Interaction between Planetary-Scale Diffluent Flow and Synoptic-Scale Waves During the Life Cycle of Blocking

In this paper, a new transient forced quasi-resonant triad interaction theory in a beta channel is proposed to investigate the interaction between planetary-scale diffluent flow composed of zonal wavenumbers 1-3 and synoptic-scale waves produced continuously by a synoptic-scale vorticity source fixed upstream of an incipient blocking region during the life cycle of blocking. It is shown that the superposition of initial three Rossby waves for zonal wavenumbers 1 （monopole）, 2 （dipole）, and 3 （monopole）, which permit triad quasi-resonance, can represent an incipient blocking event. The synoptic-scale eddies may act to amplify the incipient blocking and to excite a blocking circulation with a strong meander, whose flow pattern depends on the initial amplitudes of the planetary waves and both the intensity and location of preexisting synoptic-scale waves. The onset （decay） of the planetary-scale split-flow blocking is mainly represented by a strong increase （decrease） in the amplitude of the zonal wavenumber 2 component, having a dipole meridional structure related to the preexisting synoptic-scale eddies. The typical persistence time of the model blocking was of about 20 days, consistent with observations of blocking patterns. In our model, isolated asymmetric dipole blocking is formed by synoptic-scale waves. The instantaneous fields of total streamfunctions exhibit a remarkable resemblance to the synoptic maps observed during the life cycle of blocking. During the onset stage, the synoptic-scale waves are enhanced and split into two branches around the blocking region due to the feedback of the amplified blocking, in agreement with the observed changes of synoptic-scale waves in real blocking events. In addition, a diagnostic case study of blocking is presented to confirm the forced quasi-resonant triad interaction theory proposed here.

Barotropic Interaction between Planetary-and Synoptic-Scale Waves during the Life Cycles of Blockings

In this paper, in an equivalent barotropic framework a new forced nonlinear Schroedinger equation is proposed to examine the interaction between the planetary-scale waves and the localized synoptic-scale eddies upstream. With the help of the perturbed inverse scattering transform method, nonlinear parameter equations can be derived to describe the evolution of the dipole soliton amplitude, frequency, group velocity and phase under the forcing of localized synoptic-scale eddies. The numerical solutions of these equations predict that in the interaction between the weak dipole soliton (weak incipient dipole anomaly) and the synoptic-scale eddies, only when the high-frequency eddies themselves have a moderate parameter match they can near resonantly enhance a quasi-stationary large-amplitude split flow. The instantaneous total streamfunction field (the sum of background westerly wind, envelope Rossby soliton and synoptic-scale waves) is found to be very similar to the observed Berggren-type blocking on the weather map(Berggren et al. 1949). The role of synoptic-scale eddies is to increase the amplitude of large-scale dipole anomaly flow, and to decrease its group velocity, phase velocity and zonal wavenumber so that the dipole anomaly system can be amplified and transferred from dispersive system to very weak dispersive one. This may explain why and how the synoptic-scale eddies can reinforce and maintain vortex pair block. Furthermore, it is clearly found that during the prevalence of the vortex pair block the synoptic-scale eddies are split into two branches around the vortex pair block due to the feedback of amplified dipole block. Key words Envelope Rossby solilon - Blocking - Synoptic-to-planetary scale interaction This research was supported jointly by the Foundation for University Key Teacher by the Ministry of Education and by the National Natural Science Foundation of China (49775266, 49905007)), the Knowledge Innovation Key Project of Chinese Academy of Sciences in the Resource Environment Field (Grant No. KZCX 2-203) and the National Key Foundation Research Project (G1998040900, Part I).

Life Cycles of Blocking Flows Associated with Synoptic-Scale Eddies: Observed Results and Numerical Experiments

An observational study is presented to confirm that the life cycle of blocking associated with synoptic—scale eddies is a transfer process between dispersion and nondispersion. In addition, numerical experiments are conducted. It is found that the synoptic—scale eddies seem to play a dominant role in the amplification of blocking, while the topography effect appears to play a phase-locking role. At the same time, the synoptic eddies tend to split into two branches during the onset of blocking. This supports the observational results obtained.

