基于Fortran语言的地球外辐射带电子三维数据同化建模

开发地球电子辐射带的数据同化模型,对于理解辐射带电子的动态演化过程和辐射带空间天气预报具有重要意义.结合范阿伦卫星的辐射带电子观测数据和外辐射带三维扩散模型,采用卡尔曼滤波算法,本文开发了基于Fortran语言的外辐射带电子三维数据同化模型(Three-dimensional Data Assimilative Model of Outer Radiation belt Electrons,简称TDAMORE),实现对L^(*)=3~7、能量范围为0.1~5 MeV、投掷角范围为5°~90°的外辐射带电子时空变化过程的三维重构.通过对2018年8月期间外辐射带电子通量演化过程的重构,证实TDAMORE模型可以较好地重现不同能量和不同投掷角电子通量在磁暴前后的演化特征.通过分析电子通量的观测和同化结果之间的相关系数、平均误差、平均绝对误差和均方误差,发现对于能量低于4 MeV的电子,观测与同化结果之间的相关系数基本大于0.8且误差相对较低.而对于更高能量的电子,观测与同化结果之间的误差相对较高,这可能是同化模型忽略了电磁离子回旋波对电子的散射损失导致的.

初始大扰动条件下双流系统的粒子相空间振荡

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统演化过程的研究往往需要考虑初始的扰动.利用所建立的动理论粒子云模型方法,我们研究了初始大扰动下双流系统的不稳定性现象,发现初始大扰动条件下粒子相空间产生振荡现象,且振荡频率与初始扰动的空间波数有关,电场与电场能量也存在该频率成分.通过线性理论,求解出了粒子相空间振荡频率.它与粒子云模拟得到的频率一致.该频率为朗缪尔振荡频率的基础之上叠加一个与初始扰动的空间波数有关的频率偏移量.我们改变等离子体频率,进一步验证了上述结论.该研究结果表明初始扰动能够对双流系统的不稳定性现象产生重要影响,对于加深理解地球磁层中双流系统的演化过程有重要参考意义.

哨声模合声波对辐射带电子扩散系数的多维建模及损失时间尺度建模研究

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对论电子的重要来源.因此,快速准确地计算合声波对辐射带电子的扩散系数,对于优化地球辐射带动理学建模并深入理解电子通量的演化机制具有重要作用.本研究利用Full Diffusion Code(FDC)定量计算了典型合声波波模对辐射带电子的弹跳平均投掷角、能量和交叉扩散系数,并建立了地球内磁层空间中L为2~7、背景环境参数α^(*)为1~13,投掷角α_(eq)为0°~90°、能量Ek为10 eV~10 MeV的电子散射系数矩阵数据库.在此基础上通过线性插值方法可以快速得到不同L和α^(*)参数条件下的合声波对辐射带电子的扩散系数,并计算相对误差验证应用线性插值方法的合理性和准确性.基于扩散系数矩阵数据库,本研究还计算了合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,建立了以L、α^(*)和Ek为输入参数的电子损失时间尺度经验模型,从而可以快速获取合声波散射电子的损失时间尺度.结果表明,扩散系数矩阵数据库构建和线性插值方法的使用大幅度减少了获取不同L和α^(*)对应的扩散系数所需时间,同时建立的三维损失时间尺度经验模型可快速得到不同L、α^(*)和Ek所对应合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,这些结果提高了地球辐射带动理学建模效率,对于空间天气预报具有重要意义.

