户既定目标在网格调度中得以优化,进一步提高了MODIS蒸散发反演效率.1计算模型原子化1.1原子形式化定义定义(原子)M()DIS蒸散发反演系统中的每个原子定义一个四元组A一(P,,PFM..,P),其中:输入参数P和输出参数P,均通过原子参数类型K来构建,是有限个K子集的笛卡尔积,K是对系统所需的Bean或结构体的抽象表述,由集合{S}给定,S=(IDs,F,FFI.,F…)是一个参数基本类型定义,它规范了系统内可使用的原子参数的类型,数量以及存储,访问,序列化方法;Fi.是MODIS蒸散发反演各算法环节中输人参数到输出参数的消息映射,对应于一段并行算法逻辑,它负责将输人数据进行处理并将其按照规范化格式进行输出,以实现对影像信息的处理,并且原子参数也可以通过标准化的定义在原子间进行传递,从而能够通过多个原子快速地搭建一个复杂的业务应用,即MODIS蒸散发反演作业;P代表原子的属性值集合,为计算网格的并行化调度提供重要的信息参考, 以便于提高原子操作在调度过程中的处理效率,通常P一{IDa,N.,Nm~xrrrorN,N—r,..},其中,IDa∈ID是为每个原子操作分配一个唯一的UUID (UniversallyUniqueIdentifier)号,它是该原子的标识,具有唯一性,N….和N…分别是处理系统给该原子限定的最大出错数和超时限制,兼容对各节点中外部操作的影响,确保MODIS蒸散发反演系统在有限次数内正常的运转,N.是由计算网格调度中心估计的原子运行时间代价,是初始的调度依据.1.2MoDlS反演作业图(MTG)在一个给定的M0DIS蒸散发反演系统中,原子的数量虽然可以在系统扩展时予以扩充,但总体是有限的,可以使用Q表述系统中所有原子的集合.M()DIS蒸散发反演作业采用GM一(T,F)来描述.GMT基于DAG(DirectedAcyclicGraph)建立,其中丁是Q的一个非空子集,是作业中可调用的原子的集合;F:卜T是按照原子之间的标准化参数引用方式建立的一个有向流关系,并且dom(F)Vcod (F)一T,即在丁中不存在孤立的没有流关系的原子.MTG图的等价二元谓词形式化表示为(T≠(2『)八(F∈T×T)八(dora(F)Vcod(F)一丁),也可以看作是一个有向图,在该图中丁可以看作是图中的点集,而F可以看作是图中的边集.这样,将复杂的MODIS蒸散发反演过程按照原子化的思想,经过拆分和再次组合形成了一个在计算网格上运行的细粒度模型,从而可在高性能计算力的基础上提高MODIS蒸散发反演作业的执行效率.2计算网格下的MODIS反演模型2.1参数类型标准化及反演数据源在MODIS蒸散发反演过程中,由于影像分析过程主要是在像素与成果数据之间进行的运算,因而MODIS反演模型中将主要包含3个基本类型定义:①I一cRGB,用于描述像素,以6位十六进制方式存储来自成果影像中的影像的红绿蓝三分量值;②I联一L,用以描述色阶,通过2个线性列表存储不同CRG与实际成果数据之间的对应关系,根据L 可以快速地通过插值方式计算出某一像素所对应的指数值;③I3一double用以存储各种中间结果和http://VCVfV~西安交通大学第44卷关键数据,如土壤热通量,经纬度值等.据此,原子参数类型K便可被定义为集合{I,I联,ID},亦即{Cc,L,double).在系统服务时,各基本类型定义的F…和映射主要依靠数据结构实现,而F和F;…l则采用类似WebServices方式进行序列化和反序列化,且序列化后的字符串可以通过SOAP(SimpleObjectAccessProtoco1)表转化协议在不同网格节点之间传递.另外在K中,MODIS蒸散发反演作业将主要依据二,三级MODIS数据产品成果来完成,其数据资源分别由MOD09,MOD11,MOD133个投影方式相同的成果产品构成,分别代表地表反射(SR),地表温度(LST)和植被指数(NDVI),存储方式均为同经纬度幅度的位图.为了便于在网格上进行运算操作,3种数据源均从不同等级的瓦片金字塔中提取,其计算原子分别命名为A,A.,A..2.2反演原子构建网格下的MODIS反演模型主要依靠地球表面的能量平衡原理,即地球表面所获得的净辐射能等于土壤热通量,感热通量和潜热通量之和R一Go+H+,tE(1)式中:R为净辐射通量;为土壤热通量;H为感热通量;￡为潜热通量(蒸发蒸腾所用能量).若采用原子化的思想对R,G¨,H三个分量建立一系列原子模型,则能在原子中通过高性能计算确定地表物理数,热传导粗糙度,边界尺度等参量,并形成蒸散发反演作业图.下面给出SEBS[9]模型的原子设定方案.(1)净辐射通量原子A.净辐射通量R是指地表短波和长波辐射的收入与支出的差值,A.P为参考高度温度T以及MOD09,MOD11数据,A. P,为测算点的净辐射通量尺,A.P.N.一3,A4.P.NT.t一8ms,A1.P.NexpireTi一40ms,A.FA.是地表反射率和地表温度到净辐射通量R的映射.(1一SR(1Z))R十9.2×10(T+273.15)0丁—80"(LST(ZZ))(2)式中:R州为下行太阳辐射;e为地表比辐射率;为斯蒂芬一玻尔兹曼常数;算子SR(?)和LST(?)分别用来从M()DO9和MOD11成果影像中提取地表反射率和地表温度;z,z,为测算点所在的经纬度. (2)土壤热通量子A.土壤热通量是指被地表吸收和释放到空气中的那部分辐射能量,As.P为M()D13数据和A.PA.P为测算点的土壤热通量(,A5.P.NxEN一3,As.P.NT一3ms,A5.P.N…一20ms,A5.FAcfIo是植被指数和叶面积指数到土壤热通量G【)的映射. Go—RoL+(1一NDVI(1,Z.))(一)J(3)在地表全部被植被覆盖时,—O.05,而对于裸土,一0.315,算子NDVI(?)用来从M()D13成果影像中提取植被指数,以参数植被覆盖率方式来描述植被的不同覆盖程度.感热通量的计算十分复杂,其运算过程中不仅有MODIS数据源的参与,而且还包含了部分气象数据的处理过程,需要依靠以下非线性方程组的求解来完成"一"[1n(h/z0一d0/.)～](h/L—d./L)+gt,n(/L)~/klLST(I.,z.)一+HEln(h/z.^一d./.^)一}(h/L—d./L)4-(z/L)~/(kupCp)lL一一p"/(kgH)J(4)式中:摩擦速度U===(To/p);奥布霍夫长度L,感热通量H均为未知量,需要在计算过程中联立求解,最终确定H;已知量有距地表的高度h,空气密度P,vonKarman常数k=0.4,零平面位移高度d,参考高度温度,重力加速度g,近地表虚位温,这些常量或基本参量在设计原子的时候可以大部分固化在Fi.内部;待确定的参量有动量传输粗糙度.,热传导相对粗糙度动量和显热传输稳定度订正函数和.参量是运算过程的中间量,并不能作为输出结果.鉴于感热通量的计算复杂性, 本文采用3个原子来实现,它们分别是热传导相对粗糙度原子,稳定度订正函数和原子,遗传算法原子.(3)热传导相对粗糙度原子A.热传导相对粗糙度是计算,和的关键参量,As.Pt为MOD13数据和周围环境的压力P,温度T,参考高度h;A6.P()为n,A6.P.NxE…N一5,A6.P.NT...1—15ms,A6.P.NxI】一一100ms,A6.F.是植被指数以及周围环境信息到总体热输送系数的映射.l36^/exp("+kB7f--4--)(5)一rrI●lC(^)/…第lO期李建勋,等:计算网格下的高性能MODIS蒸散发反演研究式中:厂=NDVI(1,l.);=(1一NDVI(1,z.));u(h)为植被冠层顶端的垂向风速;Cd一0.2;Cf的取值范围介于0.005N~0.0075N之间(N为参与热传导的植被叶面数);土壤热传导系数经引入土壤热传导系数和空气动力粘滞系数,并多次仿真实验模拟后,确定为1.793×10(^")?iT-∞?P.另外,根据植被株高信息,可利用近似公式d.一0.667h和0一0.136h来求解do和zo.(4)动量和感热通量稳定度订正函数原子A.,的求解采用一个可复用原子,A.P.为参考高度h和订正函数类型T(丁取值为1或一1,分别表示求解和);A.P()为,:A.P.,,,xErrorN一5,A7.P.NT.t一96ms,A7.P.N订i一400ms,A.FM_nn根据取值做不同的订正函数映射.()一胁一(+1)一(Ty]㈣式中:一一(h一0.057)/L;常数项一1.0,"===0.78;订正函数的求解采用蒙特卡罗法.(5)遗传算法原子A.遗传算法原子用于求解式(4),A8.PI为A6.P(),A8.P()为H,A8.P.NxEN一5,A8.P.NI,….t一452ms,A8.P.NTi一2000ms,种群数量M设定为2O000.目标函数定义为n(M,H,L)一l"一"Eln(h/z.一do/0)一(h/L—d/L)+(.,/L)]/走l(7)在给定精度要求一1×10一的情况下,式(4)转化为一个函数优化问题ruing2(",H,L),s.t.",H,L∈R,它满足一一0,其解向量X=== (,,)一(":,H,L)∈R.As.F.主要包含遗传编码,适应度函数,选择算子,交叉算子,变异算子5部分内容.遗传编码采用浮点数编码,编码结果为C—max(")("/2一1);适应度函数为F=fL+p":/(坛H)f,使得遗传过程趋向于获得高精确度的L值,减少对H的影响;选择算子定义为P=(/∑+OH/∑H)/2,若在研究区域靠近沿海或夏季则0—1,否则取一l,其中H/H的目的是在选择过程中尽可能适应研究区域的气象环境,以获得最为贴切的感热通量值;交叉算子采用多点交叉算法,依靠其较强的破坏性促进解空间搜索,避免过早收敛,增强搜索健壮性;变一/',异算子为X一x±△,其中△一∑,一1,…,3,以()以概率1/r取值1,以1—1/r的概率取值0,r 为区间I-lo,l8]内的随机整数.