本期目录
数学与物理学
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单晶钨辐照损伤的分子动力学研究
- 刘松畅, 余新刚
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2024, 41 (4):
452-460.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.087
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摘要 (
154 )
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在磁约束核聚变装置中，金属钨由于具有优良的物理化学性能被认为是目前最合适的面向等离子体材料，然而，有关金属钨在高能中子辐照下缺陷演化的研究尚不充分。鉴于此，采用分子动力学方法对单晶钨的辐照损伤演化进行大量模拟，考察入射能量、载荷和杂质原子对辐照演化过程，以及辐照缺陷对单晶钨力学性能的影响规律。结果表明：碳和氢原子在钨晶格中的滞留均在一定程度上增加了辐照缺陷的产生，而且，相比于氢，碳的影响更加显著；压缩载荷对辐照缺陷有一定的抑制作用，拉伸载荷则相反；辐照产生的Frenkel缺陷可以促进位错的发射，同时对位错的运动也具有阻碍作用。
化学与生物学
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基于卷积神经网络多尺度特征的大豆基因组表型预测
- 林昱彤, 王红, 柴团耀
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2024, 41 (4):
468-476.
DOI: 10.7523/j.ucas.2023.046
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摘要 (
319 )
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在育种中，常常通过利用单核苷酸多态性(SNPs)来预测表型以辅助育种，提高育种效率。传统的统计分析方法受到数据缺失等诸多因素的限制，在一些情况下效果不佳。针对此问题，提出一种利用多尺度特征进行植物性状预测的卷积神经网络模型(MSF-CNN)，该模型通过卷积提取3个不同尺度的SNPs特征，对植物性状数值进行回归预测，并通过对模型中SNPs的权重分析SNP位点的显著性。测试结果表明，与目前已知的其他方法相比，MSF-CNN模型在有基因型数据缺失值的数据集上表型预测的准确性更高。此外，通过显著性图研究基因型对性状的贡献，发现数个较显著的SNP位点。说明该深度学习模型可以更准确地预测定量表型，并能够高效识别与全基因组关联研究相关的SNP位点。
环境科学与地理学
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近20年黄河流域夏季土壤水分时空变化特征及驱动因素分析
- 张亚楠, 宋小宁, 冷佩, 高亮, 尹德伟
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2024, 41 (4):
477-489.
DOI: 10.7523/j.ucas.2023.041
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摘要 (
271 )
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利用2001—2020年的中分辨率成像光谱仪产品和全球陆地数据同化系统气象数据，基于“植被指数-地表温度”梯形特征空间模型反演黄河流域夏季的土壤水分，并采用Sen斜率与Mann-Kendall法以及地理探测器进行黄河流域的土壤水分时空变化格局及驱动因素分析。研究结果表明：黄河流域土壤水分在空间上具有明显的空间异质性，黄河源区和下游地区较为湿润，黄河中游相对比较干旱；2001—2020年黄河流域土壤水分含量在空间上主要表现为不显著增加和不显著减少变化趋势，分别占全流域面积的39.54%和58.01%，其中上游地区土壤水分增长速度最快；降水是黄河流域土壤水分时间变化的主导要素，气温和高程是影响黄河上游土壤水分空间变化的主要因子，归一化植被指数和降水是黄河中游土壤水分变化的主要驱动因子。
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基于OCO-2/3卫星的中国超大型燃煤电厂CO2排放量的遥感反演
- 郭文月, 石玉胜
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2024, 41 (4):
490-502.
