High resolution interrogation technique based on linear photodiode array spectrometer for fiber Bragg grating Sensors - art. no. 65952C

A linear photodiode array spectrometer based, high resolution interrogation technique for fiber Bragg grating sensors is demonstrated. Spline interpolation and Polynomial Approximation Algorithm (PAA) are applied to the data points acquired by the spectrometer to improve the original PAA based interrogation method. Thereby fewer pixels are required to achieve the same resolution as original. Theoretical analysis indicates that if the FWHM of a FBG covers more than 3 pixels, the resolution of central wavelength shift will arrive at less than 1 pm. While the number of pixels increases to 6, the nominal resolution will decrease to 0.001 pm. Experimental result shows that Bragg wavelength resolution of similar to 1 pm is obtained for a FBG with FWHM of similar to 0.2 nm using a spectrometer with a pixel resolution of similar to 70 pm.

土壤稳定入渗速率空间插值不确定性研究

以黄土丘陵沟壑第三副区的藉河流域为研究区,根据65个实测点数据,采用普通克里格法、反距离权重法、样条函数法等插值方法,分析了测点数量变化、栅格像元尺寸变化及插值方法的差异对土壤稳定入渗速率空间插值结果的影响,剖析了空间插值中的不确定性。结果表明:(1)参与插值站点越多,所得插值结果不确定性越小;(2)像元尺寸在25~800 m间变化对土壤稳定入渗速率的插值结果影响微弱;(3)不同插值方法对插值结果的精度影响较大,说明插值方法的差异对插值结果的不确定性有较大影响。

陕西省水蚀土壤因子指标插值方法比较研究

基于地统计学原理和半变异理论,采用地理信息系统技术定量研究了陕西省水蚀土壤因子指标的空间变异特征。分析比较了反距离权重法、样条函数法与普通克吕格法对陕西省土壤因子指标空间插值的精度。结果表明,研究区土壤抗冲系数具有中等强度的空间相关性,块金系数为32.29%,而稳渗速率、崩解速率、抗剪强度均表现为强烈的空间相关性,块金系数分别为13.19%,11.61%和12.98%。综合考虑平均相对误差、均方差及插值效果,认为普通克吕格法最好,更能反映土壤参数的空间特征并符合区域水土流失模型对数据的要求。对于普通克吕格法,稳渗速率的Lag步长为30 000 m,半方差理论模型为指数模型;抗冲系数、崩解速率、抗剪强度的Lag步长为55 000,半方差理论模型均为高斯模型。在空间分布上,各指标随土壤类型由北到南呈现明显的地带性规律。

基于等高线的黄土高原小流域地形虚拟

黄土高原地形三维虚拟是"数字黄土高原"的基础,可为区域水土保持生态建设提供科技支撑。针对直接在地理信息系统软件中观察三维场景存在的控制交互能力不足问题,提出综合利用地理信息系统软件的地形插值算法,基于MFC框架下的OpenGL程序设计的思路,实现地形的真实感三维虚拟。以黄土丘陵沟壑区康家沟小流域为例,等高线数据在AutoCAD和ArcView软件中处理,生成ASCII格式的规则网格DEM数据,依据它们绘制三角形带,采用加权平均法求得各点的法向量,设置光照与材质模式,添加动态天空背景,实现了该流域地形的真实感三维虚拟,并增加交互能力,完成自由漫游与多角度观察。

县级尺度土地利用结构特征定量分析

基于土地利用数量和空间结构内涵理解,选取相关定量指标组合并结合GIS技术,以安徽省含山县为例,利用其2002年土地变更数据和2000年1︰50000土地利用现状图,探讨县级尺度土地利用结构特征定量分析方法。研究表明:定量分析结果与县域实际相一致,所选取的定量指标能够充分发挥各自作用,尤其是在表征数量结构总体特征上,多样化指数、集中化指数、洛伦兹曲线和组合系数4个指标之间优势互补,相互验证,最为显著,这说明定量分析具有可行性,其关键在于合理地选取具有明确意义的定量指标组合,包括指标选取以及各指标之间的优化组合。全县土地利用结构总体特征可概括为:以耕地-林地-未利用地-水域为组合类型,以耕地和林地为景观基质,土地利用程度不高,以农用地为主,县域地形地貌格局是土地利用结构形成的自然基础,单位面积土地GDP、人口密度与土地利用程度、建设用地区位优势在一定程度上呈正相关。该研究可为县级,尤其是类似地区土地利用结构特征定量分析提供借鉴和参考。

