科技短讯

我科考队率先登上南极冰盖之巅 北京时间1月18日3时16分,中国南极内陆冰盖昆仑科考队确认找到了南极内陆冰盖的最高点:南纬80度22分00秒,东经77度21分11秒,海拔4093米。这是人类第一次登上这个最高点,是人类探索自然的又一壮举。 科学家将通过建立中山站至冰穹A的气候环境监测系统,全面完成国际横穿南极计划中由我国承担的考察任务。 目前,中国科考队在南极冰盖冰穹A最高点区域进行冰芯钻探,已获得近100米的浅冰芯,成为世界上迄今为止在南极冰盖最高点区域获取的惟一一支冰盖顶点冰芯。我国初步具备海啸预警能力 我国已经初步建立海啸预…     

进口导向叶片热气防冰系统试验

通过设计导向叶片热气防冰试验方案,开展了针对不同的外部结冰来流参数条件下导向叶片的防冰试验研究.得到了不同防冰热气引气流量下导向叶片表面温度的变化情况,通过摄像记录了整个试验过程.了解了防冰热气引气流量不足情况下导向叶片前缘以及叶盆的结冰情况.试验结果对于分析叶片结冰状态下表面流动换热机理,优化设计叶片内部热气流道,提高进口导向叶片的防冰能力有重要参考价值.     

近岸堆积冰形成过程的原型调查

为获取辽东湾近岸堆积冰特征,利用CCD监测、数码照相和GPS定位等现代技术,通过现场定点连续监视和堆积冰外边缘线踏勘,以及堆积冰外边缘断面的等距离正面照相,获得辽东湾堆积冰边缘流冰运动速度、方向和密集度等参数.统计分析了流冰运动参数与当地潮位、潮流变化的关系,以及堆积冰宽度、边缘断面、高度和起伏角度等几何特征参数.结果表明:堆积冰的形成与平行海岸的潮流速度关系不大,而与流冰厚度、湖位、风速风向有很大关系;堆积冰边缘的流冰运动速度、密集度和潮位直接相关;堆积冰的最大外边缘线不超过零米等水深线;堆积冰高度一般小于2 m,最大为2.8 m;堆积断面起伏的平均切角为22°.     

云中冰粒子数浓度在强降雨过程中的垂直分布特征

通过CloudSat卫星监测新疆中天山及其周边地区6次强降雨过程中的8个云个例,结合地面气象站的降水观测,分析了冰粒子数浓度在垂直高度上的分布规律及其与降水量的关系.结果表明,冰粒子数浓度的高值区主要出现在云层的中上部,约6~10 km处,云层底部和顶部是冰粒子数浓度的低值区;冰粒子数浓度0~100/L的低值域段在云层的下部及底部分布较大,大于100/L的冰粒子数浓度主要分布在云层中上部.冰粒子数浓度具有地域特点,同一地区不同过程的降水云的冰粒子数浓度垂直分布特征显著性相关,且受降水量大小的影响较小.     

基于工业扫描分析混凝土气泡结构与抗盐冻性能

利用工业扫描(CT)技术对混凝土盐冻过程中气泡结构变化进行可视化表征和定量计算.研究发现引气是提高混凝土抗盐冻性能最重要的手段,建议含气量为5%~7%,同时气泡间距系数与混凝土抗盐冻性能有直接关系,气泡间距系数小于238μm时混凝土具有较好的抗盐冻性能.引气混凝土由于内部有大量小而封闭的气泡,其气泡间距系数较小,盐冻过程中气泡能够缓解结冰压,降低盐冻破坏的程度;非引气混凝土由于结冰压无法释放,当结冰压大于混凝土所能承受的膨胀力时,会在表面产生微裂缝并逐渐扩展,最终造成表面浆体剥落,形成盐冻破坏.     

基于高差系数的输电线路标准覆冰厚度模型及参数敏感性

目前现有覆冰监测系统覆冰厚度计算模型与实际情况相差较大,不能满足电网防冰抗冰实际需求的现状。基于现有拉力值反算覆冰厚度计算模型,提出拉力值质量控制方法,建立综合考虑线路设计冰厚、垂直档距、垂直荷载、水平应力等随覆冰厚度变化因素,同时提出杆塔高差系数对模型进行优化,减小模型参数过多造成计算结果不准确,并定量研究模型参数对计算结果的影响。研究表明:所建模型标准覆冰厚度结果与人工观冰之间的平均相对误差为14.09%,使原有模型计算准确度提高61%,更加接近于真实水平。同时,垂直档距随覆冰厚度呈非线性变化特征,在覆冰厚度为0～10 mm时垂直档距与覆冰厚度为二次函数关系,在10～40 mm时垂直档距与覆冰厚度为一次函数关系,覆冰厚度每增加1 mm,导致垂直档距减小约0.04 m。所得结论能够提升电力部门监测系统覆冰厚度计算准确性,同时能够为电力部门线路防冰、抗冰工作提供重要的科学指导意义。     

