中国科学院大学学报

近岸水波非线性特性研究

周子理, 张怀, 石耀霖

2019, 36 (4): 433-443. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.001

摘要 ( 313 ) HTML ( ) PDF (1189KB) ( 952 )

近岸水波非线性特性研究在理解近岸波浪与水流的物理特性、利用近岸海洋资源以及预防近岸减灾方面有重要意义。近年发展了许多新的非线性近岸水波方程。各个物理场景或问题因海底坡度、海底粗糙程度等因素不同，适应的非线性物理方程也有所不同。主要非线性方程对于不同问题的适用情况及计算效率问题是研究人员需要了解的。归纳总结非线性分类方法，以及不同非线性方程及其适用的近岸非线性物理场景，包括对它们物理特性的描述、非线性程度的分析。非线性特性的研究可以帮助了解不同场景的非线性程度，以此选取更适当的模型，对研究者具有一定的借鉴意义。

几类有限交换群的整群环的K₁群

王祚恩, 唐国平

2019, 36 (4): 444-448. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.002

摘要 ( 370 ) HTML ( ) PDF (805KB) ( 572 )

令G为一个有限交换群，它的整群环ZG为QG中的一个Z-序。令Γ为QG中包含ZG的极大Z-序，对几类有限交换群G，计算K₁（ZG）在K₁（Γ）中的指数。

基于角度的变系数多分类支持向量机

康文佳, 林文辉, 张三国

2019, 36 (4): 449-460. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.003

摘要 ( 310 ) HTML ( ) PDF (2951KB) ( 557 )

支持向量机作为机器学习中一个经典的分类算法，一直广受数据科学家的喜爱。无论是处理线性可分还是非线性可分数据，传统的支持向量机能够很好地解决二分类问题。针对给定的样本，支持向量机通过最大化最小间隔得到最佳的决策分界面，从而实现对新样本的类别预测。然而现实中的数据更为复杂多样，一方面数据的类别往往多于两个，近年不乏有优秀的多分类支持向量机算法出现；另一方面不同领域的数据的特征集中可能存在相对特殊的变量（称之为主变量，targeted variable），需要将其挑选出来并加以特殊处理，以保持主变量对最终分类结果的重要影响。考虑这两个方面，提出基于角度的变系数多分类支持向量机（TLAMSVM）模型以解决含有主变量的多分类问题。它使用具备更好几何解释能力的基于角度的间隔最大分类框架完成多分类，并引入变系数模型，通过选择合适的局部光滑函数处理主变量对模型的影响。把基于角度的变系数多分类支持向量机分别应用到模拟数据集和真实数据集上。数值结果显示，相比没有使用变系数思想或基于角度的多分类框架的多分类支持向量机，TLAMSVM模型具有更高的预测准确度。

宽反弹对原初引力波的影响

赵锦云, 朴云松

2019, 36 (4): 461-466. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.004

摘要 ( 335 ) HTML ( ) PDF (4714KB) ( 408 )

反弹暴涨成功解决了暴涨无法解决的奇点问题。一般地，该模型反弹区域持续时间较短。着重讨论宽反弹情形，并研究宽反弹期间的引力波功率谱。

基于曲率模型的斑马鱼C型转弯和逃逸的力能学比较

王仲威, 余永亮

2019, 36 (4): 467-480. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.005

摘要 ( 375 ) HTML ( ) PDF (12643KB) ( 381 )

斑马鱼C型起动不仅发生于逃逸响应（C型逃逸），而且发生于非逃逸响应（C型转弯）。它们具有不同的变形模式和周期，并且运动学性能各异。在相同的弯曲幅度下，C型转弯实现更大的转弯角度，而C型逃逸则具有更快的游动速度。但尚不清楚它们的水动力学机制和力能学特征。本文针对C型转弯和逃逸的变形特征，建立新的曲率模型，采用优化算法拟合模型参数。通过自主游动数值模拟，发现C型转弯实现大转弯的机制在于：弯曲阶段存在比较大的正向力矩，而回摆阶段存在比较小的反向力矩；而C型逃逸在回摆阶段存在比较大的推力，导致反向力矩增大和转弯角度变小。还发现周期对转弯角度的影响不大，但对逃逸速度和能量消耗影响显著。因此，C型转弯为了节省能量，周期通常在100 ms以上；而C型逃逸为了追求高速度，周期则在50 ms附近。

水平磁场中液态金属射流的三维数值研究

于星星, 张杰, 倪明玖

2019, 36 (4): 481-486. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.006

摘要 ( 407 ) HTML ( ) PDF (3480KB) ( 681 )

