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2021年, 第38卷, 第6期 上一期    下一期
前沿创新
印度板块持续向北运动的驱动力来源——基于地幔动力学数值模拟的讨论
郑群凡, 石耀霖
2021, 38 (6): 721-728.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.001
摘要 ( 624 ) HTML ( ) PDF (7739KB) ( 830 )
印度板块与欧亚板块在60 Ma前开始最初的碰撞,持续至今已造成亚洲一侧至少1 000 km以上的缩短,形成巨大的青藏高原。是怎样一种力驱动着印度板块能够克服巨大的欧亚板块和青藏高原的阻力在这么长的时间里持续向北运动是岩石圈动力学研究中一个重要的问题。利用S20RTS地震层析成像模型S波速度分布换算出的地球密度和温度结构为初始条件,以绝对板块运动为地表约束,开展三维地幔动力学模拟。计算结果表明,印度板块之下软流圈地幔对岩石圈向北的拖曳力,可能是印度板块持续运动和造成青藏高原隆起的驱动力的主要来源。在碰撞边界下,印度岩石圈向北俯冲带动了地幔软流层运动。
数学与物理
复Grassmann流形中全实曲面的构造
焦晓祥, 辛嘉麟
2021, 38 (6): 729-734.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.002
摘要 ( 366 ) HTML ( ) PDF (954KB) ( 446 )
给出复Grassmann流形G(2,n+2)的全实曲面的一种构造方法,也就是把G(2,n+2)看作$\mathbb{H}$Pn+1中极小子流形Qn+1的商,并证明G(2,n+2)中的曲面可以水平提升到Qn+1中当且仅当它是全实的。
混态不确定性关系的实验检验
王双, 李军利, 王慧, 孟芳霞, 乔从丰
2021, 38 (6): 735-740.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.003
摘要 ( 264 ) HTML ( ) PDF (3429KB) ( 468 )
不确定关系是量子理论的核心内容之一,体现为不相容物理量的测量不确定性之间存在着此消彼长的内在平衡关系。截至目前,众多不确定关系在各种物理系统中进行了实验验证,其中绝大多数实验是在纯态量子系统中进行的。本文在相干光制备的偏振混态系统中对直和形式的控制不等式型(majorization)不确定关系进行实验研究。通过测量偏振光束的斯托克斯参量,实验验证混态直和形式不确定关系。结果表明,所检验的控制不等式不确定关系对于一般的混态系统是最优的。
磁场和自由界面热流下二维液态锡膜流的传热模拟
卓琦皓, 潘君华, 倪明玖
2021, 38 (6): 741-749.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.004
摘要 ( 273 ) HTML ( ) PDF (1796KB) ( 342 )
液态金属偏滤器具有自修复和热负荷能力,因此成为偏滤器的重要设计方案。偏滤器上的液态金属膜流处于磁场和高强度热流下,且装置运行时产生的低频扰动会使薄膜流动发展为毛细孤立波。在毛细孤立波膜流中,波谷位置的毛细分离涡会显著增强该区域的对流换热。研究雷诺数为58的液态锡毛细孤立波膜流在底壁附近的换热现象。结果表明:无外加磁场和自由界面热流时,液态锡毛细孤立波薄膜流动复现了努塞尔数在波谷位置显著增强的现象;仅施加磁场时,由于洛伦兹力的阻尼效应,毛细分离涡处的换热增强效果被抑制;仅施加热流时,由于膜流被加热,总换热量增加,导致努塞尔数分布更均匀;同时施加磁场和热流时,两者的作用会叠加。
化学与生物学
林丹暴露诱导肝脏HepG2细胞的毒性效应研究
段珊珊, 王苑郦, 杨建正, 丁文军, 贺军辉
2021, 38 (6): 750-757.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.005
摘要 ( 368 ) HTML ( ) PDF (5220KB) ( 866 )
