中国物理海洋学研究70年：发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的"普遍风浪谱"和"涌浪谱",发展了第三代海浪数值模式;提出了"准调和分析方法"和"潮汐潮流永久预报"等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了"棉兰老潜流",揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了"南海内波潜标观测网",实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流"边缘不稳定"的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军

Design and Performance Optimization of High-performance Label-free Protein Quantification Software based on Mass Spectrometry

本文介绍了定量蛋白质组学中一个较为年轻和重要的新课题：基于质谱的非标记定量。基于质谱的非标记定量技术不使用同位素标记等化学手段，而是通过对质谱原始数据的分析和处理来进行蛋白质定量。 本文对基于质谱的非标记定量技术做了概要性的调研，阐述了此技术中存在的大规模数据处理性能瓶颈问题，并进一步指出了高性能计算尤其是并行计算技术在非标记定量中应用的迫切性和必要性。 针对当前质谱数据可视化辅助分析工具共同存在的一个缺陷，即质谱数据需要全部导入内存，本文设计并实现了质谱可视化辅助分析工具MZ-Analyzer。与其它可视化分析工具不一样的是，MZ-Analyzer没有将质谱数据全部导入主存，而是通过构建外存索引提高质谱数据可视化辅助分析的性能。因此，尽管随着质谱数据量的指数性增长，MZ-Analyzer的性能仍然具有良好的可扩展性。 本文设计并实现了基于质谱的非标记定量软件QuantWiz，通过改变肽段定量的顺序，提高了定量软件的时间局部性和质谱数据缓存的命中次数。分析了QuantWiz的多种数据并行策略，设计并实现了按保留时间划分的并行QuantWiz。通过实验验证并行QuantWiz具有良好的并行效率，当进程数为32时，并行效率为63%

一种高速缓存优化的并行连接算法

连接查询操作是主存数据库中一种较为重要的查询操作。随着计算机芯片技术的发展，中央处理器和内存速度之间的差距越来越大，极大地影响了连接算法的性能。本文通过高速缓存优化技术，提出了一种基于缓冲的高速缓存参数无关的嵌套循环并行连接算法。分析以及实验结果表明，高速缓存优化后的串行连接算法的性能是原来的2倍，其并行算法效果近似线形加速比。中国计算机学

cache optimized parallel join algorithm

由于嵌套循环连接操作过程中存在较大的高速缓存缺失,严重影响了连接查询的性能。提出了一种基于缓冲的高速缓存参数无关的嵌套循环并行连接算法。通过高速缓存参数无关和缓冲技术,提高了连接算法的空间局部性和时间局部性。理论分析和实验结果表明,高速缓存优化后的串行连接算法的性能是原来的2倍,其并行算法效果近似线性加速比

P-QuantWiz:一种基于质谱的并行非标记定量软件

本文设计并实现了基于质谱的非标记定量软件QuantWiz,通过改变肽段定量的顺序,提高了定量软件的时间局部性和质谱数据缓存的命中次数。分析了QuantWiz的多种数据并行策略,设计并实现了按保留时间划分的并行定量软件P-QuantWiz。通过实验验证P-QuantWiz具有良好的并行效率,当进程数为32时,并行效率为63%

uncertain path prediction of moving objects on road networks

移动对象的轨迹预测研究已成为当前移动对象研究中关注的热点,移动对象的轨迹预测技术具有高度的研究价值及广阔的应用前景.目前移动对象的轨迹预测方法主要是针对历史轨迹确定的欧氏空间轨迹预测,但有相当一部分的应用要求预测历史轨迹存在不确定性的移动对象在受限路网中的轨迹.为了解决这一问题,首先提出了不确定性轨迹的生成方法及其表示形式,然后提出了一种基于路网的不确定性轨迹频繁模式挖掘算法,最后给出了利用索引快速查找轨迹模式并进行预测的方法.实验结果表明该方法具有较高的预测准确率、较好的查询效率以及较低的存储空间

基于互信息量估计的几何与概率联合整形技术

针对正交振幅调制在高信噪比的加性高斯白噪声(AWGN)信道与香农极限有1.53 dB容量间隙的问题，文章提出了一种基于互信息量估计的几何与概率联合整形的方法，将几何整形与概率整形相结合，提升通信系统的互信息量。文章将互信息量估计作为计算系统互信息量的方式，以最大化互信息量为目的训练发端的编码器，实现几何整形与概率整形。通过在不同信噪比下AWGN信道中的仿真，验证了基于互信息量估计的几何与概率联合整形系统的性能要优于单独进行几何整形或概率整形的性能。在信噪比为10 dB的AWGN信道中，系统的互信息量与几何整形相比有0.041 7 bit/symbol的增益，与概率整形相比有0.027 9 bit/symbol的增益