兰州大学学报(自然科学版)

人工智能

  • 基于智能计算与通量衰减的缪子三维成像算法

    高金磊;刘国睿;刘梅;刘军涛;刘志毅;

    针对大规模缪子成像场景,设计一种新型的反演模型,将基于通量衰减的缪子成像技术与智能计算中限制内存的拟牛顿法相结合,避开了矩阵求伪逆和海森矩阵存储的操作,降低了计算复杂度和内存占用.在已知被测物体密度区间时,合理的上、下限约束和参考模型可提高结果的准确性.针对具有上、下限约束的反演问题,设计一种内点罚函数,将约束优化问题转换为无约束优化问题.结果表明,设计的反演模型在大规模反演问题中效果良好,内点罚函数能起到很好的约束作用.

    2023年05期 v.59;No.269 569-575页 [查看摘要][在线阅读][下载 1717K]
  • 基于IT2-PCM的上肢外骨骼系统T-S模糊建模与预测控制

    张燕;杨安杰;孙善乐;李璇;李小觅;孙慧;

    针对动态特性复杂的上肢外骨骼系统的模型建立、高精度控制和复杂约束处理问题,提出基于T-S模糊算法的改进多变量约束预测控制方法 .提出区间Ⅱ型可能性C-均值聚类算法,获取数据建模过程中的样本隶属度矩阵,建立上肢外骨骼的数学模型.对系统复杂约束问题提出一种约束简化方法,将复杂约束转化为关于参数矩阵μ的约束.提出一种加权基函数法,将基函数思想引入预测控制,推导出上肢外骨骼预测控制器.仿真结果验证了该算法的优越性与有效性.

    2023年05期 v.59;No.269 576-584页 [查看摘要][在线阅读][下载 1922K]

地质灾害与防治

  • 含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响

    熊右波;王家鼎;李丹阳;

    采用SRS-150型动态环剪仪,对甘肃通渭地区黄土重塑并进行室内环剪试验,分析含盐量与纤维长度、掺量对聚丙烯纤维加筋土抗剪强度的影响,并通过扫描电镜试验分析其微观作用机制.结果表明,加筋土抗剪强度随含盐量的增加,表现为先减小后增大的趋势,含盐量的界限值为6%左右;当纤维掺量取0.2%、 0.4%、 0.6%时,加筋土峰值强度有明显提升,但对其残余强度影响不大;纤维长度越长,加筋土黏聚力越大,当纤维长度增长到9 mm以上时,黏聚力减小或增长变慢;在纤维掺量低于0.4%的情况下,加筋土内摩擦角受纤维长度的变化影响很小,当纤维掺量高于0.4%之后,纤维长度越长,内摩擦角越小;含盐量的增加会使土颗粒的双电子层厚度减小,使土颗粒间的黏结力增大,从而土体中颗粒聚集体越来越多,最终促使加筋土的抗剪强度发生变化.试验表明含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响均存在一个界限值,这些可控因素对纤维加筋黄土边坡的加固及防护影响巨大,在实际工程应用中可围绕试验中的界限值进行相应调整.

    2023年05期 v.59;No.269 585-591+600页 [查看摘要][在线阅读][下载 1973K]
  • 优性组合预测模型在北天山隧道涌突水量计算中的应用

    甘靖轩;许模;李兆龙;凌成鹏;夏强;程帅涛;

    基于新疆北天山地区精伊霍铁路隧道的平导洞实测涌水量,引入有效度概念和优性组合判定定理计算最优权重系数近似解,构建一种涌突水量的优性组合预测模型.模型优化了现有解析法公式的精度,同时保留了解析法计算的简洁性.对比隧道施工实测涌水量数据,结果表明,相较于单一解析法和漂移度组合预测模型,优性组合预测模型提升精度均值4.2%~16.2%,提升有效度6.2%~19.2%,降低了预测的不稳定性,其可靠性得到验证.将模型应用于拟建的G577北天山隧道,结果显示, F_(14)断裂带为全线最高涌突水量段,最大涌突水量为31 148 m~3/d.优性组合预测模型应用简便且精度较高.

