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绿色低碳工业变革性技术及策略

科学通报 2024年第8期69卷 1005-1011页

作者：石春艳张冰洁董坤张国帅李垚张香平中国科学院过程工程研究所离子液体清洁过程北京市重点实验室北京100190 中国石油大学(北京) 化学工程与环境学院北京102249

碳中和是国家重大战略,将推动能源及产业技术革命,重塑工业结构和人类生活方式.工业过程是我国能源消耗和二氧化碳排放的主要领域,工业过程的碳减排既是挑战也是机遇.我国是世界工业大国,工业体系门类齐全、规模宏大,其中钢铁、水泥(htt... 详细信息

碳中和是国家重大战略,将推动能源及产业技术革命,重塑工业结构和人类生活方式.工业过程是我国能源消耗和二氧化碳排放的主要领域,工业过程的碳减排既是挑战也是机遇.我国是世界工业大国,工业体系门类齐全、规模宏大,其中钢铁、水泥(https://***/dy/article/***)、电解铝(https://***/s?id=1772531617627423742&wfr=spider&for=pc)产量均占世界总产量的一半以上.

关键词：工业大国人类生活方式变革性国家重大战略二氧化碳排放能源消耗碳中和绿色低碳

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空间太阳极紫外三波段成像光谱仪系统设计

光学学报 2024年第6期44卷 295-307页

作者：段紫雯邢阳光彭吉龙代树武王颖朱成林闫雷黄一帆刘越李林北京理工大学光电学院北京100081 北京卫星环境工程研究所北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京宇航系统工程研究所北京100076

太阳上层大气,即日冕、过渡区和色球,是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成,其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程,以及实现对大气等离子体特征参... 详细信息

太阳上层大气,即日冕、过渡区和色球,是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成,其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程,以及实现对大气等离子体特征参数的精确测量具有重要的意义。然而现有的极紫外光谱成像仪器只能针对太阳上层大气的一个或两个目标区域进行成像观测,缺乏采用单一仪器对整个太阳上层大气区域在大空间和宽波段尺度范围内的光谱进行诊断的能力,严重制约了人们对太阳爆发活动中的能量及物质输运过程的理解。为了利用单个仪器实现对日冕、过渡区和色球的高分辨率同时诊断观测,本文提出并设计了一款同时工作在17~21 nm、70~80 nm和95~105 nm三个波段的太阳极紫外成像光谱仪,该仪器基于非罗兰圆结构下的椭球面变线距(EVLS)光栅像差校正理论,采用狭缝扫描式成像光谱结构,实现了具有大离轴狭缝视场的高空间、高光谱分辨的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳极紫外三波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验,仿真结果表明,所设计的成像光谱仪取得了良好的光栅像差校正效果,系统空间分辨率优于0.6″,光谱分辨率在17~21 nm波段优于0.006 nm,在70~80 nm和95~105 nm波段优于0.008 nm。本文研究对我国未来的太阳极紫外光谱成像仪器的发展和研制具有重要的理论意义,对我国未来的太阳空间探测任务的型号遴选具有重要的参考价值。

关键词：太阳空间探测太阳极紫外成像光谱仪光栅像差校正光线追迹

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太阳短波极紫外双波段成像光谱仪设计

光学学报 2024年第12期44卷 285-298页

作者：段紫雯邢阳光彭吉龙闫雷黄一帆刘越李林北京理工大学光电学院北京100081 北京卫星环境工程研究所北京100094 中国科学院紫金山天文台江苏南京210023 北京宇航系统工程研究所北京100076

基于超环面变线距(TVLS)光栅设计太阳短波极紫外的双波段成像光谱仪,光谱仪系统采用非罗兰圆的光栅工作结构,不需要光谱的扫描或探测器的位移即可同时获得17~21 nm和28~32 nm两个波段的高空间、高光谱分辨和大瞬时狭缝视场的消像散光谱... 详细信息

