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    2024年 第60卷 第4期 刊出日期:2024-07-20
    2024年第4期目次
    2024, 60(4):  0. 
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    相关文章 | 计量指标
    基于肌肉协同和肌肉力相对关系的人体行走下肢肌肉力计算方法
    张岭, 黄岩, 王启宁
    2024, 60(4):  585-596.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.050
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    针对现有计算肌肉力的方法中缺乏对运动过程中肌肉协同机制和肌肉力相对关系考量的问题, 提出一种基于行走过程中肌肉力相对关系与肌肉协同的肌肉力计算方法。该方法在二次优化的基础上, 将人体行走过程中一段时间的肌肉力以及不同肌肉收缩力之间的关系纳入逆动力学计算中。在所建立的肌肉骨骼模型的基础上, 利用该方法得到行走过程中下肢主要肌肉的肌肉力, 计算结果可以有效地反映人体运动规律以及行走过程中的肌肉协同机制。该计算方法可为人体运动形成机制、运动康复与训练以及仿人机器控制等提供理论依据。
    轮式移动机器人的反演二次滑模优化轨迹跟踪控制策略研究
    马梓竣, 张欣刚, 张树翠, 姚文莉
    2024, 60(4):  597-606.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.011
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    为提高轮式移动机器人(WMR)轨迹跟踪控制的精度, 提出一种反演二次滑模优化控制策略。首先, 基于WMR的运动学与动力学模型, 设计运动学反演滑模控制器和动力学反演积分滑模控制器, 并通过Lyapunov稳定性理论证明控制器的稳定性。然后, 利用粒子群优化(PSO)算法, 对控制器的参数寻优。最后, 考虑外部扰动以及系统输入饱和的情况, 利用Matlab/Simulink对该控制策略进行仿真验证。结果表明, 所提出的控制策略在保证系统鲁棒性和实时性的同时, 还提高了系统的控制精度。
    定量研究地球轨道参数和温室气体浓度变化对中全新世气候的影响
    亢一博, 杨海军
    2024, 60(4):  607-614.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.039
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    依据最新的古气候耦合模式比较计划(PMIP4)协议, 利用完全耦合的气候模式CESM1.0, 研究中全新世与工业革命前气候的差异, 量化地球轨道参数(ORB)和温室气体(GHG)对中全新世气候变化的影响。3个模拟试验结果表明, 与工业革命前相比, 中全新世北半球高纬度地区气候偏温, 全球其他地区气候偏冷, 北半球大部分地区更湿润, 南半球则较为干燥; ORB导致全球中高纬度地区升温, GHG在降低全球气温和减少中高纬度地区降水方面发挥作用; 这种差异引起大气和海洋环流的变化, 导致地球经向热量输送的差异; 就总经向热量输送的变化范围而言, ORB对气候的影响大约是GHG的5倍。研究结果对深入了解中全新世气候及其对不同外部强迫的响应有积极意义。
    云南地区介质衰减、场地响应及震源参数研究
    杨周胜, 杨晶琼, 张会苑, 秦敏, 许亚吉
    2024, 60(4):  615-625.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.055
