条件非线性最优扰动方法在适应性观测研究中的初步应用 被引量：38

1

作者 穆穆 王洪利 周菲凡 《大气科学》 CSCD 北大核心 2007年第6期1102-1112,共11页

针对适应性观测中敏感性区域的确定问题,考虑初始误差对预报结果的影响,比较了条件非线性最优扰动(CNOP)与第一线性奇异向量(FSV)在两个降水个例中的空间结构的差异,考察了它们总能量范数随时间发展演变的异同。结合敏感性试验的分析,... 针对适应性观测中敏感性区域的确定问题,考虑初始误差对预报结果的影响,比较了条件非线性最优扰动(CNOP)与第一线性奇异向量(FSV)在两个降水个例中的空间结构的差异,考察了它们总能量范数随时间发展演变的异同。结合敏感性试验的分析,揭示了预报结果对CNOP类型的初始误差的敏感性要大于对FSV类型的初始误差的敏感性,因而减少初值中CNOP类型误差的振幅比减少FSV类型的收益要大。这一结果表明可以把CNOP方法应用于适应性观测来识别大气的敏感区。关于将CNOP方法有效地应用于适应性观测所面临的挑战及需要采取的对策等也进行了讨论。 展开更多

关键词 适应性观测 敏感性区域 条件非线性最优扰动 第一奇异向量

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一种求解条件非线性最优扰动的快速算法及其在台风目标观测中的初步检验 被引量：30

2

作者 王斌 谭晓伟 《气象学报》 CSCD 北大核心 2009年第2期175-188,共14页

条件非线性最优扰动(CNOP)是Mu等2003年提出的一个新的理论方法,它是线性奇异向量在非线性情形的推广,克服了线性奇异向量不能代表非线性系统最快发展扰动的缺陷,成为非线性系统可预报性和敏感性等研究新的有效工具。然而,由于以往CNOP... 条件非线性最优扰动(CNOP)是Mu等2003年提出的一个新的理论方法,它是线性奇异向量在非线性情形的推广,克服了线性奇异向量不能代表非线性系统最快发展扰动的缺陷,成为非线性系统可预报性和敏感性等研究新的有效工具。然而,由于以往CNOP的求解需要采用伴随技术,计算量相当巨大,限制了该方法的推广应用。为了克服这一困难,本文基于经验正交分解(EOF),提出了一种求解CNOP的快速算法,利用GRAPES区域业务预报模式实现了 CNOP快速计算,并在台风"麦莎"的目标观测研究中得到初步检验,通过观测系统模拟实验(OSSE)检验了该方法确定敏感性区域(瞄准区)的有效性和可行性。试验结果表明,用快速算法求解的CNOP,其净能量随时间快速地发展,而且发展呈非线性。在台风"麦莎"个例的目标观测试验中,用快速算法得到的预报时间为24 h的CNOP可以有效地识别瞄准区,并通过瞄准区内初值的改善,可明显减少目标区域(检验区)内24 h累计降水预报误差。尤其,累计降水预报的这种改进效果能够延伸到更长时间(如72 h),尽管检验时间是设在第24小时。进一步分析发现,24 h累计降水预报误差的减少是通过利用瞄准区内改善的初值改进初始时刻台风暖心结构、高空相对涡度以及水汽条件等而得以实现的。 展开更多

关键词 快速算法 条件非线性最优扰动 目标观测 观测系统模拟实验

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基于条件非线性最优扰动的目标观测中瞄准区不同引导性变量的影响试验研究 被引量：6

