对于周期边界条件Poisson问题, 采用传统的SOR求解算法使Poisson求解器难以快速收敛。为解决这一问题, 针对SOR算法的缺点, 利用多网格加速技术, 开发一种新的有限差分法多网格迭代泊松求解器Poisson-SOR-MG。此外, 提出一种基于1D快速傅里叶变换(FFT)和3D并行通信算法耦合的3D傅里叶谱变换算法, 摒弃繁复的转置技术。在此基础上, 开发和验证基于标准2π周期的Poisson-Fourier求解器, 将Poisson求解器的精度提高至谱精度。然而, 基于标准2π周期的Poisson-Fourier求解器无法应用到广泛的工程问题, 因此, 基于坐标拉伸变换的理论分析, 进一步开发和验证基于一般周期的Poisson-Fourier求解器。

针对复杂环境下差动机器人因速度保持与转向能力存在冲突而导致路径跟踪精度下降的问题, 提出一种融合主动速度调节与自适应预瞄线性模型预测控制(AP-LMPC)方法。基于差动机器人运动学模型, 首先推导路径曲率与可行纵向速度的耦合约束方程, 设计面向路径曲率特性的主动调速策略; 然后构建行驶速度与最优预瞄距离之间的映射关系, 实现预瞄距离的自适应调节; 最终构建基于AP-LMPC的主动调速路径跟踪系统。实验结果表明, 主动调速策略可以显著地降低路径跟踪过程中的位移和航向误差; 结合自适应预瞄机制后, 系统在S形路径和双移线路径下的位移误差峰值和航向误差峰值分别控制在0.05 m和0.09 rad内, 与固定预瞄线性模型预测控制(FP-LMPC)和传统非线性模型预测控制(NMPC)方法相比, 位移误差峰值分别降低68%以上和48%以上。

针对鼻腔及其细微解剖结构复杂多变、分割难度高的问题, 提出一种新颖的医学图像分割方法——解剖引导的隐式神经表示注意力网络AIRA-Net。该方法通过隐式神经表示机制提取全局几何特征, 并通过交叉注意力模块实现跨尺度特征的高效融合, 从而充分整合全局先验与局部细节信息。此外, 针对鼻腔结构中灰度相近、特征稀疏的端面区域, 提出基于解剖先验的边缘加权损失函数, 可以有效地强化分割网络对边界区域的精准定位。针对包含128例3D头部CT数据集的实验结果表明, AIRA-Net在鼻腔分割中实现 DSC为91.66%, 比次优方法nnU-Net提升4.5个百分点; HD95为10.75 mm, 比次优方法U_a-Net降低2.82 mm。

提升热电联供型微网(CHP-MG)在恶劣环境下的可靠运行能力, 在风光电热典型场景的基础上, 提出考虑源荷双重不确定性的CHP-MG模糊经济调度策略。首先, 采用拉丁超立方抽样(LHS)与K-means聚类相结合的方法生成风光电热预测值的典型场景。然后, 应用三角形和梯形两种模糊参数, 表示风光电热预测误差的不确定性, 并基于可信性理论将CHP-MG的确定性约束转变为模糊机会约束。接着, 根据模糊机会约束的清晰等价类, 将含三角形和梯形模糊参数的机会约束清晰化, 形成对应的确定性混合整数规划模型。最后, 通过Matlab/Cplex仿真实验, 验证所提模型及方法的合理性, 为CHP-MG提供可靠的经济调度方案。

基于地基Ka和W双波段雷达的垂直观测功率谱数据, 采用最优估计方法反演2024年7月11日的一次层状降水雨滴谱分布和空气动力参数, 得到如下结果: 1) 利用Ka和W波段雷达获取的多普勒功率谱数据, 可以反演出准确的雨滴谱绝对数浓度及空气动力参数; 2) 逐粒径雨滴谱分布反演结果与地面雨滴谱仪探测结果吻合较好; 3) 降水过程中观测到清晰的小尺度波动以及雨滴下落过程中的粒子分选现象, 证明层状降水中仍然存在复杂的动力过程; 4) 通过追踪雨滴下落轨迹, 在弱降水时观测到明显的雨滴蒸发现象。

为准确地评估中国东南沿海省市海上风电开发潜力, 采用场级尺度分析方法, 结合历史风速数据、海洋地理信息及风机布局优化策略, 建立一种包含风速、浪高、水深和保护区限制的海上风电装机适宜性评估框架, 提出标准化风机间距布局方案, 同时运用高斯尾流模型量化风电场级的尾流效应。结果表明, 从资源潜力角度出发, 在不考虑电力时序输出、弃风率、电网接纳能力或调度限制等实际因素的情况下, 东南沿海五省市的海上风电潜力可满足区域77%的用电需求。同时, 优化风机行数和间距配置可以平衡尾流损耗和整体发电潜力, 深远海浮式风电与大容量机组的应用能够有效地提升资源利用率。研究结果对合理规划区域风电开发、优化建设决策和提供区域能源结构低碳化转型方案具有积极意义。