(6)日蒸散发量统计原子A.根据文献[1O],若将24小时内的蒸散发量加以统计整理,则可以获得测算点的日蒸散发量.A..P为A.PA.Po和A8.PA9.P()为ET.l,A9.P.NxFN一3,A9.P."一一1ms,A9.P.N一5ms,A9.F^为24p1F_lv一8.64×10A,A:百(8)0A/O~,』lI2.3反演作业及其调度机制如图1所示,MODIS蒸散发反演作业在调度时,首先由调度中心按照MTG的拓扑结构计算作业中各原子的前提集P,若某原子A的P为空或P 内均为已完成原子,则将A标识为可执行原子,在同等条件下处于MTG关键路径上的原子优先被调度执行;然后分析网格中可使用节点的计算力,判断节点的系统指标是否在容许原子执行的范围之内, 指标评价方法使用多元线性回归拟合的方程来实现;其后将各原子分配到节点,依照线程方式进行执行,确保各节点用户的自治任务不会直接影响到原子的执行,执行时按照前驱,后继关系将所需的输人参数数据经过F…传递给原子的P接口,并将执行结果氏返回到调度中心;最后,当网格中任一原子执行完成后,自动触发调度中心的再次运行, 由调度中心继续执行该作业的轮询调度工作,直到所有原子均已被执行成功则作业执行结束,其结果通过F..向作业的提交者进行反馈.若在调度过程中,某原子执行在时间范围～一内超时而并未返回,则记录该原子执行失败一次,当失败次数达到f\『…上限时,该作业被认定执行失败.通常这种失败是由于节点用户频繁下线或执行大量自治任MOD9数据A二[LST(?)'...一fIh厂r1日蒸散发量图1MODIS蒸散发反演作业图墨西安交通大学第44卷务所导致的,为了进一步确保网格对MODIS反演的安全性和稳定性,可以在调度中定义惩罚系数和复活机制而迫使稳定性不高的节点逐渐退出计算服务,同时保证新接入节点的运行以及性能完善后节点的再次正常启用.3MODIS蒸散发反演结果与分析3.1实验环境为了验证本文提出的基于计算网格的高性能M()DIS蒸散发反演方案,在国家"863计划"项目"面向水利信息化的高性能计算与网格应用"中以渭河流域水文预报为应用方向,采用中国国家网格CNGrid的GOS作为系统环境l】,重点对魏家堡, 咸阳,临潼,华县4个水文测站流域区域进行蒸散发反演.在实验中,采用512×512像素瓦片,分辨率1000m(经影像金字塔处理后)的MOD9,M()D11, MOD13产品作为数据源,4测站覆盖瓦片286个,像素点146432个,采样后用于反演作业共计13560个,作业在单机上执行的平均耗时(ATCSM) 为1135ms,节点编号为r/～3.2反演高性能特征分析(1)反演速度分析.经过对MODIS蒸散发反演作业图的分析,其关键路径为a一n一n一.,依据关键路径计算得作业最小耗时为574ms(不计网络通信耗时).将单个作业调度到网格中执行后调度结呆力ia3斗2,a2斗3,al12,a74},{a6,23'a5----~//2,n4一n12},{a8一2),{a9一"3},仅使用了网格中的",.,,和共4个节点,总体耗时为598ms,略高于关键路径作业最小耗时.若在网格各节点无其他负载的条件下同时执行13506个作业,由于计算网格对多个作业和原子均实行并行化处理, 因而反演速度大大提高,此时平均耗时(Average TimeCostonGrid,A TCG)仅为152ms,加速比R (R—ATCSM/A TCG)为7.47,13560个作业的总体耗时(TTCG)为34min,而单机运算时则需要花费257min.可见计算网格下的反演效率要远高于单机执行,这为以小时为单位的短期水文预报以及高精度在线水文预报服务奠定了良好的基础.另外, 当网格节点中存在有自治任务时,平均预报耗时将由于节点上自治任务负载的影响而逐步变大,如图2所示,各节点平均自治任务负载率(ATLR)达到72时ATCG才等价于A TCSM,而在单机系统负载率达70时反演作业的执行将十分缓慢,有时甚至无法正常执行.图2ATIR对ATCG的影响(2)反演稳定性分析.在网格系统自治任务负载率ATLR达到65时,13560个作业平均耗时为680ms,其原子运行超时总数为328个,原子失败总数为49个,作业失败总数为0个.当ATLR达到75时,则作业平均耗时为1353ms,其原子运行超时总数为474个,原子失败总数为103个,作业失败总数为0个.若在系统中将节点,.等更换为性能低下的节点,则当ATLR达到65时,作业平均耗时722ms,原子运行超时总数为365个,原子失败总数为70个,作业失败总数为0个,各原子被执行次数如表1所示,表中数据采用"超时次数/出错次数"方式来表示.由此可见,若计算网格中自治任务负载率不高时,部分节点性能的降低对蒸散发反演耗时和系统的稳定程度影响甚小,这是由于调度中的惩罚机制自动地避免了性能较低节点的使用,保证了系统的高效运转.但是,如果ATLR过高,则对MODIS蒸散发反演服务的稳定性影响较大,因此运行时应保证ATLR在7O以下.(3)资源利用度为了确保MODIS蒸散发反演服务能够有效的利用计算网格中各节点的计算力资表1MODIS蒸散发反演原子运行稳定性对比注:表中数据采用"超时次数/出错次数"方式来表示第10期李建勋,等:计算网格下的高性能MODIS蒸散发反演研究图3ATLR对TIR的影响tlonmdcesandmeeomlog.cadaaLJj?Kenmeens—ingofEnvironment,2005,94:17—30.4总结究本文在计算网格环境下,提出了原子化思想,通GUIXiaolin,QIANDepei.Gridcomputingprototype过作业编排将MODIS蒸散发反演放置在网格上加basedonmternLJ?J0umalofXi'anJiaotongUni-以执行,并探讨了网格环境下的反演速度,反演稳定一一iy,20o,.(o):O08一.¨-性资源利用度问题,为高精度的水文预报在线服[9SUiZ.三rurbfaculeeenthnergybflualancesyseHvdm(三务奠定了一定的技术基础.下一步的研究工作主要EarthsystemSciences,2002,6(1)L:J8J5-一9191.在以下_一个方面:①在容错机制上,将同一原子放置r1o]CHENYH,LIXB,JtNGGF.eta1.Anestimation到多个节点上实施多份原子同时执行,保证原子被modelfodailyegio1.,,potrapirafion[J].1ntem一正确执行并有结果反馈;②节点数量的提升必然降tionalJournalofRemotSensing,2003,24:199—205.低作业的执行耗时,但还需要进一步分析是否存在El1]杨华,朱骥,陆忠华,等.基于COS的国家网格集成一个阈值,当节点数量超过该阈值后耗时的改良将环境及应用实例开发[J].计算机应用研究,2007(2):不再显着变化;③网格中节点的性能对反演过程的196—198?影响程度也是值得再探讨的一个问题,这关系到反Y ANGHua,ZHUJi,LUZhonghua,etal?CNGrid演过程的稳定程度和系统资源的合理规划.mtegednv.menandppncanondevepm.m 参考文献:b."G0s[J].Applicai."ReSearch.ofCom,pue[1]AHMADM,BI(sT,TURRAIH,eta1.App1ica一2007(2):196—198?(编辑武红江) http:。
水平非均匀性蒸发波导诊断及其对雷达探测的影响
水平非均匀性蒸发波导诊断及其对雷达探测的影响王本洪;焦林【摘要】蒸发波导是发生在海气边界层的一种异常折射现象,因为其分布广、发生概率大,所以被认为是对海上电子装备影响最为显著的波导类型.然而由于其形成机制复杂,且在近岸地区存在水平不均匀性,使得目前非均匀蒸发波导的诊断及其应用还未能落实到实际工作中.针对这一现状,首先利用G L Geernaert的方法修正了Monin-Obukhov相似理论,将其扩展到海洋大气表面边界层不均匀条件下:其次在Babin模式的基础上引入张强普适函数的非线性修正因子与阵性风速,从而将蒸发波导诊断模式的适用范围拓展到近海沿岸地区和甚低风速条件下.并在此基础上研究了蒸发波导水平非均匀性对雷达探测的影响,得到了水平非均匀蒸发波导能够改变均匀波导环境下雷达的探测距离及其盲区的分布.【期刊名称】《海洋技术》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】5页(P66-70)【关键词】水平非均匀性;蒸发波导;诊断;雷达探测【作者】王本洪;焦林【作者单位】海军参谋部航海保证局,北京100841;海军大连舰艇学院军事海洋与测绘系,辽宁大连116018【正文语种】中文【中图分类】P79大气波导是对流层大气中的一种异常折射（极端超折射）结构，它能够改变电磁波的正常传播特性，使得电磁波在波导层中传播损耗减小，传播距离增大，因而大气波导能够使雷达实现超视距探测[1]。
蒸发波导是发生在海面上的一种波导类型，主要是由于海水蒸发引起湿度锐减造成的。
近海沿岸地区由于海陆分布的不均，常常会造成波导的近岸效应，有时我们称之为波导的水平非均匀性[2]。
