湖泊流域生态系统演化对人类世研究的重要意义

人类世可能成为一个全新的地质时期,以描述人类活动对地球环境造成极为深远的影响,目前已被广泛讨论。湖泊及流域生态系统作为与人类社会最密切的地球单元之一,受到人类活动显著影响,相关研究成果能为理解人类世做出贡献。本文从湖泊流域生态系统和人类世本身特征为切入点,讨论了湖泊及流域生态系统演化对人类世研究的重要意义。我们认为,湖泊具有相对独立的整体,清晰的内部作用关系、完备的理论支持和时空数据支撑,能够为人类世地球各圈层交互作用提供研究框架。湖泊流域生态系统演化的稳态转换与地球环境进入新的地质时期具有诸多相似之处,相关研究成果能够更好地界定人类世开始时间、总体特征以及演变过程和机制。本文指出人类世湖泊及流域生态系统演化研究依然面临诸多挑战,并提出了对未来相关研究的展望。

基于GMM和改进MFCCs的电机轴承故障诊断方法研究

针对电机系统振动信号的采集对传感器安装精度要求较高,以及时频域特征不能完全表征轴承故障特征的问题。论文提出一种基于高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)和改进梅尔频率倒谱系数(Mel frequency cepstrum co-efficients,MFCCs)的轴承故障识别方法。该方法通过PCA降维获取改进的MFCCs声纹特征,借助GMM模型对MFCCs特征参数分布拟合,构造了电机轴承故障分类模型,实现了对轴承故障状态的识别。仿真实验结果表明:所得到的MFCCs特征向量能准确表征轴承的不同故障类型;改进MFCCs特征具有识别准确率高和识别速度快的特点;并且基于GMM模型的识别结果与真实故障类型吻合良好。研究结果为电机轴承故障诊断研究提供了一种新思路。

水力冲孔对煤微观孔隙和结构成分影响的试验研究

煤矿瓦斯灾害严重制约着我国煤炭工业的发展,瓦斯灾害大多发生在透气性低和抽采效果差的低渗透性煤层中,目前水力冲孔技术是针对低渗透性煤层的一种较为有效的治理手段。为探讨水力冲孔技术对煤微观孔隙和结构成分的影响,利用压汞、液氮、甲烷等温吸附、傅里叶红外光谱和拉曼光谱等测试分析手段,对水力冲孔前后的煤样进行了微观孔隙、甲烷吸附性能和结构成分等方面的试验研究。结果表明,冲孔过程对于煤体内部微观孔隙具有一定的改造作用,主要集中在过渡孔(尤其是50 nm以下)和微孔段。不同温度下,冲孔过程均使煤的甲烷吸附性能显著提高,提高幅度可达1~2倍。冲孔后煤样的傅里叶红外光谱各峰位强度有所减小,拉曼光谱D峰和G峰面积有所增大,即冲孔过程对煤的结构成分也产生了影响,主要表现为官能团的相对含量变化、结构缺陷发育和芳香型碳富集。水力冲孔作用不仅可大幅改善煤体内部的孔隙通道,从而提升煤体内部瓦斯的解吸-扩散-渗流能力,还可使煤体新产生一些小分子结构的气体,且赋存于煤体内部丰富的孔隙结构中。水力冲孔后煤体这些微观孔隙和结构成分的变化,很好地解释了生产现场水力冲孔后煤体的瓦斯抽采效率提升,瓦斯流量衰减系数较小和持续抽采能力变强这一宏观现象。

水力压裂摩阻类型及降阻措施

水力压裂摩阻引起施工压力增加,施工风险增大。水力压裂摩阻包括沿程摩阻和近井摩阻。近井摩阻产生机理最为复杂,其中射孔数不足、孔眼清洁度差以及孔眼堵塞产生孔眼摩阻;射孔相位不当、固井质量差以及多裂缝竞争延伸产生裂缝弯曲摩阻。降低压裂摩阻的工艺措施主要包括定向射孔、支撑剂段塞磨蚀、增大压裂液黏度、压裂液延迟交联等。

岩层真厚度计算公式的图解分析

岩层真厚度计算是野外地质填图中制作综合地层柱状图重要的一环,也是教学的重点和难点。由于岩层真厚度的计算公式过于繁杂,学生往往死记硬背公式而不理解其所代表的地质含义,导致在野外处理实际问题时无法根据实际情况选择合适的公式进行计算。本文通过空间思维,将岩层真厚度的计算公式与实际地质现象建立联系,建立起公式的三维空间图解。该方法使抽象的公式转换为了形象的图形,利于理解,便于记忆,在教学实践中取得了良好的效果。