聚乳酸对肉鸡生长性能和肠道功能的影响

试验旨在研究聚乳酸(PLA)对AA肉鸡生长性能、肠道功能的影响。选取192只1日龄AA肉鸡随机分成4组,对照组饲喂基础饲粮,试验1、2、3组分别在基础饲粮中添加0.5%、1.0%、2.0%PLA,试验期42 d。分别于肉鸡21、42日龄测定了肉鸡生长性能、肠道屏障功能、肠道消化酶活性、小肠组织结构、小肠食糜pH和盲肠微生物。结果表明:①与对照组相比,1~21日龄时,1组平均日采食量(ADFI)显著升高(P<0.05),22~42日龄时,1、2组平均日增重(ADG)显著升高(P<0.05);②各试验组D-乳酸(D-Lac)含量、二胺氧化酶(DAO)活性均无显著差异(P>0.05);③2、3组21日龄的十二指肠胰蛋白酶活性显著升高(P<0.05),1、2组42日龄的十二指肠淀粉酶(AMS)活性显著升高(P<0.05);④1、2组21日龄的十二指肠绒毛高度(VH)显著升高(P<0.05),3组21日龄的空肠绒毛高度/隐窝深度(V/C)显著升高(P<0.05),2组21日龄的回肠VH显著升高(P<0.05),2、3组42日龄十二指肠VH、V/C显著升高(P<0.05),1、2组42日龄空肠VH显著升高(P<0.05);⑤1、2组21日龄的空肠pH显著降低(P<0.05),1、2组42日龄的十二指肠pH显著降低(P<0.05);⑥2组21日龄的盲肠乳酸杆菌、双歧杆菌数量显著升高(P<0.05),1、2组42日龄的盲肠乳酸杆菌数量显著升高(P<0.05)。综上所述,饲粮中添加PLA可以提高肉鸡十二指肠消化酶活性,降低肠道pH,促进有益菌群繁殖,且以添加1.0%PLA效果显著。

腹主动脉瘤腔内治疗术径路血管解剖学特征及并发症的研究进展

腹主动脉瘤(AAA)是腹主动脉节段的病理性扩张,腔内治疗(EVAR)是解剖结构合适的AAA患者的首选治疗方式。径路血管作为EVAR术中穿刺以及器械输送的途径,其解剖学特征对血管并发症的发生有着显著影响。本文对EVAR径路血管解剖学特征及其并发症的研究情况进行综述。

复杂地形地貌对下伏煤岩层应力影响规律研究

为了掌握地表的山体和山体间的沟谷区域等复杂地形地貌对下伏煤岩层应力的影响规律,本文通过理论分析构建了山体下煤岩层垂直应力计算模型,并以禾草沟煤矿50205工作面为背景,研究了复杂地形地貌对下伏煤岩层荷载作用特征及应力传递规律。结果表明:山体荷载对浅部煤层具有较明显的应力影响,在水平方向上影响明显范围与山体坡度呈负相关性,影响范围系数与山体坡度成正相关性,山体对下伏煤层垂直应力影响特征可分为初始影响、剧烈增长影响和缓慢增长影响3个阶段;沟谷区域下伏煤岩层垂直应力叠加数值呈现随深度变化先增大后减小的特征,且当两山体相邻间距大于山体底面宽度1.25倍时,应力叠加效应很小,可忽略不计;随着相邻山体间距逐渐增大,沟谷区域下伏煤岩层形成一个应力叠加不明显的倒三角区域。

超低能耗绿色节能技术工业试验研究

从2015年至今,沈阳铝镁设计研究院有限公司(SAMI)陆续开展了一系列科学研究以及试验,主要是围绕铝电解技术向环境友好型、深度节能型的发展方向进行。通过采用降低阴极压降的同时提高电解槽磁流体稳定性的技术路线,SAMI开发了一种新式节能阴极结构技术(简称NCCT技术)。沈阳院采用NCCT以及NCCT+技术,在2个500 kA电解系列中进行工业扩大化试验中应用。试验统计数据表明,NCCT技术的能耗为<12300 kWh/t-Al,NCCT+技术的能耗为<12200 kWh/t-Al。

风云3C对不同类型辐射带电子分布变化的观测:2015年3月17日磁暴事件分析

风云3C卫星(简称FY-3C)测量的低地球轨道(Low Earth Orbit,简称LEO)高能粒子(电子、质子和重离子)通量,是空间环境监测预警业务的重要自主数据来源.深入分析风云3C卫星测量的不同种类高能电子的分布特征和变化规律,对辐射带研究和空间天气预报具有重要意义.本文使用FY-3C测量的空间粒子数据,系统分析了2015年3月17日强磁暴期间辐射带捕获、准捕获和沉降电子的演化特征及其主导性物理机制.结果表明,在磁暴主相,外辐射带电子通量(E2:0.35~0.65 MeV,E3:0.65~1.2 MeV)出现快速下降,达到两个数量级,E1能级(E1:0.15~0.35MeV)电子通量在L<5区域因为亚暴注入先出现增长,之后在L>4的区域出现明显下降.在磁暴恢复相,由于合声波(chorus waves)先加速低能段电子,E1能段电子通量最先(小于五小时)开始增加,在磁暴结束时覆盖2<L<8范围,通量最高达到105 cm^(-2)·sr^(-1)·s^(-1).电子能段越高通量增长得越慢(E2:十小时内;E3:一天内),最终覆盖的空间范围更小(E2:2<L<7;E3:2.5<L<6.5).通过对比沉降电子、准捕获电子和捕获电子通量演化过程的差异性,发现磁暴主相捕获电子通量(E1,E2,E3能段)大幅下降时沉降电子通量并未明显增加,表明此时高能电子(E1,E2,E3能段)的损失机制主要是穿过磁层顶损失,而不是沿着磁力线沉降到中性大气.三种类型的电子通量在磁暴恢复相均出现明显增强,而合声波对电子同时存在加速和散射作用,因此判断恢复相电子的加速机制主要是合声波与电子的回旋共振作用.这些结果表明强磁暴期间辐射带电子呈现出复杂多变的动力学演化特征,风云3C测量的低轨道粒子数据可以为分析辐射带中粒子损失和加速过程中主导的物理机制提供关键信息,是空间辐射环境建模和预测预报的有力支撑.