Zhu等[3]提出了造成近岸大气波导水平不均匀性的6大因素：海岸地形、海面温度、海陆温差、海岸地貌高度、环境风和中尺度海陆风。
K D Anderson等[4]通过实验研究了蒸发波导条件下电波超视距传播特性。
张金鹏等[5]采用雷达海杂波方法对蒸发波导非均匀进行了描述；郭凯凯等[6]研究了基于水平非均匀蒸发波导的电波传播非互易性；庞佳玮等[7]分析了蒸发波导高度水平非均匀性对路径损耗的影响；董道广等[8]建立了基于优化滤波的水平非均匀蒸发波导反演算法。
蒸发波导模型概述
蒸发波导模型概述ESR Jinadasa;田斌;郭鹏【摘要】蒸发波导是在海上低空环境中发生概率最高的一种大气波导,可有效利用蒸发波导传播条件使雷达实现远距离目标探测.本文分析了海上大气波导的形成条件,阐述了蒸发波导模型提出的重要意义.综述了几种典型的蒸发波导模型研究应用状况.最后,展望了未来的研究工作方向.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2018(038)010【总页数】4页(P13-15,18)【关键词】蒸发波导;模型;应用状况【作者】ESR Jinadasa;田斌;郭鹏【作者单位】海军工程大学,武汉 430033;海军工程大学,武汉 430033;海军工程大学,武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】O436大气波导是一种可以使电磁波产生超折射的环境现象，它可以使部分电磁波陷获在波导层内，形成超视距传播，从而增加无线电系统的作用距离，实现超视距探测。
蒸发波导是海上发生概率最高的一种大气波导，其成因主要是海水蒸发使得空气中的相对湿度随着高度的增加剧烈下降，从而导致大气折射率垂直分布满足一定的形式所致。
该波导具有稳定性较好、持续时间较长，在水平方向上的延伸距离远等特点，垂直高度一般在40 m以内。
由于大多数舰载微波雷达的天线架设高度较低，正好位于蒸发波导的有效高度范围内，因此可有效利用蒸发波导传播条件进行远距离目标探测。
在海洋上，蒸发波导对雷达等电子装备的影响显著，能准确评估大气环境对敌我双方电子系统的影响，对作战实施人员进行战略部署以及掌握战场制电磁权显得极为重要，鉴于此，各军事强国均在该领域进行了较为深入的研究。
低空大气波导对电波传播和探测通信系统等具有重要影响，研究大气波导环境具有重要的现实意义。
无线电波在真空中传播的速度约为3×108 m/s，传播轨迹为直线，不过在实际媒质中，这两种特性将发生一定的变化，电磁波的速度会减小，当电磁波以一定的角度从传播速度较慢的介质到达传播速度较快的介质交界面时，传播方向将不再保持原来的方向，而是偏向慢速介质一方。
蒸发波导伪折射率模型特性
Ｓｕ ｎ ｔ ｔ ｄｙ ｏ ｈｅ Ｃｈａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｆ Ｐｓ ｕ ｏ Ｒｅ ｒ ｃ ｉ ｉ ｙ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔｃ ｏ ｅ ｄ — ｆ ａ ｔ ｖ ｔ
Ｅｖａ ｒ ｉ ｕｃ ｏ ｌ ｐｏ ａｔｏｎ Ｄ ｔ Ｍ ｄｅ
ｒ ｆ ａ ｔｖｔ ｏ ｌ ｗ ｈ ｃ ａ ｒ ｐｏ ｅ ｙ Ｌｉ ｅ ｒ ｃ ｉ ｉｙ ｍ ｄｅ ， ｉｈ ｗ ｓ ｐ ｏ ｓ ｄ ｂ ｕ Ｃｈｅ ｎｇ－ ｕｏ ａ ｄ ｉ ｉ ｅ ｙ ｕｓ ｄ ｉ ｕｒｃ ｎｔ ｙ，ｉ ｎａ ｙ ｅ ｇ ｎ ｓｗ ｄ ｌ ｅ ｎ ｏ ｏｕ ｒ ｓａ ｌ ｚ ｄ ｂｙ
Ｖｏ＿ ３ ， ． ２ Ｉ ５ Ｎｏ １
Ｄｅ ２ １ ｃ， ０ ０
火 力 与 指 挥 控 制
Ｆｒ ｉｅＣｏｎｒ ｌ＆ Ｃｏｍｍａ ｄＣｏ ｒ ｌ ｔｏ ｎ ｎｔｏ
第 ３ ５卷 第 ｌ 期 ２ ２１ ０ ０年 １ ２月
文 章编 号 ： ０ ２０ ４ （ ０ ０ １ — ０ ３０ １０ —６０ ２ １ ）２０ ７ —３
ｕ ｉ ｈ ｄ ｆｅ ｅ ｒ ｃ ｉ ｉｙ ｐｒ ｆｌ ｓ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｉ ｘ ｒｍｅ ｔ ｒｎｇ ｒ ｃ ｎｔ ｙ ａ ｓ Ｔｈ ｏ ｌ ｓｏ ｏ ｌ ｓｎｇ ｔ ｅ ｍｏ ｉｉｄ ｒ ｆａ ｔｖ ｔ ｏ ｉ ａ ｕ ｅ ｎ ｅ ｐｅ ｉ ｎ ｓ ｄｕ ｉ ｅ ｅ ｅ ｒ ． ｅ ｃ ｎｃ ｕ ｉ ｎ ｃ ｕ ｄ ｅ ｏ ｆ ｒ ｓ ｍｅ ｈｅｐ ｆ ｒｐｓ ｕ — ｅ ｒ ｃ ｉ ｉｙ ｍｏ ｌｃ ｆ ｅ ｏ ｌ ｏ ｅ ｄｏ ｒ ｆ ａ ｔｖ ｔ ｄｅ ｏｍｐ ｅ ｎ ｉ ｎ，ｉ ｒ ｈｅ ｓ ｏ ｍｐｒ ｖ ｍｅ ｔ ｔ ． ｏ ｅ ｎ ，ｅ ｃ Ｋｅ ｒ ｓ： ａ ｒｅ ｇ ｎｅ ｒｎ ｅ ａ ｒ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄ ｒ ｄａ ｎ ｉ ｅ ｉ ｇ， ｖ ｐｏ ａ ｉ ｎ ｄｕｃ ， ｅ ｔ ｐｓ ｕｄｏ ｒ ｆａ ｔｖ ｔ ｏ ｌ ｍ ｏ ｉｉｄ ｒ ｆ ａ ｔｖｉｙ — ｅ ｒ ｃ ｉ ｉｙ ｍ ｄｅ ， ｄ ｆｅ ｅ ｒ ｃ ｉ ｔ
基于PETOOL的大气波导环境下舰艇通信电波传播仿真分析
基于PETOOL的大气波导环境下舰艇通信电波传播仿真分析任重;李天伟;张海勇【摘要】针对面向大气波导环境下的舰艇超视距大容量通信以及通信盲区、通信隐蔽性研究需求,在分析大气波导抛物方程模型的基础上,利用首次同时实现单向和双向抛物方程算法的PETOOL仿真工具,对海上大气波导条件下舰艇通信电波传播的天线高度、频率等影响因素进行仿真研究,仿真结果可为设计海上大容量超视距通信系统和科学运用舰艇通信设备提供参考依据.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2019(042)007【总页数】4页(P11-14)【关键词】PETOOL;大气波导;舰艇通信;电波传播;传播仿真;影响分析【作者】任重;李天伟;张海勇【作者单位】海军大连舰艇学院,辽宁大连 116018;海军大连舰艇学院,辽宁大连116018;海军大连舰艇学院,辽宁大连 116018【正文语种】中文【中图分类】TN911-340 引言大气波导是由低层大气的折射率指数快速减小造成的，由于快速变化的折射率，传播的信号可能会被折射回表面并且陷获在海面和大气波导层之间。
相比标准大气，大气波导的陷获效果能在很大程度上使接收的功率增强并且使信号实现超视距传播。
因此，大气波导可以作为一种超视距通信的媒介，同时也可以看作是波导信道。
大气波导信道的存在，使得海上舰艇不借助中继节点实现超视距大容量高速信息传输成为可能，也带来了舰艇通信电磁隐蔽性、通信盲区等问题，对其进行研究具有重要的理论和应用价值。
对于大气波导信道的研究主要集中在大气波导电波传播方面[1]。
抛物方程（Parabolic Equation，PE）方法[2]是波导传播模型中主要采用的技术，这主要是因为PE方法能够支持大气中复杂的边界条件和折射率曲线，同时能够估算路径损耗，这是射线跟踪类方法难以做到的，且用抛物方程法得到的结果经过了实验验证[3]，具有较强的可信性和说服力。
基于抛物方程法进行电波传播的预测和计算通常需要借助计算机实现，本文在分析抛物方程模型的基础上，采用首次同时实现单向和双向抛物方程算法的PETOOL 工具，对海上大气波导条件下不同天线高度、不同频率的舰艇通信电波传播情况进行仿真分析，仿真结果可为设计海上大容量超视距通信系统及科学运用舰艇通信系统提供参考依据。
《基于稳定节点的光滑有限元法求解具有透明边界条件的波散射问题》范文
《基于稳定节点的光滑有限元法求解具有透明边界条件的波散射问题》篇一一、引言波散射问题在物理学、工程学和许多其他领域中具有广泛的应用，如声学、电磁学和地震学等。
解决这类问题通常需要采用高效的数值方法。
光滑有限元法作为一种有效的数值计算方法，被广泛应用于各类波散射问题的求解。
本文将介绍一种基于稳定节点的光滑有限元法，用于求解具有透明边界条件的波散射问题，并探讨其高质量求解的可行性。
二、光滑有限元法的基本原理光滑有限元法是一种基于有限元法的数值计算方法，通过在每个节点上构造一个平滑的插值函数来逼近真实的解。
其基本思想是将复杂的波动问题转化为在有限个离散点上求解的问题，通过求解这些离散点的值来逼近真实的解。
三、稳定节点的引入为了进一步提高光滑有限元法的求解精度和稳定性，本文引入了稳定节点的概念。
稳定节点是指在波散射问题中，对波的传播和散射影响较大的节点。
通过在稳定节点上采用更精细的网格划分和更精确的插值函数，可以有效地提高求解的精度和稳定性。
四、具有透明边界条件的处理在求解具有透明边界条件的波散射问题时，需要对边界条件进行有效的处理。
本文采用了一种基于吸收边界条件的处理方法，即在边界处设置一种能够吸收向外传播的波的虚拟介质，从而避免波在边界处产生反射，保证求解的准确性。
五、算法实现与数值实验本文采用基于稳定节点的光滑有限元法对具有透明边界条件的波散射问题进行求解。
通过编写相应的程序代码，实现了算法的自动化求解。
同时，通过一系列的数值实验，验证了该算法在求解波散射问题时的准确性和高效性。
六、结果分析通过对数值实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 基于稳定节点的光滑有限元法在求解具有透明边界条件的波散射问题时，具有较高的求解精度和稳定性。