以美国西海岸附近的浅水台站为例, 以人工分频段识别结果为基准, 对比长短窗法(STA/LTA)及适用于OBS 据的机器学习方法(Blue-PhaseNet和Blue-EQTransformer)对OBS数据的地震到时识别效果, 得到如下结果。1) Blue-PhaseNet和Blue-EQTransformer两种机器学习模型识别能力较弱, 正确率分别为33.33%和14.81%, 比传统STA/LTA方法低51.85%。原因可能是模型未经过本地数据集优化, 泛化能力不足; 本研究采用大震级、浅水区高噪声地震数据, 而模型训练集以微震为主, 且多为深水区数据, 二者数据特征存在明显差异。2) 经海底压强记录降噪处理后, STA/LTA方法的到时识别正确率显著提升至96.30%, 且能识别出更多的地震事件(29个, 高于原始数据的27个)。因此, 针对OBS数据开发的Blue-PhaseNet和Blue-EQTransformer机器学习模型难以直接应用于浅水区观测数据。通过降噪提高数据信噪比后, 再利用长短窗法进行处理, 可作为OBS地震到时识别自动化的一种可行途径。

海洋地震发生后可通过在海底布置压强传感器来记录地震引发的压强变化, 目前针对地震引发的压强变化还没有成熟的应用。本文采用SPECFEM3D程序构建海底地震模型, 模拟地震破裂过程以及由此引发的海底压强变化, 并分析海底压强信号的分布特征。研究结果表明, 在距离震源区较远时, 地震引起的低频压强信号变化p与海底垂直加速度a满足理论关系p=ρha, 距离震源较近时, 则不满足理论关系, 两者的边界与震源深度相关。在固定其他震源参数(如震级和滑动角)的情况下, 震源深度决定海底永久形变的大小, 因此低频压强变化特征对预测地震引发的海啸有指示意义。另外, 在震源区一定范围外可以记录到瑞利波, 并且瑞利波引发的海底压强变化相对于体波存在放大现象; 出现瑞利波放大现象的台站位置也与震源深度相关, 可以为海啸预警提供参考。

选取鄂尔多斯盆地中南部延长组长7段为研究对象, 基于41口井的实测数据, 使用克里金插值法和偏最小二乘回归法, 系统地分析不同地质条件下孔隙发育的主控因素。结果显示, 当总有机碳(TOC)含量低于6%时, 样品主要分布在湖盆边缘, 主要脆性矿物(石英和长石)总含量与TOC显著负相关; 当TOC高于6%时, 样品主要分布于湖盆中心区域, 石英和长石总含量与TOC无明显相关性。在TOC临界点(6%)前后, 湖盆不同区域孔隙发育的主控因素存在显著差异。湖盆中心区域的孔隙发育主要受控于TOC和黄铁矿含量, 其对孔隙发育的负面影响表现为固体沥青对孔隙的充填。湖盆边缘则主要受碳酸盐矿物和绿泥石含量影响, 碳酸盐矿物的胶结破坏了储层孔隙, 绿泥石则通过减弱胶结作用、提高岩石抗压实能力来保护储层孔隙。

针对最大有效力矩准则的作用范围缺乏定量解释的问题, 基于弹塑性梁模型开展研究。首先, 根据均匀弹塑性梁在纯弯曲状态下的正应力分布解析解, 推导出准则的单元边长近似等于梁的高度。然后, 采用COMSOL有限元软件, 模拟双层和三层弹塑性梁的弯曲屈服过程, 结果表明上述理论关系对叠层梁(代表沉积地层)同样有效。最后, 通过分析梁上近似膝折带塑性变形区域的几何比例关系, 结合野外露头测量膝折带宽度, 定量地估算受该准则控制的地层厚度, 实现最大有效力矩准则中单元边长的定量化。研究结果可为相关地质构造的应力–应变场恢复和变形过程分析提供理论依据。