岩块尺度对采空区煤自燃区域的影响研究

为探究综放采空区岩块尺度对煤自然发火的影响,采用Fluent软件数值模拟不同直径岩块条件下采空区的煤自燃规律,分析采空区氧浓度场和风速场,分别以氧气体积分数和风速为指标,确定采空区氧化带面积并以二场叠加场作为采空区煤自燃危险区划分标准,研究煤自燃危险区域与岩块直径的关系。研究结果表明:当岩块直径由0增加到10 m时,以氧气体积分数为指标,氧化带宽度变小,面积由5563.84 m^(2)减至2602.69 m^(2);以风速为指标,氧化带面积由3376.60 m^(2)减至1262.95 m^(2);将2种指标确定的氧化带进行叠加得到煤自燃危险区,随着岩块直径的增加,其面积由1854.04 m^(2)减至552.91 m^(2),煤自燃危险区最大宽度由20.40 m缩减至9.06 m。研究结果可为采空区煤自燃发火区域的确定提供参考。

结合主成分分析和图像分块的重定向研究

针对现有图像重定向方法视觉效果差和处理速度慢的问题,提出一种基于主成分分析法和分块的内容感知图像重定向方法。首先,利用主成分分析法融合梯度图和显著图来提取更加丰富的图像特征,避免主体信息失真;其次,相邻裁缝线由均值代替,避免像素不连贯;最后,根据能量图中列能量值的大小将图像分为显著区域和非显著区域,并行缩放分块,更加注重图像特征并提高运行效率。在MIT RetargetMe、DUT-OMRON和NJU2000数据集上进行实验分析,以主观感受和客观因子运行时间、SIFT-flow作为评价指标,与几种常用算法对比。实验结果表明,该方法保证了图像主体信息的完整性,平均运行时间为线裁剪算法的1/3。本文提出的方法不仅具有较优的视觉效果,而且可降低运算量。

深部煤层孔隙结构与流体差异赋存特征研究

【目的】鄂尔多斯盆地东缘已打破深部煤层气勘探禁区,多个区块呈现“单点突破、区域差异开发”特征,深部煤储层孔裂隙结构作为流体赋存与产出的物质空间,对于深部煤层气区块差异开发至关重要。【方法】系统采集鄂尔多斯盆地东缘神府区块深部煤样品,基于常规孔渗物性测试、CO_(2)吸附、低温N2吸附、压汞和核磁共振等测试,以神府区块8+9号煤为例,系统总结深煤层孔隙结构及流体赋存模式。【结果和结论】结果表明:(1)深部煤孔隙结构差异较大,神府煤介孔−宏孔均发育,多为墨水瓶型和开放型孔。综合认为中阶煤孔隙结构的跨尺度效应稍有减弱,相对有利扩散、渗流。(2)中阶煤吸附能力降低,等温吸附曲线高压段曲线平缓,初期解吸效率低;含水饱和度增高,其介孔−宏孔的束缚水含量较高导致可动水孔隙率减小,降低了游离气的储集空间。(3)研究区存在“宏孔−微裂缝主控的游离气−自由水赋存”型、“微孔−介孔−宏孔主控的吸附气−束缚水赋存”型两类气水赋存模式,导致煤层气排采差异明显,其中“宏孔−微裂缝主控的游离气−自由水赋存”型是深部煤层气快速高产模式,该模式具有“见气时间短、中高产气、低产水”的生产特征,且由于应力对中大孔−微裂缝的伤害较强,建议该模式下的气井排采需适当控制排采速度以减小储层伤害,防止产量陡降;“微孔−介孔−宏孔主控的吸附气束缚水赋存”型模式具有“短期排水、缓慢见气”生产特征,排采仍需遵循“缓慢、连续”原则保证气井稳产;此外,由于孔隙以微孔、介孔为主,束缚水含量高,气井短期难获高产,需进一步探索加大压裂改造规模提高该类气藏产量。

