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海洋透光层代表性铁氧化物半导体矿物——针铁矿和纤铁矿光还原特性及其环境效应

矿物岩石地球化学通报 2022年第6期41卷 1273-1283页

作者：刘佳丁竑瑞葛潇杨珊珊黎晏彰李艳王长秋鲁安怀造山带与地壳演化教育部重点实验室矿物环境功能北京市重点实验室北京大学地球与空间科学学院北京100871

海洋透光层中广泛分布铁氧化物半导体矿物;铁对大多数有机生命体都是必不可少的。本文以透光层中的代表性铁氧化物半导体矿物——针铁矿和纤铁矿为例,对比分析了针铁矿和纤铁矿的半导体特性及光还原特性,结果发现在海洋透光层偏碱性环... 详细信息

海洋透光层中广泛分布铁氧化物半导体矿物;铁对大多数有机生命体都是必不可少的。本文以透光层中的代表性铁氧化物半导体矿物——针铁矿和纤铁矿为例,对比分析了针铁矿和纤铁矿的半导体特性及光还原特性,结果发现在海洋透光层偏碱性环境中针铁矿和纤铁矿可发生光还原溶出Fe^(2+)。对合成针铁矿和纤铁矿进行了系统的矿物学表征、光电化学测试,结果显示纤铁矿光电响应活性强于针铁矿,其平均光电流密度约为针铁矿的20倍。在模拟海水中进行针铁矿和纤铁矿的光还原实验,结果显示反应12天,针铁矿和纤铁矿光照组溶出Fe^(2+)的溶度比无光组分别高约1640%和328.33%,光激发纤铁矿Fe^(2+)最大溶出量比针铁矿高约33.62%,表明纤铁矿光催化活性较针铁矿更强。这种光诱导铁氧化物半导体矿物溶出Fe^(2+)可能进一步影响透光层本源微生物群落结构并参与关键地球化学元素循环过程。

关键词：半导体矿物针铁矿纤铁矿光还原透光层

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基于遗传算法的实测轮轨蠕滑曲线模拟

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铁道标准设计 2024年第8期68卷 71-77页

作者：张洪吉安博洋王小韬陶功权丁昊昊王平西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031 西南交通大学土木工程学院成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 西南交通大学机械工程学院成都610031

轮轨黏着-蠕滑特性直接影响着轮轨系统的工作性能和列车的运行安全。为在轮轨接触数值模型中合理地表征实测黏着-蠕滑曲线的影响,在KP模型和改进FASTSIM模型的基础上,提出了黏着-蠕滑特征参数初值计算方法,结合遗传算法设计参数拟合过... 详细信息

轮轨黏着-蠕滑特性直接影响着轮轨系统的工作性能和列车的运行安全。为在轮轨接触数值模型中合理地表征实测黏着-蠕滑曲线的影响,在KP模型和改进FASTSIM模型的基础上,提出了黏着-蠕滑特征参数初值计算方法,结合遗传算法设计参数拟合过程并选取合适的适应度函数,形成了一种获取描述轮轨黏着-蠕滑特性特征参数的通用方法,随后以160 km/h速度的实测蠕滑数据为例,分析对比了本文算法拟合蠕滑曲线的计算效率及与理想工况下局部接触结果的差异。研究表明:(1)本文提出的算法在拟合不同速度工况对应的实测黏着-蠕滑曲线时均具有较高的精度,提出的拟合特征参数取值范围提高了遗传算法收敛速度,与遍历法相比计算速度提高18.5倍;(2)考虑潮湿环境实测轮轨黏着-蠕滑曲线时,轮轨黏滑分布、切向接触应力较干态理想工况有显著差异,主要体现在接触斑最大切向接触应力减小、滑动区面积随蠕滑率增大的速度减缓等。本文算法满足车辆-轨道耦合动力学数值仿真要求,可更真实地模拟实际环境条件下的轮轨相互作用。

关键词：轮轨蠕滑曲线轮轨黏着-蠕滑特性遗传算法轮轨接触蠕滑率

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双自由度诊断高能电子透镜成像技术

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强激光与粒子束 2022年第6期34卷 110-117页

作者：肖家浩杜应超李豪卿赵永涛盛亮清华大学工程物理系北京100084 粒子与辐射成像教育部重点实验室(清华大学) 北京100084 西北核技术研究所强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室西安710024 西安交通大学物理学院西安710049

电磁场及流体演化过程信息的获取在高能量密度物理、可控核聚变及实验天体物理的研究中起着重要的作用,然而在实验过程中,电磁场信息及流体信息的同步获取是非常困难的。基于高能电子透镜成像技术,利用面密度差分的方法,提出了一种可以... 详细信息