    2023年05期 v.59;No.269 592-600页 [查看摘要][在线阅读][下载 2039K]
  • 基于GMS的三维地质建模与地下水数值模拟——以永靖县黑台为例

    王鸿;姚云琦;马建花;孟兴民;曾润强;

    在总结三维地质建模与地下水数值模拟常用软件基础上,选用GMS软件,在黄土台塬灌溉典型区域甘肃省永靖县黑台,开展三维地质建模,结合研究区内部钻孔、边界高程、地层高程数据等基础资料,建立实体地层模型,利用建模结果,综合台塬水文地质条件,建立水文概念模型与数学模型,使用软件内MODFLOW数值计算方法,在高密度电法反演地下水位信息验证下,获得研究区地下水数值模型.结果表明,模拟所得三维地层模型有很好的可视性,能直观展示研究区地层分布情况;地下水水位值与高密度电法反演地下水位分布在台塬中部地下水位有很好的对应关系.

    2023年05期 v.59;No.269 601-609+619页 [查看摘要][在线阅读][下载 3354K]

干旱半干旱区气候变化研究

  • 秋季ENSO与IOD对东亚副热带西风急流的协同影响

    宋文君;李旭;李艳;

    利用美国国家环境预测中心/国家大气研究中心1979-2020年的再分析资料、 Ni?o3.4、印度洋偶极子(IOD)和副热带西风急流(SWJ)指数,研究秋季厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和IOD对SWJ的协同影响及其机理.秋季SWJ强度、位置与ENSO和IOD存在显著相关,急流强度指数与Ni?o3.4和IOD指数的相关系数分别为-0.32和-0.31;急流轴指数与Ni?o3.4和IOD指数的相关系数分别为-0.75和-0.34,即当ENSO和IOD位于正(负)位相时, SWJ减弱(加强),急流位置偏南(北). ENSO和IOD事件对SWJ具有协同影响,表现为ENSO和IOD暖位相或冷位相会同时发生,且ENSO和IOD暖事件或冷事件共同发生时对SWJ的影响较其单独作用有放大效应,即当ENSO和IOD正(负)位相共同发生时, SWJ减弱(增强)幅度更大. ENSO和IOD事件可通过大气斜压性和Hadley环流影响SWJ.当ENSO和IOD正事件共同发生时, 200~500 hPa处的经向气温梯度出现负异常,纬向风速随高度增加增大得更慢,使SWJ减弱; Hadley环流在不同ENSO和IOD事件协同影响下也有所不同,相较于ENSO和IOD处于正位相,当La Ni?a和IOD负位相共同发生时, Hadley环流上升支的强度更强且上升位置更高,携带更多地球角动量进入SWJ,使急流加强.

    2023年05期 v.59;No.269 610-619页 [查看摘要][在线阅读][下载 2757K]
  • 中国非季风区与季风区云水资源及降水效率的差异特征

    张云舒;梁捷宁;郭琪;张镭;

    利用2000-2016年国际卫星云气候学计划月平均云资料与全球降水气候学项目的月降水资料,对比分析中国非季风区和季风区云水资源和降水量的时空分布特征及变化趋势;利用同时期欧洲中期天气预报中心ERA 5水汽输送通量再分析资料分析上述区域水汽输送路径和水汽总量的年际变化特征.结果表明,在空间分布方面,中国空中云水资源含量和降水空间分布基本呈现南多北少的分布特征,高值区常沿高大山脉分布.在年内变化方面,总云量、低云量、云水路径和降水量均具有明显的季节变化特征,除低云量外均在6月出现明显峰值.在年际变化方面,非季风区总云量呈现减少趋势,季风区总云量呈现增加趋势,平均每10 a增加5%,两区域云水路径和降水量均呈现增长的趋势,季风区云水路径和降水量平均增加0.3 g/(m~2·a)和0.01 mm/d;非季风区平均增加0.22 g/(m~2·a)和0.009 mm/d.低云量呈现减小趋势,非季风区平均每10 a降低0.86%,季风区平均每10 a降低0.46%.近年来经西北和东北地区向内陆输送的水汽通量增加明显,在新疆北部和东北地区出现水汽通量增长的高值区,是中国近年来降水增加的主要原因.