Effects of information transmission delay and channel blocking on synchronization in scale-free Hodgkin-Huxley neuronal networks

In this paper,we investigate the evolution of spatiotemporal patterns and synchronization transitions in dependence on the information transmission delay and ion channel blocking in scale-free neuronal networks.As the underlying model of neuronal dynamics,we use the Hodgkin-Huxley equations incorporating channel blocking and intrinsic noise.It is shown that delays play a significant yet subtle role in shaping the dynamics of neuronal networks.In particular,regions of irregular and regular propagating excitatory fronts related to the synchronization transitions appear intermittently as the delay increases.Moreover,the fraction of working sodium and potassium ion channels can also have a significant impact on the spatiotemporal dynamics of neuronal networks.As the fraction of blocked sodium channels increases,the frequency of excitatory events decreases,which in turn manifests as an increase in the neuronal synchrony that,however,is dysfunctional due to the virtual absence of large-amplitude excitations.Expectedly,we also show that larger coupling strengths improve synchronization irrespective of the information transmission delay and channel blocking.The presented results are also robust against the variation of the network size,thus providing insights that could facilitate understanding of the joint impact of ion channel blocking and information transmission delay on the spatiotemporal dynamics of neuronal networks.

沁水盆地南部中深部煤层气储层特征及开发技术对策

为了实现沁水盆地南部中深部煤层气高效开发,以郑庄北-沁南西区块为研究对象,基于参数井取心分析测试、注入/压降测试、地应力循环测试结果和大量动静态数据,通过与浅部对比,阐述了中深部煤储层特征,分析了从浅部到中深部煤层直井压裂和水平井分段压裂两种开发技术的改进,进而提出了中深部煤层气主体开发技术。结果表明,郑庄北-沁南西区块3号煤平均埋深1200 m左右,为中深部煤层气储层。随着埋深增加,研究区含气量和吸附时间均先增加后降低,含气量和吸附时间峰值分别位于埋深1100~1200 m和800~1000 m;随着埋深增加,研究区地应力场类型发生了2次转换,埋深小于600 m时,为逆断层型地应力场类型,水力压裂易形成水平缝,利于造长缝;埋深大于1000 m时为走滑断层型地应力场类型,水力压裂易形成垂直缝,裂缝延伸较短;埋深为600~1000 m时,地应力场由逆断层型向走滑断层型转换阶段,水力压裂形成的裂缝系统较为复杂。与浅层相比,中深部储层含气量、解吸效率和应力场发生明显转变。随着埋深增加,无论是直井(定向井)还是水平井,均应采用更大的压裂规模才能获得较好的效果。对于直井,埋深大于800 m后,压裂液量达到1500 m^(3)以上、排量12~15 m^(3)/min以上、砂比10%~14%以上,单井日产气量可以达到1000 m^(3)以上;对于水平井,埋深大于800 m后,压裂段间距控制在70~90 m以下,单段液量、砂量分别达到2000、150 m^(3)以上,排量达到15 m^(3)/min以上开发效果较好,单井产量突破18000 m^(3)。随着埋深增加,水平井开发方式明显优于直井,以二开全通径水平井井型结构、优质层段识别技术和大规模、大排量缝网压裂为核心的水平井开发方式是适用于沁水盆地南部中深部煤层气高效开发的主体工艺技术。