2. 通过在稳定节点上采用更精细的网格划分和更精确的插值函数，可以进一步提高求解的精度和稳定性。
3. 采用基于吸收边界条件的处理方法，可以有效地避免波在边界处产生反射，保证求解的准确性。
分布式SCS-CN_有效降雨修正模型建立及应用
第34卷第4期2023年7月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCE Vol.34,No.4Jul.2023DOI:10.14042/ki.32.1309.2023.04.008分布式SCS-CN 有效降雨修正模型建立及应用申红彬1,徐宗学2,曹㊀兵3,王海周1(1.华北水利水电大学河南省水圈与流域水安全重点实验室,河南郑州㊀450045;2.北京师范大学城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室,北京㊀100875;3.东营市水务局,山东东营㊀257091)摘要:为解决SCS-CN 模型改进后方程结构复杂的问题,基于SCS-CN 标准模型,经与SCS-CN 改进模型比较,引入有效降雨修正系数建立SCS-CN 有效降雨修正模型,并对城市低影响开发复杂区域综合考虑LID 设施蓄存容积对降雨径流的影响,构建基于水文响应单元的分布式SCS-CN 有效降雨修正模型,以北京双紫园小区为例开展降雨径流模拟与效果检验㊂分析SCS-CN 有效降雨修正模型,当对修正系数取值等于1.0时其等同于标准模型,当对修正系数取值小于1.0时其等效于改进模型;修正系数表征了径流系数随降水量增大而变化趋向稳定的极限值㊂模型应用结果表明,分别对渗透地表有效降雨修正系数取值等于1.0与小于1.0,两者对不同场次降雨径流深的计算值与实测值散点均位于45ʎ线附近㊁符合较好,确定性系数与Nash-Sutcliffe 效率系数值分别为0.91与0.83㊁0.92与0.91,后者效果优于前者,说明对渗透地表有效降雨修正系数取值小于1.0能够有效提高模拟效果㊂关键词:SCS-CN 模型;有效降雨;修正系数;分布式;低影响开发中图分类号:TV121.1㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2023)04-0553-09收稿日期:2022-12-28;网络出版日期:2023-05-24网络出版地址:https :ʊ /kcms2/detail /32.1309.P.20230523.1809.004.html基金项目:国家自然科学基金资助项目(52239003);城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室开放基金资助项目(HYD2019OF02)作者简介:申红彬(1981 ),男,河南安阳人,讲师,博士,主要从事水文学㊁河流动力学方面的研究工作㊂E-mail:hongbinshen 2012@ 随着城市化的快速发展,特别是低影响开发(Low Impact Development,LID)和海绵城市建设的稳步推进,地表下垫面种类日趋多样,LID 设施作用日渐突出,降雨径流规律更为复杂㊂如何对变化环境下城市的降雨径流过程进行模拟,是当今水文学,特别是城市水文学研究的重点与难点[1]㊂SCS-CN(Soil Conservation Service Curve Number)模型是美国农业部水土保持局于1954年开发研制的一款降雨径流模型[2],因结构简单㊁输入参数较少㊁对观测数据要求不高,在城市降雨径流模拟㊁流域水土保持等多个方面得到了广泛的应用,且特别适用于资料相对缺乏的地区㊂不过,在SCS-CN 模型的应用与发展过程中,如何对其进行改进与完善始终是研究的热点与难点问题㊂SCS-CN 模型形式较多,其标准模型的建立主要基于水量平衡方程以及2个基本假设:地表径流量与可能最大径流量的比例和累计入渗量与当时可能最大滞留量的比例相等;初损值与当时可能最大滞留量成比例关系㊂模型参数主要有当时可能最大滞留量(或曲线数)和初损系数,方程结构相对简单㊂对于SCS-CN 标准模型的改进主要包括:①模型参数的率定与修正㊂如考虑前期降雨㊁坡度等对当时可能最大滞留量(或曲线数)的影响,分析初损系数的变化范围与区域特征等[3-4]㊂②模型的分布式改进与应用㊂如以栅格为基本单元,建立分布式的SCS-CN 模型,并探讨模型参数的尺度效应[5-6]㊂③模型假设条件与内部结构的改进㊂如将累计入渗量分解为静态与动态下渗量,并引入前期土壤水分改进累计入渗量与当时可能最大滞留量的比例关系等[7-10]㊂其中,对SCS-CN 模型的分布式改进与应用是重要的发展方向,更适用于下垫面组成与产流规律复杂的流域㊂模型假设与内部结构的改进有助于进一步增强模型的理论基础,有效提高模型的精度,但往往会使模型参数增加,方程结构形式更趋复杂㊂因此,在SCS-CN 标准模型简单方程结构的基础上,如何通554㊀水科学进展第34卷㊀过引入修正系数即可实现模型改进,并建立相应的分布式模型,成为一个有待研究的问题㊂本文基于SCS-CN 标准模型,经与SCS-CN 改进模型比较,引入有效降雨修正系数,提出建立SCS-CN 有效降雨修正模型;对于城市LID 复杂区域,构建基于水文响应单元的分布式SCS-CN 有效降雨修正模型,以北京双紫园小区为例对其降雨径流过程进行模拟应用㊂1㊀模型建立1.1㊀SCS-CN 标准模型及其改进模型简介SCS-CN 标准模型以水量平衡方程为基础:P =I a +F +R(1)并结合2个基本假设:R P -I a =F S(2)I a =λS (3)联合式(1) 式(3)推导,可以得到地表径流深的计算公式如下:R =(P -I a )2P -I a +S =(P -λS )2P -λS +S (4)式中:P 为降水量,mm;I a 为初损量,mm;F 为累计下渗量,不包括I a ,mm;R 为地表径流深,mm;λ为初损系数,主要取决于地理与气候因子,取值范围为0.1~0.3,一般取均值为0.2;S 为当时可能最大滞留量,是累计下渗量的上限,mm㊂在λ=0.2条件下,由式(4)可知当时可能最大滞留量与降水量㊁径流深具有如下关系:S =5(P +2R -4R 2+5PR )(5)式(5)是利用降雨径流资料对当时可能最大滞留量的反推,最终取算术平均值㊂在实际计算中,由于当时可能最大滞留量数值变化范围很大,为便于取值,引入量纲一参数径流曲线数(CN),两者转换关系为S =25400N C -254(6)式中:N C 为CN 值,受到土壤类型㊁前期湿度㊁植被状况㊁坡度以及土地利用等因素影响,理论取值范围为0~100,实际变化范围为40~98㊂现有对于CN 值取值的主要步骤包括[11]:①根据土壤下渗或产流能力,进行水文组分类(分为A㊁B㊁C㊁D 4类);②结合土地利用类型㊁植被覆盖与水文状况(分为好㊁中㊁差3类)等,查SCS 手册选取CN 值;③考虑土壤前期湿润程度(AMC)影响,引入前期降水指数(API,至少前5d 累计降水量),分级(分为AMC Ⅰ级/干旱㊁AMC Ⅱ级/正常和AMC Ⅲ级/湿润)换算与取值;④考虑坡度影响,对CN 值进行坡度修正㊂不过,由于CN 值变化规律复杂,往往还需调整优化㊂SCS-CN 改进模型是在标准模型式(1)的基础上,进一步将累计下渗量分解为静态下渗量与动态下渗量[2,7-10],如图1所示,并将假设条件式(2)改写为:R P -I a -F c =F d S(7)F c =f c t (8)经过联合推导,可以得到地表径流深的计算公式如下:R =(P -I a -F c )2P -I a -F c +S =(P -λS -F c )2P -λS -F c +S(9)式中:F c 为静态下渗量,mm;F d 为动态下渗量,mm;f c 为静态下渗速率,mm/min;t 为产流后降雨历时,min㊂㊀第4期申红彬,等:分布式SCS-CN 有效降雨修正模型建立及应用555㊀图1㊀SCS 模型比例相等假设示意Fig.1Diagram of the proportionality hypothesis of the SCS model 1.2㊀SCS-CN 有效降雨修正模型的建立比较SCS-CN 标准模型式(4)与改进模型式(9),后者因引入静态下渗量参数而变得复杂㊂不过,从本质上来看,式(4)中的(P -I a )与式(9)中的(P -I a -F c )均可视为有效降雨,后者数值明显小于前者㊂因此,通过引入有效降雨修正系数,可以将两者统一表示如下:R =[κ(P -λS )]2κ(P -λS )+S (10)式中:κ=(P -λS -F c )/(P -λS ),为有效降雨修正系数㊂式(10)即为SCS-CN 有效降雨修正模型㊂其中,当κ=1.0时,式(10)为SCS-CN 标准模型式(4);当κ<1.0时,式(10)等效于SCS-CN 改进模型式(9)㊂基于SCS-CN 有效降雨修正模型式(10),经过推导,可以得到径流系数的变化方程:1α=P κ(P -λS )1+S κ(P -λS )[](11)式中:α为径流系数㊂根据式(11),当P ңɕ时,P /(P -λS )ң1㊁αңκ㊂因此,κ表征了径流系数随降水量增大而变化趋向稳定的极限值㊂实测资料表明[12],对于渗透地表,其径流系数随降水量增大而变化趋向稳定的极限值一般小于1.0㊂如设降雨产流后的平均降雨强度为Iᶄ,则可将式(10)中的κ表示为κ=P -λS -F c P -λS =Iᶄt -f c t Iᶄt =1.0-f c Iᶄ(12)式中:Iᶄ为降雨产流后的平均降雨强度,mm /min㊂对于不同场次降雨,为简化计算,对Iᶄ可取为不同场次降雨产流后平均降雨强度的平均值㊂对于均匀降雨过程,当降雨强度与下渗速率相等时,地表开始产流㊂以产流时刻为初始时刻,结合Hor-ton 土壤下渗模型,有:f =(f 0-f c )exp(-βt )+f c(13)S =ʏ+ɕ0(f 0-f c )exp(-βt )d t =1β(f 0-f c )(14)I =f 0(15)式中:f 为下渗速率,mm /min;f 0为产流开始时下渗速率,mm /min;β为变化速率,1/min;I 为均匀降雨强556㊀水科学进展第34卷㊀度,mm /min㊂考虑到产流时刻I =f 0,相应有:P -λS -F c =It -f c t =ββ+f c /S (P -λS )(16)将式(16)代入式(12),可以得到均匀降雨条件下κ的计算表达式为κ=ββ+f c /S (17)从式(17)可以看出,在均匀降雨条件下,κ主要与下垫面土壤的下渗特性参数有关㊂1.3㊀分布式SCS-CN 有效降雨修正模型的构建对于由多种下垫面组成的复杂流域,为反映降雨㊁下垫面等条件空间分布不均的影响,建立分布式模型是重要的发展方向㊂以往多采用对不同类型下垫面CN 值按面积比例进行加权平均的方法(式(18))[13],并应用于SCS-CN 模型,但最终效果仍为集总式模型,难以深入描述流域不同类型下垫面的产流贡献与变化规律㊂N C,a =ðmj =1A j A N C,j ()(18)式中:N C,a 为流域综合CN 值;N C,j 为不同种类下垫面CN 值,m 2;A 为汇流区域总面积,m 2;A j 为不同种类下垫面面积,m 2;j 为不同种类下垫面编号;m 为下垫面种类数量㊂现有流域离散化的方法主要有单元网格㊁山坡单元㊁自然子流域㊁水文响应单元㊁等流时面积单元㊁典型单元面积㊁分组响应单元及其组合等[14]㊂比较来看,水文响应单元是在自然子流域划分的基础上,进一步结合土地利用方式㊁植被类型和土壤类型,划分为下垫面特征相对单一和均匀的离散响应单元,更为符合SCS-CN 模型CN 取值的分类思路㊂对于城市LID 复杂区域,可以按下垫面种类㊁LID 设施及其组合划分为不同类型的水文响应单元(如需汇流计算还要考虑空间位置进一步细分),构建分布式SCS-CN 有效降雨修正模型㊂其中,需要说明如下:①分别对不透水地表㊁渗透地表及LID 设施进行水文响应单元划分及编号㊂②对于不透水地表,累计下渗量F =0,降雨径流损失主要为地表填洼损失,更宜采用Linsley 公式进行模拟;对于渗透地表及LID 设施,可以构建基于SCS-CN 有效降雨修正模型的分布式模型㊂③对于有些LID 设施,需考虑其蓄存容积对降雨径流的影响[15]㊂例如对下凹绿地等,在计算底部土壤下渗产流后,还需考虑上部下凹容积对产流的蓄存作用,下凹容积蓄满外溢后的水流方为下凹绿地降雨径流㊂④对于有些不透水地表,也需考虑中端蓄水池㊁蓄水罐等蓄水设施对地表径流的蓄存作用㊂具体方程如下:Rᶄ=ðm i =1Aᶄi A P -Δmax,i 1-exp -P Δmax,i ()[]-D i {},㊀㊀P ȡ13Δmax (19)Rᵡ=ðn j =1Aᵡj A [κj (P -λS j )]2κj (P -λS j )+S j -D j{}(20)R =Rᶄ+Rᵡ(21)式中:R ᶄ为不透水地表径流深,mm;R ᵡ为渗透地表及LID 设施径流深,mm;m 与i ㊁n 与j 分别为不透水地表㊁渗透地表及LID 设施划分水文响应单元类型数量㊁编号;Aᶄi 为i 单元面积,m 2;Δmax,i 为i 单元最大填洼损失量,mm;D i 为i 单元蓄水设施蓄存容积,mm;Aᵡj 为j 单元面积,m 2;κj 为j 单元有效降雨修正系数;S j为j 单元当时可能最大滞留量,mm;D j 为j 单元LID 设施蓄存容积,mm㊂2㊀应用案例2.1㊀研究区概况北京双紫园小区是北京市最早开展雨水利用的示范工程之一㊂该小区位于海淀区双紫支渠南侧㊁北洼路㊀第4期申红彬,等:分布式SCS-CN有效降雨修正模型建立及应用557㊀西侧,由3栋塔楼㊁1栋排楼以及一些配套建筑物组成(图2(a)),总面积约2.3hm2,其中建筑屋顶面积约0.6hm2,道路㊁庭院㊁停车场面积约10hm2,绿地面积约0.7hm2(表1)[16],土壤类型为重壤土,稳定下渗率为0.3mm/min㊂小区汇流区域分为屋顶(包括2栋塔楼,汇流面积约1350m2)与道路(包括不透水/透水路面㊁绿地㊁庭院㊁停车场等,汇流面积约15088m2)㊂2004年9月,基于LID理念,小区对地表下垫面进行了升级改造㊂具体改造措施包括:①增铺透水铺装,相应面积由880m2增至4582m2;②绿地下凹改造,将小区内绿地下挖5cm,对于一些下挖难度较大的绿地,则用石埂圈围,使其达到下凹绿地的效果㊂图2㊀小区平面布置与降雨径流监测方案示意Fig.2Plane layout and rainfall-runoff monitoring scheme in the study area表1㊀小区土地利用类型及面积百分比统计表Table1Statistics of land use types and area percentage土地利用类型下垫面属性面积/m2占总面积百分比/%主要建筑物屋顶不透水地表337114.2配套建筑物屋顶不透水地表258811.1道路㊁庭院㊁停车场不透水㊁渗透混合地表1038744.1绿地渗透地表725430.6总面积不透水㊁渗透混合地表23600100.02.2㊀降雨径流监测数据北京双紫园小区在地表下垫面改造前后均开展有降雨径流实际监测㊂其中,降雨监测采用自记式雨量计进行连续监测,仪器安装在住宅楼顶部,相关数据直接记录在存储卡上,记录间隔时间为1min,每隔一定时间人工去现场通过数据线连接电脑读取;径流监测采用 液位计+三角堰 测量方法,分别在屋顶与道路管道末端安装三角堰(图2(b))并配置液位计,对水位及流量过程进行连续监测,液位计数据自动存储在系统内,记录间隔时间为1min,每隔一定时间人工去现场通过数据线连接电脑读取㊂基于液位计量测水位过程数据,通过堰前水位与流量关系曲线换算为流量过程;对不同场次降雨流量过程,通过时间积分,可以得到场次降雨径流量,径流量与汇流面积相除可以转化为径流深㊂图3为收集㊁整理得到的双紫园小区地表下垫面改造前后道路汇流区域的降雨㊁径流监测数据,共计有558㊀水科学进展第34卷㊀51场有效降雨㊁径流数据㊂其中,地表下垫面改造前为18场,降水量为8~51mm,径流深为0~14mm;改造后为33场,降水量为5~88mm,径流深为0~12mm,径流削减效果明显㊂另外,图中还给出根据前5d 累计降水量对不同场次降雨土壤前期湿润程度的判别结果㊂可以看出,除个别情况外,多数情况下土壤前期湿润等级为AMC Ⅰ级㊂图3㊀道路汇流区域降雨㊁径流监测数据Fig.3Rainfall and runoff monitoring data of the road watershed 3㊀模型应用结果3.1㊀模型效果评价指标分别采用确定性系数(R 2)与Nash-Sutcliffe 效率系数(E NS )对模型效果进行量化评价[17-18]㊂其中,确定性系数是评价模拟效果最为基本的评价指标,变化范围为0~1.0;Nash-Sutcliffe 效率系数是判定残差与实测值数据方差相对量的标准化统计值,变化范围为-ɕ~1.0;两者数值越趋近于1.0说明模型精度越高,当E NS ɤ0时说明模拟值与实测值存在较大偏差㊂相应计算公式分别为:R 2=ðn i =1R c,i -1n ðn i =1R c,i ()R o,i -1n ðn i =1R o,i ()[]2ðn i =1R c,i -1n ðni =1R c,i ()2ðn i =1R o,i -1n ðn i =1R o,i ()2(22)E NS =1-ðn i =1(R c,i -R o,i )2ðn i =1R o,i -1n ðn i =1R o,i ()2(23)式中:R o,i 为径流深实测值,mm;R c,i 为径流深计算值,mm;i 为序号;n 为样本容量㊂3.2㊀模拟结果与讨论基于分布式SCS-CN 有效降雨修正模型,并对渗透地表分别取κ=1.0与κ<1.0(具体率定),对双紫园小区不同场次降雨径流进行模拟,包括参数率定㊁模型应用与验证:(1)参数率定㊂以小区地表下垫面改造前道路汇流区域的降雨㊁径流监测数据为基础,开展模型参数率定,结果如表2所示㊂其中,对于曲线数CN 值的率定,首先,根据式(5)反推计算当时可能最大滞留量,并取算术平均值约为50.5mm,相应CN 值约为83;其次,通过查阅SCS 手册,并根据土壤前期湿润等级,㊀第4期申红彬,等:分布式SCS-CN有效降雨修正模型建立及应用559㊀初步选定绿地㊁透水铺装等下垫面CN值;最后,对不同类型下垫面CN值进行优化调整,并要求不同类型下垫面CN值按面积加权平均值在83左右㊂另外,不透水道路最大填洼损失值(Δmax)较大,是由于其相连地下管网末端安装有三角堰,形成一定的蓄水空间,这里进行了综合考虑㊂(2)模型应用与验证㊂基于表2中的模型参数,结合小区地表下垫面改造后道路汇流区域的降雨㊁径流监测数据,开展分布式SCS-CN有效降雨修正模型的应用与验证,结果如图4所示,相应确定性系数与Nash-Sutcliffe效率系数值同列于表2㊂表2㊀模型参数与效果评价统计表Table2Statistics of model parameters and performance