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基于PLUS模型的典型农牧交错带土地利用驱动力分析与多情景模拟

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水土保持研究 2025年第1期32卷 368-378页

作者：张启扬刘仁志栾朝旭北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室

[目的]实现农牧交错带地区破碎化土地利用变化的精准预测，为农牧交错带土地利用预测与结构调整提供重要工具。[方法]研究针对性构建了农牧交错带土地利用模拟方法(APE-PLUS),引入土地扩张分析策略(LEAS)、基于多类型随机斑块种子的CA模... 详细信息

[目的]实现农牧交错带地区破碎化土地利用变化的精准预测，为农牧交错带土地利用预测与结构调整提供重要工具。[方法]研究针对性构建了农牧交错带土地利用模拟方法(APE-PLUS),引入土地扩张分析策略(LEAS)、基于多类型随机斑块种子的CA模型(CARS)、Markov模型和土地利用情景设计，解决农牧交错带土地利用模拟中斑块零散、景观破碎、变化机制复杂的问题。采用二调、三调土地利用数据，分析了2014—2020年土地利用变化及其驱动力，模拟了2032年科左后旗自然增长、生态优先、耕地保护和可持续发展情景下的土地利用格局。[结果](1)农牧交错带土地利用模拟方法(APE-PLUS)精度较高，Kappa系数为0.87,总体精度达到0.92;(2)科左后旗2014—2020年土地利用变化显著，全旗47.85%的土地类型发生改变，14.65%的土地由耕地转变为草地，DEM和水资源是这一时期土地利用变化的主要驱动力；(3) 2032年多情景预测中，可持续发展情景耕地面积增长1.31%,林地和草地分别减少了0.77%和1.72%,其他用地面积减小28.4%,相比于其他3种情景，土地利用数量结构与空间格局更合理。此情景有助于减缓耕地扩张趋势和草地缩减趋势，有效控制水土流失、土壤沙化问题，提高生态保护与经济发展的协调程度。[结论]农牧交错带土地利用模拟方法(APE-PLUS)对科左后旗的土地利用具有较高的模拟精度，可以对农牧交错带斑块级的土地利用变化进行高精度的预测。

关键词：土地利用变化农牧交错带 PLUS模型科尔沁左翼后旗驱动因子

围封对荒漠草原典型植物群落特征及多样性的影响

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水土保持研究 2025年第1期32卷 121-130+140页

作者：王益涛刘建康武志嘉张博华兰慧琴黄祥祥宁夏大学生态环境学院西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地宁夏大学林业与草业学院

[目的]揭示围封对荒漠草原典型植物群落特征及多样性的影响，可为宁夏荒漠草原植物资源保护、生物多样性保育、草地资源可持续利用与管理提供科学依据。[方法]以宁夏荒漠草原分布广泛的猪毛蒿(Artemisia scoparia)、短花针茅(Stipa brev... 详细信息

[目的]揭示围封对荒漠草原典型植物群落特征及多样性的影响，可为宁夏荒漠草原植物资源保护、生物多样性保育、草地资源可持续利用与管理提供科学依据。[方法]以宁夏荒漠草原分布广泛的猪毛蒿(Artemisia scoparia)、短花针茅(Stipa breviflora)、苦豆子(Sophora alopecuroides)和油蒿(Artemisia ordosica)4种典型植物群落为研究对象，研究围封措施对不同植物群落结构和功能特征的影响。[结果]围封不会改变4种植物群落中建群种优势地位，但改变了其功能群物种组成及重要值；围封增加了一年生植物(猪毛蒿)群落内物种总数(增幅为13.33%),但降低了多年生植物(短花针茅、苦豆子、油蒿)群落内物种总数(降幅分别为30%,34.78%和40%),降低了4种植物群落中多年生杂类草物种数量，并增加了多年生植物群落中多年生杂草和多年生禾草的重要值；围封增加了4种植物群落的高度和地上生物量，并增加了猪毛蒿、短花针茅和油蒿群落的盖度，降低了4种植物群落的Margalef丰富度指数，多年生草本植物(短花针茅、苦豆子)群落的Shannon-Wiener和Simpson指数，但增加了一年生植物群落的Shannon-Wiener, Simpson和Pielou指数；从群落建群种生活型角度分析，α多样性整体表现为多年生草本>半灌木>一年生草本植物群落；地上生物量与盖度、高度呈极显著正相关关系(p<0.001),与Margalef丰富度指数呈极显著负相关关系(p<0.001),与Shannon-Wiener指数呈显著负相关关系(p<0.05)。[结论]围封可通过改变不同植物群落物种组成对群落的盖度、高度及地上生物量产生积极影响，但不同植物群落的多样性特征对围封措施的敏感性存在差异。