磁场中液态金属射流的流动行为研究对聚变装置强磁场环境下液态金属第一壁的实现极为重要。对处于横向水平磁场中的液态金属竖直射流进行三维的直接数值模拟，主要对小We数情形射流在不同磁场强度下的破碎行为进行研究。模拟发现，在磁流体动力学效应下，液态金属射流的稳定性得到明显的增强，其破碎长度随着磁场强度的增大而增长。同时，液态金属射流在磁场中破碎后形成的液滴随着磁场强度的增大而逐渐减小。磁场强度越大，洛伦兹力使射流界面扰动波的波长变得越长。对于较大We数情形，磁场对射流的界面扰动影响更为明显。射流界面处的膨胀波及正弦波扰动由三维变为明显的二维状态，射流的稳定性也因此明显增强。

平行板受限下伊辛普适类临界卡西米尔力的一种计算方法

陈东艳, 苗兵

2019, 36 (4): 487-490. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.007

摘要 ( 485 ) HTML ( ) PDF (1073KB) ( 626 )

研究统计力学中伊辛普适类的临界卡西米尔力。针对临界点上平行板几何约束下的伊辛普适类，基于欧拉-麦克劳林求和法发展了一套计算临界卡西米尔力的有效方法。结果表明，在平行板几何约束下，伊辛普适类临界卡西米尔力表现为以标度指数为-3的方式随板间距离衰减的长程吸引力。

一种适用于气温空间插值的改进梯度距离平方反比法

李框宇, 周梅, 陈玖英, 潘苗苗, 李传荣, 唐伶俐

2019, 36 (4): 491-497. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.008

摘要 ( 479 ) HTML ( ) PDF (9990KB) ( 682 )

针对梯度距离平方反比法（GIDS）在地形起伏剧烈地区气温插值误差偏大的问题，提出一种基于经验气温垂直递减率的改进梯度距离平方反比法（GIDS-EAR）。该方法在进行温度插值时分别考虑了经纬度和海拔高度对气温的影响特性。首先根据气温垂直递减率经验值确定气温与海拔高度的偏回归系数，并利用偏回归系数对样本点气温值进行修正，再将此气温修正值代入多元线性回归模型解算气温与经纬度的偏回归系数，依据GIDS插值公式计算待插值点的温度值。基于1981-2010年四川省及周边省份219个气象观测站的累年月值温度值，将GIDS-EAR法与普通克里金法（OK）、反距离权重法（IDW）和GIDS法进行分析比较，结果表明，GIDS-EAR法得到的年均MAE和RMSE值较OK法分别降低67.71%和68.15%，较IDW法分别降低67.68%和66.45%，较GIDS分别降低25.65%和30.08%。该结果验证了改进方法的有效性及复杂地形下的适用性。

中国东部表土磁化率与现代气候因子的关系及其环境意义

谷永建, 李玉梅, 韩龙, 苏鑫

2019, 36 (4): 498-509. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.009

摘要 ( 510 ) HTML ( ) PDF (5934KB) ( 751 )

选取中国东部E-W和N-S两条环境断面的表土，对其进行磁化率测定并分析土壤磁化率的空间变化特征及其与年均温、年均相对湿度和年均降水量（MAT、MARH和MAP）等现代气候因子的关系。结果表明，E-W断面上土壤χ_lf（低频磁化率）和χ_fd（频率磁化率）空间分布具有东高西低的特征；N-S断面上χ_lf随纬度变化复杂，χ_fd有向北逐渐降低的趋势。在0℃≤ MAT ≤ 12℃或MAP ≤ 1 000 mm时，χ_lf随MAT和MAP的增加而上升；当MAT>12℃或MAP>1 000 mm时，χ_lf表现出相反的变化。χ_lf与MAP的回归方程表明磁化率可以作为古降水的定量重建指标。研究结果显示磁化率在用于古环境重建时具有一定的适用范围，在200 ≤ MAP ≤ 1 000 mm的地区较好反映古降水的变化。

永定河流域生态环境研究进展及修复对策

冯兆忠, 刘硕, 李品

2019, 36 (4): 510-520. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.010

摘要 ( 532 ) HTML ( ) PDF (3215KB) ( 998 )

随着京津冀城市群的快速发展，永定河流域的生态环境和生态功能受到严重影响。目前存在环境承载力差、污染严重、河道断流干枯和生态功能退化等突出问题，严重制约京津冀城市群自然-经济-社会复合系统的健康可持续发展。已有的研究多从河流单一角度入手探讨永定河流域的修复方案，难以制定可持续的综合治理生态修复模式。本文总结永定河流域的生态水文、流域植被、河道生态护岸、生态质量、生态服务功能与价值评估、生态修复等研究进展，并分析永定河流域在河道、水资源、植被和土壤等方面存在的生态问题，提出永定河流域生态修复模式的建议，为永定河流域生态环境治理提供科学参考。

