太阳抵近探测计划——观测位置的新突破

太阳抵近探测计划(SCOPE)旨在突破高温和强辐射防护、长距离运载、远距离轨道控制和先进载荷等一系列极限技术,将探测器投送至距太阳中心仅有5个太阳半径的位置上,深入太阳大气层进行探测,研究太阳附近极亮、极热的深空探测“无人区”,在全新的位置上对太阳进行超近距离原位探测和遥感观测,针对磁场和等离子体结构实现空间分辨率优于0.1"的观测。探测器将穿越太阳爆发磁重联电流片,显微观测太阳爆发磁结构,原位探测磁重联电流片、日冕物质抛射与激波以及各类带电粒子,以推动揭示太阳爆发理论机理。探测器将在最靠近太阳的区域显微监测和探测日冕中尺度小于0.1"的纳耀斑、光球中尺度小于0.06"的磁场和速度场结构及其演化特征,确认日冕加热机制;探测太阳风重离子电荷态,确认太阳起源及加速机制。探测器还将在最接近太阳的区域内与原位探测日冕磁场,显微观测太阳极区磁场和等离子体结构和演化特征;揭示太阳附近尘埃分布特征,进入无尘埃区,确定太阳系尘埃盘内边界。困扰太阳物理界近百年的两个科学难题,即太阳爆发机理难题和日冕加热与太阳风加速机理难题,随着该计划的顺利实施将被破解;在最接近日心的位置处实现日冕磁场,包括太阳极区磁场原位探测“0到1”的突破也将实现。本文将介绍SCOPE的背景、科学目标和预期产出、有效载荷以及卫星平台关键技术。

光谱技术结合水分校正与样本增广的棉田土壤盐分精准反演

棉田土壤盐分的精准反演对于棉花的种植管理具有重要意义。水分和盐分作为主要环境因素,共同影响棉田土壤的波谱特征,两者之间的耦合关系直接影响土壤盐分的检测分析。为了提高基于光谱技术构建的模型对棉田土壤盐分信息解析的准确性与可靠性,该研究联用可见/短波近红外(400~1 000 nm)和长波近红外(960~1 693 nm)技术,采集不同含水率与含盐量的新疆地区土壤样本的光谱;结合外部参数正交法(external parameter orthogonalization,EPO),校正不同标样集与不同波段光谱中的土壤含水率干扰信息;引入基于不同卷积步幅的深度卷积对抗网络(deep convolutional generative adversarial networks,DCGAN),进行样本增广与质量评估;参考三层残差神经网络设计一维卷积神经网络RNet,最终构建基于EPO-DCGAN-RNet的优化模型,用于棉田土壤盐分的反演。结果表明,与传统机器学习方法和基于VGG或EfficientNet结构一维卷积神经网络相比,该研究提出的EPO-DCGAN-RNet方法能够有效地滤除水分对盐分反演的影响、提高模型对特征波段的挖掘能力、降低深度学习算法对样本量的依赖性,并能得到更优的模型预测性能。EPO-DCGAN-RNet的建模集R^(2)和均方根误差分别为0.942、115.420μS/cm,验证集R^(2)和均方根误差分别为0.910和136.472μS/cm。研究结果可为新疆棉田土壤盐分快速精准检测提供理论指导和技术支持,有助于促进盐碱地区棉花种植的水肥科学管理。

紫穗槐抗坏血酸过氧化物酶(APX2)基因的克隆及抗旱性功能验证

为了研究紫穗槐(Amorpha fruticosa L.)在干旱条件下感知胁迫信号并通过生理和生化调节途径来维持其耐性功能作用的基因,可为紫穗槐抗旱性育种提供一个候选基因。通过对紫穗槐在干旱胁迫下的转录组数据进行分析,活性氧平衡系统的抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate Peroxidase,APX2)基因的表达量随胁迫时间显著升高,对紫穗槐的AfAPX2基因进行克隆,采用无缝克隆技术连接入门载体(pQB-V3),通过Gateway体系LR反应将目的基因构建到表达载体,并用电击法转化根癌农杆菌EHA105,采用农杆菌介导转化烟草(Nicotiana tabacum),愈伤组织培养成T 0代苗,收获种子后种植研究其与干旱胁迫的相关性。结果表明,AfAPX2基因表达蛋白与拟南芥和水稻的APX2同源比对,同样有过氧化物酶的结构域,推测可以通过ROS途径增强植物抗逆性。AfAPX2蛋白质二级结构有13处α-螺旋,17处β-折叠,4处β-转角和多处无规则卷曲,AfAPX2酶三级结构具有铁离子的结合位点。在干旱胁迫和胁迫后恢复供水下,过表达AfAPX2基因株系的叶片以及植株的茂盛程度明显大于野生型。本研究发现转AfAPX2基因阳性植株对自然干旱胁迫的耐受性增强,提高了烟草的抗旱性,说明AfAPX2在响应干旱胁迫中可能扮演重要的调节角色。进而验证了紫穗槐干旱胁迫转录组的上调基因与其相关,可以找到提高抗旱性的相关基因。

