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行星边界下的可持续食物系统评估及策略研究进展

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中国科学：地球科学 2024年第2期54卷 394-405页

作者：王鸣雷史文娇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 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

以资源环境可持续的方式满足日益增长的食物需求是一项全球性挑战,行星边界概念框架的提出从土地利用变化、淡水利用、氮磷循环和温室气体排放等维度为可持续食物系统研究提供了科学参考.本文在全球和中国尺度,总结了行星边界框架在可... 详细信息

以资源环境可持续的方式满足日益增长的食物需求是一项全球性挑战,行星边界概念框架的提出从土地利用变化、淡水利用、氮磷循环和温室气体排放等维度为可持续食物系统研究提供了科学参考.本文在全球和中国尺度,总结了行星边界框架在可持续食物系统研究中的阈值应用;基于以上阈值,评估了食物系统在耕地、淡水、氮、磷等资源利用和氮磷损失、温室气体排放等环境影响的可持续状况;梳理了改变饮食结构、改进技术和管理水平、减少食物损失浪费、优化农业生产布局等单一和综合管理策略在食物系统可持续方面的作用;最后,提出了未来可持续食物系统研究的发展方向,包括加强食物系统中各行星边界要素之间相互作用机制的研究、加强食物系统中各行星边界在国家和区域等的降尺度研究以及加强中国可持续食物系统政策制定的合理性等.本文能够为全球和中国未来可持续食物系统和农业土地利用管理提供理论基础和策略依据.

关键词：食物系统资源利用环境效应可持续策略行星边界

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山西运城地区‘赤霞珠’冬芽二次结果技术研究

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山西运城地区‘赤霞珠’冬芽二次结果技术研究

作者：雷向朝西北农林科技大学

学位级别：硕士

珠三角地区至2050年土地利用变化对生物多样性的影响

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生态学报 2024年第16期44卷 7183-7197页

作者：王鸣雷邱思妍史文娇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 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 广东财经大学文化旅游与地理学院广州510200

人类活动引发的剧烈土地利用变化是导致生物多样性丧失的主要驱动因素之一,明晰未来土地利用变化对生物多样性的影响对保护生物多样性、维持人类福祉具有重要意义。然而,目前的研究主要关注未来农田和城市扩张对生物多样性的影响,而忽... 详细信息

人类活动引发的剧烈土地利用变化是导致生物多样性丧失的主要驱动因素之一,明晰未来土地利用变化对生物多样性的影响对保护生物多样性、维持人类福祉具有重要意义。然而,目前的研究主要关注未来农田和城市扩张对生物多样性的影响,而忽略了其他土地利用变化对生物多样性的综合影响。基于不同共享社会经济路径(SSPs)和代表浓度路径(RCPs)耦合情景下的5种未来土地利用情景数据、物种丰富度数据等,结合“预测生态多样性对陆地系统变化的响应(PREDICTS)”数据库以及生态系统服务和权衡的综合评估(InVEST)模型等,系统评估了至2050年珠三角地区土地利用、物种丰富度和生境质量的变化;构建了综合生物多样性指数,探讨了未来土地利用变化对生物多样性的综合影响。研究发现:(1)未来珠三角地区主要的土地利用变化仍然是以侵占草地为主的建设用地扩张,且主要集中在中部平原区;而东北和西北低山丘陵区的土地利用变化主要是耕地和草地转为林地。(2)物种丰富度和生境质量之间存在协同关系,高值区及提升区主要分布在植被覆盖度较高的东北、西北和西南地区,而中部平原区由于建设用地扩张导致生境质量持续退化。(3)未来珠三角地区四分之三以上的地区综合生物多样性指数基本保持不变,而其他地区则以轻度或中度下降为主,表明未来珠三角地区整体生态质量可能有所恶化。研究可为未来珠三角地区制定科学的生态保护和土地利用管理政策提供科学参考,从而保障生态系统的可持续发展,为社会经济发展提供长期利益。

关键词：珠三角地区土地利用变化生物多样性 InVEST模型物种丰富度

河南荥阳市耕地土壤重金属分布特征及来源解析

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岩矿测试 2024年第2期43卷 330-343页

作者：张妍赵新雷冯雪珍郭亚娇河南省地质研究院郑州450001 河南省地球化学生态修复工程技术研究中心河南郑州450001 河南省城市地质工程技术研究中心河南郑州450001

耕地质量关系着人民生活,而重金属是影响耕地质量的重要因素之一。根据全国土壤污染状况调查显示,中国耕地环境状况不容乐观,对耕地的重金属调查分析迫在眉睫。但仅简单地对重金属含量水平及来源类型进行判断已不足以为区域土壤重金属... 详细信息

