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基于扩展卡尔曼滤波和自动微分技术对陆面数据同化系统参数的快速估计及其影响

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中国科学：地球科学 2023年第11期53卷 2591-2608页

作者：田佳鑫卢麾阳坤秦军赵龙周建宏姜尧志马小刚清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室清华大学全球变化研究院北京100084 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 西南大学地理科学学院重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站重庆400715 清华大学-西安市勘察测绘院新型智能测绘联合研究中心北京100084

土壤水分在干旱监测、洪水预报和水资源管理中发挥着重要作用.数据同化方法能结合模型和遥感的优势,生产高精度、时空连续的土壤水分数据.目前,陆面数据同化面临的主要难题之一是模型和观测误差的准确估计.为此,我们前面提出了双循环同... 详细信息

土壤水分在干旱监测、洪水预报和水资源管理中发挥着重要作用.数据同化方法能结合模型和遥感的优势,生产高精度、时空连续的土壤水分数据.目前,陆面数据同化面临的主要难题之一是模型和观测误差的准确估计.为此,我们前面提出了双循环同化算法,实现了模型和观测误差、模型算子和观测算子参数的同时估计.由于该算法需要设置较大的集合个数才能实现稳定的参数估计,导致参数估计效率低,限制了其在大范围陆面同化系统中的应用.为此,本研究通过:(1)采用二元数自动微分方法计算陆面过程模型(LSM)的雅可比矩阵以替代获取复杂的LSM的切线性模型;(2)采用扩展卡尔曼滤波(EKF)框架替代集合卡尔曼滤波框架,提高了双循环算法的参数估计效率.在模型积分步长为1h和参数优化窗口为90天的条件下,改进后的双循环算法参数优化效率提高近60倍.为检验双循环算法在区域尺度陆面数据同化中的效果,我们在青藏高原区域同化SMAP土壤水分产品,并利用四个不同地理气候环境下的土壤水分观测网数据验证同化结果.结果显示,在青藏高原区域,相较于基于默认参数的模型模拟结果,基于EKF改进的双循环同化算法能够校正模型参数和观测的偏差,估计的土壤水分精度更高,同时也提高了地表温度和蒸散发的估计精度.此外,相较于全球土壤数据中的沙土含量、黏土含量以及孔隙度,该方案得到的土壤参数空间分布更为合理.本研究改进的双循环算法有望进一步提高陆面、生态以及水文数据同化技巧.

关键词：土壤水分数据同化参数校正偏差校正误差估计自动微分

"互联网+"运动方案在慢性心力衰竭患者中的应用效果研究

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中国实用护理杂志 2024年第13期40卷 1022-1028页

作者：姜尧尧谢敏姜洋厦门大学附属翔安医院心内科厦门361100 厦门大学附属翔安医院护理部厦门361100 哈尔滨医科大学附属第六医院护理部哈尔滨150000

目的探讨"互联网+"运动方案在慢性心力衰竭患者中的应用效果,为慢性心力衰竭患者的健康管理提供参考。方法采用前瞻性随机对照试验研究方法。便利抽样法选取2022年1月至2023年2月在厦门大学附属翔安医院心内科接受治疗的慢性心力衰竭患... 详细信息

目的探讨"互联网+"运动方案在慢性心力衰竭患者中的应用效果,为慢性心力衰竭患者的健康管理提供参考。方法采用前瞻性随机对照试验研究方法。便利抽样法选取2022年1月至2023年2月在厦门大学附属翔安医院心内科接受治疗的慢性心力衰竭患者130例。按照随机数字表法,分为对照组与干预组各65例。对照组采用常规护理方法,干预组在常规护理基础上实施12周"互联网+"运动方案干预。比较2组患者干预后运动依从性与运动情况,以及2组患者干预前后心功能状况(6 min步行距离)及生命质量情况。结果对照组与干预组最终各纳入63例和61例。对照组男45例,女18例,年龄(61.77±9.56)岁,干预组男49例,女12例,年龄(61.08±9.72)岁。干预后,干预组患者运动依从性与运动情况中的完成有氧运动比例、抗阻运动比例、有氧运动频率、抗阻运动频率、运动时长分别为95.08%(58/61)、77.05%(47/61)、(3.94±1.18)次/周、(4.08±1.33)次/周、(29.65±7.83)min/次,优于对照组的84.13%(53/63)、47.62%(30/63)、(3.15±0.94)次/周、(3.37±0.99)次/周、(23.37±6.79)min/次,差异均有统计学意义(χ2=3.96,11.41,t=4.13、3.38、4.78,均P<0.05)。干预后,干预组患者6 min步行距离(351.22±33.06)m,高于对照组的(323.64±31.85)m,差异有统计学意义(t=4.73,P<0.01)。干预后,干预组患者生命质量总分及各维度(身体领域、情绪领域、其他领域)得分(44.45±10.46)、(19.19±4.28)、(9.95±2.44)、(15.31±4.75)分,均低于对照组的(53.57±11.02)、(22.17±4.51)、(12.31±2.69)、(19.09±4.96)分,差异均有统计学意义(t值为3.77~5.11,均P<0.01)。结论"互联网+"运动方案具有方便、直观、可操作性强的特点,有利于提升慢性心力衰竭患者的运动依从性与运动情况、心功能状况和生命质量。