喷灌均匀系数的三次样条两次插值计算方法

为提高喷灌水量分布均匀性评价的准确性,当雨量筒径向布置时,为考虑所有测点数据对插值点降水深的影响,采用径向和周向两次的三次样条插值计算出未知点的降水深,从而计算喷灌均匀系数。以美国雨鸟30PSH型喷头雨量筒间隔为1m和2m的喷洒试验数据,计算网格点取1m和0.25m,分别采用三次样条两次插值法和邻近四点距离线性插值法计算了克里斯琴森均匀系数。结果表明,均匀系数由高至低的顺序依次为采样间隔为2m的线性插值、采样间隔为2m的三次样条两次插值、采样间隔为1m的线性插值和采样间隔为1m的三次样条两次插值。采样间隔2m比1m计算出的均匀系数总体高3~4个百分点,三次样条两次插值法比邻近点距离线性插值法略低1个百分点,2种计算网格点间距下的均匀系数差值小于1个百分点。结果证明,采样间距、插值方法、计算网格间距对均匀系数的影响依次降低,三次样条两次插值法可以用来评价喷灌组合均匀系数。

纳米稀土发光材料的合成与表征

纳米稀土发光材料由于表面界面效应和小尺寸效应而具有特殊的发光特性已引起人们的注意。本论文我们从合成纳米粒子入手，以稀土离子为探针，探讨纳米化后稀土材料发光性能，得到了一些新的、有意义的结果。1．用燃烧法合成了G由03：E矿＋纳米晶，xRD和TEM结果显示经不同温度处理后的粒子的平均粒径为8一23nm。光谱的研究结果表明，来自于Eu3＋离子发射峰随粒子尺寸减少而呈现拓宽，而基质吸收相对于电荷迁移带的强度相对增强。这与E记＋的不同局域环境有关。Eu3＋离子的碎灭浓度为8％。荧光寿命随着纳米粒子尺寸的减小和E矿＋离子浓度的增加而缩短。通过分析发光强度与Eu3＋浓度的关系，认为产生发光碎灭为交换相互作用，并对燃烧法和501一gel方法合成的样品的结构与光谱进行对比。2，采用沉淀法在60℃合成了Yvo4：叮＋纳米晶，xRD和TEM结果表明经不同温度处理后纳米粒子的平均粒径为5一18nm，通过比较样品的光谱，发现V一O的吸收带的变化，发射光谱宽化的现象，均来自于较大的表面积／体积比，E记＋离子的碎灭浓度为12％。荧光寿命随粒径减小和E矿＋离子浓度的增加而降低。并与501一gel法合成的Yvo4：Eu3＋样品和纳米Gdvo4：E矿的光谱进行了对比分析。3．采用沉淀法在不同条件下合成了纳米GdP氏：E矿＋样品，研究结果表明纳米粒子的粒径、发射光谱和激发光谱与pH和EDTA的加入有关。较低的pH有利于形成分散性好，粒径小的纳米粒子。EDTA的加入易于形成棒状的纳米粒子。E矿＋离子的碎灭浓度为8％。纳米YP氏：Eu3＋样品xRD结果表明：低温有利于（200）晶面生长。酸性条件或低温下合成的样品中Eu3＋具有较低格位对称性。4．燃烧法，均相沉淀法和共沉淀法合成纳米G由03：E尸＋，孔3＋的上转换发光体，XRD和SEM结果表明：所有纳米粒子均为球形，而燃烧法合成的样品粒径较小。上转换发光光谱表明：由于不同数量ED护认的加入，使样品的红光和绿光的发射强度发生的明显变化，其原因同样与掺杂离子的局域环境是不同有关。