电磁场及流体演化过程信息的获取在高能量密度物理、可控核聚变及实验天体物理的研究中起着重要的作用,然而在实验过程中,电磁场信息及流体信息的同步获取是非常困难的。基于高能电子透镜成像技术,利用面密度差分的方法,提出了一种可以实现面密度和场积分强度同时获取的双自由度诊断设计方案。结合了蒙特卡罗模拟和束流光学分析,该方案在相对较强的电磁场情况下的适用性得到了验证。此外,我们可以通过改变Fourier面处光阑的形状将其适用区间扩展到低电磁场强度相空间。结合高能电子束相对论速度及超短脉冲的特点,该技术非常适用于磁流体超快演化过程的诊断。

关键词：高能电子透镜成像场积分强度测量面密度诊断双自由度诊断超快成像技术

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台风“美莎克”(2020)的变性过程中降水的微物理机制研究

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大气科学 2024年第6期48卷 2353-2373页

作者：杜涵平凡谭桂容周冠博黄伟沈新勇南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴院重点实验室(LACS) 北京100029 国家气象中心北京100081 岱山县气象局浙江岱山316200

本文采用数值模式WRF4.2对2020年09号变性台风“美莎克”进行了数值模拟,再现了“美莎克”北上过程中逐渐与高纬度冷槽结合变性并产生暴雨的过程。通过将台风划分为中心低压区及外围云区,并分别分析其热力学、动力学及云微物理特征,得... 详细信息

本文采用数值模式WRF4.2对2020年09号变性台风“美莎克”进行了数值模拟,再现了“美莎克”北上过程中逐渐与高纬度冷槽结合变性并产生暴雨的过程。通过将台风划分为中心低压区及外围云区,并分别分析其热力学、动力学及云微物理特征,得到了冷槽对降水强度空间分布及时间变化特征的影响及机制。研究结果表明:(1)干冷空气由中层入侵台风中心低压区,使对流高度降低,其造成的上干下湿不稳定结构维持了中低层的对流强度。在外围云区,冷空气从低层入侵从而抬升暖空气以及垂直涡度输送作用使得高层的上升运动更强。系统逐渐演变为向前倾斜的对流结构。(2)本次降水的主要云微物理过程为:由水蒸气凝华的雪在下落过程中收集了云水,并融化为雨水,雨水又收集了大量云水导致增长。还有部分雨水源自霰粒子融化和雨水收集霰粒子,霰粒子主要来自雪收集云水的过程。(3)雪融化以及雨水收集云水是雨水的两个最大来源,冷槽通过影响台风的热动力结构,影响到了云水和雪的空间分布,最终影响到降水的空间分布:在中心低压区云水更聚集于台风中心,在外围云区沿出流的方向上雪更超前于云水。而雨水主要分布在雪和云水大值相重合的区域。在量值特征方面,低层干冷空气入侵使得外围云区雪凝华和雨水蒸发效率更高,云水凝结效率低,导致了外围云区水凝物中的雪的占比更大,云水及雨水的占比更少。(4)冷槽主要是通过影响到台风的垂直速度变化,直接影响到雪的凝华和云水凝结效率,继而影响到雪收集云水、雪收集云水增加至霰、雪融化为雨水、雨水收集云水、霰融化为雨水等过程的效率,最终导致了降水量的变化。

关键词：台风变性冷槽暴雨云微物理过程

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WRF-Lake模式不同参数化方案对纳木错湖区夏季大气边界层模拟的影响

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高原气象 2024年第6期43卷 1416-1432页

作者：王梓奕杨显玉吕雅琼孟宪红王黎欢成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610299 中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

采用改进湖泊动力参数模块的WRF-Lake模式(WRF4.4.1),选取6种微物理方案、5种积云对流方案、2种边界层方案,共60种参数化方案组合对纳木错湖区2008年7月5-13日天气进行模拟,通过敏感性试验对比分析不同参数化方案组合对大气边界层内变... 详细信息

采用改进湖泊动力参数模块的WRF-Lake模式(WRF4.4.1),选取6种微物理方案、5种积云对流方案、2种边界层方案,共60种参数化方案组合对纳木错湖区2008年7月5-13日天气进行模拟,通过敏感性试验对比分析不同参数化方案组合对大气边界层内变量的模拟效果,利用“排名方法”对不同参数化方案在纳木错湖区夏季大气边界层的模拟能力进行综合评估。结果表明,模式能较好捕捉纳木错夏季平均2 m温度的总体时空分布特征,但湖上2 m温度模拟值偏高;受积云对流参数化方案和模式性能影响,各试验组对降水的模拟效果差异化显著并对日降水量存在不同程度的高估;模式对纳木错测站潜热通量日平均变化模拟性能最好,感热和风向较好,风速最差。整体而言,综合分析各试验组对纳木错湖夏季大气边界层的模拟能力发现,方案58(SBU-Tiedtke-MYNN3)对纳木错湖夏季2 m温度、日降水量、10 m风场及地表热通量的模拟效果最好。2 m温度RMSE值为2.38℃,日降水量RMSE值为10.48 mm,10 m风速日平均变化的相关系数为-0.41,标准差之比为0.94,10 m风向日平均变化的相关系数为0.59,标准差之比为0.73,感热通量日平均变化的相关系数为0.94,标准差之比为1.89,潜热通量日平均变化的相关系数为0.89,标准差之比为0.91。因此,建议使用以上次网格参数化方案进行纳木错湖区夏季大气边界层模拟。

