融合空间物理参数的小样本极光涡旋自动分类研究

复杂的空间物理过程导致极光出现各类复杂的形态.极光形态的自动分类有助于分析极光发生机制以及了解空间物理过程.当前的极光分类主要采用传统的机器学习或深度学习的方法,需要大数据作为支撑.但在实际发生的极光事件中,一些事件相比其他极光事件出现频率小(如极光涡旋),这样的事件是小样本事件.本文提出一种基于注意力机制,结合空间物理参数信息的小样本极光事件分类方法.从北极黄河站2003—2017年全天空极光数据集中,构建了一个有85个极光涡旋序列的实验数据集.利用该方法,对极光涡旋这一类特殊小样本极光事件进行分类研究.研究结果显示,加入空间物理参数有助于极光涡旋的分类,分类准确率从56.37%提升到66.25%,同时也表明空间环境参数对极光涡旋的产生有着明显的调制作用.

加速老化及腐蚀试验对混凝土涂层耐久性的影响研究

为模拟东海环境对混凝土涂层耐久性的影响,设计了单因素和多因素耦合等加速老化及腐蚀试验,从微观、宏观层面分析涂层的耐久性变化及劣化机理,定量评价涂层的防护效果。结果表明:涂层的劣化现象主要为失光、变色、剥落以及出现微孔和裂纹,但在不同试验中的腐蚀现象不同。环氧聚硅氧烷涂层抗光老化性及抗热振性较差,在多因素耦合和高低温交变试验中易产生微孔和裂纹,但在干湿循环试验中耐久性最好;丙烯酸聚氨酯涂层在干湿循环试验中因氨基酸基团等分子链降解较严重,在缺陷处涂层剥落,保色性最差;氟碳涂层各项性能较稳定,抗热振性最好,附着力最高。干湿循环试验70 d后,电通量为0,涂层对混凝土仍具有良好防护效果。

波流-碎冰耦合作用下平台动力定位辅助系泊模型试验研究

为评估某极区半潜平台的作业安全,开展波流-碎冰耦合作用下冰区半潜平台动力定位辅助系泊的模型试验,对比分析风浪流-碎冰载荷联合作用下平台动力定位系统在有、无加速度反馈工况下的运动及系泊响应,验证加速度反馈策略的有效性。提出切换定位点消冰策略消除半潜式平台立柱前浮冰积聚的现象,对比开启消除浮冰功能前,平台系泊系统张力大幅降低,进一步提高了平台的作业安全。

深耕“蓝色沃土”,海洋能助力实现“碳中和”——访浙江大学教授李伟

2021年3月15日,习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议并发表重要讲话强调,实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,拿出抓铁有痕的劲头,如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。“十四五”时期是碳达峰的关键期,大力发展清洁可再生能源成为必然趋势。在海洋这片“蓝色沃土”中,蕴藏着丰富的可再生能源——海洋能,“碳达峰、碳中和”将为海洋能发展带来怎样的机遇与挑战?围绕海洋能的发展,《科技导报》专访了中国可再生能源学会海洋能专业委员会主任、浙江大学教授李伟。

光照强度对大口黑鲈游泳协作能力的影响

文章以大口黑鲈(Micropterus salmoides)为研究对象,研究了光照强度对大口黑鲈游泳能耗及游泳协作能力的影响,测定了4种不同光照强度(0、300—500、2200—2500和3300—3900 lx)对大口黑鲈鱼群的游泳能耗、相对距离、相对位置分布和攻击次数的影响。研究发现:(1)当光照增强时,由于强光刺激和攻击行为的加剧显著制约了鱼群游泳协作能力的表达;(2)在光强≤2200—2500 lx时,随着光照强度的增大,鱼群游泳能耗显著增加(P<0.05)。结果表明:光强的增大限制了鱼群游泳协作能力的表达,从而造成了个体不必要的游泳能耗。

