The hydrodynamics of water strider locomotion

Water striders Gerridae are insects of characteristic length 1 cm and weight 10 dynes that reside on the surface of ponds, rivers, and the open ocean. Their weight is supported by the surface tension force generated by curvature of the free surface, and they propel themselves by driving their central pair of hydrophobic legs in a sculling motion. Previous investigators have assumed that the hydrodynamic propulsion of the water strider relies on momentum transfer by surface waves. This assumption leads to Denny's paradox: infant water striders, whose legs are too slow to generate waves, should be incapable of propelling themselves along the surface. We here resolve this paradox through reporting the results of high-speed video and particle-tracking studies. Experiments reveal that the strider transfers momentum to the underlying fluid not primarily through capillary waves, but rather through hemispherical vortices shed by its driving legs. This insight guided us in constructing a self-contained mechanical water strider whose means of propulsion is analogous to that of its natural counterpart.     

Separate sodium and calcium spikes in the same axon

Aglantha digitale is a jellyfish (order Hydromedusae) capable of two distinct kinds of locomotion; 'slow' swimming which is generated endogenously and is used in fishing behaviour, and 'fast' swimming which is evoked by predators and serves for escape. Both forms of swimming are produced by contraction of the bell-shaped body wall and expulsion of a jet of water from an opening at the base of the animal. During slow swimming, the contractions are weak and the animal moves about 15 mm, roughly one body length, but during a fast swim there is a more violent contraction which can propel the animal five times as far. Both forms of contraction depend on impulses in the eight giant motor axons that synapse directly with the muscle sheet making up the inner surface of the body wall. We report here that the giant motor axons are able to mediate both kinds of activity because they can conduct two different sorts of impulse. Fast swimming requires a rapidly conducted Na+-dependent action potential whereas slow swimming depends on a low amplitude Ca2+ 'spike'. This is the first report of an axon capable of two kinds of impulse propagation and it provides a physiological function for low potential Ca2+ activation.     

张家口市生态服务价值对土地利用变化的响应

基于土地利用变化以及生态系统服务功能的理论研究, 对河北省张家口市1990, 2000和2008年的生态服务价值进行估算, 探讨土地利用对生态服务功能的影响。结果表明: 张家口市土地利用类型以耕地、草地和林地为主, 草地面积减少和建设用地面积增加幅度较大。不同土地类型产生的生态系统服务价值从大到小依次为林地、耕地、草地、水域、湿地, 其中林地、耕地、草地产生的价值之和约占总价值的90%。生态系统服务总价值在1990-2008 年总体上呈下降趋势, 尤其2000-2008年减少幅度显著, 其中草地、湿地的减幅最大。在各项生态系统服务功能中, 价值结构变化不大, 1990-2000年气候调节的服务价值显著减少, 原材料和水源涵养的服务价值增加幅度较大; 2000-2008年由于湿地和耕地面积的增加, 尤其是湿地面积的增加, 气候调节和食物生产的服务价值随之增加, 其他服务功能价值均减少。     

仿生叶轮机构水上推进特性仿真与试验

对一种水上仿生推进装置进行流体力学仿真,并根据处于多种工况下若干组仿真数据,对该推进装置的力学特性进行分析。着重研究并归纳在不同转速和出水高度条件下,推进装置的升力、推力和功率曲线的变化规律,总结有助于仿生推进装置设计与优化的结论。最后,借助叶轮机构试验系统进行相关试验,并用试验数据来印证分析结论的合理性。结果表明,随着转速的提高,推进装置所产生的升力和推力同时增加,机械总效率和推进效率增大,但托举效率减小;当推进装置的轴心距水面越高时,在一定范围内,其推进效率和托举效率越大。合理的结构设计能够大幅提升装置在各种工况下的推进效率和托举效率。     

一种对船桨干扰问题的黏势流耦合求解方法

基于黏性流计算流体力学(CFD)及势流理论,建立了一种黏流雷诺平均方程/面元法耦合迭代求解方法,对船桨相互作用问题进行了数值模拟.自由面的船体绕流场模拟应用CFD黏流方法,螺旋桨水动力载荷计算采用势流面元法.在黏性流场模拟中得到桨盘面处的总速度分布,减去螺旋桨诱导速度得到实效伴流速度并作为势流计算速度进口条件,螺旋桨效应以体积力的形式在黏性流场中体现.计算值与试验值的对比结果表明,黏势流耦合迭代求解方法能较好地预报船桨干扰问题,且较全域船桨离散化网格CFD求解船桨干扰的方法,计算量大为减少.该方法充分融合了黏势流方法的优点,既能计及黏性效应又能发挥势流快速准确的优势,能够拓展应用于船体及螺旋桨性能预报及设计优化的研究.     

论鸟类与昆虫的飞行器官及飞行

鸟类和昆虫是陆生动物中具有飞行能力的两类动物.但两类动物使用的飞行器官及其飞行方式却有着很大的区别,本文从两类动物飞行器官的起源发育、结构特点和飞行特点等方面,系统地进行了比较论述.     

Diving insects boost their buoyancy bubbles

Backswimmers (Notonectidae) are common diving insects found around the world that exploit the mid-water zone for predation--they breathe by using an air bubble collected at the surface. Here we show that backswimmers achieve prolonged periods of neutral buoyancy by using oxygen stored in their haemoglobin to stabilize the volume of the bubble as they breathe from it. This enables them to maintain their position in the water column without continually swimming.     