屯兰区块煤层气井压裂特征多尺度分析

为探究屯兰区块煤层气井压裂特征,以太原西山屯兰区块2号煤层为研究对象,通过对采煤工作面揭露的XST-167、XST-168、XST-176和XST-177四口煤层气井进行地质编录、煤样宏观特征描述及CT分析,从多尺度研究煤层的压裂特征。结果表明:研究区煤层气井附近煤层主要分布斜交裂隙组成的“X”型压裂裂隙,在XST-177煤层气井附近有“T”型压裂裂隙。石英砂与压裂裂隙壁碰撞、摩擦产生煤粉,煤粉充填在裂隙内,对煤层气的产出有阻碍作用。通过对XST-168、XST-177二口煤层气井揭露的井筒进行对比,发现XST-177煤层气井的压裂效果更好,更有利于煤层气的产出。煤层气井附近的煤大多为碎裂煤、碎粒煤,水力压裂破坏了煤体的原生结构,使煤体硬度降低,裂隙显著增加。部分煤样可以观测到石英砂镶嵌其上,主要集中在煤的层理面上,说明石英砂被压进煤层后,主要沿水平缝向煤层内延伸,与此处的最大主应力方向保持一致。通过CT扫描技术,对受压裂影响的煤样(压裂煤)和未受压裂影响的煤样(正常煤)进行扫描,发现压裂煤T1、T2中裂隙宽度大于100μm的裂隙分别占总裂隙体积的58.8%和48.5%,裂隙数量上分别为23407条和19679条,而正常煤T3中裂隙宽度大于100μm的裂隙仅占总裂隙体积的1.7%,裂隙数量仅为3504条,T1、T2较T3的裂隙宽度更宽,裂隙数量更多,说明压裂作用使煤样裂隙宽度和数量明显增加,压裂煤内部的孔裂隙更发育。

多媒体数据自适应多尺度分块压缩仿真研究

在多媒体图像数据压缩过程中,为了减小数据体积,通常需要牺牲图像的一些细节和精度,这会导致部分信息的丢失。为了提高压缩效果,以多媒体图像为例,提出一种面向多媒体数据的分块无损压缩算法。通过四叉树算法对多媒体图像展开分块处理,通过结合边缘特征和方向特征的多尺度小波变换算法获取多媒体图像每层子带图像块的自适应采样率,基于纹理块和平坦块的自适应多尺度分块压缩感知方法完成多媒体图像数据的分块无损压缩。实验结果表明,所提算法的压缩效果更好,不仅能够实现数据有效压缩,而且不会损失图像信息,且压缩时间较短,整体应用效果更好。

西安市街区尺度生境网络构建的案例与思考

城市街区尺度绿色空间呈现破碎化空间格局会对城市生物多样性产生负面影响。街区尺度生境网络是连接场地绿化与城市整体区域生态系统的纽带,是维护城市内部最小生境单元生态系统稳定的基本保障。与宏观尺度相比,街区尺度生境网络构建在地理信息数据获取、数据精度及土地利用分类等方面均有差异。基于无人机航测数据进行生境制图,并综合运用MSPA、InVEST、MCR等模型进行街区生境网络构建与优化。结果显示:1)基于植被垂直结构特征进行生境制图,可细化表征绿色空间的生境属性;2)街区环境内生境源地呈现面积小、分布散、质量低的特征,即使绿地率较高的小型公园绿地,其生境斑块的生境质量也可能较低;3)受硬质地表分布特征影响,街区生境网络呈现区域分布不均、局地断裂、内外生境割裂的空间格局;4)提取薄弱区域周边生境节点,运用MCR模型构建连通路径,可指导生境节点与生境廊道增补,实现街区生境网络优化。在城市绿地建设从增量发展向存量优化转变的背景下,研究结果可为街区生境网络构建方法向街区绿色空间规划设计方法转化提供思路。

南岭成矿规律与百年勘查成果及新一轮找矿建议——《中国矿产地质志·南岭卷》研编

南岭成矿带是华南乃至全国最为重要且独具特色的成矿带之一,对其成矿规律的探索研究虽然历史悠久但每一次的成果总结都会推进新一轮找矿突破。笔者等在前人大量研究资料的基础上,对南岭成矿带的能源矿产(煤矿和铀矿)、有色金属矿产(钨、锡、钼、铋、铜、铅锌等)、贵金属矿产(金矿和银矿)、稀有金属和稀土金属矿产、非金属矿产(萤石)的成矿特征、时空分布规律进行了总结,并将南岭成矿带矿产按前寒武、加里东旋回、华力西旋回、印支旋回、燕山旋回及喜马拉雅旋回6个旋回厘定出21个矿床成矿系列和23个矿床成矿亚系列,为区域矿产勘查工作部署及成矿预测奠定了理论基础。为了保障能源资源安全,笔者等提出了南岭成矿带区块出让的原则性意见和柿竹园、香花岭、崇余犹、富贺钟、坪宝、三南等15个大型资源基地找矿的建议,为新一轮找矿突破战略行动提供了科学指导。