    2023年05期 v.59;No.269 620-627页 [查看摘要][在线阅读][下载 1870K]
  • 冬季Hadley环流与热带海表面温度的关系及其对中国气候的影响

    文琦;李旭;李艳;刘抗;

    利用1979-2021年全球海表面温度(SST)、气象再分析资料等数据,探讨冬季Hadley环流(HC)的变率及其与热带SST异常的关系,研究其对中国同期降水量和气温的影响.结果表明, HC的EOF_1模态(46.2%)是上升支在10°S左右的主体位于北半球的非对称模态,包含年代际和年际变率.年代际变率与印度洋(20°S~20°N, 50°~90°E)SST南北不均匀增暖趋势有关(南半球大于北半球);年际变率与El Ni?o事件下印度洋(10°S~10°N, 50°~90°E)异常SST经向梯度沿正方向为0的位置出现在南半球有关. EOF_2模态(16.7%)是关于赤道对称模态,仅体现年际变率,与El Ni?o事件下热带东太平洋(180°E~90°W)异常对称的经向热力结构有关.两个主模态与中国同期降水量和气温均呈正相关.在EOF_1(EOF_2)模态影响下,中国东南沿海地区(南方地区东南部)降水偏多,与110°~120°E异常反环流有关. EOF_1模态下,中国西北-中部地区存在气温正距平,与下沉运动的绝热加热效应关系密切. EOF_2模态下,中国气温也为正距平,但温度异常不显著.

    2023年05期 v.59;No.269 628-637+646页 [查看摘要][在线阅读][下载 3100K]
  • 3种机器学习方法对空气污染预报效果的对比

    陈金车;迪里努尔·牙生;王田宇;李旭;王金艳;谢祥珊;孙彩霞;

    以中国西北5个省会城市为研究区域,利用2015年1月1日-2020年7月21日空气质量监测资料与气象数据构建基于多元逐步回归(MSR)、随机森林(RF)与支持向量机(SVM)的空气污染预报模型,以平均绝对误差、均方根误差及拟合度指数IA为评判指标,对模型的模拟精度进行对比分析.结果表明,针对5个城市构建空气污染预报模型时, RF重要性评估法比Spearman相关系数法更适用于筛选预报因子. MSR、 RF与SVM模型的预报性能由强至弱依次为MSR>RF>SVM. 3种模型预报结果均IA>0.8,预报值与实际观测值之间的相关程度较高.

    2023年05期 v.59;No.269 638-646页 [查看摘要][在线阅读][下载 2147K]
  • 多源降水量数据融合分析及评价

    王福增;温凯;何山;谷晓平;

    利用2018年5月贵州省黔西南州自动气象观测站的降水量资料、兴义站雷达资料和CMORPH卫星降水反演产品资料,采用最优插值法对3种降水量数据开展融合试验.试验设计4种降水量数据融合方案,分别对融合的降水量数据进行区域精度检验.结果表明,经概率密度匹配法订正后的卫星-地面融合降水量与订正之前相比,相关系数由66.19%提升至79.68%,偏差由-0.544mm/h降至-0.247 mm/h,均方根误差由2.944 mm/h降至1.353 mm/h.当融合降水模型仅输入2种降水量数据源时,具有较高精度的一方对融合降水量的精度影响更大.卫星-雷达-地面数据融合降水量的相关系数为81.32%,偏差和均方根误差分别为-0.219、 1.037 mm/h,精度高于其他降水量数据融合方案,说明融入更多有效降水量数据源能明显提高面降水量的精度.