稀土磷化物的制备及其性质研究

由于科学的发展和社会的需要、探索新的半导体材料、开辟稀土化合物的新用途成了重大的研究课题。众所周知，Ⅲ_a-Ⅴ_a族化合物是已被广泛应用的重要半导体材料。而对于Ⅲ_b-Ⅴ_a族化合物是否是半导体还在探索中。人们对Ⅲ_b-Ⅴ_a族化合物的磁学光学、电学性质及热电性质做了大量的研究。但是，对其是否是半导体未能得出一致的结论。Sclar等人总结了求Ⅲ-Ⅴ族化合物带宽度的公式，预言稀土单氮族化合物是半导体；Yim等人测量了稀土磷化物的吸收光谱，由此证实了其半导体性；Hasegawa用Apw法计算了GdX (x = N、P、As、Sb)的能带，计算得出GdP的能带重迭，故他认为LnP是金属性材料；(Ln=稀土元素）。Guntherodt测量了GdP晶体介电常数与波长关系，由此得出GdP是高载流了浓度材料，他由此解释了GdP电阻率低的现象，但对其是否是半导体未做结论。大量的研究已证实了LnN是半导体，而对LnP却未能得出一致结论。本文以La、Nd、Sm、Y为代表研究了稀土磷化物的光学性质、电学性质和热电性质。由实验结果证实了稀土磷化物是N型半导体。稀土磷化物多晶粉末是用元素合成法制备的。合成LnP的最佳条件为：温度：950 ℃-1000 ℃；时间：10 ～ 36小时；真空度：3 * 10~(-5)笔。对制备后的LnP做了X-ray衍射分析，确定了LnP有氯化钠结构。其中，YP没有ASTM卡，我们参照其衍射图计算了它的晶面间距值，得出其晶格常数为a = 5.652A，计算的d_(nkL)值与实验值符合很好。通过实验证实了合成的LnP是单一化合物。在实验中测量了LnP薄膜的吸收光谱并将其与GaAs的吸收光谱做了比较，证实了稀土磷化物是直接跃迁型材料。同时也求出了LnP的禁带宽度值。其中，NdP、LaP、YP的禁带宽度值是首次得到，文献中未见有报导。从La到Y随着晶格常数变小，禁带宽度值亦减小，该实验结果与Sclar用经验式计算的结果是一致的。在实验中还利用热探针、霍尔系数和热电菌率系数测量了LnP的导电类型，结果表明它们是N型半导体。用四探针测量了它们的电阻率为～10~(-3)ncm。并研究了它们的电阻与温度关系，发现LnP具有半导体的重要特征－电阻的负湿度系数。同时，从电阻与温度关系求出了LnP的激活能、该值较小，说明LnP中存在浅施主能级，我们分析是由于磷缺位在LnP形成正电中心而引入的。所测量的LnP的热电功率系数为近百μv/℃。也以热电功率系数与温度的关系求得了LnP的激活能，这与从电阻与湿度关系所得的激活能值是相符的。这证实了我们对LnP存在浅施主能级所做的判断。本文还对上述试验结果做了简要分析讨论。提出了LnP的能带图。我们认为：稀土磷化物是直接跃迁型的N型半导体。

地形可视性分析中观察点设置问题研究

观察点设置问题是地形可视性分析中的一类重要问题，对该问题的研究可以在空间信息辅助决策、通信、旅游、野生动物保护等领域发挥重大作用。本文在对地形可视性分析中观察点设置问题现有研究成果总结和分析基础上对该问题展开深入研究。 首先，针对现有解决方法只从智能算法或地形数据表示方法单一角度进行分析和研究的局限性，提出了一种问题相关的智能算法和数据表示方法相结合的解决问题新框架。该框架考虑了解决观察点设置问题时智能算法的优点和数据表示方式的特点相互配合问题，目的是充分发挥二者各自的优势以提高观察点设置问题解决的准确度与效率。 其次，在深入分析观察点设置问题本身特点的基础上，结合隶属云理论的基本理论和方法，对经典模拟退火算法从退温函数设计、温度产生过程、状态生成过程三方面进行了问题相关的改进，提出了一种适于观察点设置问题的改进模拟退火算法(Improved Simulated Annealing algorithm, ISA)。该算法一方面保持了经典模拟退火算法的稳定倾向特性，保证了算法满足伴随退火温度的不断下降，对恶化的新状态越来越难于接受这一模拟退火算法的最基本特征；另一方面其退火温度的连续性随机变化特性和隐含的“回火升温”过程，则有利于算法有效拒绝恶化解，加速算法收敛，能够更好地满足观察点设置问题对于算法收敛速度的要求。 再次，在分析地形数据的精度、误差等因素对观察点设置问题的解决准确性和解决效率影响程度的基础上，提出了一种基于离散余弦变换的地形数据内插方法(Discrete Cosine Transformation Interpolation method, DCTI)。新方法将传统空域上的地形内插转换到变换域上进行，同时充分利用了离散余弦变换的熵保持特性和能量压缩特性，简化了变换域上的内插过程，提高了地形数据内插的效率和精度。DCTI方法与其他现有典型地形数据内插方法相比，对地形可视性信息获取的准确性和效率影响最小，为平衡观察点设置问题解决过程中时间效率和准确度之间的关系，最终有效地解决观察点设置问题提供了数据基础。 最后，从智能算法和地形数据相结合的角度出发，提出了一种基于ISA和DCTI相结合的观察点设置问题多分辨率处理方法(Multi-Resolution Processing method, MRP)。新方法将模拟退火算法的逐次退火特点和地形数据的多分辨率表示充分结合，达到了发挥算法数据相结合的综合优势的目的。与现有单纯基于模拟退火算法的解决方法相比，在问题解决准确度保持不变的前提下，基于MRP方法的观察点设置问题解决的平均耗时减少85%~95%，为实际工程应用问题的解决提供了一条重要途径。