冲击荷载作用下不同煤阶煤的结构演化特征研究

瓦斯的高效抽采和合理利用对于防治煤矿瓦斯灾害、改善空气质量和增加清洁能源供应都具有十分重要的意义。为探讨冲击荷载对煤体的微观孔隙结构和大分子形态学结构的影响,以褐煤(HM)、烟煤(YM)和无烟煤(WY)为研究对象,利用分离式霍普金森压杆(Separated Hopkinson Pressure Bar,SHPB)冲击试验系统模拟冲击应力在不同衰减过程中的冲击波和应力波,结合低温液氮和拉曼光谱测试数据,研究了冲击荷载作用下不同煤阶煤的结构演化特征和规律。结果表明,在冲击荷载的作用下,褐煤、烟煤和无烟煤的液氮总吸附量、总比表面积和总孔体积都减小(例如,在冲击荷载分别为0、0.5、0.75和1.0 MPa时,HM-0、HM-1、HM-2和HM-3的BJH总比表面积分别为7.066、6.611、4.468和3.548 m^(2)/g),微孔均逐渐向过渡孔或中孔转化,微孔的占比减小,而过渡孔和中孔的占比之和增大。冲击荷载可以促进微孔中吸附的瓦斯有效解吸,提高过渡孔和中孔中瓦斯的扩散和渗流速度,很好地解释了煤储层在外载扰动的过程中会产生超量煤层气这一宏观现象。随着冲击荷载的逐渐增大,不同煤阶煤拉曼光谱D1峰的峰位置逐渐向高波数移动,G峰的峰位置逐渐向低波数移动,ID1/IG逐渐增大,且冲击荷载后不同煤阶煤的ID3/Itotal均较原始煤样所有减小。这表明,冲击荷载导致不同煤阶煤大分子形态学结构中微晶结构单元的破坏,微晶生长程度向无序化方向升高的方向发展,大分子内缺陷程度逐渐增加,无定形碳的相对量减少。

平煤十一矿瓦斯分布东西分异的动力学机制

通过构造分析、数值模拟、理论计算等手段,研究了平煤十一矿煤层瓦斯分布的动力学机制。以中央NE向雁列式断层为界,十一矿瓦斯分布存在东西分异的现象,瓦斯含量和瓦斯压力东部高、西部低。十一矿东部受锅底山断层左行走滑拖拽,表现为挤压应力场,形成了一系列NW向逆断层;西部受锅底山断层同沉积作用影响,表现为拉张应力场,形成了数量众多的小型正断层。东、西部不同的应力场性质,形成了NE向雁列式断层,作为矿井瓦斯地质单元的天然分割线,造成了矿井东、西部不同的瓦斯地质规律。

2021年度自然科学基金申请书关键词透视地理科学研究前沿热点与发展方向

地理科学是提升人类对地球表层认知、探索人地关系、解决资源、环境、发展所面临的复杂问题的重要支撑。引领科学发展,支撑领域人才队伍的建设与培育,是国家自然科学基金委员会的使命与职责。追踪地理科学领域前沿,优化学科布局并开展战略引导是基金委地理科学学科工作的重要任务。以2021年国家自然科学基金地理科学领域4 479项申请书为样本,运用词云分析方法,对申请书的关键词进行统计分析,剖析了地理科学及各分支学科的研究热点。结果表明:"深度学习""气候变化""生态系统服务""高光谱遥感""青藏高原""可持续发展"等是2021年地理科学研究内容与方法的热点关键词。在分支学科间交叉融合方面,信息地理学与人文地理学的共现关键词主要有"空间分析模型""地理信息系统""遥感""机器学习"等;自然地理学与人文地理学的共现关键词主要有"生态系统服务""土地利用""土地利用变化""可持续发展""情景分析"等;自然地理学与信息地理学的共现关键词主要有"遥感监测""尺度效应""机器学习""数字土壤制图"等。未来,国家自然科学基金委员会将从关键词设置、学科间交叉融合等途径入手,进一步从战略层面优化地理科学研究布局,引导科学家聚焦地理学基础理论与热点前沿问题,服务碳中和、乡村振兴等国家重大战略需求。

