大气边界层湍流信号的实测分析

发布时间：2020-06-07 00:11

【摘要】：21世纪开始,大气边界层的湍流信号研究在机械、气象、流体等领域都得到广泛了重视。特别是对于大气中风速和气温的探索与分析。在湍流领域的研究中,分析湍流信号的各类分析方法在其中具有着极为重要的作用,引领着人们更深入地去研究和解决各类湍流问题。然而,传统的信号分析方法在处理湍流问题时有许多的局限,在研究时也会产生一些偏差。因而,在研究湍流问题时,我们需使用不同的方法进行探讨与研究。本文基于Hilbert-Huang变化对大气中的气温和风速信号进行了分析,具体研究如下：首先,基于HHT方法分析了上海市徐家汇和奉贤区的气温和风速信号的内在变化规律。结果表明：无论在气温还是风速信号中具有较强间歇性的时间序列大多都分布在较大尺度的模态之中；并且除了少数模态没有偏离高斯分布外,大多数的模态都是不服从高斯分布的；从经验模态分解所得到的相干结构中观察得到,大气中风速和温度信号都受到大尺度相干结构的控制。然后,在温度和风速信号的分析中发现,部分Hilbert边际谱和Fourier能谱符合Kolmogorov定律,而且从Hilbert谱所显示的结果得知：温度脉动和速度脉动能量大多都位于低频处；并且结合相干结构的结论发现,大尺度中所包含的能量较多。而在对奉贤和徐家汇两地的气温和风速进行相关性研究中发现,两地气温在某些大小尺度上都有较强的相关性：而无论是东西方向风速分量还是南北方向风速分量,几乎只有在最后两阶模态和趋势项中才会呈现出明显的相关性。其次,在近50年奉贤区月平均气温和最高(低)气温的研究中发现,三组气温信号主要还是遵循以年为周期的振荡变化规律：月平均气温的各阶模态上都没有很强的间歇性：而在月最高气温和月最低气温的某一时间尺度上却有较强的间歇性；通过对年最高气温日数和年最低气温日数的研究发现,两组信号都有着较为稳定的变化规律,而且主要的变化周期都出现在较小的尺度上,年最高气温日数有着较强的间歇性模态,而年最低气温日数却没有。最后,通过对月平均气温、月最高气温和月最低气温三组信号的预测研究发现,基于EMD分解的RBF神经网络预测结果比单纯基于RBF神经网络的预测结果更为精确。由于短期信号的不可预见性较强,所以RBF神经网络的预测结果并不十分的准确。
【图文】：

．间歇性是影响气候时间序列中如温度、速度等一些物理量的概率分布偏离高逡逑斯分布的主要因素。而且对于间歇性事件产生的原因人们都一直在不断的探索和逡逑研巧。在刻画间歇性时，学者们采用过很多方式，而本节主要考察气候时间序列逡逑中的局部间歇性，度量方式则采用Ｆａｒｇｅｔ４３ｌ在小波分析中所给出的公式，如下式逡逑Ｗ，对＝片＾逦（３－１）逡逑〈｜／（／，，对｜〉，逡逑是经过分解后所得到的小波系数；／，；？录］ｇ为相应的小波尺度和统计矩。当／大逡逑于某一个固定的值（阀值）时候，我们就认为有间歇性事件发生。本文中；？巧都逡逑取为数值２；邋７表示对平均能量的贡献度。例如，７为２时，就表明某一时刻对逡逑总能量的贡献度为均值的２倍。而对于高阶矩所定义的局部间歇性则更为敏感，逡逑但其结果还是基本一致的，本文中不再给出。在之前研巧所得的非线性时间序列逡逑的结论中可Ｗ知道，间歇性事件有可能导致原始信号的概率分布会偏离高斯分逡逑布。逡逑对于局部间歇性的理解，本文在Ｆａｒｇｅ对其定义的性质上通过ＥＭＤ方法所逡逑分解处的各阶模态替代了式（３－１）中的得到局部间歇性的定义。逡逑５０１逦：逦逦逦逦逦：逦邋２0｜逦逦逦Ｔ逦逦逦．逦逡逑

．间歇性是影响气候时间序列中如温度、速度等一些物理量的概率分布偏离高逡逑斯分布的主要因素。而且对于间歇性事件产生的原因人们都一直在不断的探索和逡逑研巧。在刻画间歇性时，学者们采用过很多方式，而本节主要考察气候时间序列逡逑中的局部间歇性，度量方式则采用Ｆａｒｇｅｔ４３ｌ在小波分析中所给出的公式，如下式逡逑Ｗ，对＝片＾逦（３－１）逡逑〈｜／（／，对｜〉，逡逑是经过分解后所得到的小波系数；／，；？录］ｇ为相应的小波尺度和统计矩。当／大逡逑于某一个固定的值（阀值）时候，我们就认为有间歇性事件发生。本文中；？巧都逡逑取为数值２；邋７表示对平均能量的贡献度。例如，７为２时，就表明某一时刻对逡逑总能量的贡献度为均值的２倍。而对于高阶矩所定义的局部间歇性则更为敏感，逡逑但其结果还是基本一致的，本文中不再给出。在之前研巧所得的非线性时间序列逡逑的结论中可Ｗ知道，间歇性事件有可能导致原始信号的概率分布会偏离高斯分逡逑布。逡逑对于局部间歇性的理解，本文在Ｆａｒｇｅ对其定义的性质上通过ＥＭＤ方法所逡逑分解处的各阶模态替代了式（３－１）中的得到局部间歇性的定义。逡逑５０１逦：逦逦逦逦逦：逦邋２0｜逦逦逦Ｔ逦逦逦．逦逡逑
【学位授予单位】：上海应用技术学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P412

【参考文献】

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本文编号：2700498