辽宁沿海经济带景观格局动态预测及其生态安全研究

21世纪中国将进入工业化与城市化快速发展阶段，随着经济全球化与竞争国际化，产业集群开始成为经济发展的主流，以临港产业为代表的沿海经济带开发建设已成为发达国家的重要经验和国内沿海省市的主导区域战略，辽宁沿海经济带的开发建设将进一步加大沿海地区与周边地区及内地的资源信息交换，人口的大量流入、城市化进程的加快等都可能对沿海区域的生态环境质量和可持续发展与生态安全产生重要影响。 论文通过3S技术手段，应用转移矩阵、土地利用度量公式、景观空间格局分析和Kappa 指数系列方法对1988～2007 年辽宁沿海经济带的景观变化进行了综合分析，同时应用CLUE-S 模型在有无“辽宁沿海经济带开发建设规划”两个预案下对该区域2008～2020 年的景观变化进行了预测。应用生态足迹理论与方法对研究区1990～2006年的生态足迹与生态承载力进行了分析，以反映研究区可持续发展情况；应用时间序列（ARMA）与支持向量机（SVM）预测了研究区2007～2020年生态足迹与生态承载力变化。并对研究区进行了基于生态足迹的区域生态安全动态分析及预测研究，最后提出了研究区生态安全对策，得到如下主要结论： （1）辽宁沿海经济带在1988～2007年间景观格局变化并不十分显著，景观由少数几种景观类型所控制，各景观类型有不断趋于平均化的趋势，但速度较慢，景观的破碎化程度越来越严重。土地利用度逐步增大，反映在景观变化上，是以建设用地的持续扩张与耕地以及林地、水域面积缩小为特点，其中建设用地在景观类型转换中发挥着越来越重要的作用。主要的景观变化发生在耕地、林地、水域与建设用地之间。 （2）在有无“规划”两种预案下，景观变化的趋势基本一致，但变化幅度有明显差别。两种预案下耕地都趋于减少，但“规划预案”降幅更大一些。建设用地逐渐增加，但“规划预案”扩张更快，面积更多。建筑用地变化情况的不同导致其它景观类型变化的不同。两种预案下景观的破碎化程度均有减小的趋势，斑块形状趋于规则，景观的连通性也在逐年增大，其中在“规划预案”中表现得更为显著。 （3）辽宁沿海经济带从1990～2006年间的人均生态足迹与生态承载力均呈逐渐增大趋势，且生态足迹需求明显大于生态承载力，生态赤字在逐渐增大，研究区内的生态负荷已超过了其生态容量，现有的区域发展模式是不可持续的。其中生态足迹需求增大主要来自能源足迹需求增大，而生态承载力的增加主要是因为水域类面积的增加。17年间研究区的人均万元GDP生态足迹均有不同程度的下降趋势，表明该区域的资源利用效率在逐渐提高。 （4）过去17年来，辽宁沿海经济带的生态压力指数变化趋势为先升后降，区域生态安全经历了生态较安全、稍不安全、较不安全和稍不安全等阶段，表明该区域生态安全正在逐步改善。生态占用指数与生态经济协调指数均呈逐步增大的趋势，表明研究区的社会经济发展程度和人民消费水平正在走向较富裕阶段，该区域社会经济发展与生态环境的协调性也在逐渐改善。 （5）两种预案下，辽宁沿海经济带未来14年的人均生态足迹与人均生态承载力均有逐渐增大的趋势，且人均生态足迹均超过了其人均生态承载力，存在不同程度的生态赤字，发展模式仍将是不可持续的，其中“规划预案”下的发展模式更加不可持续。 （6）两种预案下，研究区未来14年的生态安全均处于稍不安全状态，其中“规划预案”的生态压力更小一些。两种预案下研究区的生态占用指数和生态经济协调指数均有逐年增大的趋势，区域经济均将从较富裕阶段走向很富裕阶段，经济增长与生态环境的协调程度也由较好阶段步入很好阶段。其中“规划预案”下的区域经济增长更快，与生态环境的协调性将更好一些。 （7）三种方案可以降低研究区“规划预案”下的生态压力指数，实现区域的生态安全。其中同时提高研究区的生态承载力，降低生态足迹的方案更为合理可行，既保障了区域安全，又实现了区域的可持续发展目标。 （8）要保障研究区未来14年的生态安全，建议规划增加水域面积，推进区域热电联产，发展清洁能源并推动区域间资源互补共享。

