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2013年 第49卷 第4期 刊出日期：2013-07-20

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船与桥墩相撞后的二维流体动力学数值模拟研究

罗雄平

2013, 49(4):  579-584. 

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将不可压缩Navier-Stokes方程与浸入边界法相结合, 研究在流体中平面运动的物体(船)绕另一个静止物体(桥墩)的二维运动过程, 分析船所受到的流体阻力、升力以及受流体作用后船的运动轨迹。结果表明在船绕着桥墩运动的初期, 升力和阻力曲线出现有限振幅的起伏现象, 不久, 船的升力和阻力系数逐渐趋向稳定, 做周期性小幅振荡。船的顺时针方向角速度受水流作用逐渐变小, 然后变为逆时针方向。最后船的尾部远离桥墩, 表明不会与桥墩二次碰撞。船的运行轨迹与实船实验的结果非常接近。

建筑物尺度的太阳能资源潜力估算模型研究

吕扬,张显峰,刘羽

2013, 49(4):  650-656. 

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结合遥感定量反演方法与地理信息系统三维分析技术, 建立了城市建筑物尺度的太阳能资源潜力估算新方法和模型。运用平面投射法确定了建筑物阴影位置, 实现了阴影的实时模拟。利用局部坐标系和容斥原理计算了三维空间中的非阴影区面积。考虑光线与墙面之间的角度关系, 结合遥感反演得到的该建筑物所在位置的地表太阳直射辐照度, 计算该建筑物各侧面及顶面所能利用的太阳直射辐射功率, 进而求和得到观测时段内的累积太阳直射辐射能, 并采用不规则三角网显示该建筑物能接收到的能量资源的空间分布。选择乌鲁木齐市某建筑群对模型进行应用。结果表明, 该模型为建筑物尺度的太阳能资源规划及开发利用提供了一种有效的方法。

华南地区湖南省芙蓉统(上寒武统)的古蠕虫骨片:个体生长对表皮骨片形态的影响

段佰川,董熙平

2013, 49(4):  591-602. 

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报道最近发现的华南地区湖南省芙蓉统(上寒武统)三维保存的古蠕虫骨片碎片。描述两个新的形态属和两个新的形态种: Hunanoscolex campus 新属新种和Ornatoscolex hunanensis新属新种。大部分标本属于幼体阶段。Hunanoscolex campus体节宽度的巨大差异显示其处于生长发育阶段, 因此可以对个体生长对表皮骨片形态的影响进行研究。虫体生长主要依靠增加单个体节中骨片的数量。位于同一排中的大骨板排列变得疏松。新增加的小骨板和微骨板大小和纹饰基本不变, 但大骨板的纹饰可能存在变化。这些观察结果有助于更好地理解古蠕虫骨片的种内差异, 从而可能提高形态种属分类的准确性。

喹啉降解菌BW004的分离、鉴定及降解特性

郑中原,赵翠,温东辉,唐孝炎

2013, 49(4):  683-688. 

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从武汉钢铁(集团)公司焦化废水处理厂的好氧活性污泥中分离出一株细菌, 可利用喹啉作为唯一的碳、氮和能源进行生长。经16S rRNA测序鉴定为假单胞菌属, 命名为Pseudomonas sp. BW004。利用响应曲面法确定其最佳降解条件, 为pH 7, 转速180 r/min, 温度30.0℃。单菌株?单基质降解试验表明, BW004菌可将200~1000 mg/L的喹啉在4~12小时降解98.8%以上。喹啉降解过程中, 首先产生有机中间产物2-羟基喹啉和2,8-二羟基喹啉, 同时杂原子氮转化为无机终产物氨氮。其后双环结构被破坏, 溶液中的有机物在12~24小时被基本矿化。

条带式InSAR大气效应影响分析研究

崔喜爱,曾琪明,童庆禧,焦健,梁存任

2013, 49(4):  643-649. 

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针对重复轨道合成孔径雷达干涉测量(InSAR)中的大气效应问题, 以伊朗巴姆地区Envisat ASAR条带模式数据为例, 在开源软件ROI_PAC基础上自主编程实现了InSAR大气效应的去除, 并通过干涉处理过程不同阶段的输出结果, 定性及定量比较了大气校正前后的差异。 研究结果表明: 条带式SAR数据干涉处理过程中, 大气相位一定程度上影响了残余平地相位的去除, 校正后雷达视线向形变量测量误差降低了约20 mm, 证明大气效应的去除能够提高InSAR测量结果的精度。

基于差分代换的正半定型判定完备方法

韩京俊

2013, 49(4):  545-551. 