结合通道交互空间组注意力与金字塔池化的高分影像语义分割网络

高空间分辨率(高分)遥感影像中存在海量信息,因此对高分影像的语义分割研究十分重要。传统机器学习方法的语义分割精度和效率均不高,近年来,深度学习方法迅速发展,逐渐成为影像语义分割领域的常用方法,已有研究将SegNet、Deeplabv3+、U-Net等神经网络引入遥感影像语义分割,但效果有限。考虑高分影像的特性,对用于遥感影像语义分割的U-Net网络进行了改进。首先,在U-Net网络特征提取过程中使用通道交互空间组注意力模块(channel interaction and spatial group attention module,CISGAM),使得网络能够获取更多有效特征。其次,在编码过程中将普通卷积层变换为残差模块,并在U-Net的编码器和解码器之间用加入了CISGAM的注意力金字塔池化模块(attention pyramid pooling module,APPM)连接,以加强网络对多尺度特征的提取。最后,在0.3 m分辨率的UC Merced数据集和1 m分辨率的GID数据集上进行实验,与U-Net、Deeplabv3+等原始网络相比,在UC Merced数据集上的平均交并比(mean intersection over union,MIoU)分别提升了14.56%和8.72%,平均像素准确率(mean pixel accuracy,MPA)分别提升了12.71%和8.24%。在GID数据集的分割结果中,水体、建筑物等地物的综合分割精度大幅提升,在平均分割精度上,CISGAM和APPM较常用的CBAM和PPM有一定提升。实验结果表明,加入CISGAM和APPM的网络可行性与鲁棒性均较传统网络强,其较强的特征提取能力有利于提升高分辨率遥感影像语义分割的精度,为高分辨率遥感影像智能解译提供新方案。

基于动态模态分解的长江口海表温度时空分布特征重构研究

河口近海海域的海表温度分布特征对于深入理解海洋热力、动力过程及海气相互作用等自然过程及综合效应具有重要意义。卫星数据重构是精确获取动态大面积海表温度数据的重要手段,采用非线性系统的动态模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)数据分析方法,利用2003年1月至2016年7月的MODIS\SST数据,经剔除异常数据、填补空白数据后,重构了2016年8月至2019年12月长江口海洋表面温度数据,并评估了重构效果。研究结果表明,在时序数据充足的情况下,DMD算法能很好地解决动态系统的采样问题。DMD结合正交三角(orthogonal right triangular,QR)分解算法能有效重构长江口的海表温度数据,平均均方根误差(root mean square error,RMSE)为0.0076。进一步分析发现,无论是DMD算法还是DMD结合QR分解算法,还原结果精度都较高。

基于三维姿态拟合的非接触式红鳍东方鲀全长精准估算方法

鱼类生物量无损测算是智能化水产养殖的重要环节,如何实现鱼体全长精准估算是该环节稳定运行的重要前提。该研究以红鳍东方鲀为对象,提出了一种鱼体全长精准估算方法,可在非接触情况下对自由游动的红鳍东方鲀进行精准的体长估算。首先,利用双目立体视觉技术对原始图像进行校正和立体匹配获得深度图像,并通过SOLOv2模型进行鱼体分割;然后,通过自主设计的独立分类器对图像进行高效分类,自动获取可用于全长估算的鱼类侧面图像,其分类准确率达95.3%;最后,耦合图像平面特征和深度信息,对鱼类进行三维姿态拟合,实现鱼类全长精准估算。结果表明,该方法全长估算的平均相对误差为2.67%,标准差为9.45%,且全长估算值与质量表现出良好相关性(R^(2)=0.88)。该研究将为鱼类生物量无损测算提供关键技术支撑,对水产养殖的信息化管理、鱼类生长状况评估、投饵控制等具有重要意义。

