毫米波云雷达与激光云高仪气象探测性能对比分析

为评估毫米波云雷达及激光云高仪的探测性能,选取广州市气象局KA波段毫米波云雷达和激光云高仪云高观测数据,通过对比两种测云设备在相同条件下的差异,分析不同要素对观测设备的影响,结果表明：(1)毫米波云雷达与激光云高仪同时探测到有云时,二者在云底高度观测上吻合程度较高,相关系数为0.98;(2)在数据获取率上,云雷达对高云的探测能力明显优于激光云高仪,但在对低云的探测能力上还有待提高,和激光云高仪相比,云雷达对低云和中云的识别能力有待提高;(3)对于多层云的观测,低层云的遮挡降低了激光云高仪对中高层云的观测,激光云高仪探测的中高层云多数在云雷达的回波内部.(4)对于不同强度的降水,日降水量越多,该天所测得的高、中云层回波就越少.(5)通过边界层高度与污染物的关系分析可以得出,边界层高度与PM2.5浓度呈反比.这些研究能够对毫米波云雷达和激光云高仪的探测能力进行评估,为后续选择设备提供参考,也推动了云观测技术的发展.     

Improvements in anisotropic models of single tree effects in Cartesian coordinates

For anisotropic density functions of e.g. fruit or leaf dispersal, most mathematical research is only done in polar coordinates. However, in software solutions aiming to derive inverse models for real world dispersal data, Cartesian coordinates may be preferred for several reasons. Thus, we introduce an anisotropic model in Cartesian coordinates following the approach in Wälder et al. (2009) with the von Mises approach. By introducing a correction factor, we thereby consider the fundamental attribute, that the integral over a density function with respect to the Cartesian coordinates has to be equal 1. It may have been overlooked so far that guaranteeing for this attribute needs different approaches whether working in polar or Cartesian coordinates. One result is that our approach can be used also for other anisotropic models rather than models from the von Mises approach.     

Modeling effects of toxin exposure in fish on long-term population size, with an application to selenium toxicity in bluegill (Lepomis macrochirus)

A primary goal in ecotoxicology is the prediction of population-level effects of contaminant exposure based on individual-level response. Assessment of toxicity at the population level has predominately focused on the population growth rate (PGR), but the PGR may not be a relevant toxicological endpoint for populations at equilibrium. Equilibrium population size may be a more meaningful endpoint than the PGR because a population with smaller equilibrium size is more susceptible to the negative effects of environmental variability. We address the individual-to-population extrapolation problem with modeling utilizing classical mathematical theory. We developed and analyzed a general model applicable to many freshwater fish species, that includes density-dependent juvenile survival and additional juvenile mortality due to toxicity exposure, and we quantified effect on equilibrium population size as a means of assessing toxicity. Individual-level effects are typically greater than population-level effects until the individual effect is large, due to compensatory density-dependent relationships. These effects are sensitive to the recruitment potential of a population, in particular the low-density first-year survival rate S_b. Assuming high S_b could result in underestimating effects of population-level toxicity. The equilibrium size depends directly on S_b, the reproductive potential, the toxin concentration at which mean mortality is 50% (LC₅₀), and the rate at which individual mortality increases with increasing toxin concentration. More experimental data are needed to decrease the uncertainty in estimating these parameters. We then used existing data for selenium toxicity in bluegill sunfish to parameterize a simulation version of the model as an example to assess the effects of environmental stochasticity on toxicity response. Effects of environmental variability resulted in simulated extinctions at much lower toxin concentrations than predicted deterministically.     

煤矿应急管理外部扰动可测状态控制方案

为提高煤矿应急管理能力,在发生事故时进行迅速、正确的应急决策,采用状态空间表达式描述煤矿安全管理系统,对其进行稳定性分析,初步判定其在李雅普诺夫意义下稳定;根据鲁棒性能分析,判定该不确定系统是Q—稳定的。定义煤矿突发事故为系统控制过程的一种外在扰动,建立添加外部扰动参数的外扰系统模型,根据控制论原理,采用状态反馈加扰动顺馈的控制方法,可找到一种外扰可测状态下的控制律。从计算所得控制律及校正系统方程的系数矩阵可以得出系统输出不受外扰影响的控制方案。结果表明,瓦斯抽放、煤层注水、加大通风量等措施为瓦斯爆炸后可使煤矿恢复正常运作应采取的应急管理策略。     

