当期目录

        
    2024年 第60卷 第3期 刊出日期:2024-05-20
    2024年第3期目次
    2024, 60(3):  0. 
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    基于分层融合策略和上下文信息嵌入的多模态情绪识别
    孙明龙, 欧阳纯萍, 刘永彬, 任林
    2024, 60(3):  393-402.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.034
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    现有的多模态融合策略大多将不同模态特征进行简单拼接, 忽略了针对单个模态固有特点的个性化融合需求。同时, 在情绪识别阶段, 独立地看待单个话语的情绪而不考虑其在前后话语语境下的情绪状态, 可能导致情绪识别错误。为了解决上述问题, 提出一种基于分层融合策略和上下文信息嵌入的多模态情绪识别方法, 通过分层融合策略, 采用层次递进的方式, 依次融合不同的模态特征, 以便减少单个模态的噪声干扰并解决不同模态间表达不一致的问题。该方法还充分利用融合后模态的上下文信息, 综合考虑单个话语在上下文语境中的情绪表示, 以便提升情绪识别的效果。在二分类情绪识别任务中, 该方法的准确率比SOTA模型提升1.54%。在多分类情绪识别任务中, 该方法的F1值比SOTA模型提升2.79%。
    MFA-SGWNN: 基于多特征聚合谱图小波神经网络的僵尸网络检测
    吴悔, 陈旭, 景永俊, 王叔洋
    2024, 60(3):  403-412.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.035
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    在僵尸网络攻击中, 由于伪装后的僵尸网络流量数据特征与正常流量数据特征过于相似, 使得传统的检测方法难以准确地进行区分。为解决这一问题, 提出一种基于多特征聚合谱图小波神经网络的方法(Multifeature Aggregation Spectral Graph Wavelet Neural Network, MFA-SGWNN), 将流量的属性特征与空间特征相结合, 能有效地捕获隐藏的感染主机流量特征, 增强僵尸网络节点的特征表示, 同时规避了数据样本不平衡和恶意加密流量对检测的影响。在ISCX2014僵尸网络数据集和CIC-IDS 2017 (僵尸网络)数据集上的实验结果表明, MFA-SGWNN检测效果优于现有方法, 具有更强的鲁棒性和泛化能力。
    基于标签语义信息感知的少样本命名实体识别方法
    张越, 王长征, 苏雪峰, 闫智超, 张广军, 邵文远, 李茹
    2024, 60(3):  413-421.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.036
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    在少样本命名实体识别方法中, 目前广泛应用的方法是基于原型网络的两阶段模型。但是, 该方法未充分利用实体标签中的语义信息, 且在距离计算中过度依赖实体类型原型向量, 导致模型泛化能力差。针对这些问题, 提出一种基于标签语义信息感知的少样本命名实体识别方法。该方法是一种先进行实体跨度检测, 再判断实体类型的两阶段方法。在构建实体类型原型向量时, 将对应实体类型包含的语义信息考虑在内, 通过维度转换层将其与原型向量相融合。在对新样本进行实体识别时, 将实体类型的正负样本与实体类型原型向量组成实体类型三元组, 依据样本到三元组的距离对其进行分类。在多个数据集上的实验结果证明, 该模型的性能比以往的模型有较大的提升。
    人体穿戴髋关节助力外骨骼的行走运动学分析
    刘玉, 黄岩, 周志浩
    2024, 60(3):  422-430.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.032
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    针对现有下肢助力外骨骼研究中缺少对关节层面的运动学分析以及缺少对髋关节外骨骼助力机制的研究这一现状, 对一款髋关节助力外骨骼在多种助力模式下的运动进行采集和分析, 得到被试在不穿戴外骨骼、外骨骼零助力、外骨骼低助力、外骨骼中助力、外骨骼高助力和外骨骼阻力共6种模式下的运动数据, 并通过逆运动学计算和数据分析, 得到关节角度曲线和步态特征。实验结果在关节层面明确了髋关节外骨骼的助力机制, 可为助力外骨骼的设计和运动控制提供参考。