湖泊沉积物DNA在气候环境变化和生态系统响应研究中的应用

随着气候与生态问题的不断涌现,气候环境变化与生态系统响应研究的重要性日益凸显,而传统方法逐渐难以满足深入研究的需要.现代分子生物技术的快速发展使针对湖泊沉积物的DNA分析逐渐被引入相关研究中,有效弥补了传统研究方法的不足,为研究者提供了理解过去气候和环境变化、生态系统响应的新视角.湖泊沉积物中的DNA蕴藏着丰富的生物群落演变信息,不仅是重建古气候、古环境变化历史的有力工具,更有助于研究生态系统的长期演化过程及内部机制,探讨气候环境变化及人类活动对生态系统的影响.本文分析了保存在湖泊沉积物中DNA的特点,着重介绍湖泊沉积物DNA分析在气候环境变化及生态系统响应研究中的应用,并对该技术目前存在的挑战、可能的解决方案及未来发展潜力进行了总结与展望.

多辊型整纬器改进方案及其实践

针对现有的辊式整纬器对于常见的双弓纬、双钩弓纬等类型的纬斜纠正效果较差且整纬辊调整量的计算复杂度高的问题,提出了一种整纬器的改进方案。首先通过对辊式整纬器整纬原理的分析,提出一种多辊型整纬器改进结构;然后使用方程模拟了常见的纬斜类型,得到纬纱的初始形态,计算出整纬前的纬斜率,并求出纬纱上8个点的斜率,建立纬斜检测数据模拟数据库。最后,设计了一种利用最小二乘法获得各个整纬辊调整量的方法,降低了计算的复杂度,根据调整量得到纬纱的最终形态算出整纬后的纬斜率。实验结果表明,改进后整纬器的整纬效果得到了提高,使常见类型的纬斜经过整纬后一等品数量均达到100%。

织物纬斜检测图像光照不均匀的校正方法

为了解决在织物纬斜的检测过程中织物图像光照不均匀的问题,提出一种织物图像校正方法.首先,在每个像素点所处的列中,统计一个纬线宽度范围内像素值小于该点的个数,将统计结果作为该点的像素值;然后,按比例还原每个点的像素值,使每条纬线对应位置的像素值恢复到同一灰度水平;最后,把校正后的图像用Otsu法进行二值化,并与其他解决光照不均匀问题的经典方法进行对比.结果表明:文中方法能够很好地消除光照不均匀的影响,得到接近均匀光照下的二值图像.

南海北部新生代构造应力反演及其动力学背景探讨

南海北部为我国重要的含油气区之一,但目前南海北部盆地的演化史及其与周边构造事件的关系仍不明确。基于钻孔和地震资料,通过数学模拟,反演了琼东南盆地和珠江口盆地的构造应力演化特征和初始地壳厚度。结果表明,南海北部盆地具有较薄的初始地壳厚度和岩石圈厚度。珠江口盆地存在两期应力松弛期,而琼东南盆地在深水区和浅水区分别存在一期应力松弛期。南海北部第一期应力松弛在空间上具有连续性,主要分布在深水区,在时间上东早西晚;第二期应力松弛空间上存在东西分异性。分析认为,南海北部深水区应力松弛期由东至西的演化应为西北次海盆由东至西的剪刀式张裂所致。珠江口盆地第二期构造应力松弛与局部岩浆侵入有关,琼东南盆地浅水区的构造应力松弛期与红河走滑断裂平静期相对应。

地球物理方法在深部铁矿勘查中的综合应用

为探测济源克井矿区深部铁矿资源,在分析区域地质条件的基础上,综合应用高精度磁测、EH4电磁测量等地球物理方法,圈定3个主要磁异常。综合分析认为,异常带为铁矿(化)体引起,局部富集成矿,具有进一步工作的价值。并进一步通过钻孔进行验证,表明综合地球物理方法在深部铁矿探测中效果明显。

面向摄像整纬器的织物纬斜检测方法

为了解决局部阴影、疵点和噪点对图像法的检测带来不利影响的问题,设计一种基于分步大津法和窗口像素统计的图像检测方法.首先,利用图像分割技术解决在有局部阴影情况下图像二值化的问题;然后,通过窗口像素统计的方法得到纬斜信息;最后,根据统计结果得到准确的纬斜角度值.实验结果表明:该检测方法可以克服局部阴影、疵点、噪点的影响,保证检测误差低于0.3°.

不同地区不同储存条件对储粮“热皮”厚度的研究

粮食在储存过程中,粮温随仓温、气温变化.春夏演替过程中,粮温表现为“热皮”“冷芯”,粮堆产生温度梯度.实际工作中,粮情测温电缆行列间距通常在4~5 m,边缘测温点距粮面、仓底和仓壁0.3~0.5m,无法准确反映“热皮”处粮情状况.本实验旨在研究“热皮”厚度范围,为制定粮仓保温措施提供参考.