有机氯农药林丹具有高毒性、亲脂性、化学稳定性和生物富集性,曾被广泛应用于农业生产中。林丹严重威胁着生态环境和生物安全,体内富集后造成肝功能损伤,但其对肝脏的毒性效应尚不十分清楚。在本研究中,肝脏HepG2细胞经不同浓度林丹暴露处理24 h后,使用噻唑蓝(MTT)、2,7-二氯荧光素(DCF)和免疫荧光方法分别检测细胞活力、细胞内活性氧(ROS)和自噬生成;并用实时定量PCR和Western blot分别检测细胞IL-6、IL-8、IL-1β、TNF-α、NF-κB、Beclin1、ULK1 mRNA和P-p65、IL-1β、P62、LC3蛋白质的表达水平。结果表明,高浓度林丹暴露显著抑制HepG2细胞活力,升高细胞内的ROS和乳酸脱氢酶(LDH)生成水平,降低过氧化氢酶(CAT)活性,并明显上调TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-8、NF-κB mRNA和P-p65、IL-1β、P62、LC3、NF-κB蛋白质表达水平。以上结果表明,林丹诱导肝脏HepG2细胞的氧化应激和自噬,并激活NF-κB信号通路引起细胞的炎症反应。
细胞穿膜肽S4(13)与质膜相互作用的分子动力学模拟
高金爱, 崔巍
2021, 38 (6): 758-771.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.006
摘要 ( 467 ) HTML ( ) PDF (25724KB) ( 573 )
细胞穿膜肽S4(13)衍生物可以作为药物载体携带核酸分子进入细胞从而发挥治疗作用,在抗肿瘤靶向治疗等领域有潜在的应用价值,但其穿膜机理目前尚不明确。采用分子模拟方法,分别搭建单个及多个S4(13)在不同的质膜和水溶液中的模型,结合常规分子动力学模拟和增强采样模拟,通过轨迹分析探究单个及多个S4(13)与不同质膜的作用方式。研究结果表明:单个S4(13)分子与细菌质膜的相互作用比与真核生物质膜的更强,而在水溶液和真核生物质膜模型中,多个S4(13)分子则倾向于聚集形成四聚体,表明其穿膜机理与四聚体胶束结构有关。本项工作从分子层面上探讨了细胞穿膜肽S4(13)的穿膜机理,为S4(13)衍生物作为药物载体的应用提供了理论依据。
环境科学与地理学
灌溉与生物炭施用对潮土区农田土壤磷淋溶的影响
孙笑蕾, 谢自建, 杨肖松, 胡正义
2021, 38 (6): 772-781.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.007
摘要 ( 383 ) HTML ( ) PDF (1777KB) ( 407 )
近年来海河流域农区土壤磷淋溶影响地下水质量,研发控制措施对改善水体环境具有重要意义。采集海河支流潮白河下游顺义地区潮土,通过2年土柱试验(长45 cm×宽40 cm×高80 cm)分析常规滴灌(CDI)和节水滴灌(80%常规灌水量,WSDI)条件下,施1.2%烟杆制生物炭(+B)和不施生物炭(-B)黄花菜种植期间磷淋溶的差异。结果表明,节水滴灌可降低磷淋溶,施用生物炭控制效果更好。在-B条件下,2年WSDI平均磷淋溶比CDI低60.4%;在+B条件下,2年WSDI平均磷淋溶比CDI低65.5%。WSDI能减少土壤水入渗,同时也降低土壤pH,提高土壤有效铁含量而增加磷吸附,减少土壤可淋溶磷含量,进而控制土壤磷淋溶。生物炭施用对土壤磷淋溶影响不显著,但年际差异明显。2017年相同灌溉条件下生物炭施用增加磷淋溶的风险,而2018年生物炭施用却有降低磷淋溶的趋势。灌溉和生物炭施用对黄花菜产量影响存在年际差异,2017年节水滴灌和生物炭施用均显著降低产量;但2018年其对产量影响并不显著且无交互作用,即随着生长年限延长,灌溉和生物炭不再是控制产量的关键因素。结合降低淋溶的效果,推荐节水灌溉结合生物炭施用作为本区农田土壤磷淋溶控制的措施。
城市住宅价格空间分异研究进展与述评——基于Citespace的计量分析
伏润得, 杨德刚, 靳传芬, 蔡天毅, 武圣钦, 王甜
2021, 38 (6): 782-790.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.008
摘要 ( 462 ) HTML ( ) PDF (4477KB) ( 512 )