石膏对赤泥盐分离子迁移的影响

田桃, 吴玉俊, 薛生国, 黄玲, 江钧, 朱锋

2019, 36 (4): 521-529. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.011

摘要 ( 319 ) HTML ( ) PDF (3549KB) ( 398 )

赤泥是氧化铝生产过程中产生的强碱性固体废弃物，盐分含量高，综合利用难。赤泥堆存的环境安全问题正严重威胁氧化铝工业的可持续发展。通过土柱淋溶模拟实验，研究不同处理（G0：不添加石膏；G2：添加2%的石膏；G4：添加4%的石膏）条件下，石膏对赤泥盐分离子迁移与分布的影响。结果表明：与G0相比，G2和G4的初渗率、稳渗率和平均渗透率分别提高31%~36%、16%~33%和9.3%~35%。G0、G2和G4渗滤液的pH值变化范围分别为8.3~9.4、8.8~10.0和9.0~9.8；EC值变化范围分别为1.0~4.0、5.8~7.2和5.2~7.5 mS·cm^-1。石膏有利于渗滤液中Na⁺、K⁺和CO₃^2-的迁移，为赤泥堆场盐分调控及赤泥土壤化处理实践提供科学依据。

石膏/蚯蚓粪肥对赤泥团聚体结构稳定性的影响

王琼丽, 叶羽真, 薛生国, 江钧, 朱锋, 田桃

2019, 36 (4): 530-536. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.012

摘要 ( 314 ) HTML ( ) PDF (3437KB) ( 518 )

赤泥是氧化铝工业生产过程中排放的高碱性固体废弃物，迄今尚无经济有效的处置方法。以华中地区某堆场赤泥为研究对象，通过土培实验研究改良剂（石膏、蚯蚓粪肥、石膏+蚯蚓粪肥）对赤泥团聚体稳定性的影响。结果表明：石膏的添加能显著降低赤泥pH，而蚯蚓粪肥能显著增加赤泥有机碳含量。土培60 d时，石膏添加后赤泥pH由10.54降到8.75，蚯蚓粪肥添加后赤泥有机碳含量由3.54 g·kg^-1增加至14.31 g·kg^-1。土培180 d时，石膏、蚯蚓粪肥、石膏+蚯蚓粪肥添加后赤泥水稳性团聚体含量由12.04%分别增加到23.49%、29.24%、33.94%；团聚体平均重量直径由0.15 mm分别增加到0.26、0.30、0.34 mm；可蚀性因子由0.36分别降低到0.31、0.30、0.29。石膏和蚯蚓粪肥的添加促进水稳性团聚体形成，提高赤泥团聚体稳定性。基质改良对赤泥团聚体稳定性的影响效果依次为：石膏+蚯蚓粪肥 > 蚯蚓粪肥 > 石膏。研究结果对赤泥土壤化处置和规模化消纳研究有科学参考意义。

独流减河水体及沉积物质量评价

唐永杰, 夏婧业, 陈雅娟, 代政, 蔡树伯, 刘春光

2019, 36 (4): 537-544. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.013

摘要 ( 384 ) HTML ( ) PDF (2999KB) ( 840 )

基于2016年对独流减河及其主要支流的水质和沉积物调查数据，采用单因子评价法、综合指数评价法和修正的卡尔森营养指数法对独流减河及其主要支流水体和表层沉积物环境质量状况进行评价。结果显示：独流减河水质较差，属于劣V类（GB 3838-2002），其中西大洼排干、陈台子排水河和十米河等支流水体污染最严重，主要污染因子为总氮（TN）、化学需氧量（COD）、氨氮（NH₃-N）等；水体处于富营养化状态，其中67%的采样点水体呈重度富营养化；沉积物单因子评价结果显示，各采样点的表层沉积物均达到重污染水平，其中的主要污染物为氮、磷、铬、铜和镍。

VBNC菌群中好氧反硝化菌种的复苏培养及其脱氮特性

徐璐宁, 王宇洋, 薛彬冰, 梅荣武, 张宇, 丁林贤, 苏晓梅

2019, 36 (4): 545-551. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.014

摘要 ( 380 ) HTML ( ) PDF (7514KB) ( 436 )

高氨氮废水的生物处理技术因安全高效而备受关注，但反硝化细菌的分离菌源仅限于常规分离培养法所获得的不到1%的微生物，绝大多数菌株因处于活的但非可培养（"viable but non-culturable"，VBNC）状态而未能被发掘。复苏培养VBNC菌群对强化高氨氮废水的生物处理具有重要意义。本文利用复苏促进因子复苏培养高氨氮废水中的VBNC菌株，16S rRNA基因测序对其进行同源性分析，初步鉴定复苏培养的菌株归属于Gordonia和Pseudomonas属。通过测定特殊培养基中硝态氮、亚硝态氮和氨氮的浓度，研究VBNC菌株的好氧反硝化性能，其中，菌株ZYR51的好氧反硝化能力较强。本研究为挖掘潜在具有好氧反硝化性能的VBNC菌种提供了新方法，并为筛选高效去除高氨氮废水的菌种资源提供了新思路。