    1981—2020年中国风速变化及其与大气环流的关系
    朱国营, 赵昕奕
    2024, 60(3):  431-441.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.029
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    基于1981—2020年中国地面气象站观测数据, 利用分段线性回归模型、Theil-Sen斜率估计、Mann-Kendall趋势检验以及逐步回归模型等方法, 探究近40年中国近地面风速变化的区域差异及其与大气环流的关系。结果表明, 1981—2020年的风速整体上呈下降趋势, 西风、东风、南风和北风的风速下降幅度分别为−0.08, −0.06, −0.14和−0.14 (m·s−1)/10a; 不同时期风速的变化趋势有差异, 在拐点年份前呈下降趋势, 在拐点年份后呈上升趋势, 且南风和北风的平均风速上升幅度大于西风和东风; 不同区域和不同方向的风速变化存在差异, 中国北部(西北、华北和东北地区)南风和北风的平均风速在2012年前后从下降趋势转为上升趋势, 中国南部(华南地区) 4个方向的平均风速在1990年前后从下降趋势变为上升趋势; 大气环流与中国区域近地面风速的变化具有较强的相关性。亚洲极涡强度的年际变化指数在逐步回归模型中被保留的频率最高, 与风速正相关, 对中国北部风速的影响大于中部和南部; 太平洋年代际振荡指数在逐步回归模型中被保留的频率最高, 与风速负相关, 对中国南部风速的影响显著小于北部和中部。
    基于背景噪声反演华南块体岩石圈三维S波速度结构
    吕杰, 陈永顺, 郭震
    2024, 60(3):  442-452.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.018
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    利用背景噪声方法, 对布设在华南块体及其周边区域数个流动地震台阵中共704个地震台站的连续数据进行分析, 反演得到华南岩石圈的三维S波速度结构。结果表明, 地表附近S波速度结构与华南块体的地表构造高度相关, 低速异常区集中在四川盆地和江汉盆地等沉积层较厚的区域。江南造山带的中上地壳呈现明显的高速异常, 该高速异常即为华夏块体与扬子块体的分界区域。华夏块体中地壳低速异常区与该区域广泛分布的中生代花岗岩对应较好。华南上地幔岩石圈的东部与西部存在显著的速度差异, 西部呈现显著的高速异常, 反映西部四川盆地底部稳固的克拉通结构; 上地幔的低速异常揭示华南东部岩石圈因太平洋板块俯冲的影响而明显减薄(<70 km)。推测华夏块体以琼州海峡为中心的上地幔显著低速区可能对应海南地幔柱的热物质上涌。
    基于无监督神经网络匹配算法的叠前表面多次波压制方法
    刘立超, 胡天跃, 李徯徯, 刘依谋, 梁上林, 黄建东
    2024, 60(3):  453-463.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.031
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    为了有效地压制海上地震勘探数据中的表面多次波, 实现勘探目标的正确成像, 提出一种基于无监督神经网络的叠前表面多次波匹配算法, 将神经网络方法与表面相关多次波压制方法相结合, 通过设定学习率不断下降, 用无监督神经网络取代匹配滤波算子, 对叠前地震数据进行表面多次波的压制, 既不需要传统的匹配算法, 也不需要在标签数据集上进行训练。在简单合成数据、Sigsbee模型数据和实际数据上的应用结果验证了该方法对表面多次波压制的有效性。
    中国台湾岛流域地貌对构造活动的响应
    郭晓非, 李江海
    2024, 60(3):  464-474.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.004
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    基于SRTM DEM 30 m数据和ArcGIS软件, 提取台湾岛的水系和流域盆地, 计算得到台湾岛的地貌参数(坡度、地形起伏度和面积–高程积分(HI)值), 并分析台湾岛水系分布对活动断裂的响应情况, 得到以下结论: 1) 台湾岛河流受构造活动控制, 以中央山脉为分水岭, 西侧河流的南部水系为纵向流动, 北部水系为横向流动, 中央山脉以东的河流均为东西流向; 2) 台湾岛的HI值整体上呈现中间高、两边低的趋势, 与海拔大体上呈正相关关系, 沿逆冲断层边界, 不同构造地质单元的HI值东西两侧差异明显; 3) HI值可以反映台湾岛造山带的生成时序, 流域盆地受构造抬升运动影响时间越长, HI值越大。