evaluation results下垫面种类模型参数模型效果评价指标κ面积比例κ=1.0κ<1.0改造前改造后λN CΔmax/mm D/mm R2E NSκ=1.0κ<1.0κ=1.0κ<1.0不透水道路绿地普通绿地下凹绿地透水铺装 0.390.14 301.00.710.540.540.2721.00.700.070.320.27850100.910.920.830.91图4㊀分布式SCS-CN有效降雨修正模型径流模拟值与实测值比较Fig.4Comparison between the simulated and measured runoff using the distributed SCS-CN model with revised effective precipitation ㊀㊀综合图4与表2可以看出,基于分布式SCS-CN有效降雨修正模型,并对渗透地表有效降雨修正系数分别取值等于1.0与小于1.0,两者对双紫园小区不同场次降雨径流深的模拟值与实测值散点均位于45ʎ线附近㊁符合较好,确定性系数与Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.91与0.83㊁0.92与0.91,后者效果优于前者,说明对渗透地表有效降雨修正系数取值小于1.0能够有效提高模拟效果㊂后期,应在前述有效降雨修正系数计算表达式(12)㊁(17)的基础上,进一步深入分析不同降雨与下垫面土壤下渗条件对κ值变化的影响㊂4㊀结㊀㊀论本文基于SCS-CN标准模型,经与SCS-CN改进模型比较,通过引入有效降雨修正系数,构建SCS-CN 有效降雨修正模型及其分布式模型,并开展模型应用与效果检验,得到主要结论如下:(1)对于SCS-CN有效降雨修正模型,当对修正系数取值等于1.0时,其等同于标准模型,当对修正系数取值小于1.0时,其等效于改进模型;修正系数表征了径流系数随降雨量增大而变化趋向稳定的极限值㊂560㊀水科学进展第34卷㊀(2)对于城市低影响开发复杂区域,综合考虑低影响开发设施蓄存容积对降雨径流的影响,构建了基于水文响应单元的分布式SCS-CN有效降雨修正模型㊂(3)应用分布式SCS-CN有效降雨修正模型,分别对渗透地表有效降雨修正系数取值等于1.0与小于1.0,两者对不同场次降雨径流深的模拟值与实测值散点均位于45ʎ线附近㊁符合较好,确定性系数与Nash-Sutcliffe效率系数值分别为0.91与0.83㊁0.92与0.91,后者效果优于前者,说明对渗透地表有效降雨修正系数取值小于1.0能够有效提高模拟效果㊂参考文献:[1]任梅芳,徐宗学,庞博.变化环境下城市洪水演变驱动机理:以北京市温榆河为例[J].水科学进展,2021,32(3): 345-355.(REN M F,XU Z X,PANG B.Driving mechanisms of urban floods under the changing environment:case study in the Wenyu River basin[J].Advances in Water Science,2021,32(3):345-355.(in Chinese))[2]刘家福,蒋卫国,占文凤,等.SCS模型及其研究进展[J].水土保持研究,2010,17(2):120-124.(LIU J F,JIANG W G,ZHAN W F,et al.Processes of SCS model for hydrological simulation:a review[J].Research of Soil and Water Conserva-tion,2010,17(2):120-124.(in Chinese))[3]雷晓玲,邱丽娜,魏泽军,等.基于SCS-CN模型在山地海绵城市不同下垫面径流预测的优化及应用[J].中国农村水利水电,2021(11):49-52,57.(LEI X L,QIU L N,WEI Z J,et al.Optimization and application of SCS-CN model for runoff prediction of different underlying surfaces in mountain sponge cities[J].China Rural Water and Hydropower,2021(11):49-52, 57.(in Chinese))[4]冯憬,卫伟,冯青郁.黄土丘陵区SCS-CN模型径流曲线数的计算与校正[J].生态学报,2021,41(10):4170-4181. (FENG J,WEI W,FENG Q Y.The runoff curve number of SCS-CN method in loess hilly region[J].Acta Ecologica Sinica, 2021,41(10):4170-4181.(in Chinese))[5]李丽,王加虎,郝振纯,等.SCS模型在黄河中游次洪模拟中的分布式应用[J].河海大学学报(自然科学版),2012,40 (1):104-108.(LI L,WANG J H,HAO Z C,et al.Distributed application of SCS model to flood simulation in middle reaches of Yellow River[J].Journal of Hohai University(Natural Sciences),2012,40(1):104-108.(in Chinese))[6]李鑫川,贺巧宁,张友静.SCS-CN模型的改进及其空间尺度效应[J].南水北调与水利科技,2019,17(5):64-70, 130.(LI X C,HE Q N,ZHANG Y J.Improved SCS-CN model and its spatial scale effect analysis[J].South-to-North Water Transfers and Water Science&Technology,2019,17(5):64-70,130.(in Chinese))[7]MISHRA S K,SINGH V P,SANSALONE J J,et al.A modified SCS-CN method:characterization and testing[J].Water Re-sources Management,2003,17(1):37-68.[8]MISHRA S K,TYAGI J V,SINGH V P,et al.SCS-CN-based modeling of sediment yield[J].Journal of Hydrology,2006, 324(1/2/3/4):301-322.[9]SHI W H,WANG N.Improved SMA-based SCS-CN 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Z,YOU J J.Application of modified SCS model into runoff simulation[J].Journal of Water Resources and Water Engineering,㊀第4期申红彬,等:分布式SCS-CN有效降雨修正模型建立及应用561㊀2006,17(1):20-24.(in Chinese))[14]申红彬,徐宗学,张书函.流域坡面汇流研究现状述评[J].水科学进展,2016,27(3):467-475.(SHEN H B,XU ZX,ZHANG S H.Review on the simulation of overland flow in hydrological models[J].Advances in Water Science,2016,27(3):467-475.(in Chinese))[15]赵飞,张书函,桑非凡,等.透水砖铺装系统产流特征研究[J].中国给水排水,2022,38(15):133-138.(ZHAO F,ZHANG S H,SANG F F,et al.Runoff characteristics of permeable brick pavement system[J].China Water&Wastewater, 2022,38(15):133-138.(in Chinese))[16]张勤.城市小区实施LID措施的径流减控效果研究[D].南京:河海大学,2017.(ZHANG Q.Study on the effect of LIDmeasures on runoff control in urban disricts[D].Nanjing:Hohai University,2017.(in Chinese))[17]NASH J E,SUTCLIFFE J V.River flow forecasting through conceptual models:part I:a discussion of principles[J].Journal ofHydrology,1970,10(3):282-290.[18]胡胜,曹明明,邱海军,等.CFSR气象数据在流域水文模拟中的适用性评价:以灞河流域为例[J].地理学报,2016,71(9):1571-1586.