爆炸性气体在连续拐弯管道中传播特性的实验研究

针对复杂燃气管网燃气爆炸致灾严重,传播规律复杂的问题,利用实验室加工成的连续拐弯管道,模拟研究了复杂燃气管网爆炸性气体通过连续拐弯管道时的火焰传播速度、爆炸波超压变化情况。研究结果表明,当整个管道内充满瓦斯气体时,通过连续拐弯后,火焰传播速度和爆炸波超压值产生显著变化,在连续拐弯管道拐弯处为一扰动源,诱导附加湍流,气流湍流度增大,管道拐弯增加了燃烧区的湍流度,火焰燃烧产生加速度,加速燃烧产生更大能量以推动加速传播。研究结果对指导现场如何防治复杂燃气管网气体爆炸,减轻爆炸的威力具有重要作用。     

免疫粒子群优化在波阻抗反演中的应用

针对标准粒子群优化(PSO)算法易出现早熟而陷入局部最优以及进化后期收敛速度慢等缺陷,引入免疫系统的免疫记忆和抗体浓度选择机制,构造了基于免疫机制的粒子群优化(IPSO)算法,并将其应用到波阻抗反演问题中。免疫记忆能够保留高适应度个体,抗体浓度选择机制进一步保证了粒子的多样性,从而能较好地避免早熟收敛,提高算法的全局搜索能力。对理论模型试算表明,IPSO算法在进行波阻抗反演时不仅收敛速度快,而且具有较高的精确度和抗噪性能。     

密度和品种对玉米田杂草及玉米产量的影响

通过对玉米田杂草的调查,研究了不同密度和品种对玉米田杂草种类和生物量变化及玉米产量的影响。结果表明:在玉米全生育期内共发现以稗草(Echinochloa colonum(Linn.)Link)、水花生(Alternanthera philoxeroides)、水芹(Lepidiumsativum)等为主的21种杂草,以水芹的重要值最高;随密度的增加杂草的总数量和鲜质量减少;半紧凑型品种对杂草数量和生物量的抑制作用大于紧凑型品种,且产量高出了21.99%。密度对玉米产量的影响差异不显著,以B3(57 000株/hm2)产量最高,比常规密度B1(42 000株/hm2)和高密度B4(64 500株/hm2)的产量提高了14.17%和0.6%。可见,应根据玉米的品种类型,因地制宜地确定适宜的种植密度,以利于高产稳产。     

土岩界面地震波能量传递与耗散特性研究——以汶川8.0级地震为例

以汶川8.0级地震为例,应用应力波在弹性介质界面能量分配与反射和透射系数之间的相关性,得出地震波在不同介质中滞留能量的耗散比与介质波阻抗比和上层介质能量衰减比之间的关系。通过离散数值计算发现当能量衰减比一定时,两种介质的波阻抗比在某一特定值时上层介质滞留能量耗散比达到最大,该值随着能量衰减比的增大而增大。这一结论对地震山区的"剥皮型"滑坡提供了一种全新的解释,并得到了路堤工程宏观震害与面波测试资料的验证。     

异形电极调控的体声波谐振器力–电多场耦合仿真与优化

目的 抑制压电薄膜体声波谐振器(FBAR)寄生振动模态干扰,提出一种异形电极调控的谐振器新结构,并进行力–电多物理场耦合有限元建模分析与参数优化。方法 基于压电薄膜体声波谐振器的力–电耦合方程,运用有限元方法进行参数影响仿真分析,获得不同电极结构形状与敏感几何参数对应的谐振器阻抗特性及寄生振动模态干扰的影响规律,并对提出的异形电极调控谐振器几何参数进行优化。结果 新型电极结构使得薄膜体声波谐振器的导纳特性曲线更加平滑,相位波纹减少,无明显寄生谐振峰。参数优化所得框状电极宽度为6 μm、厚度为0.1 μm,谐振频率为1.727 GHz。结论 通过异形电极结构形状设计,可以实现对谐振器寄生振动模态的有效抑制,提升谐振器的性能。     

用于1，3-二硝基苯快速检测的免疫传感器研究

利用倏逝波全光纤生物传感平台,发展了一种用于1,3-二硝基苯快速检测的免疫传感器,其检测限可达0.054 mg·L-1,检测时间少于10 min.采用先将小分子污染物与惰性蛋白OVA结合制备成复合物,然后将该复合物通过双功能试剂连接到硅烷化后的光纤探头表面作为生物识别元件,使得传感器具有良好的鲁棒性和再生性能,可以重复使用上百次,而且没有明显的活性损失.实际水样的加标回收实验表明,所有样品的加标回收率在80%~120%之间,相对标准偏差为4.5%~10.0%,具有很好的精密度和准确性,受环境基质的影响较小,因此,该免疫传感器能够用于实际水样中1,3-二硝基苯的快速检测.