关键词：围封荒漠草原典型群落群落特征地上生物量

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土壤中典型矿物对锑的吸附-沉积行为研究

岩矿测试 2025年第1期44卷 127-139页

作者：郭贵宾袁晓雅黄理金帅琴胡圣虹欧阳磊生物地质与环境地质国家重点实验室中国地质大学(武汉)材料与化学学院湖北武汉430074

矿物开采、煤炭燃烧等人类活动使大量的锑进入土壤,造成严重的锑污染,危害人类健康。厘清环境中锑的吸附-沉积行为对锑的环境归趋预测及污染防治具有重要意义,但土壤中典型矿物对锑的吸附沉积行为缺乏系统比较,界面吸附形态也难以表征... 详细信息

矿物开采、煤炭燃烧等人类活动使大量的锑进入土壤,造成严重的锑污染,危害人类健康。厘清环境中锑的吸附-沉积行为对锑的环境归趋预测及污染防治具有重要意义,但土壤中典型矿物对锑的吸附沉积行为缺乏系统比较,界面吸附形态也难以表征。为了系统地比较土壤中典型矿物对锑的吸附能力差异,本文选用土壤中常见的5种金属氧化物(赤铁矿、针铁矿、水铁矿、氧化铝、斜方锰矿)和1种黏土矿物(高岭石),探究Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)在其表面的吸附热、动力学行为,并基于原位拉曼光谱表征分析了锑的吸附形态,推测其吸附机理。结果表明:铁锰氧化物对锑的吸附容量较大,而氧化铝、高岭石对锑吸附容量较小,6种典型矿物对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)吸附容量(mg/g)分别为水铁矿(101.4、55.9)>斜方锰矿(16.52、7.58)>针铁矿(13.30、5.67)>赤铁矿(5.13、3.70)>氧化铝(1.66、1.69)>高岭石(0.27、0.51);受锑存在形态及矿物表面电位的影响,酸性条件下有利于Sb(Ⅴ)的吸附,吸附量较之碱性环境有24%~78%增加,而Sb(Ⅲ)的吸附受pH值影响较小(变化范围0.3%~14%);土壤中典型矿物对不同浓度的Sb(Ⅴ)主要为吸附作用,而Sb(Ⅲ)在较高浓度时,可能在矿物表面发生沉积,形成Sb_(2)O_(3)。本文通过采用拉曼光谱,基于锑的特征谱峰,可方便地对矿物表面吸附态和沉积态的锑进行原位表征。

关键词：锑水铁矿斜方锰矿氧化铝吸附沉积拉曼光谱

低温下玄武岩纤维混凝土劈拉强度尺寸效应试验

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哈尔滨工业大学学报 2025年第1期57卷 101-109页

作者：余文轩范美妤金浏杜修力清华大学土木水利学院北京100084 城市减灾与防灾防护教育部重点实验室(北京工业大学) 北京100124

为研究极端低温作用下结构尺寸和纤维体积分数对玄武岩纤维混凝土劈拉强度的定量影响规律和作用机制,设计了4种尺寸(边长分别为70、100、150和200 mm)、4种纤维体积分数(分数范围0%~0.5%)的玄武岩纤维混凝土立方体试块在常温和低温下(... 详细信息

