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2000~2021年黄土高原生态分区NEP时空变化及其驱动因子

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环境科学 2024年第5期45卷 2806-2816页

作者：周怡婷严俊霞刘菊王琰山西大学黄土高原研究所太原030006 山西省林业和草原科学研究院太原030012

净生态系统生产力(NEP)是陆地生态系统碳源/汇定量评价的重要指标.以黄土高原地区及6个生态分区(黄土高塬沟壑区A1、A2副区,黄土丘陵沟壑区B1、B2副区、沙地和农灌区(C区)和土石山区及河谷平原区(D区))为研究对象,结合遥感、气象、地形... 详细信息

净生态系统生产力(NEP)是陆地生态系统碳源/汇定量评价的重要指标.以黄土高原地区及6个生态分区(黄土高塬沟壑区A1、A2副区,黄土丘陵沟壑区B1、B2副区、沙地和农灌区(C区)和土石山区及河谷平原区(D区))为研究对象,结合遥感、气象、地形和人类活动数据,采用相关性分析、多元回归残差分析和地理探测器等方法,估算区域NEP并分析其时空变化特征及气候、地形、人为因子对NEP时空变化的影响.结果表明,在时间尺度上,2000~2021年,黄土高原NEP多年平均值(以C计)为104.62 g·(m^(2)·a)^(−1).黄土高原及各生态分区NEP均呈增长趋势,其中,黄土高塬沟壑区A2副区NEP年均增长率最大,为9.04 g·(m^(2)·a)^(−1);沙地和农灌区NEP年均增长率最小,为2.74 g·(m^(2)·a)^(−1).除沙地和农灌区为弱碳源外,其余各生态分区均表现为碳汇.在空间尺度上,黄土高原年均NEP呈现东南高西北低的分布格局,碳汇高值主要分布在黄土高塬沟壑区南部,碳源区主要分布在黄土高塬沟壑区北部、沙地和农灌区的大部;NEP的空间变化有显著差异,高增幅主要分布在A2副区中南部以及B2副区的西南部.黄土高原及各生态分区NEP时间变化受人为因素影响最大,人类活动数据与NEP的相关系数均大于0.80,且人为因素对NEP的贡献率均在50%以上;NEP的空间变化受气象因子的影响较大,降水、太阳辐射是影响空间变化的主导因子.总之,黄土高原NEP的时空变化受自然因素和人类社会因素共同影响.研究结果可为黄土高原陆地生态系统减排增汇及实现双碳目标提供参考.

关键词：黄土高原生态分区净生态系统生产力相关分析残差分析地理探测器

庞泉沟自然保护区土壤呼吸空间分异性影响因素探测

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环境科学 2022年第9期43卷 4858-4866页

作者：李晓敏严俊霞杜自强王琰山西大学黄土高原研究所太原030006

土壤呼吸是维持全球碳平衡的重要过程.以庞泉沟自然保护区为研究区域,基于实地测量的土壤呼吸(R_(s))数据,结合海拔(ELE)、土壤温度(T)、土壤水分(SWC)、归一化植被指数(NDVI)、坡度(slope)、土壤全碳(C)、总氮(N)和土壤容重(BD),运用... 详细信息

土壤呼吸是维持全球碳平衡的重要过程.以庞泉沟自然保护区为研究区域,基于实地测量的土壤呼吸(R_(s))数据,结合海拔(ELE)、土壤温度(T)、土壤水分(SWC)、归一化植被指数(NDVI)、坡度(slope)、土壤全碳(C)、总氮(N)和土壤容重(BD),运用地理探测器模型分析了R_(s)空间分异的主要驱动力及其交互作用.结果表明:①研究区R_(s)及其影响因子的空间变异均为中等变异.R_(s)与NDVI、T和土壤N呈极显著正相关(P0.05).②NDVI和T构成的多元线性模型可以解释R_(s)空间分异的64.3%.③ELE、T和NDVI为研究区R_(s)空间分异性的主导驱动力,可以解释64%、59%和48%的空间变异.④双因子的交互作用均能增强对R_(s)空间分异性的解释力,最大交互因子分别为ELE∩BD(q=0.73)和T∩slope(q=0.74).因此,在R_(s)的估算过程中,结合地形及环境条件,应考虑多种因子之间的交互作用.