关键词：护理运动疗法心力衰竭心脏康复 "互联网+"

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水文频率参数估计的生物地理学优化算法

人民珠江 2015年第6期36卷 55-57页

作者：姜尧志四川大学水利水电学院四川成都610065

为了提高水文频率曲线参数估计精度和避免目估适线的主观随意性,引入生物地理学优化算法,提出了基于生物地理学优化算法的水文频率曲线参数估计方法,以某水库为例进行实例研究,并与传统的矩法、概率权重矩法进行比较。结果表明,生物地... 详细信息

为了提高水文频率曲线参数估计精度和避免目估适线的主观随意性,引入生物地理学优化算法,提出了基于生物地理学优化算法的水文频率曲线参数估计方法,以某水库为例进行实例研究,并与传统的矩法、概率权重矩法进行比较。结果表明,生物地理学优化算法在水文频率曲线参数估计中可以取得较高的精度,且具有收敛快的特点。

关键词：水文频率计算参数估计生物地理学优化算法

异源CYP450酶的表达优化促进工程酿酒酵母合成熊果酸

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化工学报 2024年第7期75卷 2624-2632页

作者：那雪梅王雨姜尧竹贾男王颖李春北京理工大学化学与化工学院医药分子科学与制剂工程工信部重点实验室北京100081 清华大学化学工程系工业生物催化教育部重点实验室北京100084

熊果酸(UA)是具有多种生理及药理活性的植物来源五环三萜类羧酸,尽管在酿酒酵母中已经实现了UA的从头合成,但仍存在产量低、副产物积累、营养供给冗余等问题,无法实现工业化生产。为了提高酿酒酵母合成熊果酸的能力,通过多种方法优化了U... 详细信息

熊果酸(UA)是具有多种生理及药理活性的植物来源五环三萜类羧酸,尽管在酿酒酵母中已经实现了UA的从头合成,但仍存在产量低、副产物积累、营养供给冗余等问题,无法实现工业化生产。为了提高酿酒酵母合成熊果酸的能力,通过多种方法优化了UA合成途径中异源CYP450酶的表达。探究了位置效应对CYP450基因表达的影响,初步筛选到CYP450的基因组最佳整合位点(HO位点),通过单独增加CYP450的拷贝数或同时增加CYP450及CPR的拷贝数,确定了同时存在3个CYP450和CPR拷贝时CYP450酶具有最佳催化活性,进行培养基优化后UA摇瓶产量达到(266.54±6.50)mg/L,最终在5 L发酵罐进行放大培养UA产量达到(2825.58±36.26)mg/L。本研究可为在酿酒酵母中通过表达优化策略调控其他三萜类化合物的合成提供参考。

关键词：位置效应熊果酸酿酒酵母代谢发酵合成生物学

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单核细胞/高密度脂蛋白胆固醇比值(MHR)水平与进展性缺血性卒中的研究现状

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中国科技期刊数据库医药 2024年第1期 157-160页

作者：王桁姜尧佳佳木斯大学黑龙江佳木斯154007

脑卒中是我国居民首要死亡原因,也是导致成人致残第一的疾病。其中缺血卒中占脑卒中的70%-80%,而缺血性脑卒中的早期神经功能恶化带来的不良预后结局给临床和家庭带来了沉重的压力,这一类卒中在临床中称之为进展性缺血性卒中(progressiv... 详细信息

