如何在地球表面模拟空间微重力环境或效应:从空间细胞生长对微重力响应谈起

当前,人们对空间微重力环境影响生命、化学、物理等过程的认识仍较为粗浅,在地球表面是否可以且如何模拟空间微重力环境或效应尚不清楚.本文拟从空间细胞生长对微重力响应这一基本问题入手,从力学/物理基本原理出发,讨论什么是重力变化、如何模拟微重力环境或效应、怎样模拟微重力环境所致的生物学响应等问题,以期澄清空间生命科学与空间生物技术、乃至空间生理学与医学研究中的相关基本概念,为地基相关研究提供科学参考.     

噪声与人体

当你上班走在马路上,喧闹的人群声和汽车的喇叭声使你精神紧张,到了车间,整天机器声闹得你头昏脑胀;晚上想休息一下,邻居的电视机和吵闹声又使你不得安宁;刚刚睡着,清晨的车辆声却又把你从梦中惊醒,城市噪声虽然“看不见摸不着”,可是它已经成为一种影响人们生活和健康的重大公害。不仅国际上已经公认它是主要的公害之一,而且就我国来     

声发射监测裂纹闭合行为

疲劳过程的声发射(AE)研究目前已做了许多工作,但与其裂纹闭合效应联系起来,还未见这方面的详细报道。声发射是材料内部局部区域应变能释放而产生的弹性应力波。材料形变时,位错运动、裂纹成核和扩展等均能产生AE。业已知道,带裂纹试样的声发射主要来自于裂尖的塑性变形和裂纹扩展,因此,声发射也受裂尖应力强度因子控制。基于这一原理,本文认为裂纹闭合效应也一定与声发射有对应关系。裂纹由接触到张开,柔度突然增大,塑性变形突增,以及有效裂纹长度迅速增加,反之亦然,声发射必定会给出这一突变以响应。实验极好地论证了这一预测,为监测裂纹闭合效应提供了一种新的测试手段。     

液体中的激光超声脉冲

强度调制的光束或脉冲光束投射到媒质中（可以是固态、液态、气态或等离子体等各种物态的媒质)，媒质吸收光能而激发出声波的效应酶为光声效应．早在1880年贝尔[M)首先在固体中观察到光声效应．但在此后很长的一段时间里，光声效应的研究进展缓慢．这主要是因为当时缺乏强光源和检测弱信号的手段，以致光声效应的实际应用价值未能充分显示．随着强光源的相继问世，例如各种激光器和强氙灯光源，以及弱信号检测技术的不断发展，从20世纪70年代以后，光声效应的研究取得迅速进展．由于光可以在各种媒质中激发声波，而利用检测到的声波反过来可获得有关媒质的光学、热学、力学以及媒质内部结构等特性的信息，光声效应已广泛应用于物理、化学、生物、医学以及海洋、环境和材料科学等多个领域．本将介绍脉冲激光在液体中激发超声脉冲方面的研究现状，特别着重于液体中脉冲激光激发超声脉冲的机制及其应用前景．     

基于呼吸系统健康效应的室内空气微生物研究现状与展望

室内空气微生物是人体呼吸系统疾病的重要诱因,明确室内空气微生物与呼吸系统健康效应关系对建立室内健康微生物环境标准具有积极意义.近十多年,环境和人类呼吸道健康相关的微生物学深入研究已使人们对微生物的看法从纯粹致病性、传染性的负面作用逐渐转变为潜在保护性、预防性的正面作用.然而,目前室内空气微生物与呼吸系统的量化作用机制尚未建立,现行的公共卫生政策和室内空气微生物控制标准仍倾向于使室内保持尽可能低的微生物浓度,以防止致病菌传播和人群感染.本文总结了室内空气微生物与呼吸系统健康效应的相关研究,指出了基于呼吸道健康效应的室内空气微生物定量表征的关键理论欠缺和技术瓶颈,并以此为依据,提出了基于采样工具、统计学工具以及实验工具优化的研究展望,为未来量化呼吸系统健康效应与室内空气微生物作用的关系、室内空气微生物的表征提供借鉴.     