新景矿3号煤层渗透率对有效应力敏感性实验分析

利用KDZS-Ⅱ型煤体瓦斯瞬时解吸及渗流特性测试仪在0.31、0.61 MPa气体压力条件下,开展了新景矿3号煤层渗透率对有效应力敏感性实验分析。结果表明:新景矿3号煤层渗透率对有效应力具有极强的敏感性,煤层渗透率随有效应力增加而降低,二者之间具有良好的负指数幂函数关系;相同气体压力和有效应力下各煤样试件的渗透率变化不同且分异现象显著;煤样试件的渗透率大小与孔隙度、裂隙方向密切相关,煤样试件裂隙方向平行于轴线方向、孔隙度大时,煤样试件的渗透率相对较大;煤样试件的裂隙方向垂直于轴线方向、孔隙度较小时,煤样试件的渗透率相对较小。

地应力对煤层渗透性控制作用的研究进展

作用在煤岩层上的地应力可以分为有效应力和孔隙压力,而煤层是由孔隙和裂隙组成的双孔隙岩层。煤层气在煤层孔隙中遵循吸附解吸和扩散理论,在裂隙中遵循达西渗流理论,在低压状态下还受到滑脱效应的影响。通过论述应力加载路径、有效应力、孔隙压力以及滑脱效应与煤层渗透性的关系,找出不同应力状态下影响煤层渗透性的主要作用机制,并进一步论述了渗透率预测的经验模型和理论模型。经验模型是通过统计分析,建立实验数据或地质参数与渗透率的关系;理论模型是在一定的物理简化基础上,基于现有的渗流理论、应用力学和数学方法,推导出渗透率预测的基本公式。指出非线性渗流、渗流应力耦合、实验分析与数值模拟相结合是研究的主要方向。

济南市白泉泉群对新东站规划区的影响

通过对济南新东站规划区工程地质水文地质勘察,查明了白泉泉群的成因机理及其补给、径流、排泄水文地质特征,对规划区场地稳定性、工程建设适宜性分区进行评价,进一步论证规划区内工程建设对白泉泉群的影响,为核心区规划编制、建设工程项目规划布置提出建议。

2018年济南市孕妇碘营养水平监测结果分析

目的掌握济南市孕妇碘营养状况,为科学补碘提供依据。方法2018年,将济南市10个县(区)划分为东、西、南、北、中5个片区,每个片区抽取至少1个乡镇(街道),每个乡镇(街道)抽取20名孕妇。采用标准化调查问卷收集孕妇的个人信息,并采集孕妇家中食用盐盐样和尿样。分别采用《制盐工业通用试验方法碘的测定》(GB/T13025.7-2012)和《尿碘的砷铈催化分光光度测定方法》(WS/T107-2006)检测盐碘和尿碘。结果共采集孕妇家中食用盐1169份,盐碘中位数为22.6mg/kg,碘盐覆盖率为90.5%(1058/1169),碘盐合格率为75.8%(802/1058),合格碘盐食用率为68.6%(802/1169)。共检测孕妇尿样1169份,尿碘中位数为141.9μg/L,处于碘不足水平(<150μg/L)。结论济南市孕妇碘营养整体处于轻度碘不足水平,应加强孕妇碘缺乏防治工作,推广孕妇碘营养健康教育,改善孕妇缺碘状况。

国家自然科学基金视角下地理科学融合发展路径探索

随着整体科学的进步和国家社会的发展,地理科学已迈入跨学科交叉融合发展的新阶段。通过学科间和领域间的深度融合寻求新发展路径,完善知识体系,充分发挥服务国家社会之功能,是当前地理科学发展的当务之急。本文基于自然科学基金视角,分析了中国地理科学融合发展的现状与问题,认为其与国际前沿未充分接轨,研究的全球政治、经济、文化影响力有待加强,认为地理科学融合国家重大需求进行理论与技术创新的能力有待提升,认为学科内部体系要根据知识融合需求进一步优化。在此基础上,提出了资助政策引导下地理科学面向世界科技前沿的学科交叉融合、面向国家重大战略的多领域交叉融合和面向申请代码优化布局的分支学科交叉三大融合发展路径与相应政策工具。未来国家自然科学基金委员会将立足于保持学科发展的持续性和稳定性,通过政策创新来激励地理科学与其它学科、领域的交叉融合,以建设更具有活力与创新性的学术生态系统。