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    利用云南区域地震台网2012—2023年的地震波形记录, 采用联合反演方法, 获得研究区的介质衰减Q值、67个台站的场地响应以及区内ML 2.0以上2819次地震的震源参数。结果显示, 在三段地震波几何衰减模型基础上, 非弹性衰减模型较准确地反映了云南地区构造复杂、地震活动性较强的特征。在研究区67个台站中, 场地响应总体上没有出现明显的放大效应, 但存在显著的高频衰减现象。在卓越频段1~6 Hz, 场地放大倍数大多为1~4 倍; 在10 Hz以上高频段, 场地的衰减幅度大多在0~95%之间。其中, 12个台站的场地响应值在1 附近波动; 4个台站的场地响应值在低频段接近1, 在高频段放大; 5个台站的场地响应值整体上略小于1; 46个台站出现低频段稍微放大, 高频段衰减的现象。各震源参数的相关性分析结果表明, 地方性震级与矩震级、地震矩、应力降、视应力及辐射能量均正相关, 与拐角频率负相关。滇西漾濞、盈江、芒市地震余震区及滇南红河断裂南段是中小地震应力释放水平相对较高地区, 沿金沙江–红河断裂带, 尤其是滇南红河断裂带南段沿线则是高应力降地震集中的区域, 说明这里的断层可能受到相对较强的构造剪应力作用。
    山东寒武系崮山组褶颊虫类三叶虫Jiulongshania acalla个体发育过程中的头盖形态变化及其生态学意义
    秦树健, 董琳
    2024, 60(4):  626-638.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.040
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    基于大量采自山东济南唐王寨剖面寒武系崮山组的阿克利九龙山虫Jiulongshania acalla Walcott, 1905标本, 用传统的形态测量方法和几何形态测量方法, 对头盖形态特征进行度量和定量化分析, 揭示其在个体发育过程中的形态变化特点。研究结果显示, 在个体发育过程中, J. acalla鞍前区的生长速率最快, 头盖宽度的生长速率最慢, 头盖形态变化主要表现为头盖整体形态由半扁椭圆形向半长椭圆形转变, 鞍前区的宽度逐渐增加。推测三叶虫外骨骼形态的变化, 特别是头盖形态的变化, 可能与三叶虫的取食方式有关; J. acalla头盖标本在个体发育过程中的形态变化, 可能指示从幼虫到成虫取食方式的改变。
    膏盐岩–碳酸盐岩共生层系岩石微相及储层特征——以阿布扎比B油田侏罗系Arab组为例
    彭渝婷, 刘波, 石开波, 刘航宇, 付英潇, 宋彦辰, 王恩泽, 宋本彪, 邓西里, 叶禹
    2024, 60(4):  639-656.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.046
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    为探究膏盐岩–碳酸盐岩共生层系强非均质性问题, 基于岩芯及测井资料, 探究阿布扎比B油田Arab组岩石微相类型 , 分析各类微 相的储层特征及优质储层主控因素。Arab组可识别出12种微相类型(MF1~MF12), 微相类型及组合指示其为局限–蒸发背景下萨布哈潮坪–潟湖–障壁滩沉积体系。微相类型控制储层品质, 其中MF2及MF9~MF12孔喉较粗, 连通性好, 孔隙度和渗透率较高, 是储层发育有利微相类型。MF2和MF10发育白云岩储层, 储集空间以晶间孔、残余粒间孔及粒内溶孔为主; MF9, MF11和MF12发育颗粒灰岩储层, 储集空间以粒间(溶)孔、铸模孔及粒内溶孔为主。相对海平面的震荡性变化导致各沉积相带在纵向上的有序叠置, 不同沉积相带之间或同一沉积相带内微相类型及成岩作用的差异性是Arab组储层强非均质性的根本原因。障壁滩和潮上带是优质储层发育的有利相带, 其中障壁滩相优质储层原生粒间孔保持较好, 并叠加显著的早期暴露溶蚀, 导致次生孔隙的产生和孔隙结构的改善; 潮上带优质储层的发育受控于早期白云石化和准同生溶蚀作用, 白云石化改善孔隙结构, 有利于早期孔隙保存, 分散状硬石膏的早期溶蚀产生大量次生孔隙, 显著地改善了储层物性。
    一种基于硅传感器的空间中子探测器设计
    杨哲, 沈国红, 张斌全, 张珅毅, 常远, 荆涛, 权子达, 侯东辉, 孙莹
    2024, 60(4):  657-664.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.053
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    针对空间站轨道复杂的中子辐射环境, 设计一种中子探测器, 采用硅层叠结构, 利用核反冲法及核反应法进行中子的间接探测, 获取空间站轨道中子辐射的能谱信息。该中子探测器的探测范围指标为0.025 eV~10 MeV, 搭载于天宫空间站梦天实验舱的空间辐射生物学暴露实验装置上, 用于监测空间站低地球轨道的中子辐射环境, 获取在轨探测数据, 可为研究空间中子对生物体造成辐射效应的作用机理提供重要依据, 也可为研究次级粒子对航天器电子元件造成的单粒子效应提供必要的空间环境参数。