通过综合分析岩芯、测井、露头和薄片等资料, 识别塔里木盆地中–北部吾松格尔组沉积微相和微相组合, 建立层序地层格架, 揭示其沉积演化特征和控制因素。结果表明, 研究区吾松格尔组共识别出15种沉积微相和8种微相组合, 发育蒸发台地(盐质潟湖和膏云坪)、局限台地(泥云坪、云坪和台内滩)、开阔台地(颗粒滩和灰云坪)和台地边缘礁沉积相带; 组内可划分为一个复合层序和3个的三级层序, 经历缓坡碳酸盐岩台地、弱限制性碳酸盐岩台地和弱镶边蒸发性碳酸盐岩台地 3 期沉积演化; 碳酸盐岩台地层序结构和沉积演化受肖尔布拉克组时期形成的古地貌格局、全球海平面变化、干热的气候条件和较高的海水温度协同控制。

通过设立固定样方, 对福田红树林国家级保护区内5种群落(秋茄(Kandelia obovata)–桐花树(Aegiceras corniculatum)群落、秋茄群落、秋茄–白骨壤(Avicennia marina)群落、白骨壤群落和人工林)进行生态监测, 同步对叶片功能性状及沉积物的理化指标进行测定, 揭示林下老鼠簕的种群分布格局、无性繁殖扩散动态和生态策略, 阐明高淤积背景下老鼠簕种群的疯长现象, 得到如下研究结果: 1) 老鼠簕成为林下单一优势种(重要值85.38%), 分布格局为聚集型(K<0), 且均匀分布(PAI=1, C<1); 2) 老鼠簕种群的成株在1991—2011年间呈现为从无到有、先增后减的慢速扩张态势, 2011—2019年以极快的速率增长(从约0.03 株/m² 增至16.84±13.11 株/m²), 2023年密度增长趋势放缓(增至17.26±7.03 株/m²); 3) 无性繁殖是老鼠簕种群扩散的主要方式之一, 林下老鼠簕的克隆型为匍匐茎型, 克隆构型为游击型, 间隔子平均长度为41.26± 32.92 cm, 间隔子增长速率为1.29±0.66 cm/月, 体现其在面对林下弱光照生境时形成的扩展生长模式(逃避策略); 4) 在高淤积的区域, 老鼠簕扩散的生态策略从CS策略向C或 CR策略转变, 表现为更高冠层高度(株高), 且大多呈现匍匐扩展态势。研究结果可为红树林生态风险的早期预警提供数据参考。 

为深入理解大清河流域地下水环境质量及其动态变化, 调查大清河流域地下水中20种重金属和40种有机微污染物的检出及分布情况。结果显示, 大清河流域地下水的水质整体上较好, 77.19%的监测站点符合地下水Ⅲ类水质标准。然而, 重金属和新型有机物对区域水安全仍然构成潜在威胁。超标重金属组分有10项, 超标率最高的两种重金属为锰和铁, 浓度范围分别为ND~1421.00和ND~42300.00 μg/L; 超标的新型有机物主要为1,2-二氯乙烷和莠去津, 浓度范围分别为ND~90.00和ND~2.86 μg/L; 总挥发性有机物、总多环芳烃和总农药浓度范围分别为ND~90.00, ND~0.01和ND~3.91 μg/L。山前和平原地区地下水中的个别种类重金属(银和镉等)浓度存在显著差异, 不同含水层类型(潜水和承压水)的农药和多环芳烃类物质浓度存在较明显的差异。土壤属性和矿物分布等自然环境条件是地下水中重金属赋存的主要影响因素, 农业生产活动和生活废水排放是有机微污染物的主要来源。总的来说, 平原区地下水的饮用水适用性水平高于山区。研究结果揭示了中国典型城市群地下水环境的演化特征, 强调了关键水源区地下水质量保护的意义。

以白坭河流域为研究对象, 基于MixSIAR模型, 定量地解析污水处理厂尾水、溢流污水、农业源、土壤氮及城市面源的硝酸盐贡献特征, 并通过通量核算, 验证模型可靠性。结果表明, 污水厂尾水是硝酸盐的主要来源(67.5%), 其次为土壤氮(13.7%)、农业源(12.6%)和溢流污水(4.7%), 城市面源的贡献较低(1.1%)。污染源贡献呈现显著的时空分异, 丰水期污水厂尾水排放占54.0%, 农业和土壤氮分别为18.3%和19.5%; 平水期污水厂尾水排放贡献提高至61.8%, 农业与土壤的贡献明显降低。主河道和下游支流区域均以污水厂尾水排放为主, 分别占55.4%和57.1%, 入境断面农业贡献则明显升高至25.7%。同位素特征及溶解氧数据表明流域反硝化作用较弱, 污水厂尾水与污水管网溢流导致的未处理污水直排是河流氮素的主要来源, 因此应加强管网维护, 推进雨污分流, 减少污水溢流对水体的污染。