TVLF探水雷达技术在复杂巨厚煤层探测中的应用

为探究复杂巨厚煤层覆岩破坏规律,以抚顺矿区老虎台矿55002工作面所在区域为试验对象,采用TVLF煤矿探水雷达,分别对55002工作面未开采区域与55002工作面已开采区域进行探测,确定55002工作面开采前后覆岩结构变化特征;采用微震监测方法对探测结果进行了验证.结果表明:TVLF探水雷达探测的55002工作面覆岩破坏高度为240 m,这一高度也是此区域油母页岩和绿色页岩的分界面.微震探测的55002工作面回采前6个月覆岩破坏高度为100 m,回采过程中覆岩破坏高度在100~250 m,回采结束后6个月覆岩破坏高度为250 m.探水雷达与微震监测结果一致.确定了覆岩演化过程及其基本特征,确定了55002工作面覆岩和结构变化的主要影响因素,建立了老虎台矿复杂巨厚煤层覆岩破坏高度与55002工作面采高之间的关系,为老虎台矿及类似条件矿井水害的预测及防治工作提供了参考.     

蒸发式过冷水制流态冰方法

提出了一种改进型的过冷水制流态冰的方法(蒸发式过冷水制流态冰):水在低含湿量的空气中喷淋并蒸发降温到过冷状态;利用溶液除湿循环与制冷循环联合运行来保持蒸发过冷时空气的适宜温度与湿度;制冷循环的冷凝放热被回收利用于驱动溶液除湿循环.该法不仅避免了传统过冷水制流态冰的管内冻结堵塞的问题,而且可通过对内部废热的运用降低对电能的依赖从而提高了运行效率.在系统的各部分进行建模的基础上进行了热力学性能分析,结果表明,在一定的工况下,与传统过冷水制流态冰的方法相比,该方法的制冰性能系数更高,最多可提高98%.     

风廓线雷达资料在淮河流域暴雪中的应用

利用2018年1月2-8日淮河流域一次典型暴雪过程的风廓线雷达资料,分析水平风速、风向、垂直动量、大气折射率结构常数等参数,对暴雪的高低空风场及环流微观结构进行研究.结果表明,风廓线雷达在暴雪发生前就能探测到2.7 km高度左右形成的东北-西南切变,以及低层偏东风增强的风场变化,当2 km高度内偏东风增大至约10 m/s时,暴雪发生;暴雪期间中低层风速减小、风向转换由顺时针逐渐变为逆时针,水平风垂直动量在风向切变区间内的强度较强、变化较大, 2 km内以上升运动为主;暴雪趋于结束时,雷达探测到低层转为偏西风,风速减小且伴随着中高层动量不断下传和加强.通过折射率结构常数和垂直风切变的分析,发现不同降雪阶段的湍流运动和能量分布存在差异.     

东南极拉斯曼丘友谊峰基岩10Be暴露年龄及其地质意义

东南极沿海拉斯曼丘陵地区缺乏末次冰盛期(约20 ka)的冰碛物堆积,冰川擦痕的保存以及冰退后海岸线的卸载反弹也很不明显,因此该地区末次冰盛期是否覆盖巨厚冰川存在分歧.已有的14C测年结果显示拉斯曼丘陵至少部分地区在末次冰盛期无冰,冰退初始时间约在44 ka前.利用原地生成宇宙成因核素10Be测定了拉斯曼丘陵地区米洛半岛友谊峰的基岩暴露年龄,结果表明友谊峰基岩的10Be最小暴露年龄约40 ka,考虑到基岩存在侵蚀实际暴露年龄可能要略早.友谊峰基岩10Be最小暴露年龄表明友谊峰末次冰退时间要明显早于末次冰盛期,约40 ka前友谊峰以北米洛半岛大部分地区已基本无冰.友谊峰东南约400 m的106峰峰顶漂砾的10Be暴露年龄为8.8 ka,表明冰盖边缘位置曾长时间位于友谊峰和106峰之间,冰川边缘从友谊峰退到106峰的过程历时30 ka以上.     