3

作者 谭晓伟 王斌 王栋梁 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期400-411,共12页

基于GRAPES区域业务预报模式,采用一种快速算法计算出来的条件非线性最优扰动对实际台风个例麦莎(No.0509)开展了目标观测研究,应用数值模式,进行一系列的敏感性试验,讨论了与目标观测设计相关的一些问题,包括确定瞄准区时使用不同的引... 基于GRAPES区域业务预报模式,采用一种快速算法计算出来的条件非线性最优扰动对实际台风个例麦莎(No.0509)开展了目标观测研究,应用数值模式,进行一系列的敏感性试验,讨论了与目标观测设计相关的一些问题,包括确定瞄准区时使用不同的引导性变量对目标观测效果的影响、及瞄准区范围变化对预报效果的影响。文中分别以提高麦莎在检验区(20.125°—35.3125°N,116.8125°—129.75°E)内的24 h海平面气压预报和24 h累积降水量预报为目的,基于条件非线性最优扰动使用了3种不同的引导性变量寻找敏感区(又称瞄准区),对这些敏感区的分布特点和有效性进行了比较和讨论。试验结果表明,在使用的3种引导性变量中,用不同的引导性变量识别的敏感区是有差别的,总体上说,文中使用的3种引导性变量识别的瞄准区对提高预报都是有效的,特别是第2和第3种的效果更好些,且两者识别的瞄准区常显示出类似的特点。文中进一步针对检验区内24 h累积降水量预报误差问题,将前面确定的瞄准区范围扩大相同的幅度,讨论瞄准区范围变化对改进预报的影响。试验结果表明,增加瞄准格点数,有可能使预报效果得到改善,但是试验结果同时也暗示了单纯靠扩大瞄准区的范围未必一定能减小预报误差,这与不同的引导性变量对瞄准区范围大小的敏感性不同有关。 展开更多

关键词 条件非线性最优扰动 目标观测 观测系统模拟实验 台风

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条件非线性最优扰动在可预报性问题研究中的应用 被引量：8

4

作者 穆穆 段晚锁 《大气科学》 CSCD 北大核心 2013年第2期281-296,共16页

本文总结了近年来条件非线性最优扰动方法的应用研究的主要进展。主要包括四个方面:(1)将条件非线性最优扰动(CNOP)方法拓展到既考虑初始扰动又考虑模式参数扰动,形成了拓展的CNOP方法。拓展的CNOP方法不仅能够应用于研究分别由初始误... 本文总结了近年来条件非线性最优扰动方法的应用研究的主要进展。主要包括四个方面:(1)将条件非线性最优扰动(CNOP)方法拓展到既考虑初始扰动又考虑模式参数扰动,形成了拓展的CNOP方法。拓展的CNOP方法不仅能够应用于研究分别由初始误差和模式参数误差导致的可预报性问题,而且能够用于探讨初始误差和模式参数误差同时存在的情形;(2)将拓展的CNOP方法分别应用于ENSO和黑潮可预报性研究,考察了初始误差和模式参数误差对其可预报性的影响,揭示了初始误差在导致ENSO和黑潮大弯曲路径预报不确定性中的重要作用;(3)考察了阻塞事件发生的最优前期征兆(OPR)以及导致其预报不确定性的最优增长初始误差(OGR),揭示了OPR和OGR空间模态及其演变机制的相似性及其局地性特征;(4)研究了台风预报的目标观测问题,用CNOP方法确定了台风预报的目标观测敏感区,通过观测系统模拟试验(OSSEs)和/或观测系统试验(OSEs),表明了CNOP敏感区在改进台风预报中的有效性。具体地,台风OGR的主要误差分布在某一特定区域,空间分布具有明显的局地性特征,在台风OGR的局地性区域增加观测,有效改进了台风的预报技巧,该区域代表了台风预报的初值敏感区。事实上,上述ElNi?o事件、黑潮路径变异以及阻塞事件的OGR的空间分布也具有明显的局地性特征,这些事件的OGR刻画的局地性区域可能也代表了初值敏感区。 展开更多

关键词 天气 气候 可预报性 最优扰动

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条件非线性最优扰动法在大气与海洋目标观测研究中的应用 被引量：3

5

作者 穆穆 王强 +1 位作者 段晚锁 姜智娜 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1001-1011,共11页