大棕幅下丘神经元对双声刺激的前掩蔽效应

以回声定位蝙蝠作为实验动物,研究下丘神经元对双声刺激听反应的前掩蔽效应。结果表明,蝙蝠下丘神经元对双声刺激听反应存在明显的前掩蔽效应。并且随双声间隔时间的缩短,神经元对探测声强度的敏感性增强;掩蔽效应的强弱与双声的相对强度和间隔时间有关,即前掩蔽效应随掩蔽声强度的降低而减弱,随探测声强度的减小和双声间隔时间的缩短而增强。推测下丘神经元对探测声的反应特性与其突触后电流的状态相关联。     

大棕蝠下丘神经元对双声刺激的前掩蔽效应

以回声定位蝙蝠作为实验动物, 研究下丘神经元对双声刺激听反应的前掩蔽效应. 结果表明, 蝙蝠下丘神经元对双声刺激听反应存在明显的前掩蔽效应. 并且随双声间隔时间的缩短, 神经元对探测声强度的敏感性增强; 掩蔽效应的强弱与双声的相对强度和间隔时间有关, 即前掩蔽效应随掩蔽声强度的降低而减弱, 随探测声强度的减小和双声间隔时间的缩短而增强. 推测下丘神经元对探测声的反应特性与其突触后电流的状态相关联.     

Science Bulletin 2016年第21期中文概要

正城市增长模型:进展和观点李雪草,宫鹏城市增长模型一直被广泛地用来研究城市扩张及其对环境的影响评价,帮助政府决策支持及实现对未来场景的预测.本文对城市增长模型进行了系统性地回顾,包括城市增长模型的演化、模型理论基础、模型模拟框架及典型应用.重点介绍了三类基础的城市增长模型:土地利用交通模型、元胞自动机模型和多智能体模型以及它们之间的内在关系、模型模拟机制、数据需求和应用尺度上的差异.最后,本文针对元胞自动机模型,从模型的模拟单元、时序信息的考虑、模型比较与平台和场景分析上提出了改进的方向,并指出了模型发展和应用新的机遇,包括开放公众数据及     

以豚草为例利用GIS和信息理论的方法预测外来入侵物种在中国的潜在分布

外来物种入侵已经对世界各国的经济、公共健康、农业生产力和生态完整性造成了越来越大的威胁, 描述和预测外来入侵物种的空间分布对物种入侵的防治和早期预警起着重要的作用. 生物多样性数据的不对称性以及生物建模过程中模型选择的不确定性给入侵物种空间建模带来了困难和局限. 本研究利用统计学和信息理论的方法, 从地学空间制图和生物建模的角度研究了外来入侵物种(以豚草Ambrosia Artemisiifolia L.为例)的潜在分布以及环境影响因子, 提出了一种改进的logistic回归模型. logistic回归模型的选择基于Akaike信息标准(AIC), 针对物种数据的不对称性, 本研究提出了一种新的频率统计的方法去划分物种源生地的适应性生存环境. 最后, 我们把在源生地建立的模型和分类标准投影到入侵地绘制了该物种在入侵地的相对适应性分布图.     

空间辐射物理及应用研究现状与挑战

空间辐射物理及应用主要研究航天器的辐射效应及提高其可靠运行能力的理论与关键技术,是涉及核科学与宇航电子学的交叉学科,主要包括空间辐射环境模拟、辐射测量、辐射效应与加固等.空间辐射损伤是影响航天器在轨长期可靠运行的重要因素之一,随着微电子和航天技术的发展,空间辐射物理研究面临许多新的挑战.本文围绕空间辐射环境研究与模拟、辐射测量技术、辐射效应机理、电子元器件与系统抗辐射加固技术等方面,深入分析国内外研究现状、热点及面临的挑战,梳理急需解决的关键基础问题,提出我国空间辐射物理及应用研究发展建议.     