基于人工神经网络和随机森林方法的L1点处太阳风速度重构与预测

太阳风是由太阳大气膨胀形成的等离子体流,它能够将太阳的物质和能量传递到地球空间环境中.剧烈的太阳风暴能够引起地球空间天气中灾害性事件,而太阳风参数作为表征太阳活动的重要指标,对太阳风关键参数进行重构和预测,有助于理解地球空间天气演化的重要机理和规避或减轻灾害性空间天气.本文以1963—2018年的地面观测数据(Kp指数、Dst指数、AE指数、F10.7和太阳黑子数)作为输入,通过特征选取技术对输入参数进行筛选,然后利用人工神经网络和随机森林两种算法分别对日地L1点处(第一拉格朗日点)的太阳风速度进行重构和提前3小时预测.结果表明,两种算法均能在测试集中有效重构和预测太阳风速度的变化情况,其中人工神经网络的性能更好,重构结果与观测值之间的均方根误差和皮尔逊相关系数分别为~58 km·s^(-1)和~0.84,预测结果与观测值之间的均方根误差和皮尔逊相关系数分别为~61 km·s^(-1)和~0.82,而随机森林的性能分别为~63 km·s^(-1)和~0.81以及~64 km·s^(-1)和~0.80.我们进一步利用所训练的模型对2015年3个强磁暴事件期间的太阳风速度变化进行定量分析,人工神经网络在预测中表现出了较好性能.本文建立的太阳风速度重构和预测模型可以被用于以太阳风参数作为驱动的空间天气建模研究.

多频段EMIC波共振散射辐射带相对论电子的损失时间尺度研究

作为地球磁层中一种分布广泛的电磁波,电磁离子回旋波(Electromagnetic ion cyclotron waves,简称EMIC波)是地球辐射带相对论电子的重要损失机制.EMIC波通常呈现H+、He+和O+三种不同频段,不同频段对相对论电子的散射效应和损失时间尺度大不相同.准线性理论是定量分析不同频段EMIC波对地球辐射带相对论电子散射效应的重要工具,我们利用基于准线性理论开发的Full Diffusion Code(FDC),分别计算了H^(+)、He^(+)、O^(+)三种频段EMIC波在不同空间范围、背景等离子体条件以及不同传播角模型下对辐射带相对论电子的弹跳平均投掷角散射系数,建立了L=1.5~7,背景等离子体参数α*(=f_(pe)/f_(ce))=6~30范围内的多频段EMIC波电子散射系数矩阵库.进而,我们计算了辐射带相对论电子在不同频段EMIC波散射作用下的损失时间尺度,获得了在不同磁层条件下EMIC波损失沉降相对论电子的定量信息.这些结果对于提升地球辐射带动力学过程建模水平、开展辐射带空间天气预报具有重要价值.