    塔里木盆地西北缘寒武系第二统肖尔布拉克组内的颤藻化石
    李佳益, 董琳, 石开波
    2024, 60(3):  475-488.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.016
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    通过岩石切片观察, 在新疆塔里木盆地西北缘寒武纪第二世的肖尔布拉克组白云岩中发现大量丝状蓝菌化石, 共鉴定出可归入颤藻目的丝状蓝菌类化石3属4种, 包括Obruchevella meishucunensis, Oscillatoriopsis longa, Oscillatoriopsis sp.和Siphonophycus typicum, 均为肖尔布拉克组内的首次发现。化石保存精美, 可以观察到Obruchevella内清晰的三层结构, 即钙化的胶质鞘、有机质的管体壁和管内黑色丝状物, 对这类化石的内部结构和鉴定特征起到补充作用。此次发现的颤藻化石丰富了肖尔布拉克组的生物多样性, 为塔里木盆地的化石研究和生命演化研究提供了新材料。
    柴达木盆地西北缘尖顶山和黑梁子背斜的几何学与运动学特征分析
    彭路赢, 杨屹洲, 张军勇, 吴磊
    2024, 60(3):  489-502.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.019
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    选取青藏高原北部柴达木盆地内尖顶山和黑梁子背斜作为研究对象, 基于遥感影像和地震剖面, 解释并分析该背斜构造带的地表次级断裂以及地下构造的变形样式与运动特征。遥感影像显示, 尖顶山背斜的大部分地表次级断裂从北西走向的压扭断裂向东南方向过渡为南北走向的正断层, 而黑梁子背斜的地表次级断裂为北北东走向的左行张扭断层。地震剖面显示, 尖顶山和黑梁子背斜由上部逆冲滑脱断裂和下部基底正花状构造组成, 深层与浅层的变形解耦主要受新生界下部路乐河组的膏盐层影响。结合地表次级断裂和地下基底断裂的平面展布样式、运动特征以及沿走向的变化, 认为尖顶山和黑梁子背斜为右行压扭构造, 推测在印度板块与欧亚大陆汇聚的背景下, 柴达木盆地内部在持续缩短变形的过程中发生向东的差异性挤出, 从而形成一系列压扭性质的背斜构造。
    中国新疆地区考古陶片的古地球磁场强度研究
    李能韬, 周庭红, 黄宝春
    2024, 60(3):  503-512.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.021
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    使用改进的Thellier-Thellier双加热方法, 对来自新疆昌吉、喀什以及塔什库尔干等地的考古陶片样品进行系统的古地球磁场强度实验和岩石磁学实验。结果显示, 部分样品携带稳定的原生剩磁, 从中获得约1000BC至约1200AD之间的地球磁场强度数据。经过各项检验和校正后, 得到约5×1022~11×1022 Am2的虚轴向偶极矩(VADM)数据, 与同时期中国其他地区的VADM数据大致处于同一区间, 但是变化幅度较大, 与全球地磁场模型SHAWQ2k存在不一致之处。将所得数据与约800AD的中东地区古地球磁场强度峰值以及约200AD的东亚地区古地球磁场强度峰值进行比较, 拟合结果表明, 中国新疆地区可能在约540AD时存在一个古地球磁场强度高峰, 达峰时间介于东亚地区与中东地区之间。这一结果与非偶极子场的西向漂移特征相符, 进一步说明该古地球磁场强度高峰可能与地球外核结构的演化相关。
    滑坡位移预测模型补充评价方法
    田原, 常啸寅, 赵文祎, 程楚云, Bronte Scheuer, 邓杨兰朵, 马睿平, 张建学
    2024, 60(3):  513-520.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.022