DOI: 10.7523/j.ucas.2023.050
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摘要 (
290 )
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467
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基于轨道碳观测者2/3(OCO-2/3)卫星数据和高斯羽流模型对发电厂CO2排放量进行遥感反演。首先基于OCO-2(2014-09-06—2021-10-01)和OCO-3(2019-08-06—2021-10-01)数据检索中国超大型燃煤电厂(≥5 000 MW)附近图像，共在托克托、嘉兴、外高桥电厂附近识别到7个CO2羽流。综合利用3种大气背景值确定方法，经过高斯羽流模型估算的CO2排放量范围为43~77 kt/d，模型拟合的相关系数0.50~0.87。单个羽流的不确定性变化为8%~32%(1σ)，风速是最大的不确定性(6%~31%)，其次是背景值(5%~18%)、增强值(1%~21%)和羽流上升(1%~8%)。经验证，估算结果与碳监测行动、碳简报、全球电厂排放数据库等排放清单一致性较高(托克托：(76.48±15.75) kt/d、外高桥：(55.98±6.90) kt/d、嘉兴：(64.55±15.89) kt/d)。这项研究有助于监测点源碳排放，这不仅是电力行业开展碳减排的前提，也有助于针对性制定区域碳减排政策，从而减少人为碳排放。
地质与地球科学
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塔里木盆地北缘震旦系苏盖特布拉克组沉积相与物源演化——以塔北隆起XH1井为例
- 张玮, 胡俊成, 张玉修
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2024, 41 (4):
503-516.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.073
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摘要 (
128 )
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塔里木盆地北部的塔北隆起地区缺乏震旦系野外露头，导致对整个盆地北部的震旦纪地层发育和物源演化等认识不足。以XH1井苏盖特布拉克组岩心样品为研究对象，开展砂岩的碎屑组分、重矿物、碎屑锆石U-Pb-Hf同位素及稀土元素组成研究。测井曲线、岩心岩相变化和重矿物指标显示塔北隆起的苏盖特布拉克组为潮坪相。碎屑锆石U-Pb年龄分为2 900~2 400、2 300~1 600、1 100~900和750~580 Ma 4组，苏盖特布拉克组的最大沉积年龄不早于572 Ma。重矿物和碎屑锆石显示其母岩主要为酸性岩浆岩和少量基性-超基性岩，物源主要来自于盆地东北缘的库鲁克塔格地区，其次为北部的塔北隆起、东南缘阿尔金—敦煌地区，以及西南缘的西昆仑地区，少量来自中天山微陆块。大部分古元古代碎屑锆石的εHf(t)为负值，少量的碎屑锆石εHf(t)为正值，两阶段模式年龄TDMC介于3 474~2 360 Ma，主要来源于古元古代的古老地壳物质改造，少量来源于幔源岩浆输入或新生地壳的物源区。新元古代碎屑锆石εHf(t)主要为负值，两阶段模式年龄TDMC介于4 032~1 485 Ma，表明其物质来源于太古代至中元古代的古老地壳物质改造。塔里木北缘在震旦纪苏盖特布拉克期为碰撞背景。
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基于空气花粉表征的北京地区植物花期物候的区域差异
- 孙爱芝, 吴双双, 李雪银, 叶彩华
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2024, 41 (4):
517-523.
DOI: 10.7523/j.ucas.2023.011
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摘要 (
145 )
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空气花粉是不同时空纬度下物候学事件的有力佐证之一。利用北京地区2个研究点(怀柔区、石景山区)的伞蓬式花粉采样器采集2020年3月1日—5月31日期间的空气花粉，从空气花粉的角度研究春季开花植物花期物候的区域特征，并探讨开花始期和花期与气温的关系。研究结果表明：1)怀柔、石景山2个区域的春季空气花粉类型及含量存在一定的区域差异。怀柔区空气花粉分属18个科属，以柏科花粉最多(65%)，其次是杨属、松属、榆属和蔷薇科；石景山区空气花粉分属16个科属，虽仍以柏科花粉为主(41%)，但含量低于怀柔区，豆科、榆属和木樨科含量次之。2)2个区域春季主要开花植物的开花始期和花期也存在差异，表现为春季温度更高的石景山区植物开花始期除杨属(晚2 d)外，均早于怀柔区，平均早约7 d。3)同一区域不同时期随着气温的升高，春季开花植物开花始期、花期呈现明显的提前趋势。这与前人基于植物物候观测的结果基本一致，说明利用空气花粉监测也能很好地反映植物开花物候的时间和状态，可为植物物候学研究提供多学科和多角度的补充与参考。
电子信息与计算机科学
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SAR激励信号正交调制幅相不平衡预失真校正方法
- 贾颖新, 王岩飞
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2024, 41 (4):
524-532.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.079
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摘要 (
175 )
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模拟正交调制技术是合成孔径雷达(SAR)宽带激励信号产生中最常用也是最重要的技术手段之一，随着雷达系统瞬时带宽越来越大，模拟正交调制的IQ一致性特性无法仅依靠器件的对称特性来保证，而IQ不平衡在宽带雷达发射系统中带来的杂散失真会随着链路逐级恶化。针对上述情况，提出一种数字预失真补偿方法，通过对整个发射通道进行系统误差建模并搭建测试系统，能够提取包含正交调制IQ不平衡在内的整个发射链路上的所有幅相误差，并将幅相误差映射到数字基带信号输出的IQ支路上，通过数字预失真的方式补偿发射通道的幅相失真，使得输出的雷达激励信号具有接近理想的幅相特性。最后结合实际的雷达发射系统，利用预失真算法对整个发射链路进行失真校正，给出校正前后的测试对比结果，通过测试表明方法的有效性。