    一种基于自适应边界约束的高效遗传算法
    黄铭, 王龙波, 肖明虹, 傅毓, 左正康
    2024, 60(4):  665-672.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.049
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    针对遗传算法中用于多父体重组的系数向量缺乏高效生成方法的问题, 提出一种基于自适应边界约束(ABC)的高效遗传算法。该方法依据前一个系数的值, 自适应缩放后一个系数的边界, 可在任意多的父代重组情形下快速生成系数向量。在CEC2017标准数据集上的实验结果表明, 所提算法在29个复杂优化问题上的表现都优于经验概率分布(EDBF)算法。
    大尺度自然地理实体边界智能化提取方法——以大别山为例
    杨涵珺, 孙敏, 楼夏寅, 杨仕浩
    2024, 60(4):  673-681.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.045
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    为了解决语义明确但空间位置与分布范围并不明确的自然地理实体(PGO)在地图中的分布范围或边界表达问题, 提出一种PGO边界的智能化提取方法。首先利用给定的语义词, 自动搜索网络地图大数据; 接着在顾及PGO的连续空间分布特性基础上, 运用空间聚类算法确定PGO的大致范围; 然后利用PGO的几何特征(如山地的起伏变化), 运用特征识别算法, 进一步确定自然实体的分布范围和边界。考虑到此类实体的复杂性, 仅以山地(大别山)为例进行实证研究, 验证所提方法的有效性。
    长江入海热通量及其生态效应
    尹航, 杨善卿, 梁恩航, 李斌
    2024, 60(4):  682-690.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.025
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    通过对陆地卫星Landsat 5, 7, 8长时间序列遥感影像资料的提取和分析, 采用实用单通道算法反演1997—2016年长江入海口逐月的长序列水温数据集, 同时基于全球径流数据, 核算同期长江河口处的多年月均热通量, 分析其时空变化规律及对气候变化和人类热排放的响应特征。在此基础上, 结合全球海洋表面温度数据和哥白尼全球海洋颜色与生物–地球–化学数据集, 探究长江入海热通量变化对近海水温和近海生态环境的影响。结果表明, 长江河口热通量总值为77.5 EJ/年, 热通量的季节性变化明显, 对近海的热作用以输“热”为主, 显著强于其他典型大河系统, 预计年均向近海输入6.1 EJ的热量, 增温效应明显。相较海岸带, 长江口对近海水域温度的影响程度更大, 影响的空间范围更远。可将近海水温的空间影响划分为两个梯度, 即温度下降的河流强作用带(0~40 km)以及温度上升的海洋强作用带(40 km以上)。1997—2016年间, 长江口的近海水域温度整体上呈现先增后减的变化规律。进一步的分析表明, 长江河口热通量的变化对近海水温产生深刻影响(R2=0.7495), 同时与近海初级生产力密切相关(R2=0.9651), 说明长江对近海的热输入是调控近海热环境和生态环境的重要因素。
    基于“支付意愿法”和“优劣尺度法”的武夷山国家公园门票定价研究
    王奕, 丛丽
    2024, 60(4):  691-700.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.024
    摘要 ( )   HTML   PDF (505KB) ( )  
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    以武夷山国家公园为例, 使用游客支付意愿法(WTP)和优劣尺度法(BWS), 结合线性相关分析和二元logit回归分析等定量分析方法, 探究游客对武夷山公园的支付意愿以及影响因素。结果表明 , 通过BWS方法分析游客对国家公园门票的支付意愿具有可行性。游客整体支付意愿集中在61~150元, 通过Maxdiff模型得到游客支付意愿为77.04元。游客的支付意愿与游客的满意度以及在景区日平均消费之间正相关, 游客的整体满意度越高, 其支付意愿越高。日均花销、游客数量和景区基础设施等因素对支付意愿的影响较为显著, 日均消费越高的受访者的支付意愿更受游客数量和景区服务质量的影响。