关键词：土壤呼吸空间变化驱动因子地理探测器庞泉沟

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基于闪光光谱的侵彻过程光学观察窗口分析

光谱学与光谱分析 2023年第3期43卷 718-723页

作者：司宇刘吉武锦辉赵磊闫晓燕中北大学信息与通信工程学院山西太原030051 中北大学仪器与电子学院山西太原030051

可见光高速摄影是研究弹丸侵彻过程的重要方式,然而弹丸侵彻过程中发出的强烈闪光会导致高速摄影丢失诸如着靶、侵入等时刻的关键画面。因此,分析侵彻光谱发生机理、选取合适的侵彻过程光学观察窗口尤为重要。针对400 mm直径高强度钢卵... 详细信息

可见光高速摄影是研究弹丸侵彻过程的重要方式,然而弹丸侵彻过程中发出的强烈闪光会导致高速摄影丢失诸如着靶、侵入等时刻的关键画面。因此,分析侵彻光谱发生机理、选取合适的侵彻过程光学观察窗口尤为重要。针对400 mm直径高强度钢卵形弹以804 m·s^(-1)侵彻20 cm厚度45^(#)钢靶的实验,设计了光谱瞄准采集设备。利用多模光纤耦合物镜在距离靶板25 m处采集了侵彻全过程积分光谱,采集区覆盖靶板直径431 mm。对侵彻靶板破片中可能存留的弹头熔融物质以及弹托其他样品进行LIBS(laser induced breakdown spectroscopy)分析,并与侵彻积分光谱成分对比分析。研究表明,侵彻光谱与高速碰撞闪光光谱发生机理相同,均包含连续光谱与线光谱。615~700 nm区间内的平稳积分连续光谱由两部分组成:(a)弹靶少量金属元素和OⅠ、OⅡ发射光谱的展宽积分;(b)少量热辐射光谱积分。侵彻热辐射主要源于剪切应变做功和摩擦做功,然而侵彻光谱中的热辐射强度明显低于高速碰撞光谱,这是弹丸在剪切冲塞、侵彻后大部分动能得以保留造成的;侵彻过程可见光光谱具有明显原子发射谱线,主要来自于金属原子及其一级电离的发射光谱。干扰最强的可见光成分来源于588.88~589.53和766.41~766.43 nm的FeⅠ等离子体线光谱,且由于斯塔克展宽效应,线光谱呈洛伦兹线型,其FWHM(full width at half maximum)可达27 nm。因此,在野外环境侵彻实验中,当Fe为弹靶主要成分时,380~450 nm为可见光高速摄影的最佳观察窗口,可以避免侵彻发光干扰,实现对侵彻全过程拍摄。考虑到大气对该波段的散射影响,应保证高速摄影设备的光通量。

关键词：侵彻发射光谱光学观察窗口 LIBS

SO_(2)对K2CO_(3)吸附CO_(2)性能影响的实验及DFT机理研究

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中国电机工程学报 2024年第2期44卷 659-669,I0019页

作者：郭百合李艳红张靖超王彦霖乔晓磊金燕太原理工大学电气与动力工程学院山西省太原市030024

电站锅炉的尾气在脱硫后含有微量的SO_(2),导致CO_(2)吸附剂性能变差。根据电厂烟气的组分,采用模拟烟气在实验室条件下对K2CO_(3)吸附剂的CO_(2)吸附性能及SO_(2)对CO_(2)吸附的影响进行实验研究。结合XRD分析,利用密度泛函理论(densit... 详细信息

电站锅炉的尾气在脱硫后含有微量的SO_(2),导致CO_(2)吸附剂性能变差。根据电厂烟气的组分,采用模拟烟气在实验室条件下对K2CO_(3)吸附剂的CO_(2)吸附性能及SO_(2)对CO_(2)吸附的影响进行实验研究。结合XRD分析,利用密度泛函理论(density functional theory,DFT)对SO_(2)在K2CO_(3)吸附剂上的影响及CO_(2)吸附机理进行理论研究。结果表明,受SO_(2)分子S原子活跃的s轨道影响,S的p轨道及O原子活性均增强,与K2CO_(3)表面O原子价带顶能带简并,SO_(2)被优先吸附在K2CO_(3)表面的O顶位,并将CO_(2)推离吸附剂表面,导致吸附剂活性位点虽有空余却无法吸附CO_(2)。在实验中表现为:模拟烟气中CO_(2)体积浓度为10%时,气氛中体积浓度为0.007%的SO_(2)会使吸附剂的吸附量由1.65 mmol/g降低至1.01 mmol/g。提出CO_(2)与H2O在K2CO_(3)(001)表面的吸附机理,理论计算的反应活化能为40.7 kJ/mol,反应热为-54.9 kJ/mol。