城市鸟类管理

城市鸟类管理是生态城市建设的重要内容,主要包括三个方面的工作：研究过程、环境教育过程和管理过程。研究过程强调针对不同的研究对象展开,为城市鸟类管理提供科学的参考;环境教育过程强调在不同的空间尺度上进行,为城市鸟类管理提供公众的支持和参与;管理过程则宜分阶段进行,工作的中心是鸟类栖息地的保护与生态恢复。成功的城市鸟类管理计划是建立在土地管理、城市规划与对公众社区需要、野生动物需求等因素的综合考虑基础上的。 关键词：城市鸟类 管理 研究 环境教育     

热声振荡器的二端口网络模型及起振条件

热声发动机的起振过程是发生在非均匀声介质中的自激振荡过程, 揭示各影响因素之间的耦合关系是热声学基础研究的重要课题. 将热声发动机视为由主动网络与被动网络组成的热声振荡器. 相应地, 推导了组件对应的二端口Y参数, 采用负阻模型和反馈模型分别描述了驻波和行波热声发动机, 并给出了对应的二端口网络拓扑, 应用Nyquist失稳判据获得了热声振荡器的起振条件. 模型预测的起振参数, 特别是起振频率及模态特征与文献实验报道相符; 此外, 通过拓扑图论证了驻波热声发动机起振于负阻状态、热声——斯特林发动机存在高频模态. 该方法通过考察热声系统的频域响应, 实现了以解析方式反映发动机运行参数和系统结构对起振模态、起振温度的影响; 能避免使用经验频率设计热声系统, 在系统设计阶段提供热稳定性校核的途径.     

小型斯特林热声发动机谐振管内径的影响研究

基于线性热声理论, 对一台小型热声斯特林发动机进行了数值仿真, 并进行了相应的实验研究. 计算和实验结果表明, 谐振管内径的变化对于小型斯特林热声发动机的谐振频率以及性能具有十分重要的影响. 适当减小谐振管的径向尺寸, 能够有效降低整机的谐振频率, 提高系统波动压力幅值, 这对于热声斯特林发动机的小型化具有重要的指导意义. 根据计算和分析, 搭建了一台小型热声斯特林发动机, 其谐振管的长度和内径分别为350 mm和20 mm, 工作频率为282 Hz, 当充气压力为2 MPa, 加热量为637 W时, 系统最大压力峰峰值和压比分别达到了0.22 MPa和1.116, 初步具备驱动热声制冷机或者热声发电机的能力     

Kekulé调制声子晶体中的赝表面狄拉克涡旋拓扑态

近年来,拓扑学的概念被引入到声学系统,声学超材料以及声子晶体中的拓扑效应被广泛研究.其中,声学拓扑边界传输模式具有低损耗、背向散射抑制的特性和良好的鲁棒性,在声信号探测、噪声控制等方面拥有较大的应用潜力.近期,高度局域在狄拉克涡旋处的零维拓扑束缚态在多种物理系统中被发现,成为相关领域的研究热点.但是现有研究中的声学结构大多受限于二维空间,自由空间中亚波长尺度的狄拉克涡旋拓扑态亟待探索.本文基于声赝表面波实现了自由空间中的类马约拉纳束缚态,即通过在硬质基板上排布蜂窝晶格阵列的空气圆柱孔,并在系统中施加一个与格点位置相关的Kekulé调制,产生了局域在结构表面和涡旋中心的声学拓扑束缚态;证明了这种拓扑束缚态的频率固定在狄拉克频率处,且不受Kekulé调制幅度的影响.此外,进一步分别引入粒子空穴对称性保护和破缺的缺陷,验证了这种特殊的拓扑束缚态在粒子空穴对称性保护时对缺陷具有较好的鲁棒性.本研究在基于声能局域和捕获的新型声学功能器件的设计方面具有潜在的应用前景.     