城区与街区尺度碳排放测算方法综述

随着中国2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”远景目标的提出,碳排放研究将成为我国未来较长一段时间内的重要课题。城市规划作为实现减排降碳的重点领域,受到社会与学界的广泛关注。为了给规划领域碳减排相关研究提供参考,介绍了国内外城区和街区尺度碳排放测算方法,包括基于活动的碳排放测算技术、基于监测的碳排放测算技术以及其他碳排放测算技术,分析各方法的优劣势、适用尺度与适用对象,并阐述了国内外城区建筑碳排放测算模型在工程中的应用,探讨了现有碳排放测算方法存在的不足,提出未来城区尺度碳排放测算的改进建议,旨在为推进城市绿色低碳发展转型、实现“碳达峰”与“碳中和”目标提供支撑。

基于卡诺模型和多源数据的城市街区步行适宜性评价与优化

科学评价与优化街区步行适宜性对提升城市活力、推动绿色发展具有重要意义。首先从居民实际需求出发,基于马斯洛需求理论(Maslow's demand theory)和卡诺模型(Kano model)构建包含五个维度共十五个指标的城市街区步行适宜性评价模型,结合多源数据和改进的CRITIC(criteria importance though intercrieria correlation)-熵权赋权法以合肥市为例进行测度;随后结合热点分析识别各维度高、低值的空间聚类情况,并分析产生原因;最后引入街区活力,利用双变量莫兰指数探讨二者的空间匹配关系,进而提出步行适宜性优化方法。结果表明,基于马斯洛需求理论和卡诺模型可从通畅性、便捷性、安全性、丰富性和舒适性五个维度对步行适宜性展开评价;研究区内的步行适宜性具有显著的空间分异性和自相关性,且与街区活力存在较多不匹配区域。在此基础上提出街区步行适宜性优化策略,可为合肥市未来步行空间设计和改造提供参考。

联合多尺度块匹配的非局部均值去噪算法

针对非局部均值(Non-Local Means,NLM)图像去噪算法易产生伪影与平滑细节的问题,提出一种联合多尺度图像块匹配的像素相似性测度,提高NLM算法去噪性能。首先,研究与分析了加权欧氏距离与欧氏距离两种相似性度量以及图像块尺寸设置对NLM算法的影响。其次,通过引入图像特征信息并利用K-means聚类方法将图像划分为平坦区域和包含边缘与纹理的结构区域,对每个类别中的像素点,联合两种尺度图像块匹配计算像素的平滑权重。最后,优化了算法的滤波参数。实验结果表明,提出的算法在噪声去除与细节保持方面明显优于经典的NLM算法,相比其他改进的NLM算法也有优势。

大规模芯片内嵌存储器的BIST测试方法研究

随着大规模芯片的块存储器(block random access memory,BRAM)数量不断增多,常见的存储器内建自测试(memory build-in-self test,Mbist)方法存在故障覆盖率低、灵活性差等问题。为此,提出了一种新的基于可编程有限状态机的Mbist方法,通过3个计数器驱动的可编程Mbist控制模块和算法模块集成8种测试算法,提高故障覆盖率和灵活性。采用Verilog语言设计了所提出的Mbist电路,通过Modelsim对1 Kbit×36的BRAM进行仿真并在自动化测试系统上进行了实际测试。实验结果表明,该方法对BRAM进行测试能够准确定位故障位置,故障的检测率提高了15.625%,测试效率提高了26.1%,灵活性差的问题也得到了很大改善。