基于超环面变线距(TVLS)光栅设计太阳短波极紫外的双波段成像光谱仪,光谱仪系统采用非罗兰圆的光栅工作结构,不需要光谱的扫描或探测器的位移即可同时获得17~21 nm和28~32 nm两个波段的高空间、高光谱分辨和大瞬时狭缝视场的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳短波极紫外双波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验,仿真结果表明其空间分辨率优于1″,光谱分辨率优于0.0055 nm,所设计的成像光谱仪具有良好的光栅像差校正效果,其光谱成像性能接近衍射极限。为我国未来的太阳极紫外光谱成像仪器的发展研制提供重要的理论意义,为我国未来的太阳空间探测任务的型号遴选提供重要的参考价值。

关键词：光学器件太阳空间探测太阳极紫外成像光谱仪光栅像差校正光线追迹

2000—2020年中国青饲料播种面积及其供需驱动因素的时空格局

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地理学报 2024年第7期79卷 1804-1823页

作者：杨彤赵雯莉董金玮李愈哲李之超王洁齐雯丽毕健张戈丽中国农业大学土地科学与技术学院北京100093 中国农业大学生物学院北京100093 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国农业大学草业科学与技术学院北京100093 兰州大学资源环境学院兰州730000

高产、优质的青饲料对于国家畜牧业发展和食物供给至关重要。然而,当前对于青饲料播种面积时空变化格局及其阶段性特征、区域差异以及影响因素等尚未清楚。本文基于省级面板数据分析了2000—2020年青饲料种植的时空格局变化,结合MODIS-... 详细信息

高产、优质的青饲料对于国家畜牧业发展和食物供给至关重要。然而,当前对于青饲料播种面积时空变化格局及其阶段性特征、区域差异以及影响因素等尚未清楚。本文基于省级面板数据分析了2000—2020年青饲料种植的时空格局变化,结合MODIS-NPP产品和统计数据,揭示了饲料供给与需求对青饲料播种面积的影响。结果表明:①2020年中国青饲料播种面积为2199×10^(3)hm^(2),仅占农作物播种面积的1.3%,其中牧业地区占全国的59%。②2000年以来青饲料播种面积经历了快速增长(2000—2003年,464.2×10^(3)hm^(2)/a)、快速下降(2004—2009年,-399×10^(3)hm^(2)/a)和缓慢增长(2010—2020年,64.3×10^(3)hm^(2)/a)3个时期。牧业地区主导了全国青饲料播种面积的变化。③饲料供需因素最多可以解释92%的青饲料播种面积变化。其中,饲料需求每增加1万t,青饲料播种面积最高增加900 hm^(2)。秸秆草饲料产量与青饲料互为补充,以负效应为主(偏回归系数介于-1.2~-0.5之间)。天然草饲料产量则对青饲料播种面积变化影响较小。此外,生态工程和农业政策等因素通过调控奶业、草牧业和种植业对青饲料播种面积的变化有重要影响。本文结果可为制定粮食安全、生态环境保护和作物结构调整等相关政策措施提供科学支持。

关键词：青饲料时空格局播种面积饲料供需中国

电工装备低频电磁仿真中若干关键问题研究现状及趋势

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高电压技术 2024年第3期50卷 905-923页

作者：任卓翔闫帅陈志福徐小宇付小同郭泽周亚星杨帆中国科学院电工研究所北京100190 索邦大学巴黎F75005 中国科学院大学北京100049 输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学电气工程学院) 重庆400044

低频电磁场仿真是电气装备智能化的基础核心技术。该文基于计算电磁学自20世纪60年代以来的发展历程,讨论了低频电磁场仿真中若干关键问题的发展现状,展望了当前数值仿真领域的发展趋势。首先,介绍了低频电磁场计算基本方程及数值离散方... 详细信息