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    针对目前滑坡位移预测模型评价方法中总体性指标区分能力不足, 以及对滑坡高风险期预测效果评价不准确等问题, 设计滑坡位移预测模型快速位移期综合误差(CERDP)和峰值预测误差(PPE)两个补充评价指标以及对应的补充评价技术流程。基于滑坡监测数据的实例研究表明, 所提补充评价指标和应用流程合理可行, 可以有效地应对均方根误差(RMSE)等指标差异不显著带来的评价不准确问题, 遴选出总体性能可靠, 在风险时段和最高风险时点表现更好的模型, 为滑坡风险管理工作提供有效的技术支持。
    高铁地震波场的高精度密集观测及应用前景: 基于通讯光缆的观测和处理结果
    何向阁, 石永祥, 苏青青, 张敏, 卢海龙
    2024, 60(3):  521-527.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.033
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    利用高清分布式光纤声波传感(HD-DAS)系统, 进行高铁地震波场的高精度分布式采集。传感单元采用结构简单、成本低廉的通信光缆即可实现很好的监测效果, 可以方便地根据实际环境进行布设, 大大提高了野外观测的效率。采用多光缆并行布放, 信号叠加后可有效地抑制噪声, 提高高铁地震信号的信噪比。对HD-DAS系统采集到的高铁地震信号进行数据分析, 发现高铁地震信号呈现分立谱特性。通过分析地震波信号的衰减规律, 并通过频率–波数谱得到地震波在近地表的传输速度, 表明光纤采集的高铁地震波信号可用于探测地下结构, 并进一步实现对介质状态变化的监测, 从而保障高铁的运行安全。
    气候变化背景下黑河流域“三生”空间转型对生态环境质量的影响
    邹易, 赵一阳, 蒙吉军
    2024, 60(3):  528-538.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.009
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    选择中国西北干旱区黑河流域为研究对象, 以ArcGIS10.6和Mathematica 8.0为研究平台, 分析1990—2020年“三生”空间转型的时空格局, 结合植被指数(NDVI)和土壤盐度指数(SI)分析生态环境质量的时空变化, 通过建立混合效应模型与归因分析模型, 分离气候变化背景下“三生”空间显性与隐性转型对生态环境质量变化的贡献, 得到如下结果。1) 黑河流域强弱生态空间各占28.12%和65%, 生活和生产空间仅占6.88%; 30年间生活和生产空间各增长0.32%和0.96%, 强弱生态空间之间转换频繁(72.8%)。生态环境质量变化以2000年为转折点, 由下降变为持续好转趋势。2) “三生”空间显性转型和气候变化对生态环境质量变化的贡献分别为39.8%和36.6%, 降水对生产与生活空间的生态环境有主要贡献, 气温则对生态空间环境质量存在非线性影响, 隐性转型对生态环境变化的贡献率为23.6%。3) “三生”空间转型对生态环境的空间异质性影响更强, 而气候变化对生态环境的时间异质性影响更强, 中游地区生态环境质量同时受显性与隐性转型影响, 下游则主要受隐性转型影响。研究结果可为黑河流域的国土空间优化和生态系统管理提供科学依据。
    喹诺酮类抗生素对氢氧化细菌脱氮性能的影响途径与机理研究
    王希菘, 石刚, 丁凌云, 张曜宇, 张善发, Maurycy Daroch, 陶虎春, 张丽娟
    2024, 60(3):  539-547.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.010
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    针对一株氢氧化细菌Ideonella sp. TH17进行污水生物脱氨氮研究, 并应用分子生物学技术解析两种典型喹诺酮类抗生素及其混合物对TH17氨同化的影响途径和机理。结果表明, 低浓度(5 μg/L)喹诺酮类抗生素对TH17脱氮性能具有促进作用, 浓度升高则出现抑制作用, 混合抗生素削弱了高浓度抗生素对TH17脱氮性能的抑制作用。在5 μg/L喹诺酮类抗生素胁迫下, TH17氨同化基因表达上调, 氨同化酶和抗氧化系统酶活性提升。同时, TH17抗性基因表达上调, 增加了细胞的抗生素耐受性。进一步地, TH17胞内氨基酸、嘌呤和生物素代谢等通路显著上调, 为氮代谢提供能量、底物和辅酶, 最终提升了氨同化性能。研究结果从基因、酶和代谢物分子水平上揭示了低浓度喹诺酮类抗生素对TH17脱氮性能的影响途径与机理, 可为污水生物脱氮新技术的开发和应用提供理论支撑。