基于经典光学的透明溶液质量分数自动化测量

基于经典的折射和色散理论,设计了可使光路发生平移的棱柱形容器,并以此为基础搭建了自动化实时测量质量分数的装置.采用位移传感器替代传统的观察屏提高了光点位移测量的精确度,结合数据采集卡与LabVIEW软件实现了数据测量和处理的动态化、自动化和智能化.基于经典光学理论建立折射率-质量分数关系,实现多种透明溶液质量分数及混合溶液中各组分质量分数的实时测量.该装置可实现单一、混合以及流动透明溶液质量分数的实时自动化监测,实验结果均与理论符合良好.

火星沉降H-ENA的分布与特性

能量中性原子(Energetic Neutral Atom,ENA)是由能量离子与中性背景成分电荷交换产生.火星的外逸层扩展范围远高于弓激波,上游太阳风质子与其相互作用并转化为太阳风氢ENA(Hydrogen-ENA,H-ENA),新生的H-ENA可直接进入低层大气,成为新的物质与能量输运通道.本文基于单流体多成分MHD模型与中性外逸层模型,计算了火星200 km等高面沉降H-ENA通量的空间分布,统计了多种太阳风条件下沉降H-ENA的粒子与能量沉降率,分析影响因素.结果表明,在一定模拟条件下,产生于弓激波上游的太阳风H-ENA,呈cosZ分布(Z为天顶角),受磁异常影响较小,是沉降H-ENA的主要成分,占ENA总沉降量的59%,占能量沉降的81%;产生于磁鞘的磁鞘H-ENA受磁异常阻碍影响较大,在最强磁异常上方其沉降通量显著下降;沉降H-ENA与上游太阳风的通量呈正比例关系;2.1%~3.5%上游太阳风质子转化为太阳风H-ENA.

美容整形清创缝合术联合牛碱性成纤维细胞生长因子对颌面部外伤的治疗效果

目的分析颌面部外伤患者采取美容整形清创缝合术、牛碱性成纤维细胞生长因子共同治疗的预后情况。方法随机选取2021年1月—2023年2月滕州市中医医院收治的颌面部外伤患者100例作为研究对象,通过随机抽签方式分组,对照组50例使用美容整形清创缝合术,观察组50例使用美容整形清创缝合术联合牛碱性成纤维细胞生长因子,对比两组治疗效果。结果观察组临床总疗效为96.00%,高于对照组(80.00%),差异有统计学意义(χ^(2)=6.060,P<0.05);观察组术后3 d血清表皮生长因子高于对照组,且肿瘤坏死因子-α、白介素-6低于对照组,差异有统计学意义(P均<0.05);观察组术后瘢痕长度、愈合时间短于对照组,且双向瘢痕评分量表、温和华评分表低于对照组,差异有统计学意义(P均<0.05);观察组并发症发生率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论予以美容整形清创缝合术治疗颌面部外伤的同时,配合牛碱性成纤维细胞生长因子可以提高患者临床疗效,其恢复效果更好、并发症发生率更低,有助于改善各种临床指标。

太阳爆发抵近探测——“触碰计划”

本文旨在介绍一项具有重大科学意义和应用价值的深空探测任务构想.该任务将对驱动恒星大尺度爆发过程的中心结构(即磁重联电流片)进行抵近(原位)探测,主要目的是详细研究发生在离地球最近的恒星——太阳上的大尺度磁重联过程的精细物理特征,揭示太阳系中最为剧烈的能量释放过程(即太阳爆发或太阳风暴)的奥秘.该任务的科学目标:磁重联过程是发生在宇宙磁化等离子体中的能量转换和释放的核心过程,其一直是太阳物理、等离子体物理、空间科学研究领域内的一个极为重要的研究课题及研究方向.通过抵近观测可以将同样设备的分辨能力提高5~20倍,将提供在地球附近无法获得的太阳超清晰图像以及相应的物理信息,让人类在一个前所未有的平台上来研究、认识和了解太阳,从而解决太阳爆发核心驱动过程的精细物理性质与日冕加热等长期困扰太阳物理研究领域的难题.