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研究并发展逐次差分代换方法, 得到Rⁿ₊上正半定型差分代换次数的一个上界。 由此获得判定Rⁿ₊上 正半定型的充要条件。根据此充要条件建立的算法是必定能终止的。同时提出一类新的差分代换矩阵。

面向医疗电子应用的16位RISC MCU设计与实现

王腾,谢峥,赵月明,王新安,胡子一,张旭

2013, 49(4):  552-562. 

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通过医疗电子的应用需求分析, 提出一款具有专用指令集的微处理器结构: PKU-DSPII。该结构采用多级存储并内嵌直接存储访问控制器, 包含多种系统控制模块且接口丰富, 支持3种启动模式并可进行系统自动升级。PKU-DSPII采用CSMC 0.18 μm工艺和LQFP封装实现, 芯片面积为3.2 mm×3.2 mm, 在100 MHz工作频率下实测功耗为96.9 mW。

一种低时延的串行RapidIO端点设计方案

吴峰锋,贾嵩,王源,张大成

2013, 49(4):  570-578. 

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提出一种可兼容V1.3版本规范的低时延端点实现方案。 在该方案中, 输出和输入路径上的多数模块工作在直通模式以产生稳定的低时延。对于事务接口, 请求和响应可以通过不同的用户定义端口输入并共享传输路径, 而且同时发起的事务能在安全的仲裁机制下保持有序传送。为了防止无效的数据传输, 废弃的事务包将会被改进的4队列式缓冲模块撤销。对于串行物理接口, 1x/4x链路能为事务包和控制符号提供可靠的数据传送, 并实现流量控制、错误检测及恢复等关键的链路管理功能。与参考设计相比, 此方案能获得更低的传输时延和更高的数据吞吐率。此方案的功能和性能已通过FPGA平台的验证, 因此能满足下一代高速嵌入式互连的应用需求。

一种基于波系数的雷达目标识别新方法

江小敏,夏明耀

2013, 49(4):  563-569. 

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提出一种基于波系数的目标识别新方法, 此方法把目标响应表达成一系列波模的叠加, 波系数具有目标特异性, 因此可用作目标识别的特征矢量。这些波系数虽然与照射方向有关, 但是选取恰当的频率范围, 则波系数对角度的敏感性会大大降低, 目标模版数据库存储量会大大减少。在识别过程中可以大致预估目标的姿态角, 然后选择部分模版数据库与未知目标系数相比较, 可有效缩短目标识别时间。最后对4个二维目标进行了数值模拟, 取得了理想的识别效果, 证明了此方法的有效性。

基于模拟退火法的水力压裂裂缝参数反演

张洪亮,何川,谭玉阳,张波,张保平

2013, 49(4):  585-590. 

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提出一种基于模拟退火的水力压裂裂缝参数反演算法, 并以合成的倾斜场数据为例, 对水压裂缝的中心位置、倾向、倾角和体积等参数进行了反演试算。试算结果表明, 与传统的梯度法或贝叶斯反演方法相比, 这种新方法在有效估算水力压裂裂缝关键参数的同时, 显著地扩大了目标函数的收敛区域, 降低了算法对裂缝参数初始值精度的依赖程度, 提升了反演算法的适用范围, 并且不需要任何裂缝参数的先验信息。该研究为水力压裂过程中裂缝参数的实时解算提供了算法基础。

塔里木盆地跃南地区二叠系火山岩储层成因机理研究

潘文庆,张巍,于红枫,于红娇,张正红,关平,简星

2013, 49(4):  603-613. 

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通过普通薄片及铸体薄片观察、扫描电子显微镜、阴极发光、能谱分析及主量元素分析等岩石学、矿物学、地球化学手段, 对塔里木盆地跃南地区二叠系火山岩储层成因机理进行系统研究。研究发现, 二叠系火山岩储层中以次生储集空间为主, 孔隙度可高达14%, 渗透率最高可达13.1×10^?3 μm², 可以作为有利的储层。风化作用是次生孔隙和裂缝的主要成因, 风化作用强度由深到浅逐渐增大, 储层物理性能与之呈正相关关系, 风化作用在跃南1井中影响范围达220 m左右。风化过程中, 火山岩在冷却阶段产生的大量原生孔隙、冷凝收缩缝、隐爆裂缝及矿物本身具有的解理缝、双晶缝等薄弱面是优先发生溶蚀、淋滤的部位。在流纹岩中发现长石斑晶及基质的风化序列, 确定风化产物以伊利石为主, 含少量蒙脱石, 并且保存了黏土矿物整个序列的生长过程。风化作用能在原生孔隙和裂缝的基础上改善火山岩的孔隙结构, 使储集空间类型复杂多样, 大大提高了储层物理性能, 是塔里木盆地跃南地区二叠系火山岩储层的主控因素。

