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哨声模合声波对辐射带电子扩散系数的多维建模及损失时间尺度建模研究

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1679-1698页

作者：张琼月马新郭德宇付松倪彬彬武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对... 详细信息

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对论电子的重要来源.因此,快速准确地计算合声波对辐射带电子的扩散系数,对于优化地球辐射带动理学建模并深入理解电子通量的演化机制具有重要作用.本研究利用Full Diffusion Code(FDC)定量计算了典型合声波波模对辐射带电子的弹跳平均投掷角、能量和交叉扩散系数,并建立了地球内磁层空间中L为2~7、背景环境参数α^(*)为1~13,投掷角α_(eq)为0°~90°、能量Ek为10 eV~10 MeV的电子散射系数矩阵数据库.在此基础上通过线性插值方法可以快速得到不同L和α^(*)参数条件下的合声波对辐射带电子的扩散系数,并计算相对误差验证应用线性插值方法的合理性和准确性.基于扩散系数矩阵数据库,本研究还计算了合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,建立了以L、α^(*)和Ek为输入参数的电子损失时间尺度经验模型,从而可以快速获取合声波散射电子的损失时间尺度.结果表明,扩散系数矩阵数据库构建和线性插值方法的使用大幅度减少了获取不同L和α^(*)对应的扩散系数所需时间,同时建立的三维损失时间尺度经验模型可快速得到不同L、α^(*)和Ek所对应合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,这些结果提高了地球辐射带动理学建模效率,对于空间天气预报具有重要意义.

关键词：波粒相互作用合声波辐射带电子扩散系数损失时间尺度

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初始大扰动条件下双流系统的粒子相空间振荡

地球物理学报 2024年第1期67卷 1-11页

作者：焦鹿怀付松倪彬彬张援农武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统... 详细信息

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统演化过程的研究往往需要考虑初始的扰动.利用所建立的动理论粒子云模型方法,我们研究了初始大扰动下双流系统的不稳定性现象,发现初始大扰动条件下粒子相空间产生振荡现象,且振荡频率与初始扰动的空间波数有关,电场与电场能量也存在该频率成分.通过线性理论,求解出了粒子相空间振荡频率.它与粒子云模拟得到的频率一致.该频率为朗缪尔振荡频率的基础之上叠加一个与初始扰动的空间波数有关的频率偏移量.我们改变等离子体频率,进一步验证了上述结论.该研究结果表明初始扰动能够对双流系统的不稳定性现象产生重要影响,对于加深理解地球磁层中双流系统的演化过程有重要参考意义.

关键词：双流不稳定性粒子云模拟初始扰动线性理论

基于范艾伦卫星观测数据的地球辐射带电子能谱分布的统计分析

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空间科学学报 2024年第3期44卷 446-457页

作者：王建行项正马新郭德宇董俊虎刘阳希子胡景乐倪彬彬武汉大学空间物理系武汉430072

利用范艾伦卫星2014年至2018年观测的高精度电子能谱数据,统计分析了不同辐射带高能电子能谱类型的时空分布特征.结果表明,辐射带电子能谱主要被分为三类:指数分布能谱、幂律分布能谱和反转能谱.指数分布能谱通常在等离子体层以外占主... 详细信息

利用范艾伦卫星2014年至2018年观测的高精度电子能谱数据,统计分析了不同辐射带高能电子能谱类型的时空分布特征.结果表明,辐射带电子能谱主要被分为三类:指数分布能谱、幂律分布能谱和反转能谱.指数分布能谱通常在等离子体层以外占主导地位.幂律分布能谱通常在磁暴的主相出现在高L处,并逐渐转移到低L处.在地磁活动平静时期,幂律分布能谱在高L处存在时间更长,占比更多.反转能谱在等离子体层内L>2.5处占主导地位,随着等离子体层层顶升高,反转能谱增加,指数分布能谱减少.在长时间的地磁活动平静年份,辐射带电子反转能谱局地峰值(约2 MeV)附近的电子通量明显较低,反转能谱占比较少.辐射带电子能谱类型对等离子体层层顶和地磁活动依赖性的统计分析表明,反转能谱发生率的峰值位置约位于L=(L_(pp)–2)(L_(pp)为等离子体层层顶位置),指数分布能谱发生率的峰值约位于L=(L_(pp)+1.5),幂律分布能谱的出现与电子的注入密切相关.磁暴越剧烈,反转能谱被指数分布能谱取代的L范围越广泛.在平静时期,由于等离子体嘶声的散射作用,等离子体层层顶内的指数分布能谱被反转能谱取代.本文给出了辐射带电子能谱类型长期的时空分布特征,可以为辐射带动态建模和高能电子通量预报提供理论参考.