基于共生理论的农业与旅游业融合发展研究——以环巢湖区域为例

农业与旅游业的融合发展是产业融合的新趋势。国家积极推进区域性协调性发展,着力打破“城乡二元结构”,促进城乡融合发展,农旅融合是落实乡村振兴战略的重要途径之一。巢湖是我国五大淡水湖之一,是安徽省乃至全国重点关注的生态发展区域,以环巢湖区域农业与旅游业发展为背景,运用共生理论,从共生单元、共生模式、共生界面、共生环境四个角度,分析环巢湖区域的农业与旅游业现状,结合国家发展高质量和长三角一体化发展战略探讨农旅融合共生的系列问题,提出相应对策,为环巢湖区域农业与旅游业规划提供科学的参考建议。

锈蚀工字形型钢与混凝土黏结滑移特性及损伤本构模型研究

由于海底隧道服役环境中氯离子含量高,初期支护中的工字钢将不可避免产生锈蚀,导致工字钢与混凝土黏结性能下降,严重影响海底隧道支护体系的耐久性。该研究主要目的是研究锈蚀对工字钢与混凝土界面间黏结滑移行为的影响。首先对工字形型钢混凝土试件进行加速锈蚀试验和推出试验,得到试件破坏形态及黏结滑移曲线,在此基础上分析试件的黏结滑移力学性能及其过程中能量变化。试验结果表明:(1)试样的破坏模式主要为劈裂破坏,其黏结滑移曲线由三段组成:直线上升段、曲线上升段、陡降段;(2)峰值黏结强度与其对应的峰值滑移都随锈蚀率增加呈现递减趋势;(3)随着锈蚀率增加,弹性能比随着锈蚀率几乎呈现线性减小,耗散能比则反之,表明工字钢的锈速率越大,其内部损伤越严重,界面储存能量效率越低。最终,采用Weibull分布损伤统计理论得到锈蚀工字钢与混凝土界面的黏结滑移退化本构,本构模型中主要考虑了锈蚀率对τ-S曲线特征影响,本构试验曲线与理论曲线对比拟合较高,因此可应用于研究隧道工程中锈蚀工字钢与混凝土界面的黏结滑移问题。

浅埋黄土隧道土石分界高度对初期支护结构安全性的影响分析

为获得浅埋黄土隧道土石分界高度对初期支护结构安全性的影响,文章以临县隧道为工程背景,采用数值模拟的方法研究了浅埋土石分界高度及土石分界面位置对隧道初期支护结构安全性的影响。结果表明:土石分界致使隧道初期支护结构安全系数发生突变,分界面倾斜时安全系数分布不对称。同一种埋深条件下,随着土石分界面位置的下移,土石分界面以上部分偏压减弱,分界面以下的部分偏压增强。同一界面深度条件下,隧道初期支护结构左右断面偏压情况随着埋深增加而增大。当土石分界面分别位于隧道上导坑和中下导坑、分界面倾角为10°时,可通过增加20%隧道左侧荷载或减小20%右侧抗力系数来进行荷载计算。

氯盐渗透下钢拱架锈蚀与喷射混凝土间锈胀力研究

为研究海底隧道初期支护中工字钢在氯离子渗透下严重锈蚀时对结构耐久性的影响,采用室内试验研究工字钢在不同混凝土保护层厚度下锈胀力与锈蚀率的关系以及锈胀的发展过程,再通过数值模拟研究锈胀力作用下的混凝土裂缝、混凝土应力、应变分布规律及胀裂应力变化情况。研究结果表明:1)相同保护层厚度下,锈胀力随着锈蚀率的增加而增大;锈蚀率相同时,锈胀力随着保护层厚度的增加而增大;2)工字钢混凝土构件锈胀开裂,裂缝集中于翼缘中部和2个角点区域,翼缘中部的裂缝由外向内发展,2角点区域的裂缝由内向外发展;3)数值计算得出的混凝土胀裂应力大于试验得到的混凝土胀裂应力。

重载铁路隧道隧底围岩劣化的CFD-DEM模拟研究

研究目的:重载铁路隧道隧底结构较普通铁路受到更大的动力作用,列车动载-地下水耦合作用下隧底软弱围岩将发生劣化,甚至形成脱空,引发基地下沉、翻浆冒泥等一系列隧底病害.本文采用CFD-DEM耦合分析方法研究列车动载-地下水耦合作用下重载铁路隧道隧底软弱砂性土围岩劣化及脱空规律,为重载铁路隧道设计、施工及病害治理提供参考.研究结论:(1)列车动载-地下水耦合作用下隧底附近围岩细颗粒向两侧迁移流失,仰拱-围岩接触面形成局部脱空;(2)列车动载-地下水耦合作用下仰拱-围岩接触压力逐渐减小,隧底结构受力劣化,轨线位置最为明显;(3)列车轴重和行驶速度的增加将加速隧底围岩脱空及劣化的发展;(4)本研究成果可用于优化重载铁路隧道隧底结构设计,减少隧底病害,提高隧道的耐久性.

