瞬态极化雷达系统及实验研究

瞬态极化雷达利用雷达目标单个脉冲回波即可获取其极化散射矩阵, 能够克服分时极化测量雷达的固有缺陷, 准确测量运动目标的散射矩阵, 进而提高雷达系统探测、抗干扰和目标识别等方面的能力. 报道了自行研制的国际上首部瞬态极化雷达实验系统, 并用该系统在外场开展了目标极化特性测量实验. 实验结果表明, 在不同瞬态极化测量波形的激励下目标散射矩阵测量的性能良好, 初步解决了目标极化散射特征提取与识别领域的基础性和共性难题.     

极化雷达相位信息在植被监测中的应用分析

用T－矩阵法计算得到的后向散射矩阵求解了代表植被叶子的盘状粒子与代表植被枝条的针状粒子的后向散射同极化相位差与植被的几何参数和物理参数间的相互关系，以及雷达入射波频率和入射角等参数对这些关系的影响。结果表明，植被的叶子或权条的形状和匐伏状态等几何参数，以及植被的介电常数的实部、虚部和不同成分含量等物理参数，对极化雷达后向散射同极化相位差的影响各不相同；而雷达入射波频率和入射角等参数对计算结果也有较大影响。所有这些在农作物的长势监测及产量评估等方面有重要意义。     

一种新型的数值模拟近岸波浪的动谱平衡方程模型

简述波浪数值推算的几种模型，对动谱密度平衡方程模型的源项、数值造波和边界条件的处理方法进行了研究。在源项中不仅包括非线性四相波相互作用，还引进非线性三相波相互作用，数值模拟波浪在近岸运动机理。与Boussinesq方程和缓坡方程进行了分析比较；数值计算了海安湾有效波高及平均波周期场分布，在非定常情形下以数值试验模拟了计算域内流速和水位变化对风浪要素的影响。讨论了模型将来的发展趋势。     

航天飞机极化雷达数据反演干雪密度

通过比较雷达波在不同密度空气－雪层界面入射角与雪层－地表界面入射角的差异,发现入射角一定时,雪密度越大,雪层－地表层面的入射角变化越大;雪密度一定时,雪层－地表界面入射角越大,雪层中折射角的变化越大,根据上述特性,依据积分公式模型（IEM）,模拟不同波长、不同密度和不同入射角条件下雪层表面的后向散射量,采用回归分析方法建立利用L波段、极化合成孔径雷达（SAR）反演积雪密度的算法,野外验证结果表明此算法能够准确地估算雪盖的密度分布状况。     

苏北浅滩波浪传播速度的高频地波雷达探测

应用雷达波Doppler正频移与负频移信号联解波速和径向流速方法, 在2011年7月苏北浅滩高频地波雷达观测试验中实现潮间浅滩海面波浪传播速度的观测. 基于频移与波速两级数据质量控制后统计的苏北浅滩平均波速平面分布图, 可分辨出与潮间浅滩、水下岸坡和潮汐水道等浅滩地貌单元相关的波速分区格局. 同步检验表明： 雷达观测波速与现场观测水深的关系统计意义上遵循微幅波理论, 径向流速较大条件下的波速观测质量较好, 复杂地形所致双向波速不等现象导致波速观测质量降低, 高频地波雷达是潮间浅滩动态遥感监测的潜在工具.     

“嫦娥一号”对环形山起伏非均匀月表层微波辐射观测的理论建模分析

中国“嫦娥一号”探月卫星在世界上首次采用多通道微波辐射计垂直测量月球表面的微波热辐射, 以期由多通道微波辐射亮度温度了解整个月球表面的微波辐射特征, 进而反演月壤层厚度, 估算月壤层富含的氦3含量. 在该科学目标和技术条件下, 讨论了月球表面微波辐射理论建模中月表粗糙面、温度廓线介质辐射、密集粒子散射等物理要素的影响. 按照月表面环形山数目与形态的统计特征, 数值构造环形山随机分布的月表面地形. 由规则三角形网格对“嫦娥一号”微波辐射计空间分辨率量级的月表面地形数值剖分, 来计算随机起伏粗糙月表面微波平均反射率与发射率. 数值结果表明在“嫦娥一号”微波辐射计空间分辨率的条件下, 环形山月表面可视为平表面建模. 由具有相干势的准晶体近似讨论了月壤层密集颗粒的散射与吸收特性, 及其月壤层有效介电常数的计算. 用分层辐射传输方程推导具有非均匀温度廓线分布的月尘、月壤、月岩层微波辐射亮度温度, 分析了各个物理参数对辐射亮度温度的影响. 从而分析了“嫦娥一号”对月表面微波辐射观测的三层结构理论建模与参数选取.     