脑卒中是我国居民首要死亡原因,也是导致成人致残第一的疾病。其中缺血卒中占脑卒中的70%-80%,而缺血性脑卒中的早期神经功能恶化带来的不良预后结局给临床和家庭带来了沉重的压力,这一类卒中在临床中称之为进展性缺血性卒中(progressive ischemic stroke,PIS)。并非所有缺血性卒中都会进展,提高PIS患者的识别率,对于患者治疗指导、改善预后方面具有十分重要的意义。动脉粥样硬化是缺血性脑卒中最常见的病因,单核细胞和高密度脂蛋白胆固醇在动脉粥样硬化的形成进展中发挥着重要作用,随着生物标志物的火热研究,单核细胞与高密度脂蛋白胆固醇比值(monocyte / high density lipoprotein cholesterol ratio,MHR),凭借临床上获取便捷、与动脉粥样硬化关系紧密的特点走进研究者的视野。本文综述了MHR与进展性缺血性脑卒中的研究现状。

关键词：缺血性卒中 MHR 早期神经功能恶化进展性脑梗死

青藏高原暖季中西部的断面降雨观测:系统设计与初步结果

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中国科学：地球科学 2023年第5期53卷 1006-1021页

作者：阳坤陈莹莹拉珠詹昌辉令小艳周旭姜尧志姚向楠卢麾马小刚欧阳琳潘伟任扬航邵长坤田佳鑫王岩杨桦岳思妤张可赵定池赵龙周建宏邹宓君清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室清华大学全球变化研究院北京100084 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101 西藏大学理学院生态研究中心拉萨850000 中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室北京100101 西南大学地理科学学院重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站重庆400715

青藏高原中西部环境恶劣,地表圈层相互作用强烈,近40年来气候和水循环变化显著.降水实测数据匮乏是该地区地表过程研究的一个瓶颈.近6年来,我们为该地区设计并建立了降雨的南北观测断面和东西观测断面,获得了暖季(5~9月)的小时分辨率降... 详细信息

青藏高原中西部环境恶劣,地表圈层相互作用强烈,近40年来气候和水循环变化显著.降水实测数据匮乏是该地区地表过程研究的一个瓶颈.近6年来,我们为该地区设计并建立了降雨的南北观测断面和东西观测断面,获得了暖季(5~9月)的小时分辨率降雨数据.南北断面从喜马拉雅山南坡的亚东河谷延伸到高原腹地的双湖县,共31个站;东西断面从高原西边的狮泉河延伸到中部的那曲,共22个站.该观测数据已应用于阐明高原中西部降水的时空变化特征,评价典型格点降水产品的质量,支持区域气候模式的开发,揭示夏季的湖气相互作用过程.该观测数据已在国家青藏高原科学数据中心公布.

关键词：青藏高原中西部降雨观测断面观测不确定性降水时空特征降水数据评估

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基于生态系统服务流的东北地区水安全格局

水资源保护 2024年第3期40卷 11-19,27页

作者：孙才志安志英辽宁师范大学海洋可持续发展研究院辽宁大连116029 辽宁师范大学地理科学学院辽宁大连116029

基于供水服务“供流需”(供给流动需求)的研究思路构建水安全框架,采用水生态系统服务供需比测度水生态系统供需服务盈余和赤字状态,提取水生态“源”“汇”区,采用最小累计阻力模型识别“源汇”廊道和脆弱节点,进而分析东北地区水安全... 详细信息

基于供水服务“供流需”(供给流动需求)的研究思路构建水安全框架,采用水生态系统服务供需比测度水生态系统供需服务盈余和赤字状态,提取水生态“源”“汇”区,采用最小累计阻力模型识别“源汇”廊道和脆弱节点,进而分析东北地区水安全格局。结果表明:2000—2020年东北地区产水量和需水量均呈增加态势,空间上产水量大致呈东多西少分布,需水量的空间分布与人口密度、社会经济发展程度高度一致;整体而言,研究期内水生态系统供需服务主要表现为盈余状态,且盈余面积逐渐增加;水生态“源”区主要分布在东部及中部地区的耕地和林地,水生态“汇”区主要集中在西部地区的耕地、林地和未利用地;东北地区的水生态“源汇”廊道主要为松花江、绥芬河、辽河、图们江、大凌河、太子河等河流及其支流;辽宁中部、长春、哈尔滨等地多个供水节点较为脆弱,黑龙江中部的供水节点需要加强保护。

