大口径射电望远镜电磁兼容评估技术研究

电磁兼容性是设备或系统的重要性能指标, 也是保障系统的工作效能和提高系统可靠性的重要因素. 大口径射电望远镜运行阶段, 台址周围无线电业务及内部潜在的电磁干扰会降低观测系统灵敏度、影响天文观测的质量. 本论文针对拟建的新疆110 m全向可动射电望远镜(Qi Tai raido Telescope, QTT)开展了系统电磁兼容评估技术及控制方法研究, 具有重要的工程应用价值. 首先, 依据现有电波环境测量方法的不足, 深入分析了仪器设备的关键参数配置方法及测量时间计算方法, 采用Y因子法校准测量数据, 提出一种准实时电波环境测量方法. 面向高重复性宽带频谱, 分析了宽带频谱信号和噪声特征, 结合标准差理论, 提出一种基于邻值比较的信噪分离方法, 并采用邻值统计方法优化关键参数, 提高信噪分离精度. 针对QTT台址, 开发了自动化电波环境监测系统, 该系统6 GHz以下频段系统增益大于40 dB, 系统噪声系数小于2 dB, 测量不确定度小于1.49 dB, 具有极高的系统灵敏度和测量精度; 分析了频谱监测数据流, 设计了基于HDF5 (Hierarchical Data Format version 5)的数据存储格式, 开发了自动化电波环境测量和监控软件及数据处理软件. 依据QTT台址长期监测数据, 评估分析了台址电磁环境、主要干扰源特征及其影响. 其次, 提出大口径射电望远镜馈源口面干扰电平限值量化方法, 建立了基于台址地形的电波传播模型, 分析了现有电波传播模型的优缺点及适应性, 结合QTT台址实际地形及地质特征, 采用Longley-Rice和Two-Ray电波传播模型, 预测分析了QTT台址潜在干扰区域电磁干扰达到射电望远镜的电波路径衰减, 结合大口径射电望远镜天线增益量化方法, 提出设备所在位置干扰电平限值量化方法, 运用该方法对QTT台址潜在干扰区域的干扰电平限值进行量化. 依据设备所在位置干扰电平限值, 调研分析了国内外军用、民用电磁兼容测量标准, 结合电磁干扰对射电天文观测的影响, 提出一种大口径射电望远镜电磁兼容控制方法, 解决了现有电波暗室测量系统无法直接测量评估电子设备电磁兼容的问题, 该电磁兼容控制方法计划应用于QTT建设及运行阶段, 确保系统拥有良好的电磁兼容性. 最后, 依据QTT台址潜在干扰区域干扰电平限值, 结合典型电子设备电磁辐射频谱, 分析了QTT电磁兼容设计需求, 提出电磁兼容设计初步方案. 另外, 针对台址建筑设施内的中低电磁辐射干扰源, 提出一种低成本建筑屏蔽方法, 应用于QTT台址现有建筑.     

Modelling the effect of changing precipitation inputs on deep soil water utilization

Forests in the Southeastern United States are predicted to experience future changes in seasonal patterns of precipitation inputs as well as more variable precipitation events. These climate change‐induced alterations could increase drought and lower soil water availability. Drought could alter rooting patterns and increase the importance of deep roots that access subsurface water resources. To address plant response to drought in both deep rooting and soil water utilization as well as soil drainage, we utilize a throughfall reduction experiment in a loblolly pine plantation of the Southeastern United States to calibrate and validate a hydrological model. The model was accurately calibrated against field measured soil moisture data under ambient rainfall and validated using 30% throughfall reduction data. Using this model, we then tested these scenarios: (a) evenly reduced precipitation; (b) less precipitation in summer, more in winter; (c) same total amount of precipitation with less frequent but heavier storms; and (d) shallower rooting depth under the above 3 scenarios. When less precipitation was received, drainage decreased proportionally much faster than evapotranspiration implying plants will acquire water first to the detriment of drainage. When precipitation was reduced by more than 30%, plants relied on stored soil water to satisfy evapotranspiration suggesting 30% may be a threshold that if sustained over the long term would deplete plant available soil water. Under the third scenario, evapotranspiration and drainage decreased, whereas surface run‐off increased. Changes in root biomass measured before and 4 years after the throughfall reduction experiment were not detected among treatments. Model simulations, however, indicated gains in evapotranspiration with deeper roots under evenly reduced precipitation and seasonal precipitation redistribution scenarios but not when precipitation frequency was adjusted. Deep soil and deep rooting can provide an important buffer capacity when precipitation alone cannot satisfy the evapotranspirational demand of forests. How this buffering capacity will persist in the face of changing precipitation inputs, however, will depend less on seasonal redistribution than on the magnitude of reductions and changes in rainfall frequency.     

