从能量学角度理解气候背景场对ENSO热带和热带外遥相关的影响

厄尔尼诺—南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,简称ENSO)通过遥相关过程影响全球天气气候。在热带地区,ENSO能通过影响热带对流层温度导致遥远海盆降水和海表温度异常;在热带外,ENSO能通过激发准定常罗斯贝波动造成北美、亚洲等地区气候异常。气候背景场对ENSO热带和热带外遥相关有重要影响。一方面,气候背景大气环流场可以通过正压和斜压能量转换影响ENSO遥相关波列的位置和强度。另一方面,热带气候背景海温和对流场会通过影响湿静力能分布影响ENSO热带遥相关过程。这些研究表明分析能量过程有助于理解气候背景场影响ENSO遥相关的机理。本文回顾了近几十年来国内外关于气候背景场对ENSO热带与热带外遥相关影响的能量分析研究进展,在此基础上,回顾了全球变暖背景下ENSO遥相关的可能变化,并提出了一些未来该领域内需要进一步研究的科学问题。

微纳尺度结构动力学专刊序

围绕微纳尺度结构跨尺度动力学建模、动力学分析、动力学控制、动力学设计与测量方法等研究主题,本专刊介绍了微纳尺度结构动力学与控制领域的一些最新研究成果.

车载环境下MEMS微镜长期可靠性及控制方法

作为一种新型微光机电系统,MEMS微镜可完成微尺度下的光调控工作,在光电通信、医疗成像、民用投影、雷达探测等领域应用广泛.近年来,以微镜为核心部件的MEMS激光雷达因其体积小和功耗低等优势,有望成为更具竞争力的辅助驾驶传感器之一.然而,鉴于车载应用特殊性,MEMS微镜在温湿、电磁、振动和冲击等复杂多物理场耦合环境下的各类可靠性问题严重制约了MEMS激光雷达的工程应用.本文立足MEMS微镜可靠性研究领域,综述其在高频振动、温湿循环、电磁耦合等极端环境下的分层翘曲、结构断裂、静电吸合、短路烧毁等复杂失效形式及失效机制,总结了MEMS微镜常见动力学建模理论及控制方法,讨论并展望了MEMS激光雷达车规化面临的主要挑战和发展趋势.

尺度效应下太赫兹非局部二维纳米薄膜结构涟漪动力学建模方法

本研究通过非局部理论和分子动力学模拟,深入探讨了尺度效应下二维纳米薄膜涟漪动力学特性.首先,基于非局部Kirchhoff板理论,构建了太赫兹激励下二维纳米薄膜涟漪动力学模型,揭示了涟漪波数与太赫兹激励频率的关系.其次,通过与分子动力学模拟对比,验证了非局部涟漪动力学模型的准确性,并对非局部参数进行了辨识.进一步,分析了小尺度范围下二维薄膜结构离散分子动力学模型和连续介质理论模型的差异性,讨论了等效厚度,手性和非局部参数等重要参数对涟漪波数和相速度的影响.研究表明:当涟漪波长接近碳-碳键尺度时,原子的离散特性破坏了相邻涟漪的均匀性,论证了考虑原子分布的离散特性对太赫兹高频激励下二维纳米薄膜跨尺度涟漪动力学建模的重要性.此外,本研究还发现了锯齿方向的相速度大于扶手椅方向的相速度,且随着中心激励频率的增加,闭合涟漪的波型从环形转变为六边形.

多层并联压电作动器快速响应的尺寸优选

压电作动器是星载卫星天线高精度形面控制的主要元件,但其在工作时加载电压后容易引起瞬态和残余振动,影响控制稳定性和控制精度。针对压电结构在动态形状主动控制过程中的振动抑制问题,课题组设计了一种具有位移放大的多层并联压电作动器结构,并对压电作动器在阶跃激励下的瞬态响应进行分析,揭示了中间层材料和结构尺寸等关键参数对作动器响应速度的影响规律,提出了压电双晶片作动器快速响应的尺寸优选方案。研究结果表明设计的压电作动器具有输出位移大、响应速度快的特点。该研究可为大型天线形面主动控制的高精度作动器研制提供依据和技术支撑。