塔里木盆地基性岩“球粒”特征及成因研究

刘瑞娟,关平,简星,田伟

2013, 49(4):  614-620. 

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通过塔里木盆地野外采样的玄武岩典型杏仁体和钻井取芯的基性岩“球粒”的岩相学和碳、氧同位素地球化学对比分析, 对塔里木盆地基性岩“球粒”特征及成因进行了研究。综合分析表明, “球粒”和杏仁体虽然宏观特征相近, 但在微观特征和碳、氧同位素组成上具有明显的差异: “球粒”不具环带结构, 边部重结晶作用明显, 同一样品不同“球粒”的δ¹³C和δ¹⁸O相差较大; 杏仁体普遍具环带结构, 结晶颗粒较大, 同一样品不同杏仁体的δ¹³C和δ¹⁸O较为接近。岩相学特征和碳、氧同位素地球化学特征均表明基性岩中的“球粒”是岩浆捕掳沉积碳酸盐岩围岩碎块而成的, 与典型杏仁体的次生矿物充填气孔成因明显不同, 因而推测钻遇的基性岩为侵入岩, 相关层系并非一定发生过火山活动。

唐宋时期洛阳城洪水事件的地层沉积记录

许俊杰,莫多闻,周昆叔,王辉

2013, 49(4):  621-627. 

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通过对隋唐洛阳城定鼎门遗址附近沉积剖面分段采样, 并进行粒度和常量元素分析, 探讨唐宋时期沉积剖面的成因以及洛阳城洪水事件。粒度组分、概率累积曲线以及频率分布曲线表明, 第4, 6, 7层有3次洪水灾害事件发生; SiO₂, Al₂O₃和Fe₂O₃等常量元素含量分析结果表明石英、高岭土以及磁性矿物发生迁移, 反映沉积环境的改变; 第6, 7层底部样品中石英增多, 高岭土以及磁性矿物减少, 印证了粒度分析结果所反映的水灾记录。综合分析表明, 在盛唐时期和中唐时期发生过两次较大规模的水灾事件, 北宋时期发生过一次较为严重的漫洪堆积过程。研究结果与历史文献的记录基本吻合。

基于高分辨率遥感影像的城市建设区提取

郭舟,杜世宏,张方利

2013, 49(4):  635-642. 

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以北京市部分区域的QuickBird影像为实验数据, 运用面向对象的影像分析手段, 研究城市建设区的自动识别和提取方法。在分析城市建设区特征的基础上, 采用在低分辨率影像上粗提取, 在高分辨率影像上精提取相结合的技术, 提高提取精度。经过与目视判读结果的对比, 城市建设区的识别率达到89.7%, 误判率为27.6%。

临汾盆地陶寺遗址附近全新世黄土剖面的环境指标分析

李拓宇,莫多闻,胡珂,王海斌,郭媛媛,张翼飞,任小林

2013, 49(4):  628-634. 

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在对临汾盆地陶寺遗址北城墙外全新世黄土剖面粒度、磁化率、Rb/Sr值和CaCO₃含量等气候指标进行分析的基础上, 结合光释光测年结果和考古学资料, 探讨该剖面记录的环境信息及其与文化发展的相互关系。研究发现: 全新世早期(10.5~9.6 kaBP), 东亚冬季风较弱, 风化成壤作用增强, 气候由凉干转向暖湿; 全新世早中期(9.6~4.9 kaBP), 风化成壤作用最强, 气候最为暖湿; 全新世中后期(4.9~2.5 kaBP), 风化成壤作用较之前有所下降, 气候较之前温干, 但较现今暖湿; 全新世晚期(2.5 kaBP)以来, 东亚冬季风增强, 风化成壤作用较弱, 气候较为凉干。暖湿气候期与文化的繁荣发展时期有较好的对应关系, 凉干气候期植被的退化可能受气候和人类活动共同作用的影响。

基于分块Harris特征的航拍视频拼接方法

杨宇博,程承旗

2013, 49(4):  657-661. 

