KAGRA引力波探测器中蓝宝石测试镜光学性质研究

低温制冷技术是下一代激光干涉仪引力波探测器的核心技术之一. 日本引力波探测器KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector)作为该技术的前沿开拓者, 将运行在20K的超低温环境中, 并使用在低温下热噪声较低的单晶蓝宝石晶体作为测试镜. 然而, 高质量大尺寸低吸收率的蓝宝石晶体极难制备. 此外, 由于蓝宝石晶体存在晶格结构不均匀, 很容易导致不必要的双折射效应, 从而影响探测器的目标灵敏度. 基于上述问题, 开发了两套大尺寸光学测量系统, 首次系统研究了KAGRA低温蓝宝石测试镜的光学特性. 首先, 根据探测器对测试镜热噪声的要求, 开发了一套基于光热共光路干涉技术的光学测量系统, 该系统可对测试镜以及测试镜表面涂层的光学吸收进行有效的表征. 其次, 基于光学吸收测量系统, 开发了一套双折射效应测量系统, 该系统可以有效表征测试镜中双折射的均匀性. 目前两套测量系统的搭建与调试已完成, 对蓝宝石测试镜光学吸收的测量灵敏度达到了1.5ppm/cm, 双折射测量系统的空间分辨率小于0.3mm times 0.3mm. 该工作对降低大尺寸低温测试镜双折射效应及提高探测器灵敏度具有重要意义.     

X射线揭示的高能宇宙

星空无尽,奥妙无穷。人们好奇于自己的生命和周围的世界。天文学家更是如此,他们挖空心思,用尽聪明,想搞清楚那一闪一闪的星星到底是什么,那些星星的旁边也有类似我们地球上的生命吗?他们用各种手段,不辞繁琐,探究着远方的星星世界,向我们展示着星星的生命历程。超新星、中子星、黑洞、引力波等名词和概念近来常被人们提及。这些极端天体现象大都与X射线有关。X射线天文是20世纪中期伴随着火箭和卫星的发展开始的。尽管人们不能直接通过自己的眼睛观测和体验X射线波段的天空,人们可以通过X射线探测器一窥其貌。     

晶体定向仪控制平台和数据采集系统设计

根据晶体定向仪使用X射线探测晶体晶向和晶向夹角的需求,利用LabVIEW调用动态函数库dll文件的方式对晶体定向仪控制平台进行设计。该平台的主要控制设备为以运动控制卡驱动的五维运动样品平台以及用于采集X射线光的Laue双目探测器,最终实现控制探测器采集从单晶样品不同位置的背反射X射线光并完成相应的衍射斑点图像数据输出,同时满足面向用户对样品平台及探测器的控制实现可视化操作界面的开发要求。设计的控制平台运行稳定,并在晶体定向仪平台上完成了软件的可行性和合理性验证,在单晶叶片的测量上发挥了重要作用。      

河北省休闲农业的空间分布及影响机制

以河北省436家休闲农业品牌主体为研究样本,采用最邻近指数、核密度估算、近邻分析等方法,对其空间分布类型、空间结构演化、空间分布特征进行了分析。在此基础上进一步利用地理探测器量化分析了不同因素对休闲农业空间分布的影响作用。结果表明,河北休闲农业品牌总体呈显著的聚集型空间分布,并逐步演化为南部聚集连片、北部环绕京津、局部组团化聚集的高密度空间分布格局;休闲农业品牌呈现“沿路”“傍水”“环城”“近景”“依产”分布特征;休闲农业品牌的空间分布受到多种因素的综合作用影响,旅游市场条件是影响休闲农业空间分布的最主要的影响因素,其次为交通条件和自然资源。针对河北省休闲农业提出发展建议。     

基于多尺度的中国环境污染事件时空分布及其影响因素

环境污染事件已成为人类社会发展面临的严峻挑战,严重制约着人类社会的可持续发展,当前急需厘清环境污染事件的时空特征及影响因素,为制定有效的环保政策提供借鉴。利用Theil指数、变异系数、ESDA等方法,分析了2006~2016年中国环境污染事件的时空分布特征,并借助地理探测器识别了不同尺度环境污染事件的影响因素。结果表明：① 2006~2016年省级尺度环境污染事件发生总频次与不同等级环境污染事件发生频次均呈波动下降趋势,其发生频次和区域差异呈“东-中-西”洼地型格局;② 地级市尺度环境污染事件发生频次随城市规模减小有所降低,随经济发展水平降低呈倒U型,同时,环保重点城市污染事件发生频次高于普通城市的特征;而环境污染事件的差异性表现为随城市规模减小有所降低,随经济发展水平降低而递减,及环保重点城市高于普通城市的特征。③ “胡焕庸线”以东地区环境污染事件多发且类型多样,以西地区污染事件少发且类型单一,不同等级环境污染事件的空间分布差异较大;④ 环境污染事件的影响因素存在差异,且随尺度增大,影响因素与环境污染事件的关联性趋于增强。其中,经济发展和环境监管水平对不同尺度环境污染事件均有显著影响,环境监管水平与其他因素的交互作用对不同尺度环境污染事件的解释力较高。     