渗透侵蚀下砂性土细颗粒流失率预测方法

渗流过程中内部不稳定砂性土细颗粒易于流失而形成渗透侵蚀,将对土工建筑物或地基造成不良影响。细颗粒流失率是土体力学性能劣化及稳定性分析的关键参数,为了对渗透侵蚀下砂性土细颗粒的流失率进行预测,笔者讨论了判断土体是否会发生渗透侵蚀的内部稳定性评价准则;介绍了细颗粒起动临界坡降,并对应力折减系数进行修正,以考虑土颗粒受力的差异性;提出了“细颗粒起动概率”,对细颗粒起动与否进行量化;分析细颗粒在土体孔隙网络中的迁移过程,给出了细颗粒通过收缩的概率和渗透迁移距离;根据细颗粒起动和迁移规律给出了细颗粒侵蚀和沉积定律,基于质量守恒定律形成细颗粒流失率预测方法。采用预测方法进行流失率计算,计算结果和试验结果吻合较好,误差基本在15%以内。

渗流作用下颗粒土起动临界坡降研究

地下水渗流过程中内部不稳定的颗粒土将发生潜蚀现象,潜蚀作用引起的土体细颗粒迁移流失将对土工建筑物或地基造成不良影响。为了得到渗流作用下颗粒土细颗粒的起动临界坡降,从细观角度出发,分析细颗粒的受力情况,建立渗流作用下的土颗粒受力模型,根据力矩平衡得到细颗粒起动对应的临界坡降,分析埋深、粒径、暴露角等参数对起动临界坡降的影响规律。得到以下结论:(1)埋深较小时起动临界坡降受粒径影响较大,粒径0.1 mm和0.4mm的细颗粒,埋深1 cm时起动临界坡降相差19.4%,埋深5 cm时相差1.3%;(2)起动临界坡降受暴露角影响,暴露角对起动临界坡降的影响随埋深增加而减小,粒径0.1 mm的细颗粒,埋深1 cm时最大和最小起动临界坡降相差5.3%,埋深2 m时相差0.03%。

基于旋翼无人机技术的近地磁测系统

为了提高无人机航空磁探测精度,文章利用大疆六旋翼无人机作为飞行平台,搭载三轴磁通门传感器及相应的数据采集子系统,组建了旋翼无人机磁场测量系统;分析和测量了六旋翼无人机本底磁性分布特征,优化了无磁伸杆的安装位置;采用综合系数法修正了三轴磁通门传感器的误差;最后进行了野外飞行试验,对旋翼无人机磁测系统的整体性能进行验证。结果表明,系统可持续飞行15 min,可有效完成低空磁场探测和磁矩计算,且飞行稳定性能高。文章进一步提出了技术改进方向。该研究可为无人机磁探技术和工程应用提供参考。

紫穗槐WRKY42基因耐盐碱性的功能研究

为了研究植物WRKY转录因子感知盐碱胁迫信号并通过生理和生化调节途径来维持其耐性功能作用。克隆紫穗槐(Amorpha fruticosa)的AfWRKY42基因,分析盐(NaCl)和碱(NaHCO3)胁迫和组织器官的响应表达模式;通过超表达烟草(Nicotiana tabacum)研究其耐盐碱性功能。依据紫穗槐逆境胁迫下的转录组测序数据克隆AfWRKY42基因,生物信息分析其含有1个WRKY结构域,2个低复杂区域和1个螺旋区域。系统进化树分析氨基酸发现,AfWRKY42与木豆(Cajanus cajan)的WRKY47、藜豆(Mucuna pruriens)的WRKY42亲缘关系最近。通过拟南芥(Arabidopsis thaliana)叶肉原生质体的瞬时基因表达系统验证AfWRKY42蛋白定位在细胞核;AfWRKY42基因定量分析表明其在紫穗槐的嫩茎表皮中表达最高;检测经NaCl和NaHCO3处理的根和叶中的表达模式,结果表明总体受胁迫诱导AfWRKY42基因表达量增加,推测AfWRKY42基因与植物耐盐碱性调节相关。分析35S启动的过表达T3代转AfWRKY42基因烟草耐盐碱性表明,盐碱胁迫处理后,转基因烟草株系抗性提高,它的叶绿素和电导率比野生型的高,丙二醛含量显著降低,说明AfWRKY42在响应盐碱胁迫中扮演重要的调节角色。将为抗盐碱性育种提供一个WRKY转录因子候选基因,为改善紫穗槐和其他植物的抗逆性奠定基础。