    2023年05期 v.59;No.269 647-654页 [查看摘要][在线阅读][下载 2006K]

干旱环境下土遗址保护

  • 基于时序InSAR技术的锁阳城遗址积沙过程

    谌文武;吴海鱼;原鹏博;郭志谦;刘沛然;

    研究锁阳城遗址沙丘的形成和发展过程,采用SBAS-InSAR技术对遗址区进行监测研究.选用2014年10月-2021年8月覆盖研究区域的42景升轨和41景降轨Sentinel-1A数据进行干涉处理,得到雷达视线方向的形变速率场,经过投影转换得到垂直方向的形变速率场,并验证了InSAR监测结果的精度,结合遗址区气象数据和锁阳城形制、保存现状特征进行综合分析.结果表明,锁阳城遗址区域沙丘发育呈现由西向东堆积速率逐渐增加的特点;西墙南段两侧及东墙外侧积沙速率最快,最大积沙速率为1.24 mm/a,西墙外侧以侵蚀为主,最大侵蚀速率为-0.89 mm/a;东风和西风占起沙风比率分别为67.92%和28.18%,与InSAR监测沙粒堆积方向一致.

    2023年05期 v.59;No.269 655-663页 [查看摘要][在线阅读][下载 3532K]
  • 烧料礓石-遗址土注浆浆液工作性能

    文鑫;王南;张景科;陈银桥;张浩;邱启波;

    为揭示烧料礓石-遗址土裂隙注浆浆液的工作性能,分析不同水固比、浆液配比、浆液组成(烧料礓石-粉磨遗址土(CGN-G)、烧料礓石-天然松散遗址土(CGN-N))对浆液流变性能、流动性以及泌水稳定性的影响.结果表明, CGN-G、CGN-N浆液的稠度系数随水固比、浆液配比的减小而增大,流动度、泌水率均与之相反;相比CGN-N浆液, CGN-G浆液的流变指数、流动度、泌水率平均降低3.28%、 7.50%、 83.62%,稠度系数平均增大3.28%;扫描电镜和颗粒分析试验揭示颗粒微观形貌、比表面积、颗粒堆积状态是影响烧料礓石-遗址土裂隙注浆浆液流变性能、流动性以及泌水稳定性的重要因素.证明CGN-G浆液具备更为均衡的工作性能,适宜作为土遗址裂隙注浆材料.

    2023年05期 v.59;No.269 664-670+680页 [查看摘要][在线阅读][下载 2328K]

青藏高原研究

  • 2000-2020年西宁都市圈土地利用形态及碳排放量的演变分析

    孔德臻;王梅梅;杨永春;王文瑞;

    对西宁都市圈不同地类的碳排放系数进行修正,采用2000、 2005、 2010、 2015、 2020年共5期Landsat影像数据,测算西宁都市圈土地利用的碳排放量.选择最大斑块指数等8个代表城市用地形态变化的指标,利用空间滞后模型及空间误差模型分析城市形态指标对碳排放量的影响.结果表明,与东部大城市相比, 2000-2020年西宁都市圈建设用地强度、总面积均较小,碳排放量增速平稳且缓慢.面积占比仅2.67%的建设用地是土地利用碳排放量的重要来源;与平原城市相比,西宁都市圈土地利用的碳排放量具有明显的方向性,扩张方向以西北、东南和正北为主,除中心区外,西宁都市圈土地利用的碳排放量空间上表现为星状或不规则的团状;耕地变化对碳排放量的影响不显著,建设用地面积和形态变化对都市圈的碳排放量具有明显影响;内部连通性高、破碎度高和形状复杂的建设用地具有较高的碳排放量,不规则的建设用地和内部主导建筑类型的集聚同样会导致地区碳排放量增加,建设用地的紧凑程度对碳排放量增长有抑制作用.揭示了土地利用形态对碳排放量的影响机制,提出了建议和对策.