对近年来用条件非线性最优扰动法研究大气与海洋目标观测问题的部分工作进行了总结,主要涉及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件、黑潮路径变异事件以及阻塞事件。通过研究这些事件发生的最优前期征兆(OPR)和最快增长初始误差(OGE),发现这些... 对近年来用条件非线性最优扰动法研究大气与海洋目标观测问题的部分工作进行了总结,主要涉及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件、黑潮路径变异事件以及阻塞事件。通过研究这些事件发生的最优前期征兆(OPR)和最快增长初始误差(OGE),发现这些事件的最优前期征兆和最快增长初始误差分别具有空间的高度相似性及其伴随的局地性特征。理想回报试验表明,如果在ENSO事件和黑潮路径变异事件的最快增长初始误差和最优前期征兆所确定的扰动大值区减小初始场误差,上述事件的预报技巧会大幅度提高;最优前期征兆和最快增长初始误差的空间相似性使得在同一敏感区域增加额外观测,不仅有助于捕捉上述异常事件的前期信号,还可以有效减小初始误差,从而提高对该事件的预报技巧。阻塞事件爆发的最优前期征兆和最快增长初始误差的空间相似性和局地性特征在其目标观测研究中的应用,应该是深入研究的课题。 展开更多

关键词 条件非线性最优扰动 目标观测 厄尔尼诺-南方涛动 黑潮路径变异 阻塞

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条件非线性最优扰动方法在台风“风神”和“凤凰”相互作用过程中的应用研究 被引量：4

6

作者 王晓雷 周菲凡 朱克云 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2013年第2期235-244,共10页

利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,对2002年发生在西太平洋上的台风"风神"和"凤凰"之间的相互作用进行研究。CNOP方法可揭示出"风神"对"凤凰"单向引导作用的过程,表现为若将"凤凰"... 利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,对2002年发生在西太平洋上的台风"风神"和"凤凰"之间的相互作用进行研究。CNOP方法可揭示出"风神"对"凤凰"单向引导作用的过程,表现为若将"凤凰"所在区域作为验证区域,用CNOP方法识别的敏感区主要位于"风神"所在区域,呈现出环绕"风神"的半环状结构;若将"风神"所在区域作为验证区域,则CNOP方法所识别的敏感区主要位于"风神"与副高交界的地方,远离"凤凰"所在的区域,可见,"风神"主要受副高的影响。敏感性试验表明,CNOP所识别的敏感区内误差的发展要大于台风中心周围区域内初始误差的发展,且在全场误差的发展中占有较大的比重,说明CNOP所识别的敏感区对验证区域的预报有较大的影响。 展开更多

关键词 条件非线性最优扰动 双台风 相互作用 敏感区 预报

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模式含有开关时遗传算法求解条件非线性最优扰动的有效性研究 被引量：5

7

作者 方昌銮 郑琴 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2009年第3期366-372,共7页

在基于条件非线性最优扰动(CNOP)的台风适应性观测研究中,针对预报模式的湿物理参数化产生的"on-off"开关导致传统伴随方法不能为最优化过程提供正确梯度这一现象,将模式含有"on-off"开关时求解CNOP的问题视为非光... 在基于条件非线性最优扰动(CNOP)的台风适应性观测研究中,针对预报模式的湿物理参数化产生的"on-off"开关导致传统伴随方法不能为最优化过程提供正确梯度这一现象,将模式含有"on-off"开关时求解CNOP的问题视为非光滑最优化问题,引入遗传算法,在给出详细的算法流程后,以一个在强迫项中含"on-off"开关的理想模式,分析了"on-off"开关对求解CNOP的影响,三个数值试验检验了模式含有"on-off"开关时遗传算法求解CNOP的有效性,并分析了不同初始种群对最优化结果的影响。结果显示,所采用的含有"on-off"开关的理想模式下,遗传算法能有效求解CNOP,最后对遗传算法求解CNOP的优缺点进行了详细讨论。 展开更多

关键词 天气预报 台风适应性观测 遗传算法 条件非线性最优扰动 开关 湿物理参数化

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伴随敏感性方法、第一奇异向量方法以及条件非线性最优扰动方法在台风目标观测敏感区识别中的比较研究 被引量：1