用数值模拟格林函数方法合成近源地面运动地震图

用数值模拟计算所得小地震波形代替经验格林函数法中的观测小地震波形, 合成1995神户地震震源附近强地面运动理论地震图. 数值模拟计算的小地震波形, 称为计算格林函数地震波形或计算小地震波形. 数值模拟小地震波形计算是在两维适当高精度速度结构条件下用拟傅里叶变换微分求解波动方程进行的. 拟傅里叶数值模拟中使用了快速, 高精度, 高稳定性的错格实数傅里叶变换微分算子. 在合成神户大地震的综合理论地震图的计算中, 首先根据震源谱的拐角频率与地震断层长度的关系确定出的数值模拟所得格林函数地震波形的地震矩和相当震级. 再将这些计算的小地震波形用经验格林函数的方法合成神户地区地震断层附近部分台站的理论地震图. 合成近源地面运动地震图时使用了多重震源破裂过程模式. 结果表明综合理论地震图与作为目标地震的1995年神户M7.2地震的观测波形吻合得很好. 它意味着该方法对于在缺少地震观测的地区进行地震学研究和强地面运动预测是十分有效的.     

南海北部孤立子内波的一些特征和演

根据１９９８年６月 １４日在南海北部的一次孤立子内波的实测资料，分析它的可能源地，并计算出其相速度、波长等一些特征参数；基于对内波的垂直模态的分析，探讨了该孤立子内波在传播过程中所产生的波致流的特点；利用多因子作用下的规则化长波（ＲＬＷ）方程数值模式，以观测得到的环境参数作为初始条件，模拟了该孤立子内波在南海北部陆架区的传播和演变．     

南海北部孤立子内波的一些特征和演变

根据1998年6月14日在南海北部的一次孤立子内波的实测资料，分析它的可能源地，并计算出其相速度、波长等一些特征参数；基于对内波的垂直模态的分析，探讨了该孤立子内波在传播过程中所产生的波致流的特点；利用多因子作用下的规则化长波（RLW）方程数值模式，以观测得到的环境参数作为初始条件，模拟了该孤立子内波在南海北部陆架区的传播和演变。     

南海遥感叶绿素的长程相关

基于1997年10月至2005年10月海视宽视野水色扫描仪（SeaWiFS）的遥感观测数据，利用去除趋势波动分析法（DFA）分析南海表层叶绿素的时间相关性和分形标度特征．计算结果表明：南海各网格点表层叶绿素时间序列普遍存在较强的长程相关性，标度指数在0．5与1．14之间，平均值为0．79．吕宋岛西北面、巽他大陆架北部等上升流海域标度指数较大，表层叶绿素的持续性较强；吕宋岛西南面、海南岛东面和南海南部的大部分海域标度指数较小，表层叶绿素的持续性较弱．总体而言，南海表层叶绿素的持续性比海洋表层温度（SST）的持续性弱，两者标度指数的空间分布也存在较大差异．     

《辐射和光场的量子统计理论》

本书内容大致分为两部分：一是有关光场和电子场（相对论性）的量子化，光子的基本性质（如自旋、宇称、动量和角动量、能量等），狄拉克方程的物理内涵和正反电子对的概念，量子电动力学的基本方程组，洛伦兹条件问题，散射算符和费曼图，原子对光子的吸收，电多极辐射和磁多极辐射，原子在强光下的拉比振荡，共振荧光等；二是光场的相干态和挤压相干态，光场的量子统计描述，光学测量与光场的相关函数，原子和光场与库的作用，耗散与涨落的量子统计理论（主方程和量子朗之万方程），激光的量子理论等．     

南海春季南沙海区上层暖水及其动力机制的数值研究

通过对南海春季（2002年2～5月）南沙海区月平均海面温度的卫星遥感资料及2002年5月的现场实测的CTD资料分析表明，该海域春季位于巴拉望岛西部的上层水体存在着一强度相对较弱的暖水舌，该暖水明显不同于巴拉巴克海峡东南部的冷水，且其相对温差从冬季到春季逐渐减弱．根据现场实测资料，利用P矢量方法对流场进行的计算结果表明，该暖水区所在的流场位于一个反气旋性弯曲的范围内．通过一个单层／两层耦合模式，利用与观测同一时期的风应力卫星遥感资料，来探讨该暖水所对应的反气旋性弯曲流场形成的动力机制．数值模拟结果表明，该反气旋性弯曲很可能是冬季遗留下来的残留反气旋涡，而不太可能是由苏禄海通过巴拉巴克海峡的进入南海的入流所形成．     