城市住宅价格空间分异是当前城市发展的重要议题,是城市地理学和社会经济学关注的重要内容。利用Citespace知识图谱可视化技术对WOS(web of science)数据库核心合集中关于住宅价格空间分异研究文献的发文时间特征、学科分布、研究合作网络、知识基础及文献研究进展与特征进行梳理与总结。得出结论如下:1)20世纪70年代以来城市住宅价格空间分异相关发文量呈上升趋势,且呈现显著的两段式研究发展过程,研究主要集中于经济学、环境生态学、地理学、城市管理学等学科;2)美国与中国是发文量最多的国家,其中中国的科研机构联系较为紧密,浙江大学是相关出版物数量最多的研究机构。Sherwin Rosen, Luc Anselin等人的文献提供了研究的重要知识基础;3)影响城市住宅价格空间分异格局的作用因素可分为内生因素和外部因素,各类因素的影响程度与作用机理不同;4)研究方法上,特征价格模型是最经典的分析框架。随着空间计量、地理信息系统的发展,多手段结合研究已经成为探索住宅空间分异和形成机理的必要方式。网络信息技术的发展催生了新的研究工具与研究方向。通过对城市住宅价格空间分异研究现状的分析,未来的研究应更注重区域普适性机理的挖掘与概括,更加注重因素的组合效应,以及在应用多源时空大数据时,模型构建要兼顾解释性与处理效率。
电子科学
天线扫描对TOPSAR辐射影响的校正方法
尹迪, 韩冰, 孙吉利, 赵良波, 洪文, 胡玉新
2021, 38 (6): 791-799.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.009
摘要 ( 344 ) HTML ( ) PDF (6721KB) ( 414 )
TOPSAR模式是合成孔径雷达的一种宽幅成像观测模式,其产品被广泛应用于海洋风场反演、洋流反演等定量化遥感。根据TOPSAR模式成像的特点,对经典雷达方程表达式进行适应性修正,并在此基础上提出一套适用于TOPSAR模式的辐射校正处理方法,给出一套完整的处理流程图。最后,利用国产高分三号SAR卫星的TOPSAR试验模式实测数据对文中提出的校正方法进行有效性的验证工作。
基于深度学习的多尺度导弹发射井目标检测
孟曦婷, 计璐艳, 赵永超, 杨炜暾
2021, 38 (6): 800-808.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.010
摘要 ( 583 ) HTML ( ) PDF (10763KB) ( 835 )
导弹发射井是重要的遥感目标,发射井目标检测的研究对国防事业意义重大。在数据层面,由于发射井样本数量少,目前没有可用于其目标检测的有效数据集,构建有效的数据集对相关领域研究有极大价值。在算法层面,遥感图像分辨率的不同导致发射井目标呈现多尺度的特性,这是解决发射井目标检测问题的难点之一。基于以上分析,首先利用Google Earth构建首个发射井目标检测的数据集,然后针对发射井目标检测任务设计有效的检测模型。本文的模型充分融合了目标的多尺度特征和上下文的信息,并通过级联网络多阶段检测目标,有效检测出多尺度导弹发射井目标,检测效果优于目前主流的算法。
星载双基InSAR系统中的电离层色散效应分析与校正
林世明, 张毅, 王吉利, 赵爽
2021, 38 (6): 809-816.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.011
摘要 ( 377 ) HTML ( ) PDF (5904KB) ( 518 )
星载双基单次航过InSAR(interferometric synthetic aperture radar)系统由于2个SAR同时对成像区域成像,所以很长一段时间内学界均认为主辅图像中引入的电离层相位一致,经过干涉处理后可以相互抵消。然而,近几年的相关研究表明,星载双基单次航过InSAR系统仍然会受到电离层效应的影响,主要包括群延迟与相位超前、闪烁现象、法拉第旋转等。与单基InSAR系统不同的是,双基单次航过系统中电离层的影响主要是由于2个雷达之间微小的入射角差异及同一时刻下电离层分布梯度所导致的。本文对双基单次航过系统中的电离层色散效应进行分析,并对单基系统中提出的基于距离向频谱分割的电离层色散效应的校正方法在双基系统中的应用进行改进,同时利用仿真验证该方法的有效性,发现其能够较好地校正双基单次航过InSAR系统中的电离层相位误差。
跨时间迁移的多源无线信号指纹融合定位方法
史达亨, 刘立刚, 周斌, 卜智勇