8

作者 周菲凡 叶一苇 +1 位作者 段晚锁 张贺 《大气科学》 CSCD 北大核心 2022年第3期677-690,共14页

本文通过深入分析伴随敏感性(ADS)方法、第一奇异向量(LSV)方法、以及条件非线性最优扰动(CNOP)方法在目标观测敏感区识别方面的原理,提出了非线性程度的概念和计算方法,考察了转向型和直线型台风的非线性程度,分析了上述三种方法在不... 本文通过深入分析伴随敏感性(ADS)方法、第一奇异向量(LSV)方法、以及条件非线性最优扰动(CNOP)方法在目标观测敏感区识别方面的原理,提出了非线性程度的概念和计算方法,考察了转向型和直线型台风的非线性程度,分析了上述三种方法在不同非线性程度下识别的敏感区的异同,同时对比了转向型和直线型台风的敏感区的差异,并通过敏感性试验探讨了在不同非线性程度下以及在转向型与直线型台风中,预报对敏感区内初值的敏感性程度,进而探讨台风目标观测在不同情况下的有效性。结果表明,转向型台风的非线性程度差别比较大,或者特别强,或者特别弱;而直线型台风非线性程度居中,不同台风个例之间的非线性程度差别较小。对于非线性较弱的台风,三种方法识别的敏感区较为相似,而对于非线性较强的台风,LSV方法与ADS方法识别的敏感区较为相似,但是与CNOP方法识别的敏感区具有较大的差别。对于转向型台风,敏感区主要位于行进路径的右前方,而对于直线型台风,敏感区主要位于初始台风位置的后方。敏感性试验表明,不论台风非线性强弱,转向还是直行,CNOP敏感区内的随机扰动发展最大,而LSV敏感区内叠加的随机扰动发展次之,ADS敏感区内叠加的扰动发展最小;此外,非线性弱的台风,扰动的发展大于非线性强的台风的扰动的发展,表明非线性弱的台风预报受初值影响更大,目标观测的效果可能会更明显。 展开更多

关键词 伴随敏感性 第一奇异向量 条件非线性最优扰动 非线性程度 敏感区 台风

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条件非线性最优扰动在长江中下游地区冬季暴雨中的应用研究 被引量：1

9

作者 刘段灵 孙照渤 彭世球 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2013年第5期782-792,共11页

为了提高长江中下游地区高影响天气的数值预报,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,对一次长江中下游地区冬季降水个例(高影响天气事件)进行目标观测研究,并通过观测系统模拟试验(OSSE)检验了该方法确定敏感区的有效性和可行性。试验结... 为了提高长江中下游地区高影响天气的数值预报,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,对一次长江中下游地区冬季降水个例(高影响天气事件)进行目标观测研究,并通过观测系统模拟试验(OSSE)检验了该方法确定敏感区的有效性和可行性。试验结果表明,CNOP方法可有效识别对应于高影响天气事件的敏感区。通过对敏感区进行初始场修正后,可明显改善验证区内24 h累积降水预报误差和总能量预报误差。进一步分析发现,通过改善敏感区内的初始场信息(如水汽通量场和低层冷空气活动等),使得数值模式不仅能更真实刻画该天气系统的初始结构,还能更好模拟出该天气系统随时间的演变特征,因而减少了验证区内对该天气系统的预报误差。这一结果表明可以把CNOP方法应用于长江中下游地区高影响天气事件的目标观测研究或实践中。 展开更多

关键词 天气学 高影响天气 条件非线性最优扰动 目标观测 观测系统模拟试验

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条件非线性最优扰动的最大值原理

10

作者 刘永明 《华东师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期131-134,共4页

在非线性系统(发展方程及常微分方程)中初始数据的扰动对系统以后某固定时刻T的状态的影响是一个重要的研究课题.本文研究非线性系统在初始数据在一定的范围(称为初始扰动域)内作有限幅度的扰动时,在时刻T对状态扰动的幅度达到最大的问... 在非线性系统(发展方程及常微分方程)中初始数据的扰动对系统以后某固定时刻T的状态的影响是一个重要的研究课题.本文研究非线性系统在初始数据在一定的范围(称为初始扰动域)内作有限幅度的扰动时,在时刻T对状态扰动的幅度达到最大的问题.通过考虑反向时间的问题及假设解对初始数据的连续依赖性,证明了若在时刻T状态扰动的幅度达到最大,则初始数据位于初始扰动域的边界上,这个结果的重要意义在于可以减少数值求解扰动幅度最大问题的计算量. 展开更多