基于轻量级卷积神经网络的红鳍东方鲀个体身份无损识别方法

文章充分利用红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)体侧纹理特征提出了一种基于轻量级卷积神经网络的鱼类个体身份识别方法,可在无损前提下实现红鳍东方鲀个体身份的高精度识别。首先,采用SOLOv2模型进行前景分割,并结合红鳍东方鲀体型特点,通过质心和哈希值计算方法完成数据集生成和筛选;随后,从多维度分别测试主流深度学习图像分类骨干网络和不同损失函数在红鳍东方鲀身份识别中的效果;继而,在MobileNet v2骨干网络基础上,耦合Softmax Loss函数,建立了一种适用于红鳍东方鲀的个体身份无损识别的最优组合方法。研究结果表明,文章方法准确率可达90.2%,优于其他相关主流方法(准确率73.6%—89.3%),相关研究成果将为循环水养殖鱼类个体身份无损识别和精准生物量估算提供技术支撑。

日侧伴随电子加速的离子上行事件的分布特征

本文基于2005年1月和7月DMSP F13卫星的观测数据,研究了日侧伴随电子加速的顶部电离层离子整体上行事件的分布特征.结果表明,离子上行主要发生在磁纬70°~80°MLAT范围内,加速电子磁层源区对应低纬边界层和等离子体片边界层;冬季上行存在明显的"晨昏不对称性",主要发生在晨侧(06∶00—09∶00 MLT),夏季上行主要发生在磁正午(09∶00—15∶00 MLT),以磁正午为中心近似呈对称分布,并且冬季离子上行发生率显著高于夏季;离子上行发生率在中等地磁活动时期显著增强,上行区域随着地磁活动的增强向低纬度方向扩展;行星际磁场Bx>0时,对应等离子体片边界层13∶00—18∶00 MLT和06∶00—09∶00 MLT区域内上行发生率增加,行星际磁场By的方向会导致上行高发区以磁正午为中心发生反转,行星际磁场南向时,上行发生率增强;冬季离子上行平均速度高于夏季.

东海海岛大气环境中氯离子沉积速率检测与影响分析

为了研究东海海岛大气环境中氯离子沉积速率的影响因素,开展了大气测试点氯离子沉积速率检测,分析了离海岸线距离、测试点方位、季节、降雨量、风向与风能等对氯离子沉积速率的影响。研究表明,氯离子沉积速率随离海岸线距离的增加而降低。摘箬山岛各测试点冬季氯离子沉积速率高于春、夏季,东北方向测试点氯离子沉积速率最大。氯离子沉积速率是风向、风能、降雨量等多因素影响的结果。

破冰船首部与侧部接触加载工况下海冰弯曲破碎过程

在破冰船对海冰接触加载过程中,海冰会发生以径向和环向开裂为表现形式的弯曲破碎过程。海冰首先径向开裂再环向开裂的弯曲破碎过程与海冰首先环向开裂的弯曲破碎过程将导致不同的冰载荷,因此,明确不同接触加载工况下的海冰弯曲破碎过程是理论计算冰载荷的前提条件。文章针对破冰船首部与海冰直线边界接触加载、破冰船首部与海冰凹进边界接触加载,以及船侧部与海冰直线边界接触加载这3类工况,采用弹性地基薄板理论,对控制方程进行归一化处理,并通过有限元法求解归一化控制方程,分析不同工况参数下的海冰弯曲破碎过程,得到上述3类工况下的海冰弯曲破碎过程判断依据。分析结果表明:当船体与海冰接触区域尺寸较大且冰厚较小易发生先环向开裂的弯曲破碎过程,反之则易发生先径向开裂再环向开裂的弯曲破碎过程。

海底热液扩散流溶解硫化物的原位观测：电极的制备与性能标定

介绍了一种用于测定溶解硫化物浓度的新型离子选择电极（ISE）的制备方法和性能标定结果。以银丝为基材,用含超细银粉的导电聚合物作为中间层,在环氧树脂固化后通过化学反应形成Ag2S层。以新型Ag/Ag2S为工作电极,以Accument公司的Ag/AgCl为参比电极,构成溶解硫离子/硫化氢传感器。性能标定结果显示,这种新型固态传感器的响应电信号与硫离子浓度的对数呈线性关系,线性范围为10-2~10-7（mol/L）的硫离子。所测电压与硫离子浓度的对数之间斜率为-27.7,与理论计算得到的能斯特斜率dE/dlogαi（-29.6mV）接近。它在响应速度、探测灵敏度和工作稳定性等方面均明显优于传统的ISE型传感器。