2021, 38 (6): 817-824.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.012
摘要 ( 360 ) HTML ( ) PDF (3622KB) ( 297 )
针对传统指纹定位方法中无线信号覆盖范围有限以及信号时变特性难以处理的问题,提出利用多种无线信号进行指纹定位的方法,并采用测地线流核(geodesic flow kernel,GFK)的迁移学习方法减轻信号时变性对定位精度的不利影响。首先,通过对多源无线信号特征进行多轮随机采样融合,从而构建多个数据集,获得更丰富多样的指纹特征;其次,对不同时间的指纹特征进行迁移的GFK进行融合,使得迁移从2个领域扩展到多个领域;最后,使用多个数据集训练基分类器,并从多个基分类器得到最终的预测结果,从而提高位置分类器的泛化性能。实验结果表明,本方法的定位精度比传统方法更高。
一种基于JANET模型的雷达信号分选方法
姜在阳, 孙思月, 李华旺, 梁广
2021, 38 (6): 825-831.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.013
摘要 ( 320 ) HTML ( ) PDF (1117KB) ( 640 )
随着电磁环境复杂度的不断提升及电子侦察体制的日益复杂,高脉冲丢失率下的复杂雷达脉冲信号分选成为制约电子侦察效能的瓶颈问题。针对实际应用中侦收脉冲数据丢失率高、到达时间抖动、信号体制复杂等问题,提出一种基于长短期记忆网络的变体JANET网络的雷达信号分选方法。该分选算法通过仅增加遗忘门结构,即可有效挖掘脉冲时间序列上下文的特性,实现高丢失率辐射源脉冲的有效分选,同时解决了循环神经网络长序列依赖问题,能够实现脉冲的准实时在线分选,满足工程应用中信号分选准确度及实时性的要求。
单粒子翻转对神经网络的影响分析与优化
王慧玲, 谢卓辰, 梁旭文
2021, 38 (6): 832-840.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.014
摘要 ( 343 ) HTML ( ) PDF (4785KB) ( 680 )
DNN芯片作为星载芯片应用到卫星系统中时会受到太空辐照的影响,其中单粒子翻转对存储单元的干扰会使得存储器单元的参数出现错误,该错误映射到神经网络中会造成神经网络最后的输出结果出现偏差。结合单粒子翻转概率模型,对用于网络推断的神经网络的权值参数进行注错后分析实验结果准确率,从激活函数的非线性特性分析并通过实验验证具有双边抑制效果的函数容错能力更强。进一步在网络卷积层后加入BN层和在训练过程中考虑L2正则化提高网络的容错能力,并通过实验验证其可行性。
计算机科学
基于原型学习改进的伪标签半监督学习算法
杨雨龙, 郭田德, 韩丛英
2021, 38 (6): 841-851.  DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2021.06.015
摘要 ( 916 ) HTML ( ) PDF (3105KB) ( 1361 )
近年来,基于图像增广和一致性正则化的半监督学习(semi-supervised learning, SSL)方法被广泛应用并取得了很大的成功。然而,由于伪标签算法存在"认知偏误"问题,即模型的错误通过伪标签累积从而难以改正,因此很少有人关注基于伪标签(pseudo-labeling, PL)的半监督学习方法。提出一种特征图的原型图注意力特征修正模型(prototype attention layer, PAL):即在神经网络映射的特征空间上学习一个图注意力模型,将此模型应用于特征空间中,可以充分利用原型的信息来修正特征,将修正后的特征所产生的伪标签与原型分配产生的伪标签随机线性组合,从而得到新的伪标签。将这一模型应用到2种伪标签半监督学习框架上所得到的算法(prototype attention improved pseudo-labeling,PAIPL),在CIFAR-10和CIFAR-100的多个半监督分类问题上进行测试,分类准确率都得到了显著提升。特别地,将提出的修正模型应用于伪标签半监督学习PLCB框架时,又提出相互混合的监督技术,从而取得了更好的效果。还将提出的模型应用到其他多个伪标签半监督学习框架上,并在多个数据集上进行实验,验证了所提出的模型作为一个附加模块是普适且有效的。