为研究极端低温作用下结构尺寸和纤维体积分数对玄武岩纤维混凝土劈拉强度的定量影响规律和作用机制,设计了4种尺寸(边长分别为70、100、150和200 mm)、4种纤维体积分数(分数范围0%~0.5%)的玄武岩纤维混凝土立方体试块在常温和低温下(温度范围20~-90℃)进行了静态劈拉破坏试验。试验结果表明:不同类型混凝土的劈拉强度均随温度降低而线性增大(最大增幅接近130%),呈现出显著的低温增强效应;玄武岩纤维的掺入能略微强化混凝土劈拉强度的低温增强效应。不同纤维体积分数玄武岩纤维混凝土的劈拉强度均呈现出一定的纤维增强效应,并且随体积分数增加而增强;极端低温作用下玄武岩纤维的主导破坏模式由拔出破坏转变为拉断破坏,导致纤维增强效应随温度下降而变强。劈拉强度的尺寸效应随温度下降而更明显,但玄武岩纤维的掺入能减弱尺寸效应(最大削弱程度达25.8%)。本文研究能为玄武岩纤维混凝土材料在极端低温环境下的大规模工程结构应用提供有效参考。

关键词：玄武岩纤维混凝土极端低温纤维含量劈裂拉伸尺寸效应

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平板边界层转捩过程中低频信号的产生

物理学报 2002年第5期51卷 1068-1074页

作者：龚安龙李睿劬李存标北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室

利用Fourier频谱分析和小波变换处理在平板边界层转捩过程中测得的速度信号 ,观察到频谱中存在低于基本扰动波频率的含能信号 ,即文中所谓的低频信号 .在进一步分析中 ,发现这种低频信号的产生可能与流动的间歇性有关 .由于流动的间歇... 详细信息

利用Fourier频谱分析和小波变换处理在平板边界层转捩过程中测得的速度信号 ,观察到频谱中存在低于基本扰动波频率的含能信号 ,即文中所谓的低频信号 .在进一步分析中 ,发现这种低频信号的产生可能与流动的间歇性有关 .由于流动的间歇性导致速度信号的脉动 ,数据结构产生间歇变化。

关键词：转捩 Fourier频谱分析小波变换平板边界层低频信号

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恒热流斜板自然对流边界层的稳定性研究

航空动力学报 2009年第11期24卷 2397-2402页

作者：陶建军熊向明北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871

对恒热流条件下的斜板自然对流边界层的稳定性进行了分析及数值模拟.研究发现在一定的倾角和Prandtl数范围内,三维波可存在两种不稳定模态,其临界频率分别接近于重力内波和二维T-S(Tol-mien-Schlichting)波的频率.更为特殊的是,在适当... 详细信息

对恒热流条件下的斜板自然对流边界层的稳定性进行了分析及数值模拟.研究发现在一定的倾角和Prandtl数范围内,三维波可存在两种不稳定模态,其临界频率分别接近于重力内波和二维T-S(Tol-mien-Schlichting)波的频率.更为特殊的是,在适当条件下该三维波模态可比二维T-S波更不稳定.这一看似违反Squire定理的结果是由于控制方程中的浮力项造成的.数值模拟初步验证了三维波的临界特性.由于稳定性总是同层流至湍流的转捩过程密切相关,计算结果可为高效换热翅片的设计提供理论依据.

关键词：边界层稳定性自然对流数值模拟

圆形射流中心线上小尺度湍流的统计特性及其受高频噪声的影响

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物理学报 2011年第3期60卷 376-384页

作者：徐敏义杜诚米建春湍流与复杂系统国家重点实验室北京大学工学院北京100871

本文采用热线风速仪测量了出口雷诺数为Re(≡Ujd/ν)=20100的圆形射流的中心线轴向速度,其中Uj为动量平均出口速度,d为喷嘴出口直径,ν为运动黏性系数.在有效去除热线测量数据中的高频噪声后,作者对射流中心线上小尺度湍流统计量的变化... 详细信息