关键词 变分法 条件非线性最优扰动 最大值原理

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改进的粒子群算法在求解条件非线性最优扰动的应用 被引量：2

11

作者 叶飞辉 张露 +1 位作者 巩向武 郑琴 《江南大学学报（自然科学版）》 CAS 2011年第4期468-472,共5页

通过对影响粒子群算法性能的两个关键因素进行改进,将一种改进的粒子群算法应用于条件非线性最优扰动(CNOP)的求解中,并与传统的基于梯度下降算法进行比较。比较数值结果显示,在非光滑情形下,传统的基于伴随模式提供梯度信息的SPG2求解... 通过对影响粒子群算法性能的两个关键因素进行改进,将一种改进的粒子群算法应用于条件非线性最优扰动(CNOP)的求解中,并与传统的基于梯度下降算法进行比较。比较数值结果显示,在非光滑情形下,传统的基于伴随模式提供梯度信息的SPG2求解出的CNOP绝大部分是局部的,只有少数是全局的。而改进的粒子群算法则在200次数值实验中均能够较好地求解出全局CNOP。 展开更多

关键词 粒子群算法 条件非线性最优扰动 非光滑

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Zebiak-Cane模式中条件非线性最优扰动对ENSO春季预报障碍的影响 被引量：1

12

作者 于亮 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期104-109,共6页

使用Zebiak-Cane模式和条件非线性最优扰动(CNOP)方法,研究初始误差和参数误差共同作用对ENSO春季预报障碍现象的影响。选取模式中的8个El Ni?o事件,包括4次强事件和4次弱事件,每个El Ni?o事件又分别从8个不同的起始时间做1 a的预报,这... 使用Zebiak-Cane模式和条件非线性最优扰动(CNOP)方法,研究初始误差和参数误差共同作用对ENSO春季预报障碍现象的影响。选取模式中的8个El Ni?o事件,包括4次强事件和4次弱事件,每个El Ni?o事件又分别从8个不同的起始时间做1 a的预报,这样一共64个预报实验。对每个实验分别计算CNOP误差(初始误差和参数误差同时存在时的最优误差),通过分析误差增长,发现CNOP误差引起的1 a后的预报误差随着初始预报时间的不同有较大差异,并且不同强度的El Ni?o事件也会影响CNOP误差的发展,增长位相中强事件的预报误差要比弱事件的预报误差大一些;而衰减位相中恰恰相反,弱事件的预报误差要比强事件的预报误差要大一些;同时也发现高频El Ni?o事件对误差增长率的影响较大。本结论有助于提高Zebiak-Cane模式预报ENSO的技巧。 展开更多

关键词 Zebiak-Cane模式 条件非线性最优扰动 ENSO春季预报障碍

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关于线性奇异向量和条件非线性最优扰动差别的一个注记

13

作者 霍振华 段晚锁 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2015年第6期715-725,共11页

奇异向量(singular vectors,SVs)和条件非线性最优扰动(conditional nonlinear optimal perturbation,CNOP)已广泛应用于研究大气—海洋系统的不稳定性以及与其相关的可预报性、集合预报和目标观测问题研究。本文首先回顾了SVs和CNOP的... 奇异向量(singular vectors,SVs)和条件非线性最优扰动(conditional nonlinear optimal perturbation,CNOP)已广泛应用于研究大气—海洋系统的不稳定性以及与其相关的可预报性、集合预报和目标观测问题研究。本文首先回顾了SVs和CNOP的发展历史,并简单描述了它们的基本原理;然后针对二维正压准地转模式,使用不同的范数组合,分析了第一线性奇异向量(first singular vector,FSV)和CNOP之间的异同。结果表明,当优化时间较短时,度量SVs和CNOP大小的范数不同也将导致FSV和CNOP相差很大,而当度量SVs和CNOP大小的范数相同时,FSV和CNOP之间的差别则主要是由非线性物理过程作用的结果。因此,针对不同的物理问题,应该选取合适的度量范数研究FSV和CNOP以及其所引起的大气或海洋动力学的异同,从而揭示非线性物理过程的影响机理。 展开更多