氟化改性硅树脂制备的超疏水涂层防覆冰性能

研究具有超疏水表面特性的疏水涂层实际防覆冰效果.首先理论分析了水滴在固体表面浸润性影响因素,利用不同硅烷水解缩合反应制备出低表面能的含氟硅树脂,之后引入分形理论在含氟硅树脂中添加二氧化硅微粒制备疏水涂层.观察掺杂微粒的涂层表面微观结构,并测试水滴在不同涂层表面的接触角;为直观分析涂层防覆冰效果,将不同涂层涂覆试验件后在结冰风洞中进行覆冰测试.结果显示掺混不同量级微粒的疏水涂层表面形成复合粗糙结构,有着更好的粗糙度;含氟硅树脂表面水滴接触角较普通硅树脂提升10°,含有不同量级粒径微粒的涂层表面水滴接触角较单一粒径微粒掺混的涂层提升近20°,达到超疏水表面效果;具有复合微观结构的疏水涂层涂覆的试验件在5 m·s-1和15 m·s-1的风速下较无涂层表面覆冰减少率分别达到35.6％和25.9％,较只有一级粗糙结构的表面有效防覆冰时间长,具有较好的防覆冰能力.结果表明本文设计的超疏水涂层达到超疏水表面效果,且具有较好的防覆冰性能.     

寒区隧道围岩水热力耦合数值分析

利用“三区域”理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的寒区隧道水热耦合问题的联合求解微分方程,然后采用 COMSOL Multi-physics 软件实现温度场和水分场耦合数值模拟,进而将数值模拟结果与土柱冻结试验的结果进行对比,验证水热耦合数值模拟模型的有效性.根据冻胀理论,着重对寒区隧道的应力场控制方程进行推导,利用孔隙冰与冻胀率之间的关系建立寒区隧道水热力三场耦合计算模型.最后以牡丹江到绥芬河区间的牡绥隧道为例,对温度场、水分场以及应力场进行了模拟分析.结果表明:外界温度的变化对开挖后的隧道会有很大影响.随着时间的增加,隧道洞口冻结圈厚度逐渐增加,在1月份达到最大冻深2m左右.     

重塑黏土单向冻结过程中水分迁移试验研究

利用室内水分迁移试验装置,通过改变土体初始含水率和温度梯度,进行土样单向冻结试验,研究含水率和温度梯度对土体中水分迁移和土样冻结过程的影响。结果表明:土样冻胀后在上部冻结区产生了不规则网状裂缝,裂缝最密集区域含有大量冰晶体,导致此处出现含水率峰值,峰值大小主要受初始含水率影响,但其出现位置主要由温度梯度决定; 上部冻结区增加的含水量来源于外界水分补充和未冻结区的水分迁移,下部未冻区的含水率较初始状态降低,其降低程度主要受初始含水率控制; 在整个冻结过程中,外界水分一直向土样内部迁移,水分迁移速度先增大再降低,温度梯度增大导致入流量和入流通量相应增加,初始含水率越大则入流量越小; 土样冻胀速率和冻结速率主要受温度梯度影响,整体趋势都是先增大到峰值,再逐渐降低并趋于稳定。     

宁夏平原极值暴雨遥感资料中小尺度特征分析

利用卫星、多普勒雷达、区域自动站、闪电定位等遥感资料和常规气象资料,对2012-07-29夜间宁夏平原大暴雨过程的中小尺度特征进行了分析.结果表明,造成大暴雨的天气系统主要是200hPa急流、500hPa短波槽、700hPa低涡、850hPa辐合切变,宁夏上游地区中低层存在一明显的辐合带、高湿区和多低值系统;卫星云图上中尺度对流云团快速发展并东移影响宁夏造成暴雨,强降水阶段云团平均亮度温度达220K,最低亮度温度达210K,亮度温度低于220K的云团面积达到20 000km2;闪电时空分布特征与强降水高度一致,表明中小尺度强对流是造成暴雨的主要原因;雷达反射率图上多个强对流单体先后影响,出现明显"列车效应",单体基本反射率和组合反射率在分别达到40~60,50~60dBz,40dBz的强回波高度突破了0℃层高度,同时3km高度还存在大于50dBz的强反射率因子核心;强降水阶段,径向速度图上伴有多个"逆风区"和风速辐合区,垂直方向径向速度正负相间分布;雷达回波顶高度和垂直累积液态水含量在强降水阶段分别达到8~11km和10~30kg/m2.     