本文采用热线风速仪测量了出口雷诺数为Re(≡Ujd/ν)=20100的圆形射流的中心线轴向速度,其中Uj为动量平均出口速度,d为喷嘴出口直径,ν为运动黏性系数.在有效去除热线测量数据中的高频噪声后,作者对射流中心线上小尺度湍流统计量的变化规律进行了系统的分析.研究发现,射流在经过一定距离的发展后,其小尺度统计量逐渐进入自相似状态,湍动能平均耗散率ε随下游距离的增加以指数形式衰减,Kolmogorov尺度η,Taylor尺度λ与下游距离的变化呈线性关系,湍流雷诺数Reλ以及速度一阶导数的偏斜因子S与平坦因子K均趋于常数.与前人结果相比,本文所获得的湍流自相似关系式中的比例系数更为严谨、合理,同时作者还发现,相比于湍流的大尺度运动,湍流的小尺度运动能更早地发展到自相似状态,并且湍流最小尺度统计量的变化规律更具有普遍性.此外,本文还分析了噪声对这些小尺度湍流统计量的影响,对今后湍流小尺度研究的实验测量具有指导意义.

关键词：恒温热线圆形湍射流耗散率小尺度

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奇异摄动在层流预混火焰理论研究中的应用

力学学报 2018年第6期50卷 1418-1435页

作者：陈正北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871

奇异摄动被广泛应用于求取力学问题的近似解.一个典型问题就是流体力学中的边界层.郭永怀先生曾发展了适用于平板黏性流动边界层问题的奇异摄动理论.类似于流体力学中的边界层,燃烧研究中的层流预混火焰也可以通过奇异摄动理论进行分析... 详细信息

奇异摄动被广泛应用于求取力学问题的近似解.一个典型问题就是流体力学中的边界层.郭永怀先生曾发展了适用于平板黏性流动边界层问题的奇异摄动理论.类似于流体力学中的边界层,燃烧研究中的层流预混火焰也可以通过奇异摄动理论进行分析,在燃烧研究中通常称其为大活化能渐近分析.本文介绍了大活化能渐近分析在一维平面预混火焰和球形传播火焰中的应用及相关研究进展.首先介绍了预混火焰结构及其涉及的不同特征尺度,分析了大活化能条件下出现的特征尺度分离,并给出了关于平面预混火焰大活化能渐近分析的详细推导,讨论了热辐射对火焰传播的影响;然后介绍了大活化能渐近分析在点火与球形传播火焰方面的应用,指出了只有能够同时描述点火与球形火焰传播的理论才能准确地预测临界点火条件,并讨论了考虑链式反应的点火与火焰传播理论,分析了热辐射对球形火焰传播的影响,给了关于火焰稳定性理论研究的发展趋势.最后,基于当前研究进展对未来的研究方向进行了展望,其中涉及多步化学反应、低温冷火焰、复杂流动、辐射重吸收等.

关键词：奇异摄动层流预混火焰点火球形传播火焰大活化能渐近分析

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连续爆轰发动机的二维数值模拟研究

航空动力学报 2009年第5期24卷 980-986页

作者：邵业涛王健平北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871

介绍了连续爆轰发动机(Continuous detonation engine,简称CDE)的物理模型及爆轰波传播的物理机理,并对CDE流场的波结构进行了分析.使用两步化学反应模型对简化的CDE模型做了二维数值模拟研究.计算了圆柱面展开二维平面的多个爆轰循环过... 详细信息

介绍了连续爆轰发动机(Continuous detonation engine,简称CDE)的物理模型及爆轰波传播的物理机理,并对CDE流场的波结构进行了分析.使用两步化学反应模型对简化的CDE模型做了二维数值模拟研究.计算了圆柱面展开二维平面的多个爆轰循环过程.模拟结果较好地匹配了相关CDE实验所获得的流场结构.数值计算结果使我们可以更加透彻地理解CDE各方面的参数,对于CDE的进一步研究具有一定的指导意义.

关键词：连续爆轰发动机(CDE) 脉冲爆轰发动机(PDE) 推进