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针对现有航拍视频拼接算法处理速度慢、准确性不高等问题, 提出一种基于分块Harris特征的航拍视频拼接方法, 改进了传统基于SIFT特征提取算法的不足, 缩短了匹配时间, 提高了匹配准确性。首先采用分块Harris角点提取的方法均匀提取图像中的角点, 然后采用金字塔光流算法进行角点匹配, 最后通过改进的RANSAC方法求出仿射变换参数。实验表明, 该方法能够实时对航拍视频进行拼接, 具有更高的准确性。

MODIS卫星监测中国东部地区地面颗粒物的样本时间代表性分析

李倩,李成才, 杨东伟,石光明,高玲,李莹,毛节泰

2013, 49(4):  662-672. 

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选取2011年中国东部地区428个测站的PM10质量浓度资料, 用Terra和Aqua MODIS AOD产品的时间分布作为指示数据, 检验日、月、季、年时间尺度下, 卫星过境时刻地面PM数据(SATPM)对地面所有时刻数据平均值(ALLPM)的代表性。结果发现, 在东部大部分地区, SATPM与ALLPM的相对误差在±20%以 内, 且Aqua-MODIS代表性更好。此外, 结合两颗卫星的数据, 经拟合订正获得了新的日、年时间尺度上PM10质量浓度数据, 将其与ALLPM的相关系数从0.87和0.83提高到0.90。此检验结果对于检验卫星数据反演 的PM2.5的代表性也有一定指导意义。

利用激光雷达和卫星遥感获得城市地面大气悬浮颗粒物浓度分布

李倩,李成才,王烨芳,林常青,杨东伟,李莹

2013, 49(4):  673-682. 

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使用香港元朗地区2008年MODIS卫星遥感的气溶胶光学厚度(AOD)产品、激光雷达气溶胶消光系数垂直分布、地面相对湿度和地面气溶胶浓度观测资料等数据, 通过激光雷达数据建立地面消光系数和激光雷达AOD与气溶胶标高的关系, 利用这一关系和卫星AOD进行地面消光系数的反演估计, 并进行湿度订正; 通过建立地面气溶胶浓度和地面消光系数的关系, 进行卫星AOD产品和激光雷达气溶胶探测反演地面大气颗粒物质量浓度的研究及应用。结果表明, 卫星估计的地面消光系数与小时平均的颗粒物质量浓度观测值的相关系数为0.57~0.86 (PM2.5)和0.59~0.78 (PM10), 估计的质量浓度与小时平均的观测值对比的均方根偏差分别为11.64~25.34 g/m³ (PM2.5)和24.64~91.64 g/m³ (PM10), 表明可以通过卫星遥感进行大气悬浮颗粒物污染的监测应用。其中1 km分辨率的AOD产品, 因其更高的空间分辨率, 更适合反映具有复杂地形的城市地区大气悬浮颗粒物污染。

内蒙古灌木群落物种丰富度与气候的关系

代爽,王襄平,刘超,武娴,李巧燕,王敏

2013, 49(4):  689-698. 

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为了验证几种重要的物种多样性地理格局假说(水分能量动态假说、生产力假说、寒冷忍耐假说、生态学代谢假说)在干旱、半干旱地区灌木群落中的适用性, 对内蒙古中西部地区1100 km样线内的灌木群落进行调查, 结合气候数据、植被归一化指数研究不同气候或生产力因子对群落物种丰富度的解释能力。同时研究了不同功能型的植物在物种多样性?气候关系方面的差异, 包括不同的生活型(木本、草本)、水分生态型(旱生、中旱生、中生)。结果表明: 1) 水分能量动态假说能较好地解释本研究区灌木群落多样性的地理格局, 植物能获得的有效水分是影响物种丰富度的主要因素; 2) 研究结果与代谢假说的预测相反, 该假说无法解释干旱、半干旱区的群落多样性格局, 结果不支持寒冷忍耐假说在研究区的适用性, 而生产力也只能解释部分功能型的物种丰富度; 3) 不同功能型的植物对气候、 生产力梯度的响应表现出很大的差异, 物种的生态特性以及种间相互作用对物种丰富度格局有着重要的影响, 深入理解群落的构建机制可能是理解生物多样性的地理格局所必需的。

欧盟航空碳交易对中国航空客运的影响分析

许小虎,廖夏伟,马晓明

2013, 49(4):  699-706. 