关键词：辐射带电子能谱范艾伦探测器地磁活动等离子体层层顶

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新质人才培养:高校微生物学教学的新航标

微生物学通报 2024年第4期51卷 1051-1054页

作者：唐晓峰陈向东武汉大学生命科学学院湖北武汉430072

习近平总书记提出的“新质生产力”是以科技创新为驱动,以高层次创新型人才为支撑,以战略性新兴产业和未来产业为载体,以数字化、智能化、绿色化为基石的高质量生产力。培养一大批掌握现代技术、具有专业知识的创新型新质人才无疑是新... 详细信息

习近平总书记提出的“新质生产力”是以科技创新为驱动,以高层次创新型人才为支撑,以战略性新兴产业和未来产业为载体,以数字化、智能化、绿色化为基石的高质量生产力。培养一大批掌握现代技术、具有专业知识的创新型新质人才无疑是新时代背景下培育和发展新质生产力的最根本基石,是高校教育教学改革发展的新航标和新机遇。以“第十九届全国微生物学教学和科研及成果产业化研讨会”为契机,《微生物学通报》邀稿组织出版了本期“高等院校教学主题刊”,较全面地反映了近两年我国微生物学教学改革与人才培养的最新进展和发展态势。可以看到,教师的教学模式、学生的学习方式、师生的交流方式等与疫情前相比都发生了巨大的变化,现代教育信息化技术和新媒体平台的运用已经常态化。教学理念的转变、教学资源的整合等也都随之发生了变化。线上线下结合、翻转课堂等教学模式已成为高校的日常,重视对学生创新意识、探索精神和实践能力的培养已成为共识。期望该主题刊的出版有助于进一步促进广大微生物学教师适应国家提出的“加快发展新质生产力,积极打造生物制造新引擎”的需求,推动微生物学教学持续改革迈上新台阶,最终达到提高人才培养质量和加强拔尖创新人才自主培养的目的。

关键词：微生物学课程教学改革创新意识实践能力新质生产力

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基于机器学习和资产特征的投资组合选择研究

系统工程理论与实践 2024年第1期44卷 338-355页

作者：李斌屠雪永武汉大学经济与管理学院武汉430072 武汉大学金融研究中心武汉430072

随着可投资资产与资产信息的爆炸式增长,投资组合选择研究面临资产和特征双重高维挑战.为此,本文提出一个基于机器学习和资产特征的投资组合选择框架,该框架借助机器学习技术的天然优势,运用高维特征直接预测投资组合权重,避开了常规的... 详细信息

随着可投资资产与资产信息的爆炸式增长,投资组合选择研究面临资产和特征双重高维挑战.为此,本文提出一个基于机器学习和资产特征的投资组合选择框架,该框架借助机器学习技术的天然优势,运用高维特征直接预测投资组合权重,避开了常规的两步投资组合管理范式中的收益预测过程,并用于中国股票市场的资产配置研究.结果显示:1)基于此框架提出的投资策略能够捕捉高维特征中的增量信息,并挖掘资产特征与投资权重之间线性与非线性关系,大幅提升了投资绩效;2)交易摩擦类特征是投资权重预测中最为重要的资产特征;3)策略在套利限制较为严重的股票上回报更高,而对宏观经济状态变化的敏感性较低;在其他经济约束下,策略表现依然稳健.本文拓展了现代投资组合理论的研究框架,促进了人工智能与量化投资领域的交叉融合发展.

关键词：投资组合选择人工智能资产特征大维资产配置量化投资

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光学遥感图像的小样本目标检测

遥感学报 2024年第7期28卷 1693-1701页

作者：周莲何楚汪鼎文郭子琪武汉大学计算机学院武汉430072 武汉大学电子信息学院武汉430072

对遥感图像进行目标检测,具有广阔的应用前景。针对小样本背景下遥感图像目标检测任务存在特征提取不足、定位困难和分类易混淆的问题,本文提出了一种基于协同注意力模块和对比学习分支的小样本目标检测算法。首先,对训练样本进行数据... 详细信息

对遥感图像进行目标检测,具有广阔的应用前景。针对小样本背景下遥感图像目标检测任务存在特征提取不足、定位困难和分类易混淆的问题,本文提出了一种基于协同注意力模块和对比学习分支的小样本目标检测算法。首先,对训练样本进行数据增强操作,以扩充数据集规模;其次,提出了一种协同注意力模块,包括设计的背景衰减注意力和空间感知注意力,利用遥感图像丰富的背景与目标特征信息,指导网络关注与目标定位相关的重点信息,从而便于RPN网络生成更好的区域建议框,减少遗漏目标的概率,提升模型对小样本类别的定位性能;然后,设计了一种对比学习分支。基于设计的对比损失函数,通过联合训练策略,在训练时从特征学习逐步过渡到分类器学习,提高了分类的准确率;最后,设计出一种基于微调的迁移学习范式的小样本目标检测模型,分为基础训练阶段和微调阶段,在基础训练阶段借助充足的基类样本训练模型学习类无关的参数,在微调阶段使用制作的小样本数据集帮助目标检测模型适应特定类别目标,提升其检测性能。此外,本文以两阶段微调方法TFA(Two-stage Fine-tuning Approach)为基准,通过在遥感数据集NWPU VHR-10和DIOR上验证本文提出算法的有效性,结果显示本文算法在NWPU VHR-10和DIOR数据集上与其他基准算法相比,平均精度均有大幅提升。