关键词：纳木错湖 WRF-Lake 参数化方案边界层

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基于SWMM和InfoWorks ICM模型的大红门排水区暴雨内涝模拟

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水资源保护 2023年第3期39卷 109-117页

作者：廖如婷徐宗学叶陈雷舒心怡杨东明北京师范大学水科学研究院北京100875 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875 北京市北运河管理处北京101199

为探究不同暴雨情景下北京市大红门排水区内涝过程演化规律,构建SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合城市暴雨内涝模型,模拟分析了大红门排水区不同重现期降雨下管网排水能力、地表淹没情况及内涝危险性。结果表明:SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合... 详细信息

为探究不同暴雨情景下北京市大红门排水区内涝过程演化规律,构建SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合城市暴雨内涝模型,模拟分析了大红门排水区不同重现期降雨下管网排水能力、地表淹没情况及内涝危险性。结果表明:SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合模型在大红门排水区暴雨内涝模拟中具有较好的适用性;大红门排水区70%以上的管道排水能力不足5年一遇设计标准,随着降雨重现期增大,溢流节点和超载管道数量增多,超载时长增加,但溢流节点超载时长增幅减小;易涝区和中高危险区主要分布在大红门排水区中部和东南部下凹桥区;随着降雨重现期增大,内涝区积水深度增加、积水范围扩大,0.2 m以上水深区域占比增加,低危险区主要向高危险区转化,较少向极高危险区转化。

关键词：内涝模拟淹没水深淹没面积 SWMM InfoWorks ICM-2D 大红门排水区

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流体中柔性结构的动力学建模和分析

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水动力学研究与进展(A辑) 2024年第6期39卷 883-887页

作者：郭一凡牛小静清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084

高空风能是一种储量丰富、分布广泛的清洁能源。系留风筝发电系统具有能够在复杂的风力环境下稳定发电的优势,是高空风力发电领域潜在的技术实现路径。系留风筝为大变形柔性结构,研究其在强动态复杂风场中的动力学行为具有重要意义。该... 详细信息

高空风能是一种储量丰富、分布广泛的清洁能源。系留风筝发电系统具有能够在复杂的风力环境下稳定发电的优势,是高空风力发电领域潜在的技术实现路径。系留风筝为大变形柔性结构,研究其在强动态复杂风场中的动力学行为具有重要意义。该文基于集中质量法结合SPH方法构建了大变形柔性结构的动力学仿真模型,通过分布式粒子弹簧模拟布料和柔性结构的力学特性,模化流体对布料的作用,并对柔性结构在空气动力载荷下的响应进行分析,最后讨论其三维变形规律。运动方程的求解过程采用了Velocity-Verlet积分,保证了模拟过程中结构质点的位置与速度同时具有二阶精度。将该模型应用于自由布料飘落和圆形伞张开过程的初步模拟,展现出了良好的模拟效果,表明其可用于高效模拟大型柔性结构的动力学过程,有助于高空风力发电系统的设计和优化。

关键词：高空风能柔性结构仿真模型集中质量法 SPH方法

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基于冗余第二代小波变换的光纤陀螺实时降噪算法研究

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半导体光电 2024年第4期45卷 669-674页

作者：徐俊健任嘉楠吕峥辛璟焘祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 广州南沙光子感知技术研究院广州511462

提出了一种基于冗余第二代小波变换的光纤陀螺实时降噪算法,该算法直接利用插值补零后的预测器和更新器对信号进行分解和重构,确保逼近信号和细节信号的长度与原始信号相同,避免重构后信号失真。模拟信号和光纤陀螺输出信号的仿真实验... 详细信息

提出了一种基于冗余第二代小波变换的光纤陀螺实时降噪算法,该算法直接利用插值补零后的预测器和更新器对信号进行分解和重构,确保逼近信号和细节信号的长度与原始信号相同,避免重构后信号失真。模拟信号和光纤陀螺输出信号的仿真实验结果表明,该算法能够较好地保留信号的时域特征,保证信号的完整性和准确性,不受降噪过程的影响,同时量化噪声降低了约50.23%,角度随机游走降低了约19.14%,零偏不稳定性降低了约53.02%,为光纤陀螺信号处理提供了一种有效的方法。