桂西北喀斯特山区人口分布特征及其与自然因素的关系

选择第六次全国人口普查的最小行政单位——乡（镇）为基本单元,利用Lorenz曲线和空间相关分析方法分析桂西北喀斯特山区乡（镇）级尺度下的人口空间分布特征,运用地理探测器方法探测自然因素单独和叠加作用后对区域人口空间分布的影响强度。结果表明： 乡（镇）级研究尺度下的人口空间分布具有不均衡性特征,呈现一般显著正相关和一定的聚集性; 各自然因素空间分布对人口分布的影响呈现显著差异,研究区西北和中南部没有喀斯特分布的乡镇,人口密度随有利于人类居住因素的增加而增加,但平均人口密度仅79人/km ²。东部和南部有喀斯特分布的乡镇,人口密度与自然因素空间分布并非简单的增减关系,其随喀斯特分布面积的变化呈现起伏波动。 地理探测器的因子探测结果显示对人口空间分布的影响强度最大的为海拔高度,交互探测结果显示,任意两个自然因素叠加交互作用后的影响强度呈现非线性增强和双因子增强。可见,桂西北喀斯特山区与其他地区类似,海拔高度是影响人口空间分布的最主要因素之一,但喀斯特山区的河网密度及特有的地质地貌等因素对其人口的空间分布具有较强的催化作用,与其他因素叠加交互作用可进一步加强对人口分布的影响。     

黄土丘陵沟壑区生态移民过程及其生态系统服务价值评价——以宁夏海原县为例

以海原县为研究对象,以2000、2005、2010和2015年遥感数据为基础数据,综合运用土地利用动态度、生态系统服务价值评价模型、地理探测器等模型对海原县2000—2015年的生态系统服务价值时空变化进行研究。结果显示：2000—2015年海原县土地利用类型发生明显变化,林地、建设用地、水域以及园地面积分别增加24 532.56hm2、13 233.71hm2、1 093.58hm2和812.16hm2,而耕地、草地和未利用地面积呈下降趋势,其中未利用面积下降幅度最大,共减少21 333.05hm2;研究期间海原县生态系统服务价值呈现出逐年增加的变化趋势,由2000年的37.25×108元增加至2015年的62.23×108元,变化率为67.07%,而林地、园地和水域面积的增加是海原县生态系统服务价值增加的关键;从态系统服务价值空间分布来看,海原县生态系统服务价值在空间呈现出由西南向东北递减的变化趋势;研究期间研究区生态系统单项服务价值均呈现出增加的变化趋势,其中废物处理和水源涵养增加量最大,其次是生物多样性和气候调节,而食物生产、原材料生产以及娱乐文化增加量最低,说明海原县的生态系统调节服务>支持服务>供给服务>文化服务;通过地理探测器诊断发现草地、园地、林地、气候调节、土壤形成与保护、生物多样性保护的决定力q值均＞0.8,说明这6项因子对研究区生态系统服务价值变化具有重要的影响作用。     

中国城市群臭氧污染时空分布研究

随着中国城市建设进程的加快,中国的臭氧（O₃）污染逐渐受到重视。城市群是人口大国城镇化的主要空间载体,是城镇化的主体形态。截至2017年3月底,国务院共先后批复了6个国家级城市群,并提出要优化提升东部地区城市群,培育发展中西部地区城市群。另外,新的城市规模划分标准以城区常住人口为统计口径,将城市划分为5类7档。为了研究中国O₃污染的时空分布特征以及O₃污染与城市群之间的关系,利用地理探测器（Geographical detector）和演化树模型对2014年6月到2017年5月共36个月的O₃监测数据进行时空分析。结果表明：中国O₃污染水平呈现上升趋势,并在2017年迅速增长,O₃已成为仅次于PM_2.5的第二大污染因子,且与PM_2.5在时间上呈“交错污染”的态势;O₃污染超标城市绝大多数集中在城市群区域,其中长江三角洲城市群、京津冀城市群、山东半岛城市群和中原城市群相对突出;O₃和PM_2.5均不超标的城市主要集中在北部湾城市群和海峡西岸城市群;城市群中人口规模大的城市O₃污染较为严重。     

典型山地水土要素时空耦合特征及其成因

水土资源是人类生存的基础,山地水土要素耦合性与“三生空间”的功能性密切相关,其耦合的时空过程及规律关乎山区的生态服务与经济社会可持续发展。通过构建更加科学的水土要素耦合指数对太行山地、横断山地、黔桂喀斯特山地水土要素耦合特征进行大尺度、长时序的分析,并采用地理探测器方法分析了各时期水土耦合的影响因素。结果表明：① 三大山地水土要素耦合空间差异十分显著。太行山地以缺水区为主,横断山地以平衡区为主,黔桂喀斯特山地平衡区和充沛区兼有。② 垂直分异上,三大山地水土要素耦合指数分别在1300 m、1800~3400 m、500~1500 m处发生变异。各山地水土要素耦合指数在生态功能亚区表现为,林地生态亚区>林草复合生态亚区>农业生态亚区。③ 三大山地水土要素耦合的空间异质性是自然要素和人文要素综合作用的结果。其中,气候要素为主导驱动,地形地貌和土地利用居次,人为作用叠加在自然作用之上,加剧了水土要素耦合的时空复杂性和变异性。本文构建的水土要素耦合指数,加深了山地水土要素相互作用的时空过程研究,可为促进变化环境下的山区可持续发展提供决策依据。