混凝土气孔参数与抗盐冻性能研究

目的研究混凝土硬化前后以及在NaCl溶液的冻融作用下,混凝土的气孔参数变化,分析混凝土气孔参数对混凝土抗盐冻性能的影响.方法制备含气量为3%、4.5%和6%的C50混凝土,测试混凝土的含气量,通过气泡间距法、MIP法测试硬化混凝土及盐冻后混凝土的气孔变化.结果随着含气量的增加,混凝土平均孔径减小,气孔比表面积增加,气泡间距系数由340μm最低降至230μm,直径小于50μm的气孔数量提高了30%.在质量分数为3%、5%的NaCl盐溶液中,冻融循环28次后混凝土气泡间距系数都有所降低;其中含气量6%的混凝土中气泡间距系数降低较小.在质量分数为3%的NaCl溶液环境下,14次盐冻循环对混凝土抗冻影响较大,28次盐冻循环后混凝土的气泡间距系数和孔径分布趋于稳定,42次循环后,气泡间距系数提高到初始值.结论用硬化混凝土气孔参数评价混凝土抗冻性比用含气量评价更加准确.初始的盐冻可提高混凝土的密实程度,随着盐冻时间延长,混凝土内部孔结构劣化,提高含气量可增加混凝土的抗冻性.

钢拱架锈蚀作用下型钢混凝土梁抗弯承载力研究

针对海底隧道中的钢拱架锈蚀使初期支护承载力降低的问题,为从宏观角度体现锈蚀对于钢拱架承载力的影响,采用电加速腐蚀试验得到不同锈蚀率的钢拱架,并将不同锈蚀率的钢拱架混凝土梁进行抗弯承载力试验。结合数值模拟分析,得到以下结论:1)锈蚀后的工字钢混凝土梁承载力随锈蚀率增加而减小,锈蚀率每增高1%,承载力平均下降5.1 k N;2)锈蚀工字钢混凝土梁加载过程中,当锈蚀率小于或等于1.5%时混凝土梁主要出现横向裂缝,锈蚀率大于1.5%时则主要出现贯通的纵向裂缝;3)随着锈蚀率的增大,混凝土与工字钢之间的黏结作用减弱,混凝土应力、应变增大,反之工字钢应力、应变减小。

超前支护对软弱围岩隧道掌子面稳定性的影响研究

Ⅳ级、Ⅴ级围岩要实现机械化全断面施工,合理的掌子面超前支护措施是保障。文章以郑万高铁湖北段软弱围岩隧道采用机械化全断面施工为工程背景,通过FLAC 3D数值模拟软件分别从围岩位移、塑性区方面研究了超前管棚、掌子面锚杆及其组合措施对掌子面的加固效果,在此基础上对管棚直径、注浆加固范围、超前加固长度及锚杆超前长度进行了探讨。研究结果表明:超前管棚对预收敛、最终位移及拱顶上方塑性区控制效果明显,掌子面锚杆对掌子面挤出变形及掌子面前方围岩塑性区控制效果明显,两者可以形成互补以达到最佳效果;随着管棚直径及其四周注浆半径的增加,预收敛、最终位移略微减小,效果甚微;管棚合理超前加固长度为15~20 m,掌子面锚杆合理长度也为15~20 m。经开挖后监测数据验证,措施有效,确保了软弱破碎围岩隧道的顺利施工,对类似工程具有一定的借鉴意义。

隧道管幕支护施工地表沉降预测方法研究

管幕顶管施工将对地层产生扰动,引起地层变形和地表沉降。目前常通过单管沉降叠加的方式进行群管施工地表沉降计算,未考虑管幕群管间相互作用。文章结合文林山隧道出口段采用螺旋出土套管顶进工艺进行管幕施工实例,基于随机介质理论和Mindlin解建立考虑地层损失和施工应力的单管顶进施工地表沉降计算方法,并引入群管施工地表沉降修正函数建立管幕群管施工地表沉降计算方法;采用提出的计算方法分析单管顶进施工和群管施工引起的地表沉降变化及分布规律,并通过FLAC3D数值模拟进行验证。结果表明:(1)管幕钢管顶进过程中地表先隆起后沉降,前方地表发生隆起,后方地表发生沉降;(2)管幕钢管顶进引起的地表变形由隧道中线向两侧逐渐衰减,影响基本在左右两侧12 m范围内;(3)后续顶进钢管引起的地表隆起小于第1根钢管,地表沉降大于第1根钢管。