铝电解槽大修渣无害化处理研究

采用河南某铝厂的铝电解槽大修渣作为原料,在有空气及水蒸气的条件下进行高温处理。通过以上方式处理后的阴极炭块可减少约70.6%,其中C含量减少约98.5%,F含量减少约85.6%,氰化物的减少为99.8%,基本实现氰化物全部分解。氮化硅结合碳化硅处理后,其重量变化量约为增加2%。F的减少为72.8%。氰化物在高温下分解后,减少为75.9%,处理后氰化物含量为7.2 mg/kg。

聚乳酸副产乳酸的饲用安全性评价

试验通过对聚乳酸副产乳酸进行小鼠急性经口毒性试验和30 d饲养试验,评价聚乳酸副产乳酸的饲用安全性。急性经口毒性试验:将60只ICR小鼠分为1个对照组和5个试验组,雌雄各半,对照组灌胃纯化水,试验组灌胃累积剂量分别为1.01、1.56、2.40、3.69、5.68 g/kg BW,14 d后测出聚乳酸副产乳酸半数致死量(LD_(50))。30 d饲养试验:将64只ICR小鼠分为1个对照组和低(1.57 g/kg BW)、中(2.46 g/kg BW)、高(3.86 g/kg BW)3个试验组(饮水添加聚乳酸副产乳酸),雌雄分笼饲养。于第30 d,分别测定小鼠体重、血液生理、生化、小肠发育以及肝脏组织变化情况。结果表明:(1)急性经品毒性试验中,聚乳酸副产乳酸的LD_(50)为3.96 g/kg BW,95%的可信范围为2.79~5.61 g/kg BW,属低毒级。(2)饮水添加聚乳酸副产乳酸30 d的饲养试验中,与对照组相比:①各试验组小鼠体重和血液生理指标无显著差异(P>0.05)。②高剂量组雌鼠血液总蛋白(TP)显著降低(P<0.05),雄鼠血液谷丙转氨酶(ALT)显著升高(P<0.05)、总蛋白(TP)显著降低(P<0.05)。③中剂量组雌鼠空肠绒毛高度和绒毛高度/隐窝深度极显著降低(P<0.01)。高剂量组雌鼠十二指肠绒毛高度极显著降低(P<0.01)、十二指肠绒毛高度/隐窝深度显著降低(P<0.05),空肠绒毛高度和绒毛高度/隐窝深度极显著降低(P<0.01);雄鼠空肠绒毛高度极显著降低(P<0.01)。④中剂量组雌、雄小鼠肝索较紊乱,雄鼠肝血窦增加;高剂量组雌鼠枯否细胞增多、双核细胞数量增加,雄鼠肝小叶边界明显、双核细胞数量增加。说明聚乳酸副产乳酸毒性低,饲用安全性高,低浓度的聚乳酸副产乳酸能够应用于饲料生产。

伴随等离子体密度下降的磁声波与辐射带电子的波粒相互作用及其散射效应

利用范阿伦卫星的高质量观测数据,我们报道了伴随等离子体密度下降的磁声波现象.通过选取分别发生于2013年7月26日(事件A)和2013年9月19日(事件B)的两个相应事件进行细致分析,我们开展试验粒子模拟计算了磁声波对辐射带电子的散射系数,并求解二维福克-普朗克扩散方程量化了磁声波散射导致的辐射带电子动态变化.结果表明,事件A中的磁声波的散射作用主要发生于投掷角范围为60°~80°、能量范围为20~200keV的辐射带电子,而事件B中的磁声波的散射作用主要发生于投掷角范围为50°~80°、能量范围为20~400keV的辐射带电子;两个事件中的磁声波均能导致辐射带电子的蝴蝶状投掷角分布,但是由于事件B的磁声波幅度更强,形成的电子蝴蝶状分布更明显.

面向高效节能的数控滚齿加工参数多目标优化模型

数控滚齿加工工艺是应用较为广泛的齿形加工方式,合理的加工参数选择能够显著影响加工过程能耗和加工时间。为降低滚齿加工过程能耗和加工时间,提出一种面向高速干切的高效节能数控滚齿加工参数多目标优化模型。首先,系统地分析了数控滚齿加工过程的能耗特性,建立了数控滚齿加工过程能耗模型;然后,以数控滚齿加工的滚刀转速和轴向进给量为优化变量,建立了以最低能耗和最少加工时间为目标的多目标优化模型,并采用帝国竞争算法对模型进行优化求解;最后,以某车间的齿轮加工过程为应用案例,验证了该模型的有效性和实用性。

“双减”背景下中小学英语作业理念与方法改进研究

回顾新中国教育史上曾出台过的一系列中小学“减负令”,分析中小学英语作业负担重的原因。探讨在“双减”背景下,中小学英语作业设计理念与方法的变革。指出在“双减”背景下,教育者应回归立德树人的本心,遵循青少年身心发展规律,树立大作业观、长作业观、协同作业观、文化作业观的作业设计理念,灵活运用分层作业、“英语+”模式,结合地方特色文化,设计实践性作业,满足学生的个性化发展需求。