    给水系统病毒群落及其潜在宿主和功能基因的分布特征
    莫秋月, 晏思岑, 陈琪, 陈天一, 吴宗治, 刘唐, 陈倩, 刘树枫
    2024, 60(4):  701-712.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2023.061
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    基于宏基因组测序, 对饮用水供应系统重要监测断面的病毒群落结构、潜在宿主和特定功能基因开展研究。结果表明, 该类系统中存在大量未知分类的病毒, 双链DNA病毒丰度为94%~100%。SiphoviridaeMyoviridae等噬菌体是已知病毒的主要类群。常规净水工艺和深度处理可降低病毒物种丰富度、多样性和潜在活跃度, 经过输配管网后, 丰富度和多样性有所回升。水处理过程抑制了病毒作为辅助代谢基因交换媒介的作用, 水源地病毒主要携带与能量代谢、糖类/氨基酸/辅因子合成有关的多样化基因, 可提高细菌宿主的新陈代谢能力。常规净水工艺处理后, 病毒主要编码青霉素结合蛋白辅助代谢基因。值得注意的是, 长期置于医院环境的样本中携带抗生素抗性基因的病毒丰度(35%)远远高于其他样本(≤ 2.6%), 且抗性基因种类更加多样化。研究结果阐释了饮用水处理过程、管网输配和环境风险暴露对病毒群落和功能的显著影响, 可为给水系统后续运营管理的优化提供理论依据。
    基于多源数据的北京生态涵养区生态产品供给与经济发展耦合协调度研究
    梁丽娜, 王洪佳, 冯慧懿, 唐秀美
    2024, 60(4):  713-722.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.041
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    结合生态涵养区的特点, 构建生态产品供给与经济发展两个系统评价指标体系, 采用综合评价法评估生态产品供给和经济发展状况, 采用耦合协调度模型分析北京市生态涵养区2019年生态产品供给与经济发展的耦合协调度及其耦合协调类型。结果表明, 2019年北京市生态涵养区各乡镇生态产品供给和经济发展差距较大, 生态产品供给能力的高值和较高值区域主要分布在怀柔区、密云区和延庆区, 经济发展水平较高的区域主要分布在各区的城镇以及靠近北京市近郊的乡镇。北京市生态涵养区各乡镇生态产品供给与经济发展的耦合度介于0.648~0.999之间, 处于高水平耦合阶段。耦合协调度值介于0.312~0.600之间, 耦合协调度内部差异较大, 整体耦合协调水平不高, 呈现较弱的耦合协调关系。北京市生态涵养区各乡镇生态产品供给与经济没有实现同步发展, 生态产品供给滞后型和经济发展滞后型的乡镇大约各占一半。建议北京生态涵养区应立足于不同的资源优势, 根据生态产品供给和经济发展状况采取不同的策略, 实现两者的互补和相互促进。
    红树林碳汇开发技术与碳交易对策
    杨芳, 王瑁, 王文卿, 李瑞利, 陈国贵, 陈泓璋
    2024, 60(4):  723-731.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.042
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    充分利用碳汇的经济学属性和碳交易市场机制, 科学地开发红树林碳汇并实现减排量交易, 可带来额外的经济收益, 对红树林的保护与恢复工作具有积极的推动作用。系统地梳理红树林碳汇概况、开发技术和碳交易现状及存在的问题, 提出相应的建议与对策: 1) 加强科学研究, 推动我国红树林碳汇项目开发方法学的持续落地; 2) 利用碳普惠市场机制, 扩展红树林碳汇开发途径; 3) 探索红树林碳汇交易及抵消方式, 提高红树林碳汇收益率; 4) 鼓励社会资本进入红树林碳汇开发和交易, 加强红树林的保护与修复。
    国土空间精细化管理视角下“三生”空间细分类型的演化特征与驱动机制研究——以河北省张家口市为例
    许月卿, 卢龙辉, 冀正欣, 黄安, 段亚明
    2024, 60(4):  732-744.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.051