中印度洋洋盆GC11岩心富稀土深海沉积的元素地球化学特征

对中印度洋洋盆的沉积GC11岩心开展了主量元素、微量元素和稀土元素分析研究,根据主微量元素相关性特征、稀土元素富集程度以及澳大利亚后太古代平均页岩归一化模式特征,初步探讨了GC11岩心的沉积地球化学特征,以及影响稀土元素富集的可能因素。研究表明,GC11岩心稀土元素总量在400.64×10^?6~742.74×10^?6,平均值为658.41×10^?6,略低于邻近海域的GC02岩心,与沃顿海盆DSDP213岩心中含沸石型深海粘土层位中的稀土元素含量相当。δCe负异常明显,(La/Yb)N为0.42,显示重稀土相对富集的特点。稀土元素与P2O5呈显著正相关性,CaO/P2O5的平均值为2.3,表明生物钙磷灰石可能是稀土元素的主要载体矿物,而铁锰水合物可能对富集稀土元素有一定的促进作用,但影响不大;GC11岩心中δCe负异常程度远低于GC02岩心,略低于DSDP213岩心,中稀土富集特征与GC02和DSDP213岩心基本一致。不同程度陆源物质的混入可能是导致以上不同岩心中稀土元素富集程度和分馏特征的主要原因。

西南印度洋洋中脊表层沉积物地球化学特征及其热液活动指示意义

洋中脊热液硫化物勘探技术的滞后,严重制约了对海底热液硫化物资源的勘探开发。以我国西南印度洋硫化物勘探合同区域采集的25个表层沉积物样品为研究对象,基于主量、微量和稀土元素检测数据,采用元素含量特征、相关性分析、元素对比值、特征元素三角图解,以及稀土元素分馏特征值等手段,开展沉积物热液信息研究。结果表明:样品所代表的大部分研究区域内主要为钙质生物沉积,部分样品元素地球化学特征受沉积物中玄武岩风化碎屑的影响,龙旂热液区的部分样品中表现出一定的热液迹象,稀土元素分馏特征和配分模式、(Al+K)⁃Mg⁃(Fe+Mn)三角图解可较好地指示热液活动。研究不仅为我国在西南印度洋的硫化物勘探提供基础数据参考,同时也是对海底热液硫化物勘探的沉积物地球化学找矿理论和方法的初步探索。

大掺量掺合料对海工混凝土耐久性的影响及工程实证

采用粉煤灰、矿粉大掺量单掺及复掺,研究矿物掺合料、阻锈剂对海工混凝土强度、耐久性的影响,并进行海洋工程应用验证。结果表明:按照40%比例复掺矿物掺合料对混凝土强度影响较小,复掺15%粉煤灰+25%矿粉时混凝土的84 d抗氯离子渗透系数最小;阻锈剂掺入对混凝土抗压强度没有明显影响;阻锈剂掺量为3%~7%时,168 h腐蚀电流小于150μA;海工混凝土现场留样84 d氯离子扩散系数最大值为1.30×10^(-12) m^(2)/s,保障了小干至长峙跨海通道混凝土的耐久性。

海上危化品漂移扩散过程三维动态可视化方法

全球化工产业的发展导致海上危化品泄漏事故频发,严重影响了海洋生态环境,如何开展快速、有效的应急响应已成为迫切需求。对泄漏危化品未来漂移扩散情况进行预测与可视化呈现是应急过程的一个重要环节,目前针对污染扩散可视化的相关研究在场景构建、渲染效率、可扩展性、交互控制等方面仍存在不足。该文提出了一种基于Unity3D引擎及其粒子系统的海上危化品漂移扩散过程三维动态可视化方法,在海洋周边三维场景构建和模型数据优化处理的基础上,通过粒子的动态更新实现了危化品扩散过程的可视化,并提供了针对场景漫游和扩散过程控制的交互接口。以杭州湾海域为例的模拟实验结果表明该方法的性能和效果满足实际应用需求,能够为海上危化品泄漏突发事故应急提供信息参考与辅助决策支持。