关键词：冗余二代小波光纤陀螺实时降噪预测器更新器

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青藏高原主要流域的降水水汽来源

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中国科学：地球科学 2022年第7期52卷 1328-1344页

作者：李颖苏凤阁汤秋鸿高红凯严登华彭辉肖尚斌三峡库区生态环境教育部工程中心宜昌443002 三峡大学水利与环境学院宜昌443002 中国科学院青藏高原研究所地球系统与资源环境国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100101 青藏高原地球科学卓越创新中心北京100101 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 华东师范大学地理科学学院地理信息系统科学教育部重点实验室上海200241 中国水利水电科学研究院水资源研究所流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

追踪并量化青藏高原不同流域的降水水汽来源,有助于揭示西风与季风协同作用下高原流域尺度的大气水循环基本特征,理解气候变化背景下“亚洲水塔”的水资源时空变化机制.本研究基于欧拉水汽扩散模式(WAM2)和3套大气再分析资料(ERA-I、MER... 详细信息

追踪并量化青藏高原不同流域的降水水汽来源,有助于揭示西风与季风协同作用下高原流域尺度的大气水循环基本特征,理解气候变化背景下“亚洲水塔”的水资源时空变化机制.本研究基于欧拉水汽扩散模式(WAM2)和3套大气再分析资料(ERA-I、MERRA-2和JRA-55),追踪了近35年(1979/1980~2015年)青藏高原6个主要流域的降水水汽来源.结果表明:印度河上游、塔里木河(塔河)上游和柴达木盆地的水汽源主要随着中纬度西风带向欧亚大陆西部延伸;雅鲁藏布江流域(雅江)、高原内流区以及长江、澜沧江和怒江源区(三河源)的水汽源向西、南均有延伸,但以随印度季风向南延伸为主.冬、春季,各流域主要受西部水汽源影响;夏季,西风北移使得各流域水汽源向北推移,而印度季风爆发使得雅江、内流区和三河源的水汽源向印度洋大面积扩张;秋季,印度河上游、塔河上游和柴达木盆地的水汽源收缩到西部源区,而雅江、内流区和三河源的水汽源则收缩到高原中南及印度次大陆.通过量化多源水汽贡献发现:高原主要流域均以陆源水汽主导,尤其在塔河上游和柴达木盆地可达62~73%;而海源水汽贡献率最高出现在印度河上游(38~42%)和雅江(38~41%).冬季,由西部源区大面积水体(地中海、红海、波斯湾等)蒸发的水汽明显高于周边陆地,使得各流域在该季节表现为海(陆)源水汽贡献率峰(谷)值;夏季,印度河上游、塔河上游和柴达木盆地表现为陆源水汽贡献率峰值,而季风带来的大量印度洋水汽使得雅江、内流区和三河源的陆源水汽峰值不明显,其中,雅江的海、陆源水汽贡献在夏季几乎持平.

关键词：青藏高原降水水汽来源西风印度季风水汽再循环

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一种非闭环E×B霍尔推力器设计与实验研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：张广川王伟宗任军学王一白汤海滨杨立军北京航空航天大学宇航学院航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京航空航天大学宁波创新研究院先进飞行器与空天动力研究中心

霍尔推力器是一种广泛应用于航天器的先进电推进装置。传统的环形闭环霍尔推力器由于结构限制，无法开展放电通道内磁场构型剖切面上等离子体二维分布诊断。为解决这一问题，设计了一种带有光学诊断窗口的非闭环直线型通道E×B霍尔... 详细信息

霍尔推力器是一种广泛应用于航天器的先进电推进装置。传统的环形闭环霍尔推力器由于结构限制，无法开展放电通道内磁场构型剖切面上等离子体二维分布诊断。为解决这一问题，设计了一种带有光学诊断窗口的非闭环直线型通道E×B霍尔推力器，对推力器内部磁场和流场进行了仿真分析，提出了磁场设计原则。进一步，通过稳态放电参数监测、瞬态放电振荡分析、束流区等离子体参数诊断和放电通道内部电离区等离子体分布结构成像，验证了直线型放电通道构型对等离子体的有效约束与电磁场加速，发现了其放电模式随推进剂流量的演变趋势，并实现了基于放电电压的放电模式调控。最后，成功获取了放电通道内部等离子体在磁场构型剖切面上二维分布精细结构。综上，实现了简易装置下类霍尔推力器E×B场等离子体稳定放电与模式调控，结合等离子体二维平面上分布结构的光学诊断，为进一步霍尔推力器典型放电振荡过程的等离子体微观表现提出了新思路。

关键词：霍尔推力器磁场等离子体二维分布非闭环直线型通道放电振荡

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