摘要：氡气是地下空间开发利用中的有害气体,同时对深地暗物质试验有重要影响,研究地下工程开挖过程中氡释放规律是科学解决氡污染问题的基础。采用自主设计的岩石三轴压缩氡释放试验系统,开展大理岩不同围压下三轴压缩破裂试验与氡释放量的测试,研究大理岩破裂模式对氡释放规律的影响,并讨论岩石破坏接近度(FAI)与累积氡浓度的相关性。试验结果表明,大理岩在不同加载阶段的氡释放量具有显著差异,总体上呈现先增加后回落再大幅增加至峰值释放量,最后跌落至稳定水平的规律。初始氡浓度随着围压的升高逐渐升高,而峰值氡浓度随着围压的升高呈现逐渐下降的趋势,与不同围压下岩石的破坏模式相关。通过对试验结果分析,得到岩石破坏接近度与累积氡浓度具有明显的相关性,可通过破坏接近度预测累积氡浓度的变化趋势。岩石氡释放规律的揭示对现场排氡/隔氡设计具有重要指导意义。

摘要：在月球上布设遥感传感器能实现长期、整体、稳定的对地观测,完善现有系统的观测能力,尤其是能从地球系统外部来观测地球系统本身的演化过程,以及地球系统与外部的相互作用和影响。从科学目标、传感器技术、参数模拟和估算方法以及观测站选址4个方面详细论述了月基对地观测研究进展,围绕涉及的关键科学问题进行推进,并总结了针对传感器论证、任务设计、数据处理和信息提取提出的一系列新模型和新方法,对月基对地观测提出了一些发展建议。

摘要：随着月球探测与研究工作的深入以及行星科学一级学科的建设,为满足进一步的工程实施、科学研究、科普教育的需求,建设一个综合性的数字月球云平台成为我国月球科学发展中的一项重要任务。本文基于B/S架构,结合各领域应用需求,整合月球数据以及成果资源,利用现有的云计算和大数据的管理、分析、挖掘等先进技术,建设了月球科学数据体系和数据中心,设计了具有工程应用、科学研究、科普教育等多个功能模块的综合性平台,为我国月球科学的发展提供支撑。

摘要：多年冻土是含有冰的特殊土体,在自然环境变化及工程扰动下易发生冻胀融沉变形,严重威胁着青藏高原工程建筑物的安全稳定,特别对青藏铁路的畅通运营提出了严峻挑战。以青藏铁路五道梁地区路基断面为研究对象,采用颗粒离散单元法,通过建立热-力离散元计算模型,对路基的温度场和变形进行了计算和预测。结果表明:离散单元法克服了有限元方法无法模拟颗粒间导热与接触粘结作用的瓶颈,能够从微观层面阐释宏观变化,较为真实地反映冻土的导热和力学变形;离散单元法数值计算分析发现,随着运营时间的增加,路基存在冻土退化问题,而且路基中颗粒间热交换复杂,在0℃等温线区域和路基坡脚处,颗粒间相互作用更为突出。热-力耦合离散元为冻土工程研究提供了新思路,可更好地为寒区工程服务。

摘要：南极冰盖不仅是全球环境变化的指示器,其消融所产生成的淡水输入也是未来海平面上升的主要不确定性来源。数值模式是诊断冰流动力机制、评估冰盖物质损耗的重要手段。本文首先介绍了乌阿(冰岛语úa或英语Ua)冰流模式的基本原理,并利用该模式模拟东南极埃默里冰架的动态变化。乌阿冰流模式基于质量和动量守恒方程的垂直积分,在自适应不规则三角网格上求解微分方程,仅用少数参数规则即可构造适应冰流动力特征的网格结构,有效缩减运算时间。采用当前主流的模式边界数据集,针对埃默里冰架设计了两个试验。试验一为反演试验,试验中模式的代价函数在100次迭代后下降三个数量级,表明模拟的流速与遥感观测吻合(RMSE=13.35m·a^-1),但高频细节仍有待提高;试验二为预测试验,测试了模拟冰厚变化率的不确定性,以自由漂移量接近零为标准选出一组最优模型参数,最后假设埃默里冰架解体情景开展模拟,结果表明冰架解体会导致海平面上升(45.36±0.08)mm。随着资料更新迭代,基于最新发布的南极底部地形数据模拟效果是否提升还有待未来检验。