关键词 奇异向量 条件非线性最优扰动 非线性

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多策略改进的蜣螂优化算法及其工程实例应用 被引量：2

14

作者 朱国庆 韩东颖 +2 位作者 米振涛 刘艳飞 杜晓彤 《电子测量技术》 北大核心 2024年第21期82-99,共18页

蜣螂优化算法(DBO)虽独具优势,同时也存在一些问题,如收敛精度低下以及容易陷入局部最优。为了解决这些难题,提出了一种名为MSIDBO的改进型蜣螂优化算法,目的是增强优化效果,同时保持全局和局部搜索的平衡。提出了一种自适应适应度距离... 蜣螂优化算法(DBO)虽独具优势,同时也存在一些问题,如收敛精度低下以及容易陷入局部最优。为了解决这些难题,提出了一种名为MSIDBO的改进型蜣螂优化算法,目的是增强优化效果,同时保持全局和局部搜索的平衡。提出了一种自适应适应度距离平衡策略,该策略通过优化蜣螂的觅食和偷窃行为,有效地避免算法陷入局部最优解的困境;同时,引入引导学习策略和局部最优扰动方案,加快算法的收敛速度,平衡算法在局部开发和全局探索能力之间的关系。为评估MSIDBO算法的性能,采用CEC2017测试函数进行仿真实验,在3个实际工程设计问题中,同时运用了MSIDBO算法,并与其他5种优化算法进行了比较,结果表明,MSIDBO算法在收敛速度、求解精度和稳定性方面均表现出显著优势,充分验证了其在实际应用中的高效性和可靠性。 展开更多

关键词 蜣螂优化算法 引导学习策略 自适应适应度距离平衡策略 局部最优扰动

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日本南部黑潮路径发生弯曲的最优前期征兆及其发展机制 被引量：1

15

作者 徐强强 王强 马利斌 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2013年第12期52-61,共10页

基于正压出入流模式,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法研究初始异常的位置与模态对日本南部黑潮路径变异的影响。以模式模拟出的黑潮平直路径的平衡态作为参考态,计算CNOP,考察该扰动随时间的发展,并与随机扰动的发展进行对比。结果表... 基于正压出入流模式,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法研究初始异常的位置与模态对日本南部黑潮路径变异的影响。以模式模拟出的黑潮平直路径的平衡态作为参考态,计算CNOP,考察该扰动随时间的发展,并与随机扰动的发展进行对比。结果表明,CNOP能够导致黑潮弯曲路径发生,随机扰动则不能。因此,CNOP可以作为导致日本南部黑潮路径发生弯曲的一种最优前期征兆。通过分析CNOP和随机扰动的发展过程,可以得出:(1)CNOP使黑潮发展成弯曲路径的过程是一个气旋涡向下游传播并增长的过程。(2)气旋涡的向东传播都是非线性项的作用,也就是涡度平流造成的。(3)CNOP和随机扰动发展过程中所产生的气旋涡均会传播到下游区域,但是CNOP产生的气旋涡能够增强,最终导致弯曲路径发生,而随机扰动产生的气旋涡则会减弱,并不能导致弯曲路径发生。分析发现,在CNOP实验中,非线性作用使气旋涡增大;但在随机扰动实验中,非线性作用使气旋涡减弱,所以非线性作用对日本南部黑潮路径发生弯曲有重要影响。(4)底摩擦效应对日本南部黑潮路径变异影响较小。本文揭示的黑潮路径发生弯曲的最优前期征兆及其非线性发展机制,对提高黑潮路径变异的预报技巧具有重要意义。 展开更多

关键词 黑潮路径 条件非线性最优扰动(CNOP) 前期征兆 正压出入流模式

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初始扰动振幅和集合样本数对CNOPs集合预报的影响 被引量：5