硫铝酸盐与硅酸盐水泥复合对砂浆中钢筋腐蚀的影响

研究了钢筋在硫铝酸盐水泥(CSA)与硅酸盐水泥(OPC)不同比例复合砂浆中的腐蚀行为,并分析了孔隙液碱度、砂浆电阻率对钢筋腐蚀的影响。结果表明:当OPC复合比例≤50%时,砂浆中水化生成的铝相较多,孔隙液碱度较低,砂浆电阻率下降,28 d时未掺OPC组电阻率从124.9Ω·m快速下降至30%OPC组的13.0Ω·m,导致腐蚀电位下降,腐蚀电流密度增大,钢筋易发生腐蚀;当OPC复合比例≥70%时,砂浆中水化生成的铝相消失,氢氧化钙含量增加,显著提高孔隙液碱度,pH值均高于12.73,促进钢筋快速钝化。当砂浆电阻率接近时,50%OPC组28 d龄期的pH值为11.90,高于30%OPC组的10.31,故其腐蚀电位也相应较高。

西北太平洋表层沉积物地球化学特征及其物源指示意义

为深入了解西北太平洋表层沉积物地球化学特征及物质来源,对大洋40航次在西北太平洋马尔库斯-威克海山区采集的表层沉积物进行了全岩地球化学和黏土矿物测试分析。结果表明,研究区表层沉积物稀土元素(REE)平均质量分数为302.87×10-6,北美页岩标准化稀土配分模式与黄土相似,并具Ce轻微负异常和Eu无异常特征。稀土配分模式、判别函数(discriminant functions,DF)、M/I(蒙脱石/伊利石)及涂片鉴定等结果指示沉积物物源具有多源性,主要为陆源风尘物质,并受海洋自生物质的强烈影响,海山玄武岩及其蚀变产物和硅质生物也有一定的贡献。研究区沉积物稀土特征既不同于边缘海沉积物,也有别于远洋沉积物,而与弧后盆地沉积物类似。结合1/δCe-LREE/HREE和LREE/HREE-Y/Ho判别图解结果,研究区沉积物物源结构属性应介于边缘海沉积物与远洋沉积物之间,为洋陆过渡区沉积。

基于多源遥感数据的大襟岛海域悬浮泥沙观测

珠江口黄茅海大襟岛海域是中华白海豚栖息地.为了对该海域的水质进行评估,采用集成机载光谱成像仪(CASI)影像对悬浮泥沙质量浓度进行观测,并根据实测光谱构建适用于CASI影像和中分辨率成像光谱仪(MODIS)影像的悬浮泥沙质量浓度单波段反演模型.此外利用实测悬浮泥沙数据和MODIS影像对反演的悬浮泥沙质量浓度进行精度评定.研究表明,基于CASI数据的单波段指数模型可以较好地反演研究海域的悬浮泥沙质量浓度,相对平均误差为11.16%,此外单波段指数模型也可以较好地应用在MODIS影像上,相对平均误差为15.18%.研究区域悬浮泥沙质量浓度为0.48~12.15 mg/L,对海豚栖息区的生态环境未构成明显影响.结合基于MODIS的珠江口海域悬浮泥沙遥感影像发现,研究区域悬浮泥沙主要输入来源为黄茅海西岸的陆源输入,黄茅海西岸陆域输入泥沙在由黄茅海向口外输送时,存在明显的分支现象,径流主轴在河口海域自西北向东南向海运输,沿岸流则沿着大襟岛自东北向西南向海运输,由此,在大襟岛北部出现低悬浮泥沙、高透明度海域,适合白海豚栖息.