关键词：目标检测小样本学习遥感图像注意力机制对比学习

郑州城市公园鸟类群落嵌套分布格局及其影响因素

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生物多样性 2024年第3期32卷 48-58页

作者：王鹏隋佳容丁欣瑶王伟中曹雪倩赵海鹏王彦平河南大学生命科学学院河南开封450004 西藏大学生态环境学院拉萨850000 武汉大学生命科学学院武汉430072 信阳生态研究院河南信阳464000 南京师范大学生命科学学院南京210023

为了探究郑州城市公园鸟类群落是否符合嵌套分布格局及其影响因素,本研究从中国观鸟记录中心收集了2019–2022年每年3–7月河南省郑州市15个城市公园的鸟类记录数据。使用WNODF(weighted nestedness metric based on overlap and decrea... 详细信息

为了探究郑州城市公园鸟类群落是否符合嵌套分布格局及其影响因素,本研究从中国观鸟记录中心收集了2019–2022年每年3–7月河南省郑州市15个城市公园的鸟类记录数据。使用WNODF(weighted nestedness metric based on overlap and decreasing fill)分别计算郑州城市公园全部鸟类、林鸟和水鸟群落的嵌套分布格局,采用Spearman偏相关检验分析了公园嵌套序列与公园特征参数(公园面积、隔离度、生境类型数量和建筑指数)的关系,以及物种嵌套序列与物种生态学特征(体长、地理分布范围、窝卵数和最小面积需求)的关系。WNODF分析结果显示,郑州城市公园全部鸟类、林鸟和水鸟群落均是显著嵌套的。Spearman偏相关分析结果显示,公园面积和最小面积需求与鸟类群落嵌套程度显著相关,生境地点矩阵分析结果显示为显著嵌套,建筑指数也会影响水鸟群落的嵌套分布格局,但随机放置模型结果显示城市公园鸟类不符合被动取样假说。因此,选择性灭绝与生境嵌套是郑州城市公园全部鸟类、林鸟和水鸟群落嵌套分布格局的主要驱动因素。研究结果表明,为了更好地保护郑州城市公园的鸟类多样性,应优先保护面积较大和生境类型多的公园,以及最小面积需求大的鸟类;同时由于水鸟与林鸟对城市化的反应不同,在制定保护策略时应区别对待。

关键词：鸟类嵌套分布格局选择性灭绝城市公园生境嵌套 WNODF

一种土地类型标签精细化的GNSS-R土壤湿度反演方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 47-55页

作者：郭斐董桂芳朱逸凡张小红武汉大学测绘学院湖北武汉430079

针对传统的星基全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system–reflectometry,GNSS-R)技术在土壤湿度反演中对土地覆盖类型信息利用不全面的问题,引入基于国际地圈生物圈计划(international geosphere biosphere programme,IGBP)分类的土地覆盖类型数据,考虑不同土地类型间的相似性和差异性,根据语义关系设计了精细化的特征标签,并将其加入BP(back propagation)神经网络中构建土壤湿度反演模型。利用该方法得到的土壤湿度与参考值的相关系数为0.85,均方根误差为0.060 cm^(3)/cm^(3),相比于已有的IGBP编号标签法,反演精度提升了7.7%。结果表明,精细化土地覆盖类型标签法可以更大程度地利用土地覆盖信息,不依赖植被、地表粗糙度等辅助数据,有效实现土壤湿度反演。

关键词： GNSS反射测量技术土壤湿度 IGBP土地覆盖类型标签精细化 BP神经网络

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数据库索引调优技术综述

计算机研究与发展 2024年第4期61卷 929-954页

作者：赖思超吴小莹彭煜玮彭智勇武汉大学计算机学院武汉430072 武汉大学大数据研究院武汉430072

索引调优是数据库调优的重要组成部分,一直受到广泛关注.由于索引调优问题的理论复杂性和大数据时代的到来,通过DBA手动调优的方案已经无法满足现代数据库的发展需求,调优方案逐渐开始向自动化、智能化的方向发展.随着机器学习技术的发... 详细信息

索引调优是数据库调优的重要组成部分,一直受到广泛关注.由于索引调优问题的理论复杂性和大数据时代的到来,通过DBA手动调优的方案已经无法满足现代数据库的发展需求,调优方案逐渐开始向自动化、智能化的方向发展.随着机器学习技术的发展,越来越多的索引选择方案开始引入机器学习技术,并取得了一定的研究成果.将索引调优问题的解决方案归结为一种基于搜索的调优范式,归纳了其研究内容,阐述了其面临的挑战,对调优范式内的索引配置空间的生成、索引配置的评价以及索引配置的枚举与搜索3方面的研究成果进行了归纳、总结和对比.对动态工作负载下的索引选择问题(index selection problem,ISP)所面临的新挑战进行了分析,并基于在线反馈控制回路框架对其解决方案进行梳理.讨论了索引调优工具的发展与现状,通过对现有研究的分析论述,为后来研究者提供参考和研究思路,并对索引选择方案的未来进行了展望.

关键词：数据库索引索引选择索引调优性能调优机器学习