本期目录
前沿创新
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水平磁场作用下金属液滴撞击电解质液池表面的实验研究
- 任东伟, 阳倦成, 倪明玖
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2021, 38 (4):
442-449.
DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.04.002
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摘要 (
265 )
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通过实验研究磁场环境中金属液滴撞击电解质液池所产生的物理现象。实验装置包括恒定磁场系统、金属液滴发生系统、具有氩气保护的液滴撞击实验容器、高速摄影系统4个部分。本实验可以实现高速精细地观察无氧环境中不同水平磁场强度、液滴直径、初速度条件下金属液滴撞击液池的物理过程。实验中液面上方现象可以归纳为3种：伴随二次液滴的细射流、伴随即时飞溅的粗射流，以及伴随二次液滴的粗射流。其中，伴随即时飞溅的粗射流为施加水平磁场后特有的现象。并且，外部水平磁场会抑制中心射流的高度和二次液滴的产生，且磁场强度越大，抑制效果越明显。同时，在液面下方观测到5种现象（椭球震荡、扁平震荡、碗状形变、解体破碎、第2次碗状形变）。外部水平磁场可以改变这些现象发生的临界We以及液滴在运动过程中的演化形态。此外，通过对比液面上方和液池内部金属液滴所产生的现象，获得2种不同区域液滴运动特性的关联性。实验结果表明在外部磁场环境下，金属液滴撞击电解质液池会产生复杂的物理现象，需要后期开展更为详细的实验和数值模拟工作。
物理学
环境科学与地理学
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基于GIS的巴基斯坦北部文化遗址时空分布特征及保护对策
- 姜纯, 骆磊, Shahina Tariq, Muhammad Ali, 姚娅, 王心源
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2021, 38 (4):
467-477.
DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.04.005
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摘要 (
434 )
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巴基斯坦北部地区是历史上犍陀罗文化的中心区域，拥有大量的印度教、佛教和伊斯兰教文化遗址。借助考古文献资料、数字高程模型以及野外实地调查与验证数据，运用GIS空间分析方法，对巴基斯坦北部地区印度教、佛教和伊斯兰教文化遗址的时空分布特征、保存现状进行研究，并提出相应保护对策。结果表明：巴基斯坦北部地区先后经历了印度教文化、佛教文化、伊斯兰教文化的传入、兴衰等演变过程。核密度估计显示3种文化遗址分布范围、聚集程度有所不同，但都以伊斯兰堡周边区域聚集程度最高。基于高分辨率的DEM分析表明，90%以上的文化遗址距离河流小于800 m，反映其位置选择对于河流的依赖与需求。从分布的高程看，3种文化遗址大多数在800 m以下、坡度范围在0°~10°之间，主要沿河道和交通要道分布。统计数据表明：伊斯兰教遗址数目最多，佛教遗址次之，印度教遗址最少，反映遗址保存的数量随时间而变化。由于自然因素和人类活动，一些文化遗址如古佩拉、维吉等保存状况较差，亟待加大保护力度。针对遗址目前的保存状况与面临的风险，提出对应的保护措施。
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用于人工湿地的基质净水除磷静态实验与渗流模拟综合研究
- 王迪, 王明玉
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2021, 38 (4):
478-485.
DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.04.006
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摘要 (
280 )
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为有效解决人工湿地基质除磷普遍存在的去除率不断下降问题和基质结构优化设计与维护问题，需针对不同介质掌握其对具体含磷污水的吸附特性及实际去磷效果的演变趋势与规律。选取人工湿地可选用的除磷性能较好的沸石、麦饭石和磁铁矿3种基质，首先通过静态实验研究它们对磷的吸附动力学过程和等温吸附特征，并考察不同基质和粒径对磷吸附的影响。进而选取其中磷吸附性能最好的沸石进行去除磷的砂箱渗流模拟试验，获取潜流湿地的基质除磷净化效果。通过磷吸附静态实验和磷去除砂箱渗流模拟试验综合研究，查明不同粒径的沸石基质实际去磷效果的主要机制与演变趋势和规律。研究结果表明：3种基质对磷的吸附过程都包括快速吸附、缓慢吸附和逐渐平衡3个过程，Langmuir方程准确地描述基质吸附磷的等温吸附过程。当含磷水在砂箱基质中呈渗流状态时，不同粒径的沸石吸附除磷及总体除磷效率呈现较大差异，各粒径沸石基质的除磷效率具有波动现象，且总体呈先上升再明显下降趋势。分析表明，除明显的吸附除磷机制，微生物除磷作用也产生相当的去磷效果。
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基于超效率SBM模型的中国城市生态效率时空演变及影响因素
- 闫涛, 张晓平, 赵艳艳
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2021, 38 (4):
486-493.
DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.04.007
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摘要 (
842 )
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运用含有非期望产出的超效率SBM模型，研究2005—2017年中国285个地级以上城市生态效率的时空演变格局，并运用面板回归模型探析城市生态效率的影响因素。结果表明：1）2005—2017年全国城市平均生态效率波动起伏较小，生态效率整体处于上升状态。2）尽管城市间生态效率的差异呈缩小态势，但全国地区间差异仍然较明显，东部地区的城市生态效率远高于其他地区，城市生态效率整体呈现东部地区>全国平均水平>西部地区>东北地区>中部地区的态势。3）全国城市生态效率时空格局演化特征明显。2005年生态效率较高的城市主要分布在珠三角、长三角、山东等省区，其他大部分地区城市生态效率处于较低水平；2017年城市生态效率较高的空间范围明显扩展，珠三角、长三角、山东、河南、河北、湖北和四川等地区的生态效率处于较高水平，其他地区仍处于较低水平。4）城镇化、经济发展、对外开放、科技水平和产业升级对城市生态效率的提升起着显著的促进作用，而较高的工业化比重对于城市生态效率的提升起着抑制作用。因此促进经济集约高效发展、优化产业结构、增加科技投入、加快工业升级、减少资源消耗和污染物排放应是政策制定的优选方向。
电子科学
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指令级功耗特征的硬件木马检测高效机器学习
- 李莹, 陈岚, 佟鑫
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2021, 38 (4):
494-502.
DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.04.008
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摘要 (
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由于半导体产业的设计和外包代工制造全球化趋势，使得集成电路容易受到硬件木马造成的严峻威胁。基于电路退化模型等的隐秘硬件木马通常将恶意行为隐藏在正常的芯片行为中，从而难以被传统的测试和验证方法发现。建立一个高效的机器学习框架，利用指令级侧信道功耗特征对无木马和插入木马的芯片电路进行分类。算法模型采用不同的指令和木马构造提取的特征向量集。为评估检测方法性能，在Altera Stratix Ⅱ FPGA中实现基于MC8051微控制器的基准电路，并详细分析在有监督和无监督模式下的5种机器学习算法模型。测试结果表明，综合各种特征条件，有监督的朴素贝叶斯方法检测准确率最高，平均为95%，有监督的支持向量机方法运行时间最短，平均为0.04 s。另外验证了无监督的支持向量机可以作为一种没有黄金参考模型下的有价值方法，即使在恶劣训练条件下，其检测准确率也在17%~72%。
计算机科学
简报