汽车轮毂用ZL205A铝合金铸造性能试验研究

采用仿真和实验验证的方法研究了汽车轮毂用ZL205A铝合金在浇铸温度710℃、730℃、750℃下的流动性、收缩性等铸造性能,结果表明,在浇铸温度750℃下该合金有很好的铸造性能。试验研究了Cu含量对铸造流动性和收缩性能的影响表明,Cu含量的增加会降低其铸造性能。利用Pro CAST软件对不同温度和低压铸造的加压速度进行模拟计算,得出在750℃和0. 002 MPa/s加压速度下低压铸造的充型效果较好。结合试验和Pro CAST模拟结果,采用5%的Cu含量(质量分数),浇铸温度选择750℃,低压铸造,配合铸件T6热处理工艺,获得了质量良好的汽车轮毂铸件。

轴承预紧对高速重载行星齿轮传动动态特性影响研究

为分析轴承预紧对高速重载行星齿轮传动系统动态特性的影响,建立高速重载行星齿轮传动动力学模型,考虑轴承预紧因素,分析行星销轴承预紧量对系统支撑刚度、固有频率、内外啮合副动态啮合力的影响。结果表明,行星销轴承预紧可以有效增加行星销支撑刚度;系统的固有频率随预紧先减小后增大,随游隙增大而增大;行星齿轮内外啮合副动态啮合力峰值随预紧增大而减小,随游隙增大而增大。研究结果可为优化高速重载行星齿轮传动的轴承预紧量提供支撑。

铝电解槽铝水高度技术路线分析研究

本文基于电解槽热电数学模型,分析了铝水高度对传统型电解槽和节能型电解槽的水平电流和热平衡的影响,计算了电解槽伸腿长度和阴极散热量与铝水高度的变化趋势。结果显示,对于节能型阴极结构电解槽,铝水高度对磁流体稳定性的提升作用要明显小于传统型阴极结构电解槽,而对槽膛形状的影响要显著大于传统型电解槽。铝水高度超过24 cm,伸腿长度迅速增加,槽膛情况恶化,反而破坏了电解槽运行的稳定性。建议节能型阴极结构电解槽,特别是采用石墨化阴极的节能型电解槽,在稳定运行期保持20 cm左右的低铝水平工艺路线。

地球电子外辐射带的数据同化建模与分析

地球电子外辐射带对太阳与地磁活动呈现高度动态变化的响应,了解外辐射带的全球动态变化过程对于近地空间粒子辐射环境的理解认知和预测预报具有重要意义.基于卡尔曼滤波数据同化方法,本文利用范阿伦A星、B星和GOES-13和GOES-15四颗卫星的辐射带电子观测数据,分别利用三种不同维度的辐射带物理模型,将观测结果与数值结果有机融合,对2013年3月地球外辐射带电子通量的径向分布与变化进行数据同化分析.结果表明,考虑了磁层波动与辐射带电子共振作用引起的径向扩散、投掷角扩散以及能量扩散过程的三维同化模型可有效、合理地重现外辐射带电子通量的径向分布.本文进一步利用该三维同化模型对2013年一整年外辐射带电子的相空间密度分布进行重构与分析,得到了不同绝热不变量和不同地磁活动条件下电子辐射带的时空演化过程,从而为深入理解外辐射带电子的变化过程和动力学机制提供了强有力信息.通过分析同化过程中的新息矢量以及度量同化过程中观测数据在多大程度上修改了物理模型结果,还有助于定量分析现有辐射带物理模型中的源项和损失项的相对贡献以及可能忽略的物理机制或过程.

青海省民和县新民—李二堡地区土壤养分地球化学特征分析

在青海省民和县新民—李二堡地区进行土壤地球化学调查的基础上,通过对574个土壤样品测试分析,研究其中有机质、氮(N)、磷(P)、钾(K)、硫(S)、水溶性钙(Ca)和镁(Mg)等养分指标和pH值等。结果显示,研究区主要属于碱性—强碱性土质,K富集,P中等偏富,N较贫乏,个别地区S超标。综合评价研究区,土壤养分丰富的一级和较丰富的二级土壤面积占31. 99%,中等级别占43. 8%,较贫乏占24. 07%,贫乏地区占0. 15%。研究结果为该区土壤改良和高效利用提供了参考。