16

作者 汪叶 段晚锁 《大气科学》 CSCD 北大核心 2019年第4期915-929,共15页

初始扰动振幅的大小和集合样本数对于集合预报取得更高预报技巧具有重要意义。本文将正交条件非线性最优扰动方法(orthogonal conditional nonlinear optimal perturbations,简称CNOPs)应用于概念模型Lorenz-96模式探讨了初始扰动振幅... 初始扰动振幅的大小和集合样本数对于集合预报取得更高预报技巧具有重要意义。本文将正交条件非线性最优扰动方法(orthogonal conditional nonlinear optimal perturbations,简称CNOPs)应用于概念模型Lorenz-96模式探讨了初始扰动振幅和集合样本数对集合预报技巧的影响,从而为使用更复杂模式进行集合预报提供指导。结果表明,由于CNOPs扮演了非线性系统中的最优初始扰动,从而使得当初始扰动振幅小于初始分析误差的大小时,CNOPs集合预报获得更高的预报技巧,并且CNOPs集合预报的最高预报技巧总是高于奇异向量法(singular vectors,简称SVs)集合预报的最高预报技巧。结果还表明,CNOPs集合预报倾向于具有一个合适的样本数时,达到最高技巧。更好的集合离散度--预报误差关系和更为平坦的Talagrand图(Talagrand diagram)进一步证明了CNOPs集合预报系统的可靠性,从而夯实了上述结果的合理性。因此,针对CNOPs集合预报,本文认为采用一个适当小于初始分析误差的初始扰动振幅和一个合适的集合样本数,有利于CNOPs集合预报达到最高预报技巧。 展开更多

关键词 集合预报 初始误差 条件非线性最优扰动 集合样本数

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基于HLNS方法对高超声速边界层中非模态扰动演化的研究 被引量：2

17

作者 孙培成 赵磊 董明 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期180-195,共16页

高超声速边界层转捩是航天飞行器设计中的基础难题,发生在线性失稳区上游的亚临界转捩是常规风洞实验中常见的现象.亚临界转捩一般是由非模态扰动的演化及二次失稳触发的,为了揭示局部突变对高超声速边界层亚临界转捩的影响机理,发展了... 高超声速边界层转捩是航天飞行器设计中的基础难题,发生在线性失稳区上游的亚临界转捩是常规风洞实验中常见的现象.亚临界转捩一般是由非模态扰动的演化及二次失稳触发的,为了揭示局部突变对高超声速边界层亚临界转捩的影响机理,发展了基于谐波型线性化Navier-Stokes(HLNS)方程及其伴随系统的描述非模态扰动演化的求解框架.该框架的优点是不改变原始系统的椭圆型特性,因而可以处理非模态扰动(条带)在局部突变附近的快速畸变.针对马赫数为5.96、攻角为-4?的高超声速钝平板边界层,研究了不同深度凹槽对条带幅值的影响.数值结果表明凹槽对条带有促进作用,这与实验中发现的规律定性相符,且存在使促进作用最大的最优凹槽深度. 展开更多

关键词 高超声速边界层 凹槽 最优扰动 亚临界转捩

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改进蝴蝶优化算法及其在冗余机械臂逆运动学求解中的应用 被引量：4

18

作者 孟广双 高德东 《制造技术与机床》 北大核心 2022年第8期91-96,共6页

针对蝴蝶优化算法(BOA)存在的不足,提出一种改进蝴蝶优化算法(IBOA)并将其应用于冗余机械臂逆运动学求解中。IBOA算法融入了动态转换概率策略、最优邻域扰动策略和随机惯性权重策略等3种策略,实现了算法收敛速、收敛精度的提升,克服了BO... 针对蝴蝶优化算法(BOA)存在的不足,提出一种改进蝴蝶优化算法(IBOA)并将其应用于冗余机械臂逆运动学求解中。IBOA算法融入了动态转换概率策略、最优邻域扰动策略和随机惯性权重策略等3种策略,实现了算法收敛速、收敛精度的提升,克服了BOA算法易陷入局部最优、后期收敛精度不高的问题。3个基准函数的测试结果表明IBOA在求解精度、求解速度和计算稳定性更胜一筹。冗余机械臂运动学求解应用实例结果表明,IBOA得到的机械臂位姿误差更小,计算耗时更少,求解稳定性更好。 展开更多