基于改进鲸鱼算法的数字助听器回声消除方法

在数字助听器应用中,回声消除能力是检验助听器效果的标准之一。针对回声消除算法中自适应滤波器权重设置主观性较强以及实际语音信号波动性较大导致数字助听器回声消除精度不高的问题,提出了一种结合集合经验模态分解(EEMD)方法及鲸鱼算法(WOA)的最小均方误差算法(LMS)。该新方法在鲸鱼算法的基础上引入集合经验模态分解方法,采用集合经验模态分解方法将采集到的语音信号分解为若干个平稳的子序列,运用鲸鱼算法收敛速度较快的特点帮助自适应滤波器更快找到更适宜的权重,对自适应滤波器进行权重向量的优化,从而建立EEMD-WOA-LMS模型,通过回声消除效果的常用性能指标对所提方法进行验证。仿真实验表明,将改进方法与WOA-LMS算法相比,能获得较快的收敛速度和较低的失调量,并且均方误差有所降低,失调量降低了0.73 dB,回声损失值提升了2.87 dB,验证了EEMD-WOA-LMS算法的回声消除能力更优。

大豆—玉米复合种植模式应用分析

为系统探究大豆—玉米带状复合种植技术推广应用情况,分析实际应用中存在的需要进一步改进的地方,本研究对不同土壤类型下种植模式应用效益、不同经营主体下复合种植模式应用效益和不同技管水平下复合种植模式应用效益进行调查。结果表明,土壤类型、经营主体和技管水平对大豆—玉米复合种植模式应用效益均有影响;大豆—玉米复合种植模式比清种大豆、玉米纯收益明显增加,经济效益与社会效益十分明显,提高了耕地资源的利用率,实现大豆、玉米兼容发展和稳粮增豆目标。该种植模式在推广应用过程中,存在不同类型土壤适耕性不同、种植规模要求较高、精准播种喷药机械应用成本增加以及技管水平参差不齐等待改进之处,供广大种植户参考。

基于物联网的智慧农业大棚监控系统

针对农业大棚处于单个大棚、人工控制的阶段下自动化程度低的情况,利用现代通信技术、传感技术和计算机控制技术,设计了一套基于物联网的智慧农业大棚控制系统。实时采集大棚内的温度、湿度、光照强度、CO_(2)浓度等参数,根据实时监测的数据、预设的生产目标、对作物生长状态的分析和判断,制定适合的控制策略,自动调节大棚内的环境因素。同时将这些数据通过无线通信技术传输到云端,实现了远程监测和控制。实验测试结果表明:该系统能够自动调节环境参数,优化农作物生长环境,达到了高效、省时、节能的效果,可以提高农业管理的效率。

标准表法气体流量自动检定系统的设计与实现

针对利用原气体标准装置对气体流量计进行校准时效率相对比较低的现状,研制标准表法气体流量在线实时检定系统。在分析气体流量校准原理基础上,构建气体流量模型,设计标准表法气体流量检定系统结构,采用PLC进行气体稳流控制,采集标准表和待测表的数据,根据温度压力数值修正到标况下数值,在组态王环境下完成标准装置的检定。该系统具有自动采集各种数据、自动计算以及自动打印报表和储存数据等功能,实现校准过程自动化、高精度与高效性。通过对标准装置的测量误差和不确定度的分析,该系统达到了设计要求。

太湖流域生态功能综合评价研究

将整个太湖流域(江苏)分为49个生态区,从高到低划分为Ⅰ级~Ⅳ级4个等级,综合评价太湖流域(江苏)生态功能。结果表明太湖流域(江苏)生态功能状态处于一般水平,生态Ⅰ级区主要位于溧阳和宜兴的南部山区以及洮湖、阳澄湖和太湖东部湖区,这些区域河流与湖泊生态功能状态多为良好,生态Ⅳ级区主要分布在镇江北部,常州市区,无锡及其辖属江阴的城区,苏州及其辖属县级市的城区,这些区域河流与湖泊生态功能状态多为一般和极差。

河流水质时空变化特征及污染源解析研究——以斗龙港大团桥断面为例

采用因子分析方法,对斗龙港大团桥断面及相关区域共15个断面2012年-2017年水质监测数据及11个断面2018年水质补充监测数据进行分析,在此基础上对大团桥断面污染源进行解析,进而制定断面水质达标方案。结果显示:2018年1月~9月份大团桥断面水质均超过Ⅲ类标准,主要超标因子为总磷、氨氮和化学需氧量;入境河流水质及断面上游来水对大团桥断面水质有一定影响;大团桥断面污染源主要为畜禽养殖污染、上游污染及生活污水等。