喜马拉雅山脉中段土地覆被的垂直分异特征

喜马拉雅山脉中段的珠穆朗玛峰等地,海拔高差巨大、生境复杂多变、土地覆被类型多样且植被垂直带谱完整,是全球范围内研究土地覆被垂直变化的理想场所。本文基于30 m空间分辨率的土地覆被数据（2010年）和DEM数据,在ArcGIS和Matlab平台的支持下,提出并运用脊线法、样带法和扇区法3种山地南北坡划分方法,研究了喜马拉雅山土地覆被垂直分布与结构差异。结果表明：① 山地土地覆被分布具有明确的垂直地带性结构特征,喜马拉雅中部土地覆被垂直带谱为南六北四式,土地覆被垂直带谱中具有人类活动的特点。② 南北坡之间的土地覆被垂直带谱差异明显,南坡土地覆被类型完整多样,北坡相对简单;对同类型土地覆被而言,南坡较北坡分布高程低、幅度宽。③ 依据各类型分布面积比随海拔变化情况,土地覆被类型在南北坡上的垂直分布可分为4种模式：冰川雪被、稀疏植被和草地为单峰分布型,裸地为南单峰北双峰分布型。④ 3种划分方法中,南坡的土地覆被垂直带结构具有相似性,而北坡的土地覆被垂直带结构存在差异,扇区法较好地反映了土地覆被自然分布格局。     

规则池塘群的复杂直线模式识别

针对现有面要素直线模式识别方法难以解决规则池塘中破碎区域的问题,提出了一种规则池塘群的复杂直线模式识别方法。首先,分析了规则池塘群的空间特征和认知特点,提出了“主次关系→并列关系→直线模式→复杂直线模式”的多层次认知顺序;其次,设计了主次关系池塘组、并列关系池塘组、直线模式池塘群的识别方法;最后,构建了复杂直线模式池塘群的识别模型。试验表明:本文方法能够消除破碎区域对规则池塘群直线模式提取的不利影响,有效提升复杂直线模式识别的质量。     

复杂地形景区三维导览图的设计与实现

为满足复杂地形景区对三维地图导览的需求,构建更为清晰的三维地图模型,提供良好的三维导览地图设计方案显得尤为重要。为了更好地与卫星影像进行贴合,DEM数据的采样密度要与卫星影像的分辨率一致。本文通过对比当下常用的四种空间插值方法的适用范围与运用特点,设置相关阈值及权重,直观比较了四种插值方法产生的插值结果,选择更适合复杂景区DEM插值的插值方法并对其进行精度提升,以此得到符合精度要求的DEM数据。最后利用相应地区的卫星影像进行地图投影及影像贴图,两种数据结合构建复杂景区的三维地图模型,给游客带来更为精确直观的定位信息和空间要素信息。     

脐带缆螺旋滑移分析及力学性能研究

针对脐带缆内部螺旋层,应用Darboux标架建立螺旋结构空间坐标系,推导弯曲载荷下螺旋结构的局部变形和滑移。考虑螺旋构件间的接触和摩擦作用,建立螺旋结构的受力平衡偏微分方程,并研究螺旋角和摩擦系数对螺旋结构滑移的影响。基于同层螺旋结构本构关系相同假设,将所有螺旋结构力学性能线性叠加,拟合脐带缆整体弯曲刚度。运用建立的理论解析方法,对某双层铠装脐带缆的力学性能进行研究,并与数值模拟结果进行对比验证。对比结果表明,理论解析得到的螺旋滑移结果与数值模拟结果一致,理论解析得到的脐带缆弯曲刚度与数值模拟结果在全滑动阶段比较接近。     

极地环境监测网的设计及其在南极普里兹湾的应用

为了保护南极和北极的生态系统和环境,中国自20世纪90年代初开始推行和实施了极地环境监测计划,部署了各学科监测传感器阵列;采集了多学科数据,包括海洋、大气、冰冻圈、生物圈等主题;架构了"R/V雪龙号破冰船—极地考察站—国内基地"之间的快速数据传输网络;建立了海洋环境监测系统、太阳能地面空间监测系统、生态环境监测系统等系列监测系统。为了实现长期监测,达到预测和预警目标,本文针对国内外现状,在现有基础上设计了一套中国极地环境长期监测网(Polar Environment monitoring network of China,CPEMN)。该监测网集成各监测系统并在监测指标设计上覆盖我国极地所有常规监测/观测任务,且根据国际科研动态和长期监测规划拓展了预期监测范围。最后本文利用南极普里兹湾进行的破冰导航应用示范验证了CPEMN具有可执行性。     