关键词 蝴蝶优化算法 动态转换概率 最优邻域扰动 随机惯性权重 冗余机械臂 逆运动学求解

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数值天气预报和气候预测可预报性研究的若干动力学方法 被引量：13

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作者 段晚锁 丁瑞强 周菲凡 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2013年第4期524-538,共15页

简要回顾了数值天气预报和气候预测可预报性研究的若干动力学方法,包括用于研究第一类可预报性问题的线性奇异向量(LSV)和条件非线性最优初始扰动(CNOP-I)方法,以及Lyapunov指数和非线性局部Lyapunov指数方法。前两种方法用于研究预报... 简要回顾了数值天气预报和气候预测可预报性研究的若干动力学方法,包括用于研究第一类可预报性问题的线性奇异向量(LSV)和条件非线性最优初始扰动(CNOP-I)方法,以及Lyapunov指数和非线性局部Lyapunov指数方法。前两种方法用于研究预报或预测的预报误差问题,可以用于估计天气预报和气候预测的最大预报误差,而且根据导致最大预报误差的初始误差结构的信息,这两种方法可以用于确定预报或预测的初值敏感区。应该指出的是,LSV是基于线性化模式,对于描述非线性大气和海洋的运动具有局限性。因而,对于非线性模式,应该选择使用CNOP-I估计最大预报误差。Lyapunov指数和非线性局部Lyapunov指数可以用于研究第一类可预报性问题中的预报时限问题,前者是基于线性模式,不能解释非线性对预报时限的影响,而非线性局部Lyapunov指数方法则考虑了非线性的影响,能够较好地估计实际天气和气候的预报时限。第二类可预报性问题的研究方法相对较少,本文仅介绍了由我国科学家提出的关于模式参数扰动的条件非线性最优参数扰动(CNOP-P)方法,该方法可以用于寻找到对预报有最大影响的参数扰动,并可以进一步确定哪些参数最应该利用观测资料进行校准。另一方面,通过对比CNOP-I和CNOP-P对预报误差的影响,可以判断导致预报不确定性的主要误差因子,进而指导人们着力改进模式或者初始场。 展开更多

关键词 天气 气候 可预报性 最优扰动 非线性局部Lyapunov指数

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基于CNOP方法的台风目标观测中三种敏感区确定方案的比较研究 被引量：14

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作者 周菲凡 张贺 《大气科学》 CSCD 北大核心 2014年第2期261-272,共12页

在目标观测中,敏感区的确定是个关键性的问题。本文详细研究了如何用条件非线性最优扰动(CNOP)方法确定敏感区。提出了三种确定敏感区的方案:水平投影方案、单点能量投影方案以及垂直积分能量方案。比较了三种方案确定的敏感区的差异,... 在目标观测中,敏感区的确定是个关键性的问题。本文详细研究了如何用条件非线性最优扰动(CNOP)方法确定敏感区。提出了三种确定敏感区的方案:水平投影方案、单点能量投影方案以及垂直积分能量方案。比较了三种方案确定的敏感区的差异,分析了它们所阐释的物理意义,讨论了它们的优缺点,并通过理想回报试验考查了不同方案确定的敏感区的有效性。对六个台风个例的应用结果显示,单点能量投影方案与垂直积分能量方案下识别的敏感区较为相似,二者与水平投影方案确定的敏感区则有较大的区别。两种能量方案确定的敏感区更多地反映了环境场对台风的影响,而水平投影方案则反映了台风自身对流不对称性结构对台风发展变化的影响。理想回报试验结果表明,由两种能量方案确定的敏感区对预报误差能量的减小程度以及路径预报的改善程度都要大于水平投影方案确定的敏感区的效果,且垂直积分能量方案确定的敏感区的有效性最高。而在强度预报方面,三种方案对预报效果的改善程度相当。因此,总的说在台风目标观测研究中,利用CNOP方法确定敏感区时,垂直积分能量方案是较佳的方案。 展开更多

关键词 条件非线性最优扰动(CNOP) 台风目标观测 敏感区

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