为深入了解海–气界面CO₂通量的国际研究动态, 基于Web of Science数据库, 运用CiteSpace和VOS-viewer软件, 对1980—2023年相关文献进行可视化分析。结果表明, 发文量总体上呈上升趋势, 可分为萌芽期、快速增长期和稳定增长期3个阶段; 美国、德国、英国、法国和中国为主要研究力量; 研究方向从单因素对通量的影响向多因素耦合影响转变, 从局部研究向全球视角扩展, 从基础理论向应用研究深化; 研究热点集中在海–气界面CO₂通量的空间分布特征、动态变化的关键过程和驱动因子及其对全球气候变化与人类活动的响应。研究前沿多围绕多源遥感数据融合与机器学习算法展开, 用于模拟海表CO₂分压、估算通量及定量分析气候变化响应。未来的研究应聚焦高分辨率观测、多源数据融合、机器学习与大数据分析、区域和近海环境研究以及气候变化与海洋碳循环的反馈机制, 同时加强跨学科协作和国际合作。研究结果可为理解全球碳循环、预测气候变化趋势及制定碳减排策略提供参考。

基于水化学分析、宏基因组技术及多元统计分析, 系统地研究滇池氮污染状况、氮代谢功能基因与氮代谢细菌的空间分布及其驱动因素。结果表明, 滇池草海的溶解性总氮浓度(4.09 mg/L)显著高于外海(1.48 mg/L), 分别以硝态氮和可溶性有机氮为主。氮代谢基因呈现显著的空间异质性, 草海中氮异化还原和反硝化基因的相对丰度较高, 而外海中氮同化还原和氨化作用相关基因占据优势。滇池水体中氮代谢细菌主要由变形菌门、拟杆菌门和蓝细菌门构成, 其中产毒蓝细菌Planktothrix和Microcystis是主要优势属。Mantel分析和Spearman相关性分析表明, 总氮、硝态氮、铵氮和水温是影响氮代谢基因及氮代谢细菌群落的关键环境因子。

构建交通运输与重大生产力布局适配理论, 采用多源大数据, 评估中国交通运输体系与重大生产力布局适配特征。结果表明, 当前我国交通运输体系各维度(设施建设、服务水平、服务效益和服务质量)与重大生产力布局的适配性整体上较低, 其中西北、西南及东北地区的适配性较差, 而东部沿海和中部地区相对较好, 但部分城市存在失调问题。进一步预测2030年我国公路、铁路和航空等主要交通的运输需求规模与分布格局, 提出“三带六区、三类多片、四型多网、五极九轴”的适配战略, 从“点、线、网、面”多维度促进交通与生产力的深度融合。研究结果可为优化国家综合立体交通网布局, 打造多中心、网络化国土空间格局, 以及构建海陆通道新格局等提供决策参考。

采用负性情绪量表(DASS-21)、工作–家庭支持量表和心理资本量表, 对浙江省某市935名民警进行调查。采用潜在剖面分析方法, 探索民警工作–家庭支持的潜在剖面特征, 并探讨工作–家庭支持类别与负性情绪的关系, 以及心理资本在其中的中介效应, 得到如下结果。1) 民警感知到的工作–家庭支持存在6类剖面(Entropy = 0.89, LMR p = 0.05, BLRT p < 0.001) ——低支持(5.03%)、中等支持(20.43%)、中高支持(43.00%)、工作主导支持(5.24%)、家庭主导支持(7.81%)和高支持(18.50%)。2) 随着工作–家庭支持水平升高, 民警抑郁、焦虑和压力等负性情绪水平显著降低。3) 以低支持类型作为参照组, 心理资本在民警工作–家庭支持与负性情绪之间起中介作用。

系统地梳理城市森林植物物候变化特征及其驱动因素相关文献, 结合植物物候事件与鸟类鸣声时空格局耦合关系的研究, 归纳和总结城市化背景下城市森林植物影响鸟类鸣声多样性的内在机制, 得出如下主要结论: 1) 城市森林植物物候通过改变食物资源动态、栖息地特征及种间竞争格局, 直接或间接地影响鸟类鸣声多样性; 2) 城市森林鸟类通过发声行为适应性地调整与鸣声表型的可塑性变化, 应对物候驱动的资源竞争压力。在未来的城市森林植物物候对鸟类鸣声多样性研究中, 需重点关注鸟类鸣声的季节性变化。可依托新兴监测技术, 搭建物候–声学复合监测网络, 深入解析城市森林植物物候与生物多样性之间的多维度机制。同时, 开展多角度的跨领域合作, 应对城市化进程中生物多样性保护的复杂挑战。