关键词：水资源生态系统服务流产水量需水量东北地区

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汽车用热成形钢激光焊接研究现状及发展趋势

中国激光 2024年第11期51卷 550-569页

作者：杨上陆许伟陶武张家志张旭志中国科学院上海光学精密机械研究所激光智能制造技术研发中心上海201800 福州大学先进制造学院福建晋江362200 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

汽车产业不仅是国民经济战略性、支柱性产业,还是体现一个国家先进制造技术水平的标志性产业。热成形钢具有强度高、成形性能好、可制造几何形状复杂的零部件等优点,是实现新能源汽车高安全性最重要的轻量化高性能结构材料之一,已被广... 详细信息

汽车产业不仅是国民经济战略性、支柱性产业,还是体现一个国家先进制造技术水平的标志性产业。热成形钢具有强度高、成形性能好、可制造几何形状复杂的零部件等优点,是实现新能源汽车高安全性最重要的轻量化高性能结构材料之一,已被广泛应用于汽车安全部件的制造。激光拼焊技术结合热冲压技术可将不同厚度或强度的钢板焊接并成形出所需零部件,对于优化汽车车身性能、提高汽车安全性、降低制造成本、推动汽车轻量化发展具有重要意义。本文详细介绍了热成形钢的特点和应用,以及热成形钢激光焊接技术的研究进展和应用现状,分析了镀层热成形钢激光焊接的难点,综述了镀层热成形钢激光焊接缺陷的改进方法,最后对热成形钢及其激光焊接技术进行了总结,并展望了其未来的发展趋势。

关键词：激光技术热成形钢激光焊接镀层铝偏析焊丝

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我国东北生态系统服务供需匹配关系——基于水-能源-粮食纽带视角

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生态学报 2024年第10期44卷 4170-4186页

作者：安志英孙才志郝帅辽宁师范大学地理科学学院大连116029 辽宁师范大学海洋可持续发展研究院大连116029

水、能源和粮食是人类生存发展的必要基础物资,其供给均主要源于生态系统。随着全球气候变化和人类社会经济快速发展,基础资源需求量激增,生态系统服务供需关系趋于紧张。厘清生态系统服务供需匹配关系、优化基础资源配置对生态系统可... 详细信息

水、能源和粮食是人类生存发展的必要基础物资,其供给均主要源于生态系统。随着全球气候变化和人类社会经济快速发展,基础资源需求量激增,生态系统服务供需关系趋于紧张。厘清生态系统服务供需匹配关系、优化基础资源配置对生态系统可持续、协调发展具有重要意义。当前生态系统供需关系研究已较为广泛,但基于水-能源-粮食纽带的生态系统服务研究还相对较为缺乏。因此,以东北地区为例,基于水-能源-粮食关系视角,首先,借助InVEST模型、供需指数(SDI)、Spearman相关性分析等方法分析了产水(WY)、固碳(CS)和粮食(FP)供需服务时空格局、相关性和空间匹配模式;其次,基于省级、市级、县级、流域、格网5种不同空间尺度,进一步探究了各服务的空间尺度效应,并确定资源管理的最优空间尺度;最后依据“分区控制-分类策略-分级治理”理念提出了一种水-能源-粮食集成管理方案和政策建议。研究结果表明:(1)2000—2020年,东北地区的供给服务中WY和FP为上升态势、CS为下降态势,就空间分布来看,WY和CS大致为“东高西低”,FP则是“西南、东北高,西北、东南低”;需求服务中WY、CS和FP均为上升态势,空间上大致呈“中间高四周低”分布。(2)WY和FP的SDI上升,CS则相反;不同尺度下的SDI具有空间异质性,县域尺度最为显著。(3)FP为主要功能分区,重点管控为主要分类,亟待全面提升生态系统服务供给能力。本研究对区域基础资源合理配置和可持续的生态系统管理具有重要科学参考价值和现实意义,同时对东北地区生态系统供需服务匹配以及水-能源-粮食纽带协同发展具有重要意义。

关键词：水-能源-粮食生态系统服务供需匹配集成管理

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