利用非常规资料对城市强暴雨的中尺度分析与模拟研究

利用国家"973"项目获取的特殊加密观测资料, 包括自动气象站雨量资料、风廓线仪资料、多普勒雷达图像资料、GMS5卫星云图资料和NCEP再分析资料, 采用诊断分析与数值模拟相结合的研究方法, 对2001年8月5～6日上海城区出现的1949年以来最强一次降雨过程进行了中尺度分析与模拟研究. 目的是了解造成此次城市暴雨灾害的热带气旋内中尺度系统的发展演变特征和将较高时空密度的非常规观测资料用于高分辨率MM5中尺度数值模式, 对于有效地预报城市灾害性暴雨的可行性、必要性. 研究揭示出 (1)此次暴雨是由登陆热带低压内发生发展的一系列中尺度对流云团所致, 具有时空尺度小的特征; (2)热带低压在入海前的重新加强为这场暴雨的发生提供了有利的环境条件; (3)热带低压与其内中尺度云团间可能存在相互作用; (4)及时、准确地充分运用各种观测资料对于有效地监测、预测出此类城市暴雨灾害具有重要意义; (5)局地风速的增强和风向的转变是暴雨中尺度系统的触发机制, 而充沛的水汽输送、聚集的对流有效位能为暴雨中尺度系统发生发展提供了必要的物理机制.     

碳纳米管阵列及其增强高分子复合材料在真空和高温环境下的黏附性能

掌握空间环境下的干黏附技术将极大增强我国载人航天、在轨服务、对非合作目标的作业能力.空间环境众多复杂的影响因素对黏附材料在航天器件上的应用提出更加严格的性能要求.通过模拟空间环境中的两种影响因素:真空及高温,并对碳纳米管阵列(CNT)及其增强聚二甲基硅氧烷(PDMS/CNT)在此环境下的摩擦黏附-脱附规律、黏附强度进行研究和验证,为CNT作为空间用干黏附材料的进一步修饰和改性提供试验和理论依据.试验结果表明在真空环境下,CNT,PDMS/CNT的摩擦黏附-脱附规律与大气环境中保持一致,PDMS/CNT的摩擦黏附力有所提升,CNT的摩擦黏附力则不受影响,在真空环境下两种材料都具有良好的黏附可重复性.在热真空环境下CNT,PDMS/CNT都能维持在大气中法向和切向黏附强度.该研究表明在真空及热真空环境下,CNT及其增强高分子复合材料能够保持其原有的黏附规律及黏附强度,为CNT干黏附材料在空间环境下的应用奠定了试验基础.     

青藏高原大气热量源汇在海-地-气相互作用准4年振荡中的作用

使用１９６１￣１９９５年逐月的青藏高原地区大气视热量源汇〈Ｑ１〉资料，英国气象局的海温资料和美国国家大气研究中心和环境预报中心（ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ）再分析资料，讨论了青藏高原热状况与亚洲太平洋地区大气环流和Ｅｌ Ｎｉｎｏ／Ｌａ Ｎｉｎ＾￣ａ的关系，发现：青藏高原〈Ｑ１〉，高原东侧低层经向风、赤道太平洋低层纬向风、赤道东太平洋海温以及高原北侧中、高纬度环流之间存在着明显的相互作用，其相互影响的周期大     

洞见Pollinators Symbiosis

<正>作品简介：以自然为形式的参数,以生长为材料的语言。作品以构建有生命的材料系统,打造有机蜂类传粉者栖息地为设计目标,旨在回应场地的发展需求,解决传粉者生存困境。本项目以中蜂生物学特性为立足点,从算法、形态、材料、场域等多角度反映以生物为中心的设计理念。算法上,结合城市CAD图及A*算法,模拟蜜蜂视角下的辐射地图,运用遗传算法对栖息地形态进行迭代优化以适应不同的附着环境;形态设计上,以空心树结构与蜂巢巢脾作为构造的参数,最大限度满足中蜂在生存环境与结构上的多样需求;材料方面,菌丝体复合材料是本项目研究的核心材料,质量轻且结构坚固,并具有良好的保温性和抗病毒性,能够为蜂群栖息地提供适宜的环境条件。     

国际火星探测科学目标演变与未来展望

火星探测是当前太阳系探测和行星科学的焦点.经过近60年的发展,火星成为除地球外,探测和研究程度最高的太阳系行星体,派生出火星空间环境、火星大气、火星表层/次表层物质组成、形貌构造、撞击历史、冰川和冰冻层、气候变化、火星内部结构等多个研究领域.火星陨石研究和实验室模拟研究(实验模拟、数值模拟等)也得以快速发展.火星的重大科学发现包含早期和现代的水活动证据、地质环境多样性、现代地质过程监测、甲烷和有机物的发现、大气组成和演化、当前和近期气候变化、重力场和表面辐射环境等.重大科学成果的取得得益于科学目标规划的指引,也影响着未来科学目标的制订.通过梳理美国火星探测项目分析组(Mars Exploration Program Analysis Group, MEPAG)近20年火星探测科学目标(生命、气候、地质、载人)的演变,展现出国际火星探测思路及未来探测重点.未来10年的火星探测将进一步认知火星内部结构、开启火星生命探测的新阶段和开展火星和火星卫星样品返回.中国开展的火星探测任务也将为国际火星科学发展做出贡献.当前火星仍有诸多重大科学问题未有解答,这些问题与太阳系的重大科学问题紧密融合,突显出火星探测在太阳系形成演化以及太阳系行星宜居性的形成演化研究中不可替代的重要地位.     