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通过建立风险分析模型, 预测了实施欧盟航空碳交易政策后, 2012?2020年中国航空客运机票价格的变化, 分析该政策对中国航空客运收入、费用、利润以及客票价格变化和航空客运CO₂减排的影响。在此基础上, 探讨欧盟航空碳交易政策对中欧航空旅游及中国航空业竞争力的影响。结果表明: 1) 欧盟航空碳交易政策减排效果有限; 2) 政策实施将引起航空客运价格、航空费用、碳减排量逐年上升, 相应的碳排放配额不足、收入减少以及利润损失状况也将逐年加剧, 截至2020年, 将对中国航空业造成约2亿元的利润损失。

基于最小累积阻力模型的农牧交错带土地利用生态安全格局构建??以鄂尔多斯市准格尔旗为例

李晶,蒙吉军,毛熙彦

2013, 49(4):  707-715. 

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选择位于农牧交错带的鄂尔多斯市准格尔旗, 基于自然地理情况、社会经济统计及多年土地覆被数据, 在对研究区近30年来土地利用时空动态变化进行分析的基础上, 运用GIS空间分析技术, 借用最小累积阻力模型, 对区域内关键土地利用类型进行分析与模拟, 判断各土地单元针对关键土地利用类型的适宜度, 据此构建区域土地利用生态安全格局, 进而提出土地利用安全格局实施和管理的建议。研究结果对区域土地资源的持续利用具有重要的指导意义, 并对最小累积阻力模型的应用进行了扩展。

苏里格气田岩石力学场建模研究

李光泉,秦小双,师永民,张雷雷

2013, 49(4):  716-720. 

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以苏里格气田为例, 运用多元回归分析的方法对常规测井曲线和岩石力学参数之间的函数关系进行分析, 并运用地质统计学的方法建立非均质的岩石力学参数场, 准确认识储层的岩石力学参数。研究结果可以为气田后期水力压裂过程中压裂设计提供依据, 降低压裂设计计算过程中的误差, 有利于得到更为准确的水力压裂裂缝形态, 降低气田开发风险。

适用于位交叉布局的低电压SRAM单元

贾嵩,徐鹤卿,王源,吴峰锋,李涛,徐越

2013, 49(4):  721-724. 

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提出一种9管单端SRAM单元结构, 该种SRAM单元采用读写分离方式, 具有较高的保持稳定性和读稳定性。 该单元采用新的写操作方式, 使由其组成的存储阵列中, 处于“假读”状态的单元仍具有较高的稳定性, 因此在布局时能够采用位交叉布局, 进而采用简单的错误纠正码(ECC)方式解决由软失效引起的多比特错误问题。仿真结果显示, 当电源电压为300 mV时, 该种结构的静态噪声容限为100 mV, 处于“假读”状态的单元静态噪声容限为70 mV。

与碳酸岩-碱性杂岩体相关的内生稀土矿床成矿作用研究进展

宋文磊,许成,王林均,吴敏,曾亮 王丽泽,冯梦

2013, 49(4):  725-740. 

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综述与碳酸岩?碱性杂岩体相关的内生稀土矿床的基本特征和成矿作用研究进展。根据矿化特征, 该类矿床大体可以分为原生岩浆型和热液型, 前者稀土矿物是从碳酸岩岩浆中直接结晶出来, 矿化主要产于碳酸岩岩体中; 后者稀土矿物通常与方解石、萤石、重晶石、石英等矿物共生形成脉体, 穿插于碳酸岩杂岩体及围岩中, 或作为裂隙或空洞充填物, 或呈细粒多晶集合体叠加在碳酸岩中早期形成的矿物之上。以往的研究对于稀土富集成矿的主要机制是碳酸岩和硅酸岩岩浆的液态不混溶作用或碳酸岩岩浆中碳酸盐矿物的分离结晶作用, 还是岩浆期后热液蚀变或不混溶的碳酸岩质流体的萃取作用, 存在很大的争议; 同时，与稀土成矿相关的碳酸盐体系选择性地富集轻稀土, 该类矿床中很少见到重稀土矿物, 亦是有待解决的问题。因此, 加强稀土元素在富挥发份的碳酸岩熔体和碱性硅酸岩熔体或流体之间, 以及碳酸盐矿物及共沉淀相与碳酸岩熔体之间分配行为的高温高压实验研究, 将是揭示该类稀土矿床成因的关键。