黄3长6区集输站结垢机理与防垢措施

为了解决黄3长6区采出水结垢导致管线、设备堵塞而严重影响集输站运行的问题,通过对集输站和单井的水样、垢样进行分析,明确了黄3长6区结垢原因,针对性地开发阻垢药剂,并报道了现场应用情况。黄3长6区集输站垢堵严重的主要原因是单井采出水不配伍,导致站场集输系统硫酸钡锶结垢堵塞。开发的高效钡锶阻垢剂(HDTMPA、P-M-P(5000)质量比为4∶1),在加量为60 mg/L的情况下,对硫酸钡的阻垢率达到90.9%。室内适用评价实验表明,该阻垢剂对集输站A、B汇管模拟水的阻垢率高达90%和93%。现场应用结果表明,添加该阻垢剂可大幅降低A、B站场的结垢程度,有效解决了黄3长6区结垢问题,从而保障黄3长6区集输站长周期平稳运行。

多尺度可玩城市空间的塑造与发展——以哥本哈根为例

城市居民的心理健康问题普遍存于各年龄层中。作为公共生活的载体,城市环境与居民的日常行为联系紧密,对其身心健康有着重要影响。玩耍可有效预防和缓解心理健康疾病,尤其在后疫情时代,可玩城市空间塑造的意义更加深远。从建筑到街区,从街区到城市,居民可玩的城市空间应随着空间尺度的进阶而丰富。哥本哈根从20世纪初开始建设小型儿童游戏场,如今发展到综合性的超级公园,对可玩城市空间的探索有着丰厚的经验。基于空间理论,梳理哥本哈根可玩城市空间的发展脉络,以尺度进阶的视角归纳不同空间尺度上可玩城市空间的设计要点,从不同维度分析其营造案例,为我国可玩城市空间的发展提供一些参考和研究的基础。

改进的DeepLabV3+指针式仪表图像分割算法

针对现有的仪表自动化读数算法占用空间大、推理速度较慢以及不能有效分割图像中密集细小目标的问题,提出改进的DeepLabV3+指针式仪表分割算法。首先以轻量化的MobileNetV2来构建网络主干达到降低参数量和推理权重、提高检测速度的目的。其次通过分块并归策略设计CSP-ASPP结构,在保证网络性能的同时降低参数量。之后使用改进后的SKFF模块通过自注意力机制以非线性方式融合多尺度特征,将原网络解码器中的二尺度特征融合变为四尺度特征融合。最后使用交叉熵损失联合加权的Dice损失作为网络的总损失函数,解决仪表分割中各类别像素分布不均的问题。最后通过实验证明,改进后的DeepLabV3+算法在仪表分割数据集上的平均交并比(mIoU)和平均像素准确率(mPA)达到了89.3%和94.8%,相对原网络分别提高了0.7%、0.6%,参数量和推理权重却仅有原网络的约7%,同时在GPU和CPU上的推理速度分别达到91和16 fps,解决了嵌入式设备部署困难的问题,达到了实时检测的要求,提高了仪表自动化读数的效率。

边缘侧神经网络块粒度领域自适应技术研究

深度神经网络在边缘设备上运行时会面临模型缩放和域自适应2个挑战,现有的模型缩放技术和无监督在线域自适应技术存在缩放粒度粗、缩放空间小和在线域自适应时间长的问题。针对这2个挑战,提出一种块粒度的模型缩放和域自适应训练方法EdgeScaler,它包括离线和在线2个阶段。针对模型缩放挑战,离线阶段能够从各种DNN中检测和抽取块,并将其转换为多个派生块;在线阶段基于块和块之间的组合,提供大规模的缩放空间,解决模型缩放问题。针对域自适应挑战,设计了一种针对于块的残差Adapter,在离线阶段将其插入块中;在线阶段当新的目标域到来时,对所有的Adapter进行训练,解决块粒度缩放空间中所有选项的域自适应问题。在真实的边缘设备Jetson TX2上的测试结果表明,在提供大规模缩放选项的基础上,所提方法可以将域自适应训练时间平均减少85.14%,训练能耗平均减少84.1%。