页岩气开发中的几个关键现代力学问题

伴随着现代信息技术的发展,现代力学的研究进入了一个新的阶段.本文将钱学森先生介绍的现代力学概念赋予了新的内涵,概括了现代力学的研究主体、研究方法和主要研究方向.从拉格朗日方程出发,按照表征元的物理变量和积分区域的几何表述,对计算力学的基本方法进行了分类,提出了通过实验和数值模拟共同获得介质的力学参数、研究介质力学特性和行为的思路和方法,在此基础上建立了表征元(计算单元)的积分——微分方程,体现了现代力学基本理论框架的特点.表征元的材料特性、力学行为以及由表征元构成的宏观介质全场运动规律均是现代力学的重要研究内容.现有材料实验目的是获得抽象为连续介质的材料应力应变关系和材料强度,而现代力学可以突破这个限制,通过多变量测量并结合数值模拟获得材料的特征和演化规律.在现代力学中全场解可以由数值计算获得,并由监测结果校核.通过与丰富的监测结果比较,数值模拟不可信的问题会逐步化解.页岩气开发的关键问题是研究地下页岩在各种条件下的破裂演化规律.页岩气开发新方案的技术路线应该是现代力学先行,以避免盲目在工程尺度上进行方案论证;借助现代力学可以打破水力压裂技术的局限性,探索新的技术方案.主要理论研究包括以下几个方面:(1)在认识表征元破裂度、渗透性演化的基础上,寻求关联性的理论表述方法;(2)研究体破裂度的渗流场、破裂场以及颗粒的相互作用规律;(3)时空全尺度模拟需要从理论上研究新的力学模型,其中包括借用岩体表征元破裂度和灾变破裂度的概念,实现破裂场与材料渗透性关联;(4)由流量、井口压力曲线计算出的岩体破裂参量可以被页岩气的产量校核,从而为提出新的工程方案、指导工程施工提供可参考的技术指标.     

成藏三要素的耦合对高效气藏形成的控制作用——以四川盆地川东北飞仙关组鲕滩气藏为例

以川东北地区飞仙关组高效气藏为例，通过能量场的数值模拟，定量．半定量地分析油气成藏关键时刻能量场控制下所发生的烃类生成、运移和聚集及储层等要素演化以及其相互作用、相互影响．指出晚三叠世-早侏罗世是二叠系烃源岩大量成油期，断层沟通油源，油气在飞仙关组古构造圈闭内聚集成大型古油藏；晚侏罗世-白垩纪大巴山前陆盆地巨厚堆积，导致古油藏被深埋，古温度达到170～210℃，古油藏发生裂解成气，古油藏成为高效气源灶；与此同时，高温环境下发生的硫酸盐热还原作用，产生大量H2S等酸性气体，使得古油藏范围内的白云岩储集层发生深部溶蚀作用，储层物性得以改善与保持；喜马拉雅运动，在大巴山前缘产生强烈变形，古气藏发生调整、降温与降压，形成现今气藏分布状态．     

基于微流控芯片构建的肿瘤细胞三维共培养模型

在肿瘤及相伴血管生长过程中,微环境中的多种理化因素协同地发挥着重要的作用.传统体外实验多借助于Transwell等模型,在单一因素下考察细胞生物学效应,并不能反映在体的多因素微环境.基于微流控技术,本文构建了一种新的多细胞共培养模型,整合了多环境维度(二维/三维)、细胞与细胞及细胞与胞外基质相互作用、不同生化因子的浓度梯度、细胞区域性等多个重要因素,形成微环境,并能实时监测细胞的迁移和侵袭等响应.为评价该模型的可行性和功能上的独特优势,我们模拟了肿瘤细胞(HepG2,CAOV-3)和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)共存的三维微环境,考察了它们共培养时相互诱导向三维基质材料中的迁移情况.结果表明,在三维共培养模型中细胞能够相互影响并出现明显形态差异;2种肿瘤细胞的诱导均使HUVECs迁移能力显著提高;同时2种不同肿瘤细胞出现了与其病理特质(HepG2低浸润,CAOV-3高浸润)相对应的迁移能力差异.以上结果表明,该模型可望为研究肿瘤微环境下的相关问题提供一个相对简便且更具整合价值的研究平台.