血浆纤维蛋白单体水平与胃肠道恶性肿瘤患者疾病进展和预后的相关性

目的:通过定量检测胃肠道恶性肿瘤患者血浆中的纤维蛋白单体(fibrin monomer,FM)水平来判断其是否与疾病进展和预后相关。方法:本研究选取自2015年1月至2016年3月就诊于我院的胃肠道恶性肿瘤患者。根据FM的参考范围,将患者分为正常组(FM≤6μg/ml)和异常组(FM>6μg/ml)。采用Kaplan-Meier方法对癌症特异性生存率(cancer specific survival,CSS)进行了3年回顾性随访分析。本研究还利用Cox回归分析评价肿瘤预后因素,同时建立了诺模图模型来预测FM对肿瘤患者预后的影响。结果:在本研究中异常组和正常组的比例分别为40.1%(63例)和59.9%(94例)。基于FM的临床和实验室数据分析得出,两组患者无年龄和性别差异,但在肿瘤的分化程度、T分期以及PLT、FIB、DD等指标上的差异具有统计学意义。单因素分析发现FM正常组和异常组的3年生存率有显著统计学差异(分别为72.3%和42.9%,P=0.003)。通过多因素生存分析,我们确定FM可以作为胃肠道恶性肿瘤患者的独立预后因素(P<0.05)。用来预测FM对肿瘤预后影响的诺模图显示其受试者操作特征曲线(ROC)下的面积AUC为0.779(95%CI:0.706~0.853),敏感性和特异性分别为67.7%和79.0%。结论:这项研究表明,FM与胃肠道恶性肿瘤的进展及预后密切相关。高水平的FM提示患者预后不良,生存期短。

基于卡尔曼滤波的四旋翼飞行器控制算法

针对微型四旋翼飞行器运行过程中姿态数据中参杂着噪声干扰的情况,提出了以四元数与卡尔曼滤波相结合对飞行器的姿态数据做互补融合处理的方法。在分析微型四旋翼飞行器工作原理和结构组成的基础上,应用相关的物理规律建立飞行器的姿态算解的方程,提出了用卡尔曼滤波器解决飞行器的运动方程的方法,设计PID控制器,并进行相应的软件程序设计。测试结果与理论分析表明,该方法能实现良好的滤波效果,达到了平稳飞行的目的。

基于污染溯源分析的通榆河考核断面水质达标方案研究

基于水文、水质和污染源资料,建立了大丰区通榆河流域一维水环境数学模型。利用控制断面达标法计算得到通榆河水环境容量,进而与断面现状污染物入河量对比,确定了研究区域内各类污染物的削减量,并对草堰大桥考核断面污染源解析,最终制定断面水质达标方案及可行性分析,为草堰大桥断面乃至通榆河的水环境综合治理提供技术支持。结果证明:草堰大桥断面达到Ⅲ类水要求时,水环境容量分别为:COD 272.66 t/a,氨氮33.77 t/a,总磷7.45 t/a;草堰大桥断面污染源主要为畜禽养殖污染、上游污染及生活污水等。

江苏省水环境容量计算及总量控制目标可达性研究

改革开放三十多年来,江苏省在经济高速发展的同时,环境污染和生态破坏问题较为突出,江河湖海水环境污染尚未得到有效遏制。污染物总量控制可以弥补由排放浓度控制所带来的缺陷,在水环境治理过程中具有举足轻重的地位,水环境容量的计算为总量控制目标的确定提供了理论基础。本研究通过对江苏省全省生活污染源、工业污染源和农业面源污染源排污的分布情况进行调查,并计算现状污染物入河量,利用构建的江苏区域水量水质数学模型,依据水环境功能区的水质目标与水域面积,估算了各地区水环境容量,量化出各地区污染物入河总量,对各地区水质目标可达性进行分析。计算结果表明,全省水环境容量COD为90.79万吨,氨氮为11.76万吨,2015年各地市污染物入河量均超过了水环境容量,水体功能严重受损。在采取一系列环境保护政策和水污染控制工程后,到2020年全省COD入河量下降到77.31万吨,氨氮入河量下降到10.42万吨,均达到规划总量控制要求,但南京市、无锡市、扬州市、镇江市和泰州市仍未达标,这些地区需进一步采取措施削减污染负荷。