耕地质量关系着人民生活,而重金属是影响耕地质量的重要因素之一。根据全国土壤污染状况调查显示,中国耕地环境状况不容乐观,对耕地的重金属调查分析迫在眉睫。但仅简单地对重金属含量水平及来源类型进行判断已不足以为区域土壤重金属污染治理提供支持,而通过对各类污染源贡献率的定量计算,不仅可以明确农田土壤重金属分布特征,同时可判别污染源类别及来源,从而识别优先控制的污染元素,为重金属污染精准管控提供关键信息。本文采集河南荥阳市耕地表层土壤样品(0~20cm),应用电感耦合等离子体质谱和发射光谱法(ICP-MS/OES)、原子荧光光谱法(AFS)及离子选择电极法(IES)对As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等8种重金属进行测试和p H分析;利用多元统计、绝对因子分析-多元线性回归(APCS-MLR)受体模型探讨研究区8种重金属污染含量空间分布特征及来源,利用富集因子和地累积指数开展土壤污染评价。结果表明:(1)耕地土壤中重金属含量整体偏高。除Cr外,其他元素为郑州市土壤背景值的1.04~1.40倍,其中Cd的累积效应较明显。(2)研究区重金属高值区主要分布于荥阳市城区周边。(3)基于富集因子法、相关性分析、主成分分析及APCS-MLR源解析结果显示,研究区重金属主要有三个来源:自然源对Ni、As、Cu、Cr的贡献率分别为98%、94%、80%及63%;工业源对Cd的贡献率为78%;其他源则主要是农业化肥源、燃煤源的混合源,对Cr、Pb、Hg的贡献率分别为37%、35%及33%。(4)地累积指数表明,研究区各重金属以无污染为主,而Cd超标率最高,其中度、中-重度污染、重度污染样点数分别为19个、5个及3个,并存在1个极重度污染样点。综上,Cd在研究区耕地中富集较明显,为潜在的主要污染元素;工业源、自然源、农业化肥源及燃煤源是重金属的主要来源,表明人类活动已对研究区耕地产生影响,需采取措施避免该影响进一步加剧。

关键词：耕地土壤重金属来源解析绝对因子分析-多元线性回归(APCS-MLR)受体模型风险评价荥阳

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基于大涡模拟方法的三维旋转爆轰流场结构研究

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兵工学报 2024年第1期45卷 85-96页

作者：雷特武郁文徐高邱彦铭康朝辉翁春生南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094

为研究环形燃烧室中边界层、黏性、湍流模拟方法对旋转爆轰流场结构的影响,采用开源计算流体动力学软件OpenFOAM,以氢气为燃料、空气为氧化剂,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法、RANS方法、Euler方法,分别结合滑移和无滑移... 详细信息

为研究环形燃烧室中边界层、黏性、湍流模拟方法对旋转爆轰流场结构的影响,采用开源计算流体动力学软件OpenFOAM,以氢气为燃料、空气为氧化剂,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法、RANS方法、Euler方法,分别结合滑移和无滑移边界,对三维旋转爆轰发动机模型进行数值模拟,分析对比不同计算方法下旋转爆轰流场结构。着重讨论以LES方法得到的流场结构。研究结果表明:当采用滑移边界时内、中、外截面的流场温度无太大差异,当采用无滑移边界时内外壁面温度高于中间截面,边界层会影响近壁区域气体的流动速度,导致内外壁面爆轰波高度低于中间截面,还会影响燃烧产物的流动状态轴向截面上爆轰波波头产生变形;不同湍流计算方法得到的旋转爆轰流场结构存在相似性,黏性是影响旋转爆轰流场结构的主要原因。研究结果对于揭示边界层和黏性对旋转爆轰的影响机制具有一定的科学意义。

关键词：大涡模拟旋转爆轰燃烧室数值模拟流场结构

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不同细粒含量与间断比下不连续级配砂砾土渗蚀的CFD-DEM数值模拟

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第7期55卷 2677-2689页

作者：刘垒雷邓刚李维朝陈锐周超徐立强哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院广东深圳518055 广东省土木工程智能韧性结构重点实验室广东深圳518055 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 香港理工大学土木与环境工程系中国香港999077

基于CFD-DEM方法,开展了不同细粒含量(质量分数,下同)与间断比下不连续级配砂砾土渗蚀数值试验,从宏细观角度研究了细粒含量与间断比对渗蚀的联合作用机理。研究结果表明:土体侵蚀率随间断比的增大而增加,当间断比G较小(G<3)时,土样内... 详细信息

基于CFD-DEM方法,开展了不同细粒含量(质量分数,下同)与间断比下不连续级配砂砾土渗蚀数值试验,从宏细观角度研究了细粒含量与间断比对渗蚀的联合作用机理。研究结果表明:土体侵蚀率随间断比的增大而增加,当间断比G较小(G<3)时,土样内部未发生颗粒迁移现象,表现出较好的内部稳定性,与KéZDI判别准则吻合。当细粒含量不同时,间断比对渗蚀宏细观特征行为影响程度差异显著。当细粒含量较低(如15%)时,细颗粒较少参与土体内部应力传递,渗蚀过程中土样体积、强接触力链以及细颗粒应力分担系数几乎不发生改变,粗颗粒间孔隙直径增大,导致更多弱接触细颗粒流失,从而使得侵蚀率随间断比增加;相反,当细粒含量较高(如35%)时,参与应力传递的细颗粒比例相对较高,间断比增大导致粗颗粒数量减少,细颗粒流失易导致整个土体力链体系破坏,引起骨架颗粒重组变形,进而释放更多约束颗粒,加剧颗粒流失,故侵蚀率增加是孔隙直径增大和渗蚀过程中土骨架不断发生变形共同作用的结果。