    1998—2019年三峡水库总磷浓度与形态变化及通量汇算
    娄保锋, 余明星, 黄波, 杨妍, 林晶晶
    2024, 60(3):  548-562.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.027
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    研究1998—2019年三峡水库磷浓度及形态变化, 并进行通量汇算。研究时段分为3个阶段: 1998—2002年(阶段I, 三峡水库运行之前)、2003—2012年(阶段II, 过渡时期)和2013—2019年(阶段III, 三峡水库实现175 m正常蓄水位, 且金沙江下游段向家坝水库运行后), 以阶段I和III为重点时段进行对比分析。结果表明, 随着三峡成库、水位抬高及金沙江向家坝水库和溪洛渡水库的运行, 三峡水库悬浮泥沙浓度值已降至很低(常年回水区2013—2019年均值为42 mg/L, 丰水期均值为96 mg/L)。22年间, 泥沙入库量和出库量皆呈下降趋势。三峡成库后的2003—2012年, 泥沙淤积量巨大(平均1.546 亿 t/a); 向家坝成库后的2013—2019年, 泥沙淤积大为减少, 淤积量仅为2003—2012年的37%。2013年是三峡库区磷污染程度由加重趋势至减轻趋势的拐点, 之后三峡水库总磷和溶解态磷浓度皆呈显著下降趋势。三峡水库磷的主导形态由颗粒态变为溶解态, 溶解态磷占比由成库前的39%上升为2017—2019年的 69%。2004—2012年是总磷滞留的高峰期, 期间总磷入库量大且年际波动大, 约60%的磷随泥沙发生沉降, 年均滞留量为8.222 万 t/a; 2013—2019年, 总磷入库量大幅度减小且年际波动变小, 入库和出库磷通量趋于平衡。总磷、溶解态磷和颗粒态磷通量均表现为丰水期>平水期>枯水期。河流泥沙总磷浓度与泥沙含量正相关的实质是颗粒态磷浓度与泥沙含量的正相关。总磷浓度、通量和形态发生变化的主要驱动力是泥沙含量下降和磷污染控制。
    基于光腔衰荡光谱技术NO3和N2O5在线测量系统的表征与应用
    张田甜, 左澎, 马璟钰, 叶春翔, 林伟立, 朱彤
    2024, 60(3):  563-574.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.030
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    报道自主研发的基于光腔衰荡光谱技术的大气NO3/N2O5在线测量系统及其参数表征结果。在时间分辨率为1 min的情况下, NO3和 N2O5最低检测限分别为1.7×10−12和2.9×10−12。在采样流量6 L/min和使用1天滤膜的情况下, 利用标准源实验确定NO3和N2O5的采样损耗分别为17.0%和18.0%。Allan方差分析结果表明, 在60~100 s积分条件下可获得较好的系统稳定性。在北京城区开展大气 NO3和N2O5观测, 结果表明测量系统可以满足大气环境中NO3及N2O5的高灵敏度测量。
    中国三大粮食作物耕地生态系统碳足迹分析
    李亚宁, 吴秀芹
    2024, 60(3):  575-584.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.026
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    相关文章 | 计量指标
    基于2006—2019年全国NPP、三大粮食作物分布和农业生产投入等统计数据, 对中国三大粮食作物的碳汇量、农业碳排放量和碳足迹进行估算, 并分析三大粮食作物碳汇量的时空格局。结果表明, 1) 2006—2019年全国三大粮食作物总固碳量持续增加, 其中水稻、玉米和小麦的固碳量分别占41.92%, 38.62%和19.46%; 三大粮食作物的固碳量远超出农田生产要素引起的碳排放量, 两者之比为5.37:1, 表明全国农田生态系统具有较强的固碳能力; 2) 全国农业碳排放总量持续增加但增速下降, 化肥和柴油是主要碳源; 3) 三大粮食作物耕地生态系统表现出较大的碳生态盈余, 2019年碳足迹为17.55×106 hm2, 占耕地比例为18.62%, 即三大粮食作物耕地系统生产排放的CO2降低至需要全国不到1/5的三大粮食作物耕地来消纳。研究结果有助于明晰耕地生态系统在碳循环中的地位, 对促进农业碳减排, 全国2030年实现“碳达峰”, 2060年实现“碳中和”的战略提供科学依据。