(HU S,CAO M M,QIU H J,et al.Applicability evaluation of CFSR climate data for hydrologic simula-tion:a case study in the Bahe River basin[J].Acta Geographica Sinica,2016,71(9):1571-1586.(in Chinese))A distributed SCS-CN model with revised effective precipitation∗SHEN Hongbin1,XU Zongxue2,CAO Bing3,WANG Haizhou1(1.Henan Provincial Key Laboratory of Hydrosphere and Watershed Water Security,North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou450045,China;2.Beijing Key Laboratory of Urban Hydrological Cycle and Sponge City Technology, Beijing Normal University,Beijing100875,China;3.Dongying Water Authority,Dongying257091,China) Abstract:To solve the problem of the equation structure becoming more complex in the improved soil conservation service curve number(SCS-CN)model,a SCS-CN model with revised effective precipitation(SCS-CN-REP)is proposed by introducing a revised coefficient after a comparison between the standard SCS-CN model and the improved model.Furthermore,for the complex area with low impact development(LID)in a city,a distributed SCS-CN-REP model was developed based on a hydrological response unit division in which the effects of the LID facilityᶄs storage capacity on rainfall-runoff are also considered.Finally,taking the Shuangzi residential district in Beijing City as a study area,the rainfall-runoff is simulated and compared using the distributed SCS-CN-REP model.An analysis of the SCS-CN-REP model showed that when the revised coefficient is1.0,it is equivalent to the standard model, when the revised coefficient is smaller than1.0,it is equivalent to the improved model.In essence,the revised coefficient is a limit value of the runoff coefficient varied with the increase in precipitation.The distributed SCS-CN-REP model application results demonstrated that the calculated runoff depth values are in good agreement with the measured values.The determination coefficients and Nash efficiency coefficient are0.91and0.83when the adopted value of the revised coefficient for permeable surfaces is1.0,and are0.92and0.91when the adopted value is less than1.0.The effects of the latter model are better than the former,indicating that the simulation effect can be effectively improved when the adopted value of the revised coefficient for permeable surfaces is less than1.0in the distributed SCS-CN-REP model.Key words:SCS-CN model;effective precipitation;revised coefficient;distributed;low impact development∗The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China(No.52239003)and the Opening Foundation of Beijing Key Laboratory of Urban Hydrological Cycle and Sponge City Technology(No.HYD2019OF02).。
线性散焦 PT 对称波导中饱和非线性孤子传输与控制说明书
第 52 卷第 6 期2023 年 6 月Vol.52 No.6June 2023光子学报ACTA PHOTONICA SINICA 线性散焦PT 对称波导中饱和非线性孤子传输与控制武琦，王娟芬，杜晨锐，杨玲珍，薛萍萍，樊林林（太原理工大学 光电工程学院，太原 030600）摘要：为了研究线性散焦宇称-时间对称双通道波导中分数阶衍射饱和非线性下孤子的模式以及孤子的传输与控制，通过改进的平方算子迭代法对含有线性势的分数阶饱和非线性薛定谔方程进行数值计算得到孤子模式，傅里叶配置法判断孤子线性稳定性，并利用分步傅里叶法模拟仿真孤子的传输。
研究结果表明：在散焦饱和非线性中，该宇称-时间对称波导可支持稳定的双峰灰孤子模式。
随着饱和非线性系数和传播常数绝对值的增大，双峰灰孤子的背景强度增大，灰度值减小，功率增大。
Lévy 指数、增益/损耗系数和饱和非线性系数的增加会导致孤子的横向能流密度变化增大，但在波导通道位置处接近于0。
在聚焦饱和非线性下，线性散焦宇称-时间对称波导对亮孤子光束具有控制作用。
当光束在波导中心输入，孤子以呼吸子的形式长距离传输；在非波导中心输入，光束以初始输入位置为边界振荡传输。
随着饱和非线性系数的增大，光束的振荡频率增加，光束宽度变宽，峰值强度减小。
宇称-时间对称波导势阱深度的增加会导致光束的振荡频率增加，峰值强度增加。
该研究结果可为宇称-时间对称波导对光束的控制提供一定的理论参考。
关键词：非线性光学；宇称-时间对称光波导；灰孤子；光束控制；饱和非线性；分数阶薛定谔方程中图分类号：O437 文献标识码：A doi ：10.3788/gzxb20235206.06190010 引言宇称-时间（Parity -Time ， PT ）对称的概念起源于量子力学，它表示系统在宇称变换和时间反演变换下的对称性。
1998年，BENDER C M 等发现非厄米哈密顿量如果满足PT 对称且势函数虚部不超过对称破缺点，则其具有实的本征值谱［1-2］。
大气波导特征分析及其对电磁波传播的影响-气象学报
duct ) 、表 面波导 ( 也 称接地 波导 ) ( surface duct) 和抬 升波 导 ( 也称 悬空 波导 ) ( elevated
duct ). 后两种大气波导也可能出现在陆地大气环境中
. 图 1 给出了三种类型的大气波导
特征参量示意图 .
2. 3. 1 表面波导 表面波导是下边界与地表相连的大气波导
赵柏林 李万彪 朱元竞 杜金林
( 北京大学地球物理系暴雨监测和预报国家重点实验室
, 北京 , 100871)
戴福山
( 北京应用气象研究所 , 北京 , 100029)
摘 要
文中在介绍大气折射的基本类型及其存 在条件的基础上 , 阐述了三种类型的大气波导的 形成机制 , 总结并分析 了大气波导的几个 主要特征 , 并用西北太平洋云 辐射实验的 实测资料 和西沙海域的气象资料进行了验证 , 同时试验了蒸发波导高度对大气湿度、 气海温差、水平风 速变化的敏感性 . 在分析大气波导对电磁波传播的影 响时 , 推导了可形成波导传播的电磁波 最大陷获 波长和临界发射仰 角 , 提出了电 磁波形成波导传播 的 4 个必要条 件 , 并讨 论了大气 波导对超短波传播、 雷达探测、短波通信等方面的影响 .