Land Resource Carrying Capacity in Xilin Gol Grassland Transects: A Perspective on Food Nutritional Demand

Food safety is an important issue for the development of the national economy and society. Studying regional food supply and demand from the perspective of land resource carrying capacity can provide new references for regional resource sustainability. This study uses the data from farmer and herdsmen household questionnaires, statistical data, land use data, and other sources to construct a land resource carrying capacity (LCC) assessment framework, targeting the food supply and demand of residents in representative areas, specifically the typical grassland pastoral areas, sandy pastoral areas and agro-pastoral areas on the Xilin Gol grassland transects. The three food nutritional indicators of calories, protein and fat were selected for analyzing the balance of land resource carrying capacity. We found that: 1) Along the Xilin Gol grassland, the main local food supply showed a shift from meat and milk to grains, vegetables and fruits. 2) From north to south along the grassland transects, the calorie intake increased gradually, while the intake of protein and fat was highest in pastoral areas and lowest in agricultural areas. 3) The overall land resource carrying capacity of the Xilin Gol grassland transects was in a surplus state, but the land carrying capacity of typical grassland pastoral area was higher than the two other types of areas. This study provides an empirical reference for the sustainable development of regional food nutrition.     

张掖盆地地下水硝酸盐污染与人体健康风险评价

地下水是张掖盆地的重要水资源，其硝酸盐污染尚未得到足够重视。对张掖盆地2004、2015年地下水硝酸盐浓度进行了系统分析，并采用美国环境保护署（USEPA）推荐的健康风险评价模型评估了地下水硝酸盐的健康风险。结果表明：自2004年以来张掖盆地地下水硝酸盐污染日趋严重。2015年硝酸盐浓度最高已达到283.32 mg·L^-1，17.61%的采样点硝酸盐氮浓度超过GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》中饮用地下水限量值（20 mg·L^-1）。研究区人群经皮肤接触途径摄入硝酸盐的健康风险在可接受水平，而饮水摄入硝酸盐的健康风险较高，总风险中饮水途径引起健康风险的贡献率占99.40%，远大于皮肤接触途径。儿童经饮水摄入和皮肤接触两种途径的健康风险均显著高于成人，分别为成人的1.544倍和1.039倍。32.39%的采样点地下水硝酸盐对儿童的健康风险超出了可接受水平，14.79%的采样点地下水硝酸盐对成人的健康风险不可接受。甘州区城区、临泽县北部边缘及高台县城区周围硝酸盐浓度最高，这些区域内所有人群都面临硝酸盐引发的高健康风险，其余区域硝酸盐引发的健康风险相对较低。     

铜藻(Sargassum horneri)在营养限制胁迫后对NH4-N的超补偿吸收研究

以经济马尾藻铜藻(Sargassum horneri)为研究材料,研究了其在营养限制胁迫后对NH_4-N的超补偿吸收情况。实验分营养限制和恢复营养两个阶段进行,每个阶段均设置饥饿处理组、饱和处理组和正常对照组。铜藻在低营养限制胁迫(饥饿)下培养10天后,恢复营养盐培养3天,分别采用次溴酸盐氧化法和锌镉还原法测定培养液中的NH_4-N和NO_3-N的浓度。本文研究发现,饥饿处理组中铜藻吸收氨氮的速率远高于正常对照组和饱和处理组,在恢复培养第一天时,饥饿处理组对NH_4-N的吸收速率最高为14.94μmol/(g·h),与正常对照组及饱和处理组间差异显著。在恢复培养的后两天,三个处理组中铜藻对NH_4-N的吸收速率差异慢慢变小,直至最后几乎相同。三组对NO_3-N没有表现出较高的吸收,最高仅为6.15μmol/(g·h),结果表明:氮源包括NH_4-N和NO_3-N时,铜藻优先选择吸收NH_4-N。实验后称重测定生长速率:对照组、饥饿处理组和饱和组生长率(SGR)分别为8.48%、8.86%、8.01%,ANOVA方差分析表明,三者存在显著差异(P=0.0320.05),从而证实了铜藻也存在超补偿生长的现象。