Large-eddy simulation of flows past a flapping airfoil using immersed boundary method

The numerical simulation of flows past flapping foils at moderate Reynolds numbers presents two challenges to computational fluid dynamics: turbulent flows and moving boundaries. The direct forcing immersed boundary (IB) method has been developed to simulate laminar flows. However, its performance in simulating turbulent flows and transitional flows with moving boundaries has not been fully evaluated. In the present work, we use the IB method to simulate fully developed turbulent channel flows and transitional flows past a stationary/plunging SD7003 airfoil. To suppress the non-physical force oscillations in the plunging case, we use the smoothed discrete delta function for interpolation in the IB method. The results of the present work demonstrate that the IB method can be used to simulate turbulent flows and transitional flows with moving boundaries.

Application of the characteristic CIP method to a shallow water model on the sphere

Semi-implicit algorithms are popularly used to deal with the gravitational term in numerical models. In this paper, we adopt the method of characteristics to compute the solutions for gravity waves on a sphere directly using a semi-Lagrangian advection scheme instead of the semi-implicit method in a shallow water model, to avoid expensive matrix inversions. Adoption of the semi-Lagrangian scheme renders the numerical model always stable for any Courant number, and which saves CPU time. To illustrate the efficiency of the characteristic constrained interpolation profile (CIP) method, some numerical results are shown for idealized test cases on a sphere in the Yin-Yang grid system.

A multi-moment finite volume formulation for shallow water equations on unstructured mesh

A novel and accurate finite volume method has been presented to solve the shallow water equations on unstructured grid in plane geometry. In addition to the volume integrated average (VIA moment) for each mesh cell, the point values (PV moment) defined on cell boundary are also treated as the model variables. The volume integrated average is updated via a finite volume formulation, and thus is numerically conserved, while the point value is computed by a point-wise Riemann solver. The cell-wise local interpolation reconstruction is built based on both the VIA and the PV moments, which results in a scheme of almost third order accuracy. Efforts have also been made to formulate the source term of the bottom topography in a way to balance the numerical flux function to satisfy the so-called C-property. The proposed numerical model is validated by numerical tests in comparison with other methods reported in the literature. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

基于生态足迹模型的延边林区可持续发展评价

生态足迹是评价可持续发展状况和能力的重要指标之一。本文以统计年鉴和林业年鉴为主要数据来源,对延边林区1996~2002年的生态足迹进行了计算和分析。结果表明,该区人均生态足迹逐年下降,人均生态承载力波动较小,而人均生态盈余逐年增长。人均万元GDP生态足迹逐年递减,同西部地区相当,而明显高于东部。人均林地生态足迹变化平稳,天然林保护工程实施前后林地生产足迹和林地出口足迹的平均值分别降低了0.341和0.327 hm2.人-1,降幅分别为46.32%和54.94%。延边区域和林业的发展是可持续的,天然林保护工程的实施有助于增强其可持续发展能力,但同林业发达国家相比,仍有很大差距。依靠科技,提高单位面积林地产量和资源利用率,合理经营和管理森林生态系统是今后的工作重点。

科尔沁沙地生态足迹分析——以内蒙古翁牛特旗为例

应用生态足迹分析方法研究了翁牛特旗地区 2 0a的生态足迹变化 ,并以 1984 ,1993,2 0 0 2年的生态足迹为例进行分析 ,这 3a的人均生态足迹分别为 :0 .4 4 98hm2 /人 ,0 .4 75 8hm2 /人 ,0 .6 6 6 2hm2 /人。结果表明 ,该地区人均生态足迹处于增加趋势 ,与人均生态承载力相比 ,一直处于生态盈余状态。人均生态足迹与人均GDP、人均消费均表现为指数关系 ,拟合系数分别为 0 .94 38和 0 .9398。这说明就本尺度而言 ,翁牛特旗的生态足迹需求对本地区生态系统的可持续发展暂时还未构成威胁。