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    从国土空间精细化管理视角, 以河北省张家口市为案例区, 构建“三生”空间细分类体系及其演化驱动机制分析框架, 系统地分析“三生”空间细分类型的演化特征与驱动机制, 将张家口市“三生”空间划分为城镇建成空间、乡村建成空间、农业种植空间、草地空间、林地空间、水域空间与裸地空间。结果表明, 1990—2020年, 除裸地空间外, 各类空间的空间布局相对稳定, 但均存在数量变化与空间转换, 特别是农业种植空间、林地空间和草地空间。张家口市“三生”空间演化是人类活动与地理环境综合作用的结果, 人类基于不同的需求开展各项生产、生活和生态活动, 直接推动“三生”空间的数量变化与空间转换, 地理环境则通过影响人类活动的区位选择与植物生长, 间接地决定“三生”空间演化的空间格局。
    城市污泥水热碳化影响因素研究
    王航, 刘阳生, 王殿常, 陈祥, 刘枫, 乔雪园, 李锟, 王先恺
    2024, 60(4):  745-757.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.043
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    研究污泥水热碳化过程中反应温度、反应时间和反应介质对污泥水热炭性质的影响。结果表明, 在酸性条件下, 水热碳化处理能够更好地去除污泥中的水分(水分去除率分别为酸性条件下42.8%~53.3%和中性条件下28.9%~45.2%), 其中污泥在240℃条件下进行1小时水热碳化反应后脱水效果最佳。随着反应温度和反应时间的增加, 脱水和脱羧反应更充分, 污泥水热炭的产率减少, H/C与 O/C比值降低。此外, 污泥水热碳化处理破坏了污泥的团聚体结构, 使水热炭表面产生孔洞和凹槽, 比表面积、孔体积和孔径均有所增加, 其中在中性、220℃的反应条件下, 污泥进行1小时水热碳化反应后得到的水热炭产物具有最高的比表面积(129.98 m2/g)和孔体积(0.66 cm3/g)。影响水热炭主要成分及晶型结构的因素排序为反应介质>反应温度>反应时间, 随着反应温度升高和反应时间延长, 水热炭中挥发分的含量降低, 固定碳和灰分的含量增加, 并且水热炭燃烧的主要放热区间在250~550℃范围内。
    土壤溶解性有机碳对气候变暖的响应研究进展
    秦文宽, 李晓杰, 王旭东, 朱彪
    2024, 60(4):  758-766.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.028
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    针对土壤溶解性有机碳(DOC)特性及其在气候变暖背景下的响应机制这一土壤碳循环研究的关键问题进行综述。首先阐述土壤 DOC的特性, 并总结其采集和测定方法。土壤DOC主要来源于土壤有机碳的溶解、植物根系和微生物分泌物与残体转化等过程, 其浓度和组成往往随土层深度和时间发生变化。多种采样方法(如负压法)与分析手段(如傅里叶变换离子共振回旋质谱仪)用于探讨土壤DOC对增温的响应及其机制。进一步梳理有关植物、微生物及土壤性质对土壤DOC特性的影响及其机制的文献, 认为增温不仅能直接改变土壤DOC的浓度, 还可以通过影响植物、微生物群落以及土壤理化性质等因素, 间接地改变土壤DOC的特性。未来的研究中应加强对土壤溶解性有机碳的土层迁移与时间动态的关注, 以便完善土壤碳模型, 提升未来气候变暖情景下全球碳循环过程变化的预测精度。
    面向碳中和的中国能源转型路径思考
    金之钧, 张川
    2024, 60(4):  767-774.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.017
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    基于气候变化与能源转型的背景, 论述中国能源转型过程中面临的能源结构以煤为主、能源需求刚性增长以及碳中和时间紧迫三大挑战, 重点探讨2060年一次能源结构中可再生能源占比80%技术路线在逻辑上的可行性。基于不同能源转型路径的对比分析, 指出中国碳中和路径的多元化特性, 提出综合考虑经济成本、环境代价以及系统可靠性的路径优选方法, 以期为实现碳中和以及能源转型目标提供理论基础和实践 参考。