建筑环境人因工程学:人体热舒适研究的展望

人体热舒适理论是建筑环境人因工程学中最早形成的科学理论之一.在工业化过程中,它有效地引导了建筑热环境控制方法、技术、产品的发展.当今,面向全球气候变暖与低碳建筑的新时代,这门理论科学又承载着推动建筑技术学科发展的新使命,有着更为广阔的空间.人体热舒适研究存在两个重要发展方向:一是对人与多因素形成的热环境之间复杂关系的深入科学认识,不仅针对人的舒适需求,而且更加关注对健康的影响;二是这些新的科学认识可能形成的技术创新,新技术在为人们带来更加个性化的热舒适提升的同时,还应有效降低建筑热环境控制的能源需求.上述第一个发展方向需要将传统工学学科与医学、公共卫生学结合,即医工交叉;第二个发展方向则需要在建筑环境学科与材料、信息、能源等多个工学学科之间进行跨学科合作.本文基于人体热舒适领域的发展历程,对上述两个方向已有的研究探索、形成的主要观点、待解决的问题及未来的发展趋势进行了介绍.     

用相移法研究生物样品非线性声参量B/A

从80年代起,研究生物媒质的非线性声学参量B/A受到了极大的重视,因为在医用超声频段和强度下,发现了非线性现象的存在,它包括谐波畸变、局域压力梯度、冲击波的形成和声饱和等,而非线性声参量B/A是衡量上述非线性效应大小的一个基本参量。研究生物媒质的B/A值对推动超声诊断和治疗技术的发展具有重要意义。测量非线性声参量B/A值的方法归纳起来有三种,即静态法、热力学法和有限振幅法。但各种方法都有优缺点,并存在不同程     

热声发动机及其驱动脉管制冷机研究进展

热声驱动脉管制冷作为一种可用热能驱动的完全无运动部件的新型制冷方案已成为制冷与低温领域的研究热点. 回顾了热声学的发展历史, 针对热声发动机及其驱动脉管制冷机研究中的关键技术, 综合评述了热声学理论和实验研究的最新进展与典型样机, 并指出了该研究领域今后的发展方向和工业应用的前景.     

一种大幅度提高热声发动机压比的“声学泵”

压比是评价热声发动机的重要参数之一. 提出了一种可以大幅度提高热声发动机的“声学泵”, 并给出了其工作原理的理论分析. 采用2.5 MPa的氮气在一台聚能型的行波发动机进行了实验, 表明它可以将压比从1.25提高到1.47以上.     

梯度折射率超材料透镜

超材料是由人工设计的、具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构,有负等效质量密度、负等效弹性模量、负折射率等特性.声子晶体超材料是一种具有周期性结构的超材料,其布拉格带隙或局域共振带隙的存在使处于禁带频率下的声波或弹性波进入声子晶体后无法在其中传播.其能带特性可以通过设计进行调节,使通带频率下的声波或弹性波进入具有特定结构的声子晶体后,实现成像、聚焦以及定向传输等对波传播的极端控制功能.梯度折射率超材料是一种折射率随空间变化而变化的结构.梯度折射率透镜由局部非均匀结构组成,其折射率是空间坐标的函数.波在透镜中会沿着弯曲的轨迹传播,可以通过适当的设计实现对波的弯曲、偏转和聚焦等功能.梯度折射率的设计可以通过改变局部晶体单元的性质实现有效折射率的梯度分布,如改变声子晶体的晶格尺寸、散射体的填充率、散射体的材料等.此外,梯度折射率超材料透镜能够通过设计在宽频率范围内精准聚焦波,从而实现能量采集等工程应用.本文从光学理论原理、透镜设计及其应用三方面展开介绍,首先对理论基础以及目前构建梯度折射率器件的几种方法进行总结,然后从透镜的应用角度介绍几种典型案例,最后对透镜的未来研究作出展望.     

人类影响气候研究的一个新观点:人口迁移流动的作用

正传统上,人类影响气候的研究主要针对温室气体与气溶胶排放、土地利用等人类活动的特定方面.例如,IPCC第五次评估报告将20世纪50年代以来全球平均地表温度增加主要归因于人类活动的影响;1951~2010年温室气体引起的增温可能为0.5~1.3℃,气溶胶等其他人为强迫的影响可能为-0.6~0.1℃[1].最近几十年,大规模人口从乡村迁移到城市.世界城市人口占总人口的比率由1950年的30%增加到2014年的