关键词： K2CO_(3)吸附剂 CO_(2)捕集 SO_(2)影响密度泛函理论机理研究

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活性破片高速撞击产生等离子体的毁伤效应

兵工学报 2023年第12期44卷 3733-3742页

作者：徐瑞泽肖建光马俊杨安德隆谢志渊王岩鑫中北大学机电工程学院山西太原030051 中国兵器工业第208研究所瞬态冲击国防科技重点实验室北京102202

为探究活性破片高速撞击产生等离子体特性及其对目标造成的电磁毁伤效应,开展了活性破片高速撞击铝板的毁伤试验。采用不同配方活性材料破片和普通铝制破片分别撞击铝板,通过朗缪尔三探针系统获得活性和惰性破片在特定空间位置产生等离... 详细信息

为探究活性破片高速撞击产生等离子体特性及其对目标造成的电磁毁伤效应,开展了活性破片高速撞击铝板的毁伤试验。采用不同配方活性材料破片和普通铝制破片分别撞击铝板,通过朗缪尔三探针系统获得活性和惰性破片在特定空间位置产生等离子体的电子密度和电子温度,通过逻辑芯片信号采集系统获得74HC04逻辑芯片在等离子体作用下的电磁毁伤效应。研究结果表明:由于活性破片独特的侵爆效应,释放出更多的能量,使得产生的等离子体电子密度比惰性破片更高;配方为钽镁四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物(Ta/Mg/THV,70%Ta+9.26%Mg+20.74%THV)的活性破片以1.4 km/s的速度撞击厚度为2 mm的双层铝板时,产生的等离子体电子密度能达到5.89×10^(15) m^(-3),对74HC04逻辑芯片造成了逻辑关系短暂失真的瞬态软毁伤和逻辑工作能力完全失效的不可逆毁伤。

关键词：活性破片高速碰撞等离子体逻辑芯片电磁毁伤

基于多属性决策方法的太原市冬季街道尘土中潜在有害元素关键来源解析

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环境科学 2023年第1期44卷 38-47页

作者：邓文博刘文娟山西大学黄土高原研究所太原030006

为解析太原市冬季街道尘土中潜在有害元素(PHEs)的关键污染来源,采集了40个街道尘土样本,使用电感耦合等离子体质谱和原子荧光光谱仪测定了尘土中As、Cd、Pb、Ni、Cr、Cu和Zn这7种元素的含量.使用内梅罗综合危害指数法(NIRI)、美国环境... 详细信息

为解析太原市冬季街道尘土中潜在有害元素(PHEs)的关键污染来源,采集了40个街道尘土样本,使用电感耦合等离子体质谱和原子荧光光谱仪测定了尘土中As、Cd、Pb、Ni、Cr、Cu和Zn这7种元素的含量.使用内梅罗综合危害指数法(NIRI)、美国环境保护署推荐的健康风险评估模型分别评价了尘土中PHEs造成的生态和居民健康风险;使用正定矩阵因子分解模型结合主成分分析法分析了尘土中PHEs的来源,并基于此计算了不同来源对尘土PHEs的总含量和PHEs造成风险的贡献程度;使用多属性决策方法(MADM)识别了街道尘土中PHEs的关键来源.结果表明:(1)太原市冬季尘土中ω(As)、ω(Cd)、ω(Pb)、ω(Ni)、ω(Cr)、ω(Cu)和ω(Zn)的平均值分别为17.92、0.32、69.10、30.06、107.74、73.37和268.49 mg·kg^(-1),均超过了太原市土壤中相应元素的背景值,说明尘土中PHEs已经出现富集现象,尘土中PHEs的NIRI平均值为63.86,属于中度风险,处在可控状态;(2)尘土中PHEs造成的致癌和非致癌风险均低于阈值,表明其并未对太原市居民造成严重的健康风险,手口摄入是PHEs造成健康风险最重要的暴露途径,As和Cr是PHEs造成健康风险的主要元素;(3)街道尘土中PHEs的主要来源是自然来源、交通来源和工业排放,3个来源对街道尘土中总PHEs的贡献率依次为35.95%、40.25%和23.82%;(4)尽管工业来源对尘土中PHEs总含量的贡献率最小,但是工业来源排放的PHEs造成的危害较大,MADM的计算结果表明工业来源是太原市冬季街道尘土中PHEs的关键来源.结果表明PHEs关键来源的识别能够准确找出污染毒害最大的来源,为后续污染治理提供重要依据.