摘要：随着页岩气的开发,传统的手持式甲烷测量仪无法继续应对复杂的开采工况。针对页岩气开发过程中温室气体甲烷的浓度及排放速率难以实时在线监测的问题,利用自主设计并搭建的开放光程傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量系统,对页岩气开采过程中各种工况下返排液进行实时在线测量。其中FTIR分辨率为1 cm^(-1),光程为50 m,红外光源通过返排液正上方被光谱仪接收。对测量所得的红外光谱进行多次平均,提高光谱质量并进行反演计算。从HITRAN数据库中提取甲烷特征吸收截面,考虑环境与仪器等影响,对测量温度进行修正,选取合适的吸收波段,与水汽的吸收截面进行吸收峰叠加,合成标准光谱。使用最小二乘法对实测光谱与标准光谱进行拟合,从而反演出甲烷浓度。并根据返排液排放速率,结合光路通过返排池的距离及红外光谱反演浓度,对页岩气开采过程中甲烷排放速率进行计算。结果表明:不同开采工况下,光谱反演浓度呈明显起伏变化。更换三项分离器时,甲烷浓度有明显上升;在点燃火炬时,甲烷浓度持续低值;其红外光谱反演浓度符合页岩气开采过程中甲烷排放情况。改变测量光谱平均次数,对返排液甲烷进行单位小时和连续80小时测量并分析。在单位小时内,甲烷浓度在100~800μmol·mol^(-1)范围内呈现明显起伏变化;甲烷的排放速率在50~300 m^(3)·h^(-1)内波动。对返排液进行80小时连续测量,甲烷浓度最大值为936.4μmol·mol^(-1),其最大排放速率达到535.1 m^(3)·h^(-1);最低值为36.82μmol·mol^(-1)最小排放速率为18.63 m^(3)·h^(-1)。反演数据结果说明:在页岩气开发过程中,其返排液为一个无组织甲烷排放源,且排放速率在短时间内变化十分明显。红外光谱反演浓度和传统手持式甲烷测量仪测量结果具有较好一致性,相关系数为0.7436。相对于传统手持式甲烷测量仪器,红外光谱反演法具有响应速度更快,非接触远距离,实时在线测量等优势。

摘要：第一原理电子结构计算已成为探索与研究物质机理、理解与预测材料性质的重要手段和工具.虽然第一原理电子结构计算取得了巨大的成功,但是如何利用高性能计算机又快又好地计算大规模体系,如何从数学角度理解电子结构模型的合理性与计算的可靠性和有效性,依然充满各种挑战.基于密度泛函理论的第一原理电子结构计算的核心数学模型为Kohn-Sham方程或相应的Kohn-Sham能量泛函极小问题.近年来,人们分别从非线性算子特征值问题的高效离散及Kohn-Sham能量泛函极小问题的最优化方法设计两个方面对电子结构计算的高效算法设计及分析展开了诸多研究.本文重点介绍我们小组在电子结构计算的方法与理论方面的一些进展,同时简单介绍该领域存在的困难与挑战.