关键词： CFD-DEM 渗蚀间断比不连续级配土侵蚀率颗粒迁移

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钚同位素示踪技术在树木年轮中的应用研究进展

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地理科学 2024年第5期44卷 911-916页

作者：曹立国周正朝常晓娇曾小敏王宁陕西师范大学地理科学与旅游学院陕西西安710119 大连市现代农业生产发展服务中心辽宁大连116000

钚(Pu)核素具有极强的辐射毒性和生物毒性,对动植物和人类健康危害巨大,分析Pu同位素在树轮中的水平、迁移规律及其污染历史对于潜在的生态安全和植物毒性评价至关重要。在中国核电事业快速发展的背景下,建立不同区域树轮的Pu同位素背... 详细信息

钚(Pu)核素具有极强的辐射毒性和生物毒性,对动植物和人类健康危害巨大,分析Pu同位素在树轮中的水平、迁移规律及其污染历史对于潜在的生态安全和植物毒性评价至关重要。在中国核电事业快速发展的背景下,建立不同区域树轮的Pu同位素背景数据尤为迫切。为此,本文对目前现存的少量文献资料进行了总结和归纳,首先简要阐述了环境中Pu同位素来源与沉降模式;重点分析了Pu同位素进入树轮的潜在途径,以及Pu同位素在树轮中的径向分布特征及其指示意义;最后,本文强调了建立树轮Pu同位素化学分析测试方法的重要性,及其示踪应用的发展方向,对于促进和拓展树轮Pu同位素示踪研究具有重要现实意义。

关键词： ^(239+240)Pu ^(137)Cs 树木年轮核素示踪

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基于一体化高频变压器的电力电子变压器拓扑及其控制策略

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高电压技术 2024年第10期 4499-4511页

作者：薛腾跃李凯原亚雷李卫国王翔戴凤娇北京交通大学电气工程学院中国电力科学研究院有限公司

现有的电力电子变压器(power electronic transformer, PET)拓扑所需高频变压器数目较多，体积大，为了解决该问题，采用一种高功率密度的PET结构，其仅需一台高频变压器可实现PET的高度集成。为保证所提拓扑稳定运行，通过分析模块化... 详细信息

现有的电力电子变压器(power electronic transformer, PET)拓扑所需高频变压器数目较多，体积大，为了解决该问题，采用一种高功率密度的PET结构，其仅需一台高频变压器可实现PET的高度集成。为保证所提拓扑稳定运行，通过分析模块化多电平变换器子模块电容电压波动机理，提出了模块化多电平变换器在超高调制比下降低子模块电容电压波动的方法；同时，针对模块化多电平直流变换器中桥臂间均压控制存在内移相角与桥臂间交换功率的相关性受功率移相角影响的问题，在考虑控制安全运行域的基础上，提出了桥臂电感的参数设计方法，可以降低该控制的复杂度。并在MALTAB/Simulink中搭建了仿真模型，以此验证了文中所提出的方法可以降低电容电压波动以及全工况下实现电压均衡。

关键词：电力电子变压器模块化多电平变换器直流变压器均压控制环流抑制主电路参数设计

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VPM模型与转产系数结合的吉林省玉米估产

农业工程学报 2024年

作者：王永昊王鸣雷闫慧敏杨建宇史文娇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中国科学院大学资源与环境学院中国农业大学土地科学与技术学院

准确估测农作物产量对于保障粮食安全、指导农业生产和调整生产策略等具有重要作用。为解决大范围估产参数确定难、成本高的问题，该研究基于2016–2021年Sentinel-2遥感数据和气象数据等，提出一种综合植被光合作用模型（vegetation ph... 详细信息

准确估测农作物产量对于保障粮食安全、指导农业生产和调整生产策略等具有重要作用。为解决大范围估产参数确定难、成本高的问题，该研究基于2016–2021年Sentinel-2遥感数据和气象数据等，提出一种综合植被光合作用模型（vegetation photosynthesis model,VPM）与转产系数的产量估测方法，对吉林省30个玉米主产县进行估产研究。结果表明：1)该研究提出的模型估产精度较传统VPM模型表现出更高的准确性和可靠性（决定系数提升0.18；相对均方根误差降低3.24%）;2)研究区玉米单产范围为7～13 t/hm2，高值区主要集中在中部地区，并且呈现由中部向西北和东南地区递减的趋势；3)模型敏感性分析表明，更精细的转产系数、更高分辨率的玉米空间分布数据和遥感数据能够有效提高模型估产精度。该研究提出的模型可为低成本、大规模、快速精确的估产工作提供解决方案，对实施农业估产具有重要的现实意义和推广价值。

关键词：模型农作物产量哨兵2号吉林省最大光能利用率