低频电磁场仿真是电气装备智能化的基础核心技术。该文基于计算电磁学自20世纪60年代以来的发展历程,讨论了低频电磁场仿真中若干关键问题的发展现状,展望了当前数值仿真领域的发展趋势。首先,介绍了低频电磁场计算基本方程及数值离散方法;其次,对低频电磁场计算中材料建模的均一化、各向异性、磁滞模型等方面开展了分析和探讨;随后,针对空间多尺度、趋肤效应、开放边界以及变形与运动对低频电磁场仿真中网格和离散格式的特殊性进行了阐释,分析了当前电磁-力-热多物理耦合中的关键问题,介绍了数字孪生模型构建中基于物理模型和数据驱动的建模方法及近期工作;最后,对数值仿真在优化设计、人工智能、新一代仿真软件等方面的发展趋势进行了分析和展望。当前,多尺度多物理耦合建模仿真方法仍是电磁场计算领域的研究重点。传统数值仿真与新兴计算技术、人工智能的结合愈加紧密。智能制造和数字孪生等前沿需求下,电磁场计算面临高效迭代仿真和实时仿真的挑战,由物理模型和数据共同驱动的替代建模是解决这两方面挑战的重要手段。工业CAE仿真软件架构正在发生着深刻变革,迫切需要我国自主CAE仿真软件核心技术及应用生态的提升。

关键词：计算电磁学有限元数字孪生人工智能工业仿真软件

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希夏邦马峰淡色花岗岩岩石成因初步研究

岩石学报 2024年第5期40卷 1446-1460页

作者：刘小驰杨雷何少雄胡方泱王佳敏岩石圈演化国家重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 成都理工大学地球科学学院成都610059 中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

淡色花岗岩是研究碰撞造山带地球动力学过程的重要对象。本文对喜马拉雅造山带希夏邦马峰海拔5800m大本营附近的淡色花岗岩样品进行了独居石U-Th-Pb年代学和全岩地球化学初步分析。研究样品根据矿物组合可分为黑云母花岗岩和二云母花岗... 详细信息

淡色花岗岩是研究碰撞造山带地球动力学过程的重要对象。本文对喜马拉雅造山带希夏邦马峰海拔5800m大本营附近的淡色花岗岩样品进行了独居石U-Th-Pb年代学和全岩地球化学初步分析。研究样品根据矿物组合可分为黑云母花岗岩和二云母花岗岩,二者地球化学特征以及变形程度都有所差异,全岩地球化学中弱变形的黑花岗岩表现出低Si和富Al、Mg、Fe、K、Ti的特征,铝饱和指数A/CNK为1.06;强变形和弱变形的二云母花岗岩均表现出高Si和贫Mg、Fe、K、Ti的特征,A/CNK为1.11~1.17。同黑云母花岗岩相比,二云母花岗岩稀土元素中Eu元素负异常明显,微量元素中富集Sn、U,亏损Ba、Sr、Zr、Hf、LREE等元素,暗示岩浆经历了斜长石、黑云母、锆石、独居石和磷灰石的分离结晶作用。黑云母花岗岩和二云母花岗岩中的独居石给出U-Th-Pb年龄为22.9±0.2Ma、22.7±0.5Ma和22.7±0.7Ma的一致结果,这一年龄略早于前人报道的结果,指示藏南拆离系活动时间在该区域与喜马拉雅中段具有一致性。本文认为希夏邦马淡色花岗岩岩浆作用与碰撞后伸展阶段发育的藏南拆离系活动具有同时性。

关键词：淡色花岗岩喜马拉雅希夏邦马峰 U-Th-Pb年龄藏南拆离系分离结晶

基于有机质特征谱段的土壤Cd含量高光谱遥感反演

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农业机械学报 2024年第1期55卷 186-195页

作者：张霞孙友鑫尚坤丁松滔孙伟超中国科学院空天信息创新研究院北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 自然资源部国土卫星遥感应用中心北京100048

针对土壤Cd高光谱遥感定量反演中的机理性不足及数据冗余问题,提出一种基于有机质特征谱段的反演方法。该方法首先提取土壤光谱中对重金属Cd具有吸附作用的有机质特征谱段,进而通过竞争性自适应重加权采样法(Competitive adaptive rewei... 详细信息