关键词：潜在有害元素多属性决策方法(MADM) 来源解析街道尘土太原市

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THV基活性材料力学性能与点火反应特性

兵工学报 2022年第12期43卷 3030-3039页

作者：聂政元肖建光王岩鑫谢志渊中北大学机电工程学院山西太原030051 中国兵器工业第208研究所瞬态冲击技术国防科技重点实验室北京102202

为研究铪/四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物(Hf/THV)活性材料的力学性能与点火反应特性,采用溶剂蒸发-热压烧结法制备不同配比的Hf/THV试件,并开展准静态压缩试验与基于分离式霍普金森压杆的动态加载试验。研究结果表明:Hf/THV在动态... 详细信息

为研究铪/四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物(Hf/THV)活性材料的力学性能与点火反应特性,采用溶剂蒸发-热压烧结法制备不同配比的Hf/THV试件,并开展准静态压缩试验与基于分离式霍普金森压杆的动态加载试验。研究结果表明:Hf/THV在动态加载下发生瞬间断裂,导致断裂处温度急剧升高形成热点、引发点火反应;THV的应变软化影响Hf/THV的力学性能和失效模式,进而影响材料的点火反应;质量含量62%Hf的Hf/THV试件由于明显的应变软化而表现出较强的塑性变形能力,动态加载持续较长时间后才有极少部分发生断裂,导致反应延迟时间较长且非常微弱;质量含量88%Hf的Hf/THV试件强度较高且脆性较强,动态加载持续较短时间内便能发生大范围断裂,导致反应延迟时间短且比较剧烈,但氧化剂THV的减少导致反应不充分。

关键词： Hf/THV 准静态压缩分离式霍普金森压杆力学性能点火反应特性

基于超图正则化的域适应偏最小二乘多工况软测量模型

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控制理论与应用 2024年第3期41卷 396-406页

作者：霍海丹阎高伟王芳任密蜂程兰李荣太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024

针对流程工业中,因多工况导致数据分布变化引起传统软测量模型预测性能恶化问题,本文提出一种基于超图正则化的域适应多工况软测量回归模型框架.首先,采用非线性迭代偏最小二乘回归算法为基模型,在潜变量空间利用历史工况数据重构当前... 详细信息

针对流程工业中,因多工况导致数据分布变化引起传统软测量模型预测性能恶化问题,本文提出一种基于超图正则化的域适应多工况软测量回归模型框架.首先,采用非线性迭代偏最小二乘回归算法为基模型,在潜变量空间利用历史工况数据重构当前工况数据,以增强工况间的相关性,有效减小数据分布差异;同时,对重构系数施加低秩稀疏约束,保留了数据的局部和全局子空间结构;其次,通过超图拉普拉斯正则项对域适应潜变量求解过程进行约束,避免在寻找潜变量过程中破坏数据结构.最后,利用交替方向乘子法优化求解模型参数.在多个数据集上的实验表明,本文方法在多工况环境下可有效提高软测量模型的预测精度和泛化性能.

关键词：多工况超图结构保持域适应软测量

基于本征正交分解的动边界环形缝隙流场诊断分析

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水利学报 2022年第12期53卷 1490-1499页

作者：李永业赵一名宋晓腾太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024

缝隙流动的流体应力脉动、流致振动等瞬态现象往往会对水力机械的稳定运行产生一定影响,以往的缝隙流动层流近似求解与边壁脉动压力测量无法对瞬态现象进行全场的定量描述。本文以有压有限域内的动边界环形缝隙为研究对象,对该流场在完... 详细信息

缝隙流动的流体应力脉动、流致振动等瞬态现象往往会对水力机械的稳定运行产生一定影响,以往的缝隙流动层流近似求解与边壁脉动压力测量无法对瞬态现象进行全场的定量描述。本文以有压有限域内的动边界环形缝隙为研究对象,对该流场在完全湍流状态下的物理试验结果进行了基于本征正交分解的全场诊断分析。结果表明:流体应力方面,流场前部的雷诺应力迅速增长,在流场中部维持一定幅值,在流场后部迅速沿程递减。主流沿径向的平均对流输运强度,高出同一工况时径向流沿周向的对流输运强度4~7倍,高出主流沿周向的对流输运强度6~14倍;流致振动方面,功率谱密度函数表示的流场流致振动频谱在同一流量时有着较为明显的分区趋势,对于低频段(0~10 Hz)与高频段(120 Hz以上)环隙宽度较小时功率谱密度较大;对于中频段(10~120 Hz)则是环隙宽度较大时功率谱密度较大。对于环隙流场,环隙宽度的减小对于其较大尺度的流致振动抑制作用较强。此外,使用本征正交分解识别出了流场的拟序结构,并且使用低阶模态对雷诺应力进行重构可以较好的估计流场的雷诺应力。

关键词：环隙流场动边界本征正交分解功率谱密度雷诺应力