摘要：为了分析三轴试验中冻土体积变形影响因素的敏感性,选定包括内因和外因在内的6种影响因素,选用青海省德令哈的砂土按照正交试验方案进行常规三轴试验,并采用灰色关联分析法对试验结果进行分析,给出各影响因素的敏感性排序。结果表明,在选定的6种影响因素中,含水率、加载速率及温度的敏感性超过70%,需重点考虑。在较小含水率条件下,冻结砂土先体缩再体胀,且应力峰值点和应变峰值点所对应的轴向应变基本一致,而在饱和条件下仅发生体积膨胀。加载速率对冻土的影响主要表现为对其力学特性和破坏形态的改变,随着加载速率的增加冻土的体缩量、切线模量和峰值强度增加,但峰值应变却表现为减小趋势,冻结砂土性质趋近脆性。土样温度降低,土颗粒间的黏结力增加,孔隙压力转变为有效应力,从而导致冻结砂土的强度增加、体积膨胀量增加。分析结果可为相关试验及工程优化设计提供一定的参考。

摘要：草本沼泽是沼泽湿地生态系统中分布最广的沼泽类型,具有涵养水源、调节气候、储碳固碳、提供珍稀物种栖息地等重要生态功能.草本沼泽的固碳功能在减缓气候变暖,维持区域环境稳定性等方面发挥着关键作用.植被生物量是反映湿地固碳能力的重要指标,明确沼泽湿地植被生物量可为估算沼泽湿地碳储量及固碳能力提供科学基础.文章利用全国草本沼泽植被地上生物量实地调查数据,结合中国沼泽湿地分布数据集,首次从全国尺度对中国草本沼泽植被地上生物量及其空间分布格局进行了研究.结果表明:中国草本沼泽总面积为9.7×10^(4)km^(2),草本沼泽植被地上生物量平均密度为(227.5±23.0)g C m^(-2)(95%置信区间,下同),总地上生物量为(22.2±2.2)Tg C(1Tg=10^(12)g).中国草本沼泽植被地上生物量密度总体表现东北和青藏高原地区低、华北中部和滨海地区高的特点.在中国不同沼泽分布区,草本沼泽植被地上生物量平均密度从小到大依次为:温带湿润半湿润沼泽区((182.3±49.3)g C m^(-2))<青藏高原沼泽区((243.9±26.6)g C m^(-2))<温带干旱半干旱沼泽区((300.5±73.2)g C m^(-2))<亚热带湿润沼泽区((348.4±59.0)g C m^(-2))<滨海沼泽区((675.4±73.8)g C m^(-2)).由于草本沼泽面积的不同,不同沼泽分布区草本沼泽植被总地上生物量在温带湿润半湿润沼泽区最大((9.6±2.6)Tg C),而在滨海沼泽区最小((1.1±0.1)Tg C).中国草本沼泽植被地上生物量空间分布具有明显的非地带性特征,但在部分地区也呈现出一定的地带性规律,青藏高原草本沼泽植被地上生物量总体随海拔的升高而降低,温带湿润半湿润区和温带干旱半干旱区草本沼泽植被地上生物量随干旱程度的增加先降低后趋于平缓,温带湿润半湿润区草本沼泽植被地上生物量在年均温度越高的地区相对越大.研究结果可为精准评估沼泽湿地对气候的调节作用提供科学依据,为湿地生态系统适应性管理提供决策支持.

摘要：气固流态化过程中流体和颗粒分别聚集,形成稀密两相,严重限制其传质效率和反应速率的提高。针对此问题,本工作设计了一种中空多孔结构的催化剂颗粒,通过模拟方法研究该颗粒对稀密两相气相传质与反应的影响,及其在稀密相间转换的时间尺度。结果表明,一定的流动强度时,在颗粒稀密相转换的时间尺度内,中空多孔结构的颗粒能够有效地在稀相存储反应气体,并在密相释放,为密相提供额外的反应气体,增强体系的整体反应效率。当催化反应速率高于传质速率时,在所研究的流动条件下中空多孔颗粒体系的反应效率比实心球形颗粒体系高出26.92%~29.55%。可以预见在稀密相分布更广的大型气固流化床反应器中,中空多孔结构的催化剂颗粒能够更为有效地提高反应器的整体效率。