针对土壤Cd高光谱遥感定量反演中的机理性不足及数据冗余问题,提出一种基于有机质特征谱段的反演方法。该方法首先提取土壤光谱中对重金属Cd具有吸附作用的有机质特征谱段,进而通过竞争性自适应重加权采样法(Competitive adaptive reweighted sampling, CARS)优选特征谱段,采用偏最小二乘回归法(Partial least squares regression, PLSR)建立重金属Cd的反演模型,并利用郴州矿区土壤实验室光谱数据和哈密黄山南矿区野外光谱数据进行方法验证。研究表明:有机质特征谱段提取在降低数据冗余的同时提高了重金属Cd的反演精度,CARS算法相对于相关系数法(Correlation coefficient, CC)和遗传算法(Genetic algorithm, GA)特征选择具有更高的反演精度,基于有机质特征谱段的CARS-PLSR算法在土壤实验室光谱和野外实测光谱所得验证精度R2分别为0.94和0.80,表明该算法对于实验室和野外光谱均具有一定适用性。研究可为土壤重金属含量高光谱反演的特征波段选择和算法优选提供参考。

关键词：高光谱遥感土壤重金属土壤光谱活性物质特征选择反演

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基于百太瓦级激光系统驱动的高能量13 nm波段高次谐波产生

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光学学报 2024年第2期44卷 221-228页

作者：高记星娄智远杨帆杨晓骏许毅冷雨欣郑颖辉曾志男李儒新中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049 张江实验室上海201210

利用百太瓦级激光系统在氖气(Ne)中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ(13.1 nm波长)和11.1 nJ(13.5 nm波长)的高次谐波辐射,转换效率为3.6×10^(-7)和3.0×10^(-7),谐波发散... 详细信息

利用百太瓦级激光系统在氖气(Ne)中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ(13.1 nm波长)和11.1 nJ(13.5 nm波长)的高次谐波辐射,转换效率为3.6×10^(-7)和3.0×10^(-7),谐波发散角的半高全宽为0.32 mrad和0.33 mrad。对含时薛定谔方程进行数值求解,得到单原子偶极发射谱,结合麦克斯韦方程组模拟传播效应,同时考虑气体对谐波的吸收效应,理论模拟得到的信号强度随气压和光强的变化趋势与实验结果基本符合。实现相位匹配的谐波光束质量很好,纵向空间分布为高斯型。结合相位匹配条件和空间分布的分析得到了目前激光参数下的最优相位匹配条件。这种基于高次谐波机制的高能量相干极紫外光源在作为自由电子激光的种子光源以及超快非线性实验和半导体工业检测等方面具有广阔的应用前景。

关键词：极紫外高次谐波相位匹配空间分布

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金星磁尾大尺度等离子体涡流

空间科学学报 2024年第3期44卷 500-510页

作者：柴立晖郭梦丹唐晓谆中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

已有研究发现金星磁尾的太阳风氢离子(H^(+))和金星电离层氧离子(O^(+))存在大尺度涡流结构,该涡流从磁尾望向星球是逆时针的.为了确定该涡流的存在性,利用金星快车等离子体和高能原子分析仪(Analyzer of Space Plasmas and Energetic A... 详细信息

已有研究发现金星磁尾的太阳风氢离子(H^(+))和金星电离层氧离子(O^(+))存在大尺度涡流结构,该涡流从磁尾望向星球是逆时针的.为了确定该涡流的存在性,利用金星快车等离子体和高能原子分析仪(Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms on Venus, ASPERA-4)的Fedorov矫正数据,分别在金星公转轨道坐标系(VSO)和太阳风电场坐标系(VSE)下对磁尾等离子体流进行了统计分析.结果显示,在VSO和VSE坐标系中都存在太阳风H^(+)和金星O^(+)的顺时针涡流结构.但是从已有的研究结果看,无论等离子体涡流是逆时针还是顺时针,其产生的磁场都与已知磁尾磁场结构不相符;考虑到金星和火星空间环境的相似性及火星磁尾太阳风H^(+)并不存在完整等离子体涡流的情况,认为金星磁尾可能并不存在大尺度等离子体涡流.金星的等离子体特征需要未来更多卫星观测研究.

关键词：磁尾等离子体涡流磁场结构金星火星