    2023年05期 v.59;No.269 671-680页 [查看摘要][在线阅读][下载 2183K]
  • 红尾沙蜥鸟氨酸脱羧酶1高原适应的分子机理

    齐建伟;赵飞;黄宇哲;黄海霞;鲁松松;

    运用基因组学、转录组学、分子进化和计算生物学等分析方法对红尾沙蜥鸟氨酸脱羧酶1(ODC1)基因结构、表达量、正选择位点以及蛋白质理化性质和结构展开研究,旨在阐明ODC1基因在沙蜥属不同海拔物种中的表达模式和在高海拔红尾沙蜥中低氧适应的分子机理.结果显示,ODC1基因在红尾沙蜥4个组织中的表达量约为荒漠沙蜥的2.25、 1.14、 2.51和4.82倍,其中在肝脏、脑和心脏组织中的表达量显著高于荒漠沙蜥.红尾沙蜥ODC1蛋白质的总平均亲水性系数和不稳定性系数分别为-0.122和46.51,较荒漠沙蜥亲水性更高、结构更稳定.红尾沙蜥ODC1蛋白质位于β/α桶状结构域的222Gly→Ala(潜在的正选择位点)和228Ser→Asn两个突变使得该区域结构更紧凑,并使得蛋白质活性中心体积由荒漠沙蜥的0.734 3 nm~3增大到红尾沙蜥的0.744 8 nm~3,且活性中心亲水性增大.位于β层片结构域的446Ile→Met氨基酸突变使得该区域的无规则卷曲被α螺旋取代,蛋白质稳定性增强.红尾沙蜥ODC1基因表达量的显著上调和氨基酸突变导致的蛋白质结构稳定性增强均有利于蛋白质在溶液中积累到较高的浓度.氨基酸突变导致的红尾沙蜥ODC1蛋白质活性中心体积增大和亲水性升高对提高该酶的催化效率有一定作用.红尾沙蜥ODC1基因的高表达和蛋白质结构的改变,可能通过提高多胺物质的生物合成,对低氧引起的机体组织损伤后的修复和肺动脉高压的缓解起重要作用.

    2023年05期 v.59;No.269 681-688页 [查看摘要][在线阅读][下载 1714K]

其他

  • 高性能金刚石辐射探测器的研制与测试

    刘群;姜兴东;李海霞;王秀华;李荣华;陈翠红;

    设计了长×宽×高为4.5 mm×4.5 mm×500μm的金刚石辐射探测器.通过在金刚石/Al面形成肖特基势垒优化探测器性能,对其电特性(暗电流、电荷收集率)和探测特性(能量分辨率)进行测试.结果表明,电荷收集率最优为96.9%;暗电流随外加偏压的增加而增加,在偏压100 V以内小于0.1 nA;能量分辨率在偏压为380 V时最优,为2.82%.金刚石/Al面形成的肖特基势垒不仅降低了暗电流,还使辐射探测器的能量分辨率有很大改善.

    2023年05期 v.59;No.269 689-693+710页 [查看摘要][在线阅读][下载 1667K]

研究综述

  • 中巴经济走廊地质灾害研究进展与展望

    苏晓军;孟兴民;张毅;岳东霞;周自强;郭富赟;

    中巴经济走廊(CPEC)是连接中国与南亚、西亚的重要通道. CPEC北部大部为青藏高原、帕米尔高原山区,具有独特复杂的地质结构、活跃的构造运动、多样的地形地貌、多变的环境气候背景. CPEC内滑坡、泥石流及冰川跃动等相关灾害多发,影响着CPEC的安全建设和运营,面临巨大风险和挑战,地质灾害亦给当地社会和人民带来巨大损失.本研究系统总结了CPEC滑坡、泥石流及冰川相关灾害识别编目及成因、地质灾害评价、灾害防治与减轻等方面研究现状.针对当前研究存在的5点不足:孕灾背景研究较为薄弱、灾害早期识别有待进一步加强、灾害特征与机制揭示不够深入、灾害评价及方法有待发展、地质灾害综合防治有待提升等,提出相应建议.提出三方面展望:开展CPEC环境地质普查、地质灾害详查,建立完备的地质灾害本底数据;促进建立适于CPEC的地质灾害空天地联合监测识别技术体系,促进卫星数据共享体系升级;开展系统全面的地质灾害防治、风险评价、减灾与灾后恢复研究等.

    2023年05期 v.59;No.269 694-710页 [查看摘要][在线阅读][下载 2551K]
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