露地和温室栽培模式下西兰花中3种农药的残留动态与风险评估

孙彩霞, 徐明飞, 戴芬, 郑蔚然, 于国光, 赵学平

2019, 36 (4): 552-559. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.015

摘要 ( 379 ) HTML ( ) PDF (2111KB) ( 506 )

西兰花是中国典型的出口兼内销蔬菜品种。毒死蜱、辛硫磷和茚虫威是中国蔬菜生产中的常用农药。通过田间试验，对比这3种农药在露地和温室栽培模式下，按照推荐剂量和1.5倍推荐剂量用药，在西兰花花球、叶片和土壤中的残留动态。样品采用QuEChERS方法处理和液相色谱-质谱（LC-MS/MS）多残留检测。验证结果表明：在质量比分别为0.02、0.2和1 mg/kg时，毒死蜱、辛硫磷和茚虫威的添加回收率分别为85.8%~101.0%、90.8%~105.3%和86.1%~107.5%。3种农药的最低检出限（LOD）为0.006 mg/kg，最低定量限（LOQ）为0.01 mg/kg，满足方法要求。残留动态结果表明：在西兰花花球上，毒死蜱的半衰期为5.53~7.20 d，辛硫磷为3.55~3.92 d，茚虫威为6.11~7.73 d；在西兰花叶片上，毒死蜱的半衰期为4.33~6.93 d，辛硫磷为3.85~5.77 d，茚虫威为3.85~5.33 d；在土壤中，毒死蜱的半衰期为23.1~34.6 d，辛硫磷为23.1~34.6 d，茚虫威为17.3~23.1 d。最终残留对比表明，3种农药在西兰花叶片的残留量高于花蕾的残留量。在试验剂量施用量条件下，茚虫威和毒死蜱的限量标准不会超过现有欧盟、日本、CAC标准；在高剂量使用条件下，辛硫磷会出现超标现象。

高光谱监测技术在重金属污染土壤上的应用

陈功伟, 赵思颖, 倪才英

2019, 36 (4): 560-566. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.016

摘要 ( 411 ) HTML ( ) PDF (1691KB) ( 673 )

为克服传统重金属污染监测的不足，加强新技术应用，通过田间实测和遥感光谱分析，探寻水稻光谱参数与土壤重金属污染之间的相关性。结果表明，水稻植株体内的重金属含量与土壤中重金属含量呈正相关；与水稻叶绿素含量（SPAD值）呈负相关，其中以Cd的相关性最为显著；而水稻SPAD值与高空遥感光谱的特征参数（蓝谷位置、蓝谷深度、红谷位置、红边峰值）有显著的相关性。因此，这4种光谱参数可较好地用于反演该区域稻田Cd污染情况。

细胞色素c与富勒烯衍生物的吸附相互作用

张玉杰, 李晓毅

2019, 36 (4): 567-569. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.017

摘要 ( 334 ) HTML ( ) PDF (3305KB) ( 461 )

细胞色素c是一种广泛存在在细胞线粒体中的富电子蛋白。它在与纳米材料相互作用的过程中引发自由基的生成，扩大纳米材料的生物毒性。为了在分子尺度上理解其与纳米材料的相互作用，通过分子动力学模拟研究细胞色素c与富勒烯衍生物体系（富勒醇、三丙二酸富勒烯）。分析吸附后体系的能量、均方回转半径、接触原子数以及细胞色素c中的Fe原子到富勒烯衍生物质量中心的距离，进而揭示细胞色素c与富勒烯衍生物相互作用机理。

上肢康复机器人主动康复训练控制策略

刘鹏, 葛小青, 李宇, 赵佳欣

2019, 36 (4): 570-576. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2019.04.018

摘要 ( 410 ) HTML ( ) PDF (9233KB) ( 729 )

近年来，脑卒中和交通事故造成上肢损伤的人数逐年上升，医疗领域对康复器械的需求越来越大。为满足实际需求，开发以气动人工肌肉为驱动器的4自由度（肩关节外收/内展（被动）、前驱/后伸、肘关节屈曲、腕关节屈曲）可穿戴上肢康复机器人。首先设计上肢康复机器人的结构，并采用气动人工肌肉作为肘关节与腕关节的驱动器。然后针对该上肢康复机器人，研究主动康复训练控制策略，设计两种控制策略。通过穿戴实验验证控制策略的有效性和实际应用价值。

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