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基于发射波束旁瓣零陷的低轨卫星干扰规避策略
- 王海旺, 邹诚, 常家超, 邵丰伟, 姜泉江, 李国通
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2024, 41 (4):
541-549.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.068
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摘要 (
390 )
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随着宽带低轨卫星系统的迅速发展，Ku、Ka等通信频段逐渐趋于饱和，非静止轨道(NGSO)卫星在工作时难免对采用相同频率工作的静止轨道(GSO)卫星产生干扰。目前常采用空间隔离的策略来规避干扰，NGSO卫星始终会对共线区域产生最强的干扰，增大隔离角可以减少干扰但会大大损失卫星波束的有效覆盖范围。基于此，提出一种基于发射波束旁瓣零陷的干扰规避策略，通过建立LEO卫星坐标系将天线阵面按行、列阵元划分，在列阵元维度上采用稳健LCMV算法实现宽零陷，在行阵元维度上结合波束指向进行扩展，最终在共线区域方向上形成一条“零陷带”。通过仿真分析，所提策略能在规避共线干扰的同时有效减少LEO卫星的干扰规避隔离区，算法复杂度低，在卫星上易于实现。
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基于DQN的VDES异构星座兼容策略
- 王雪帆, 李宗旺, 梁旭文
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2024, 41 (4):
550-557.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.071
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摘要 (
136 )
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异构VDES(VHF data exchange system)星座采用相同的通信频率和时分多址通信机制，使得异构星座重复覆盖区域内存在大量由时隙冲突造成的同频干扰，严重影响通信质量。针对此问题，提出一种基于深度Q网络(DQN)的星座间兼容策略。基于VDES通信流程，设置船站作为资源信息中转节点，赋予卫星对通信环境的感知能力。在此基础上，将异构星座场景下的资源分配问题建模为强化学习问题，提出一种基于DQN的时隙资源分配算法。通过重构历史资源信息和当前资源信息，规划最优时隙资源分配方案，并根据结果对算法迭代优化。仿真结果表明，所提出的策略可以有效提高通信性能。
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考虑齿面摩擦的斜齿轮副时变啮合刚度计算方法
- 莫帅, 王冬冬, 胡效松, 刘志鹏
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2024, 41 (4):
558-565.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.069
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摘要 (
210 )
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斜齿轮由于具有传动平稳等众多优点，在高速重载场合广泛应用。斜齿轮副在啮合时，不可避免地受到摩擦力影响。因此在计算斜齿轮副的时变啮合刚度时，有必要将齿面摩擦计入其中。先通过切片法将斜齿轮切成直齿轮微元薄片，再根据能量法计算微元薄片的啮合刚度，最后沿齿宽方向进行积分累加，获取斜齿轮副精准时变啮合刚度。研究斜齿轮副时变啮合刚度在零摩擦、定摩擦和时变摩擦作用下的变化规律，揭示时变摩擦作用下齿面粗糙度、转矩、转速、齿宽等参数对斜齿轮副时变啮合刚度的作用机理。研究结果表明：在摩擦力的作用下，斜齿轮副时变啮合刚度会发生变化；定摩擦作用下，斜齿轮副的时变啮合刚度会减小，且定摩擦因数越大，时变啮合刚度越小；时变摩擦作用下，斜齿轮副的时变啮合刚度会随齿面粗糙度增大而减小，分别随输入转矩、转速和齿宽的增大而增大。
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基于规模化保育猪舍的全新风通风负荷计算模型及测试分析
- 汪斌, 胡志儒, 杨奇志, 王勇, 王金勇
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2024, 41 (4):
566-576.
DOI: 10.7523/j.ucas.2023.004
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摘要 (
136 )
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猪舍的全新风通风不仅能提升猪舍环境质量，还能降低规模化养殖中的交叉感染问题。以保育猪为研究对象，建立了全新风通风负荷计算模型，应用该模型与传统逐时逐项冷负荷方法计算的负荷结果差异小于5%，可应用于工程简化计算。在该模型基础上，提出耦合不同室外气象参数下的猪舍环控参数动态调控方法。通过试验验证，该调控策略下舍内温度测试值与理论值平均相对误差为3.4%，且能够满足夏季猪舍温度、风速控制值及均匀性要求。在冬季运行工况下应用该调控方法，每栏仅需150 m3/h风量即可满足舍内空气质量要求；理论送风参数下，测得舍内空气平均温度约26 ℃，日平均温差5 ℃，CO2、NH3、PM2.5等污染物浓度均远低于国家标准指标。该负荷计算模型及动态调控方法可为规模化保育猪舍的热环境与卫生环境研究提供参考。