地面 , 当曲率超过地球表面曲率时 , 电磁波会部分地被陷获在一定厚度的大气薄层内
,就
像电磁波在金属波导管中传播一样 , 这种现象称为电磁波的大气波导 ( duct ) 传播 , 形成波
导传播的大气薄层称为大气波导层 . 大气波导现象使得雷达有可能观测到数倍于雷达正
常探测距离处的目标 , 实现所谓的超视距探测 . 大气波导现象经常发生在海洋大气环境中 . 中国东南领海有 4 个海区 , 南北跨越纬度
4810e
【国家自然科学基金】_蒸发波导_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140729
科研热词 蒸发波导 零记忆非线性变换 海杂波 水平不均匀性 抛物方程 传播损失 k分布
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
科研热词 蒸发波导 统计特性 电磁波传播损耗 电磁波 海洋波导 地形抛物型方程 南海及东海海域 分步傅里叶变换 出现规律 再分析数据 new模型
推荐指数 6 5 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 科研热词 蒸发波导 雷达海杂波 雷达探测性能 雷达 障碍物 通量-廓线关系 超视距探测 舰船雷达 稳定边界层 相似理论 电磁盲区 条件 无量纲相似函数 射线追踪 宽角抛物方程 反演精度 分段线性变换法 分布特征 传输损耗 中国近海 wrf数值预报 mm5数值模拟 推荐指数 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词 蒸发波导 海杂波 最小二乘支持向量机 数值模拟 抛物方程 射线追踪 多径效应 传播损耗 wrf模式
推荐指数 3 1 1 1 1 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
科研热词 蒸发波导 雷达 超视距 资料同化 空间变化 气象仪器 日变化 折射率仪 季风爆发 卫星遥感 wrf模式
推荐指数 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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于拓展 强稳定层结 条件下 的通 量． 廓线关 系 。 早期 尝试过 分段 （ 根据不 同稳定度 区间） 描述相 似 函数 ， 结果不 但
收 稿 日期 ： ２ ０—０１；修 订 日期 ：２ １－０２ ０９１．３ ０ ０１—８
Ｎ ＲＬ［
、
波 陷获在海 面波导层 内 ， 其传播损 耗明显减小 、传播 使
范围显著改变 ，从而增强了雷达等无线 电通信设备的作
战性 能 ，因此具有 重要 的军事价值 【。由于海上 蒸发波 １ 】 导 的存在具有 永久或半 永久性 ，因此海上运作 的雷达 系 统（ 尤其在近 海面）在８ ％以上 的时间内需要确 切获知蒸 ， ０
进行 了评估 ，同时将其与改进前的 Ｂ ｂｎＶ ５ ａｉ ２ 模型 以及 Ｌ ｃｌ Ｙ ９ 模型 的效果进行 比较 。结果表 明：引入 ｏａ Ｈ Ｑ ２
非线性相似 函数能 明显改进模型预测 廓线的效果 ， 尤其是最新发展的 Ｓ Ｅ Ａ ７ 改进后 的 Ｂ ｂｎ Ｓ Ｂ ７ Ｈ Ｂ ０， ａ ｉ ＨＥ Ａ０ 模 型能在稳定层结条件下预测 Ｍ 值 、～ ０ ５ｍ及 ５ ４ 内的 Ｍ 梯度均方根误 差分别减少 ６ ． １． － ０ｍ ４５ ６６ ％、 ％和 ６ ．％， ０ ４
摘
要：大气修正折射指数（ 廓线是描述大气折射环境的重要参数， 也是评估电波传播的关键因子。为了
提高稳定特别是强稳定层结条件下模 型预测 廓线的效果 ，引入三种非线性无量纲相似 函数 Ｂ ｌ Ｂ ５ Ｈ９ 、Ｃ ０ 、 Ｓ Ｅ Ａ０ Ｈ Ｂ ７对原始 的 Ｂ ｂｎ Ｖ２ ａｉ ５模型进行了改进 ，并利用铁塔平 台实测气象水文数据对改进后的模型预测效果
Ｍ＝ ０１７ ７６ｐ ４８ ０ ／ ｎ ０１ ７ Ｎ＋ ．５ｚ ７ ．（＋ １ ｅ ／ ．５ ｚ （） １
只是具体 的无量纲普适 （ 相似） 函数形式有所 不同 。
然 而 ，Ｍａｒ ］ 出，Ｍ— 相似理论 原有 的相 似函 ｈｔ 指 ［ ｏ 数不太适 合于强稳 定层结条件 下（ １ ） ． 的通量 模拟 ，其 ０
ＮＷ Ａ／
、
Ｂ ｂｎＢ Ｃ 【］ Ｐ ［ 等蒸 发波导模 ａ ｉ（ Ｙ １ｌ 、Ｎ Ｓ ０
型应用较 为广泛 ，且 均基于 Ｍｏ ｉ— ｂ ｋ ｏ 似理论 ， ｎｎＯ ｕ ｈ ｖ相
发 波导结 构才 能准确 预估其作用 范 围【。实 际应 用 中 ， ２ ］
蒸 发波导 结构 一般 由 廓线 来表征 ，而该廓线 可根据气 压 、水汽压 和温度廓线 来确定 ，即， ］
当海面 出现蒸发波 导时 ，能将一 定频率 以上的 电磁
内湍流活 动强烈 ，观测难 度更高 【，因此 ，国内外相关 ５ 】
学者提 出了蒸 发波导模 型的概念 【 Ｈ ，其思路 都是基 于 ５ 】 ＿ 近地层相似 理论 ，仅 利用海面水 温和海面上某 一高度处 的气象参数 ， 过模 型计算 廓线 。 中 ，．【、 通 其 ＰＪ ＪＭＧＢ 、 ６ ［
Ｈ ｇｔ ｍ 提 出的线性 Ｋ ｎａ 型风速 、 温相似 函数仅 ６ ｓ６ ｒ ａｓｓ 位
在弱稳 定机制（ ＜ ． 下适 用［ 】几十年来 人们一 直致力 １０ ） １， ６
型预测。实测 廓线可以通过气象仪器测量不同高度 ｚ
上 的 Ｐ、ｅ ，再 根据式（） 、Ｔ １间接得 到 Ｍ；也可 以通过微
８． ３ ％和 ５． ７ ８ ％。考虑到在 电磁波传播特性的评估 中， 梯度 比蒸发波 导高度 和 值本身更 为重要 ，最终推荐 ０ Ｍ
在强稳 定层结条件下选用 Ｌ ｃｌＨＹ ２模型和 Ｂ ｂｎ Ｓ Ｅ Ａ ７ 型。 ｏａ Ｑ９ ａｉ Ｈ Ｂ ０ 模 关 键 词：蒸 发波 导 ；相似理论 ；通量。 廓线关系 ；无量纲相似函数 ；稳 定边 界层 ；雷 达探测性能
文 章 编 号 ： １０ ．９ ５２ １ ）３０ １－７ ０ ４４ ６ （０ ０ —４ ００ １
稳定层结条件下非线性相似 函数对蒸发波导模型 的改进
丁菊 丽 ，费建芳 ，黄小 刚 ，胡 晓华 ２ ，周鑫
（．解放军理工大学气象学院 ，江苏 南京 ２ １０ ；２ １ １１ １ ．总参 ６ ７ １ １４ 部队，北京 １０８ ；３ ９４ ４ ００ １ ． １０ 部队 ，河北 秦皇岛 ０ ６０ ） ６ ２０
文献标识码 ：Ａ Ｄｏ：１．９ ９ ． ｓ． ０ —９ ５２ １ ．３ １ ｉ ０３ ６ ４ｉ ｎ１ ４４ ６ ． ０ ． ５ ｓ ０ ０１ ０ 中图分类号：Ｐ ３ ４５
波折 射率仪直接 测量 Ⅳ，再根据式 （ 计 算 １ ）
。然而这
ｌ 引
言
些方 法在获取 实测结果 的同时 ，也 具有使用条件 苛刻 、 耗 费大量人力 和物力等不 足 ，尤其 是在海洋大气 近地层
但这种方法对蒸发波导高度 的预测效果改进不明显 ；而基 于局地相似理论 的 Ｌ ｃｌ Ｑ９ ｏａ ＨＹ ２ 模型则能使稳定层
＿
结条件 下 值 、 ￣ 内、 — Ｏｍ 内的 梯度 以及蒸发波导高度 ｄ的预测均 方根误差分别减少 ７ ． ４ ． ｏ ５ｍ ５４ ６７ ％、 ０ ％、 ２
第 ２卷 第３ ７ 期 ２１ ０ １年 ０ ６月
热
带
气
象
学
报
Ｖ １ ７． ． ｏ ． Ｎｏ３ ２ Ｊ ｎ ， ２ １ ｕ． ０１
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｔ ＲＯＰ Ｃ Ｉ ＡＬ Ｍ Ｅ Ｅ０ＲＯＬ Ｔ ＯＧＹ
丁菊丽，费建芳 ，黄小刚，等． 稳定层结条件下非线性相似函数对蒸发波导模型的改进［ ｌ Ｊ 热带气象学报ｚ ／ Ｌ，Ｌ为 Ｏｂ ｋ ｏ ｕ ｈ ｖ长 度 。Ｂ ｓ ｇｒ ｕｉ ｅ 、Ｄｙ ｒ以及 ｎ ｅ
式中 Ⅳ是大气折射 指数 ， Ｐ为气压（Ｐ） ｈ ａ，Ｔ为气温（ ） Ｋ，
ｅ为水汽压（Ｐ ） ｈ ａ ，ｚ为高度（ 。 目前获 取海 洋大气 近地 ｍ） 层 内的 廓线主要有 两种途径 ： 是实际测量 ，二是模 一