盐井—矿煤层水力压裂范围监测技术研究

根据瞬变电磁探测对低阻体反映灵敏的特点,采用瞬变电磁法在盐井一矿-150 m二石门进行了煤层水力压裂范围探测试验。选用本安型YCS-40瞬变电磁仪;探测方式采用扇形方式,水平和垂直方向分别扫描50°,每10°一个测点;为减少探测盲区,通过实验室和现场验证,将天线发射边长减为1 m,发射和接收天线匝数分别减为2匝、3匝,发射机频率设为75 Hz,发射电流限制为2.5 A,将压裂后的二次场转化为视电阻率。探测资料显示:有效探测范围为6~30 m,覆盖水力压裂范围;能清楚的探测到压裂管道和两侧的积水区;压裂水分布在水平向上0°~30°之间以及水平向上50°附近,压裂区域长度约为22 m,压裂区域宽度为5~12 m.因此,瞬变电磁物探仪能够有效探测水力压裂影响区域分布情况,探测结果与实际较为吻合,可以有效指导水力压裂现场施工,可为优化压裂设计、提高煤层压裂效果提供重要参考依据。     

基于信噪比归一化的外源雷达接收站布站研究

提出了一种基于目标信噪比(SNR)归一化的布站方法,对基于平均目标信噪比布站方法存在的外源雷达接收站恒位于探测区域中心的缺陷及产生原因进行了分析,结合雷达可探测范围比较了在同一配置环境下,当发射源为2个时两种方法的布站性能,并推广至多辐射源条件下的布站情况.对两种方法进行Matlab仿真对比,结果表明:本方法克服了原方法的缺陷,并在发射源集中于同一侧的条件下提高了雷达可探测范围.     

钠激光雷达对中间层顶大气温度和风场的探测

中高层大气温度和风场是研究中高层大气波动的重要参数.钠高光谱分辨率激光雷达能够对中间层顶(80-105km)大气温度和风场进行高精度观测.2011年中国科学技术大学成功研制了我国首台高光谱分辨率钠测温测风激光雷达系统.文中对该激光雷达系统进行了详细介绍,其中包括探测的基本原理,发射机,接收机和采集控制部分的设计.给出了钠测温测风激光雷达于2011年12月9日晚同时探测的大气温度、纬向风、经向风和钠原子密度的结果.结果发现中间层顶区域大气温度、纬向风、经向风变化范围较大,分别是175K~235K,-70~60m/s,-100~110m/s,有明显的半日或周日潮汐振荡的成分.探测结果表明中国科学技术大学钠测温测风激光雷达可对中间层顶区域温度和大气风场进行高时空分辨率的探测,其探测数据对于研究中高层大气动力学具有重要的意义.     

利用Sentinel-1A SAR影像监测尼泊尔“4·25”地震变形

为利用新一代欧洲太空局SAR系统Sentinel-1A卫星获取大面积地震变形数据,对其监测模式和数据特点进行研究,给出针对TOPSAR成像干涉数据处理的拼接方法,并利用Sentinel-1A数据获取尼泊尔"4·25"地震区域约160 km×180 km的地表形变。结果显示,地震导致的雷达视线向相对变形最大达2 m。     

间甲酚在冰相中分布和释放规律的室内模拟研究

通过室内模拟实验,研究了间甲酚在固态冰相中的分布和释放规律.考察了浓度、pH值、水质对分布和释放以及冰-水分配系数的影响.结果表明,间甲酚在冰相中的分布均为由外到内逐渐增加,绝大部分间甲酚存在于冰相的最内层;浓度、水质对间甲酚在冰相中的分布影响不明显,pH值存在一定影响.当问甲酚从冰相中释放时,随着时间的增加释放量迅速降低,大部分间甲酚在短时间内被迅速释放出来;浓度、pH值和水质条件对间甲酚释放的影响不明显.在冰形成过程中,约有16%的间甲酚会进入冰相,水质对冰一水分配系数有一定的影响.     

砂岩及其坡积物结构面的地质雷达图像解译——以超强地面耦合50 MHz雷达天线探测为例

白鹤滩地区下覆地层具有含水量高、透水性差、强度低等特征,可能会在工程中引发地质灾害等问题.利用超强地面耦合50 MHz雷达天线,采用剖面法研究砂岩及坡积物区域地层结构,获取了砂岩及坡积物之间不同结构面的波形特征,并且在雷达图像上客观地反映砂岩及坡积物地区地层变化情况.针对探测区实际情况优选地质雷达探测及具体应用,并对图像资料进行精细的解译,确定了地层结构面的纵向变化情况,清晰地反映出基岩内部特征,也对地质雷达高分辨率野外数据采集、分析有着重要的参考价值.