热带印度洋环流动力与季风相互作用研究进展

围绕中国科学院战略性先导科技专项"泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设"之子课题"热带印度洋环流动力与季风相互作用及其影响",从热带印度洋上层海洋环流、盐度变异对印度洋典型海气耦合过程的影响、印度洋海气相互作用及其对泛第三极水汽输送的影响方面回顾了热带印度洋环流动力与季风相互作用的研究进展.针对国内外研究发展的现状,提出热带印度洋上层经向、纬向、垂向流系间三维联动机制,海盆尺度热盐再分配对局地海-气模态变异的响应和反馈机制,热带印度洋典型海气耦合模态对泛第三极地区气候变化的影响机理等关键科学问题亟待解决.开展该子课题研究的最终目标是:全面认识和理解热带印度洋上层环流体系,加深印度洋海洋环流动力与海气相互作用及其对泛第三极经向水汽输送作用的理解,提高泛第三极地区气候预测水平,提升丝绸之路海上观测航道监测保障能力,从而为"一带一路"倡议和"21世纪海上丝绸之路"建设服务.

太湖流域生态功能综合评价方法初探

流域生态系统具有物质循环、能量循环、群落代谢等服务功能,随着社会的发展,城市化进程加快,人类活动等干扰因素的影响,流域生态系统的健康遭受严重威胁。在对太湖流域(江苏)水生态系统状况深入调查研究的基础上,以生物多样性维持功能、重要生境维持功能、水环境支持功能和重要物种保护功能4类功能为目标,构建化学、生物与生境复合指标体系,通过评价指标的计算及赋值,对整个太湖流域(江苏)49个水生态环境功能分区,从高到低划分为Ⅰ级~Ⅳ级4个等级,最终形成太湖流域(江苏)生态功能综合评价方法。

高通量测序技术在病原体检测中的临床应用进展

病原体检测对临床诊断与治疗有着重要指导意义。当前临床病原学诊断方法主要有培养法、镜检法、PCR法、免疫学方法(包括荧光法、ELISA法、层析法)和测序技术等,其中以培养法结果阳性为“金标准”。但依赖传统方法仍有许多感染性疾病被漏诊。几乎所有的感染性疾病病原体都含有DNA或RNA基因组,因此基因组测序成为了病原体检测的一种极佳方法。

El Ni?o衰退年夏季西北太平洋异常反气旋季节内演变特征及其机制

基于多种再分析资料和观测资料,分析ElNino衰退年北半球夏季西北太平洋异常反气旋(NWPAC)季节内演变特征及其机制。结果表明,较之ElNino衰退年6月,NWPAC在7月与8月北移,且其强度在7月与8月显著增强。NWPAC通过影响对流层低层水汽通量散度对东亚夏季季节内降水产生影响,使东亚夏季异常雨带随NWPAC北移而逐渐北移;与NWPAC相伴随的降水异常减弱与入射太阳短波辐射增强,可引起夏季中南半岛、菲律宾及我国南部地区地表气温正异常,且随着NWPAC北移,东亚地表气温异常也随之北移。局地海气相互作用过程可能是NWPAC夏季季节内北移的成因之一。NWPAC北侧短波辐射的减弱和海表潜热与感热释放的增强会造成其下海温负异常,而海温负异常有利于NWPAC的维持。与之相反,NWPAC南侧短波辐射的增强与海表潜热与感热释放的减弱会造成其下海温正异常,而海温正异常可能会激发对流不利于NWPAC的维持。

1980～2014年中国中东部持续性霾天气的多尺度变化特征

对1980~2014年中国中东部地区324个台站的持续性霾天气的时空变化和相关气象影响因子进行分析,结果表明:中东部地区年平均持续性霾事件和其在所有霾事件的贡献比例逐年增加,增长率分别为0.79(10 a)^-1和2.7%(10 a)^-1。主要表现为3个大值区:华北平原地区(包括山西省、京津冀地区)、长江三角洲和四川盆地东部,增加最显著的区域位于黄淮地区,增长率分别为6.3(10 a)^-1、13.95 d(10 a)^-1。1月是持续性霾事件的高发月,月均2.56 d。夏季和秋季持续性霾事件增加最为明显,增长率分别为0.38(10 a)^-1和0.46(10 a)^-1。不利的气象条件,如静风日数的增加,风速和大风日数的减少,以及不利的环流形势,如东亚冬季风的减弱,都可能造成持续性霾天气的增加和异常维持。