地物偏振反射数据的获取与数据库的建立

典型地物偏振反射数据库系统是一个建于微机上的系统,该系统利用地物偏振反射测量装置与微机接口自动采集数据,目前,已建立单叶植被、土壤、岩矿、水体４个类型的偏振反射数据库,共采集数据４０多万个,不仅实现了偏振光数据与参数的快速查询,而且可以将调用查到有关数据进行屏幕上的实时绘图和多种分析,该系统的建立可为偏振光遥感技术的研究和应用提供信息服务,同时也为遥感信息的目标获取提供了一个新的手段。     

长江三峡库区巴东县黄土坡滑坡稳态分析及防滑措施

为了防止长江三峡库区巴东县黄土坡整体失稳,分析了多种因素对滑坡稳定性的影响,并用SARMA法对滑体稳定性进行了计算分析,考虑了滑体不同部位的岩体构成,并和有限元计算结果进行了比较,在分析、计算、判断的基础上,得出结论;在久雨暴雨的情况下,只有防止大气降水和人类排水渗入地下,才能预防滑体大规模失稳,并根据黄土坡的地形条件,提出若干改善滑坡体稳定性的工程措施。     

Induction of vitellogenin and growth of implanted oocytes in male cockroaches

Vitellogenins are yolk protein precursors that are synthesised in the liver of lower vertebrates in response to ovarian hormones, and in the fat body tissue of insects, under the influence, in most species, of juvenile hormone (JH) from the corpora allata (CA). Vitellogenins are normally restricted to females, although in male amphibians and roosters their synthesis can be induced artificially by the injection of oestrogens. Thus female specificity is maintained by hormonal differences between adult males and females. In insects, on the other hand, because the CA of adults of both sexes are active, it appeared that male fat body could not normally respond to JH by synthesising vitellogenin. However, precise JH synthetic rates of male CA are only known in Schistocerca gregaria and Diplopterapunctata, in which species they are low compared to the rates in the female glands. The absence of vitellogenin in adult males could thus be due to inadequate JH titres. We report here that synthesis of vitellogenin can indeed be induced in males of Diploptera by implantation of female CA or application of Diploptera by implantation of female CA or application of a JH analogue, ZR512 (Zoecon), and that implanted oocytes take up the vitellogenin.     

大巴山区大气圈、水圈和生物圈环境研究--大巴山区生态环境研究报告(二)

为保护大巴山区地球生态环境，科学利用这片国土，采用观察和检测的方法，对其进行了研究。对不同地区的大气和水源采样测试分析说明大巴山区大气和水环境质量非常好；森林资源极其丰富，植物带谱明显，森林群落和食物链结构完整；植物没受污染，生物圈环境质量好。     

少年儿童游泳技术训练的重要性及方法

竞技游泳是一项非常独特的运动,因为运动员是悬浮在液体环境中游进的,他们前进时推动的是水,而不是固体物质。与陆地上的运动相比,运动员推动固体物体时所得到的反作用力要小;另一方面,因为水的密度比空气大1000倍左右,水对运动员前进造成的阻力远远大于空气。因此,提高技术效率带来的直接作用是使运动员前进阻力减小,推进力增大。     

南水北调中线工程水源区土地利用类型分形研究

分形理论为开放复杂的地学系统在时间序列上进行分形特征的研究、预测提供了可能.运用分形理论,对南水北调中线工程水源区土地利用类型的分布结构分析表明:研究区的土地利用类型具有分形结构,其中耕地、居民用地、林地的分维值偏离随机值较大,土地利用状态相对稳定,比较接近规则体;布局复杂且不稳定的水体偏离随机值较小.对比南水北调中线...     

城市土地利用的热环境效应研究——以宁波城区为例

选取宁波城区为研究对象,利用高分辨率的QUICKBIRD多光谱影像数据与Landsat ETM 热红外波段数据探求城市地区土地利用类型的热环境效应。采用剖面分析方法表征宁波城区的热环境空间分异状况;通过热环境效应总体贡献指数与面积加权贡献指数定量分析各种土地利用类型对城市热环境的正负效应。结果表明宁波城区存在热岛效应,建设用地内部地表温度差异明显;工矿仓储用地、平房住宅、交通运输用地、未利用地与公共建筑用地对宁波城区热环境效应具有正向贡献,其中工矿仓储用地最为明显;水域、农用地、生活居住用地和城市绿地对于城市热环境效应具有减缓作用,其中水域最为显著。     

滑坡涌浪的数值计算及试验研究

本文从非恒定流方程出发,导出了滑坡涌浪的基本方程,建立了求解滑坡涌浪的数值模型,并通过物理模型的试验研究,论证了数值模型的合理性.试验结果表明,初始断面最大涌浪高主要与滑坡体在单位时间内入水的体积成正比,涌浪高随涌浪传播距离的增加而迅速哀减,河道糙率对其的影响并不突出,涌浪遇壁爬高及反射主要与壁面坡角及水深有关.本文建立的数学模型可用来对可能的滑坡涌浪进行一维和二维近似计算,模型试验结果可用来估算滑坡涌浪.     

城市地表热环境与景观格局的关系——以深圳市为例

利用深圳市2009年10月的TM影像和土地利用数据,通过地表温度反演、温度差异分区和叠图分析方法,研究土地利用类型和结构与地表热环境分异特征之间的关系,同时使用不同温度分区样地调查与景观格局分析方法,探讨城市景观格局与地表热环境之间的关系。结果表明:1)不同温度分区的土地利用结构差异显著,景观格局特征分异明显,中温区景观的破碎化程度最高、形状最复杂,冷岛区景观的异质性最低、形状简单聚集程度高;2)不同温度分区的景观格局特征与温度的相关关系也截然不同,热岛区的景观整体格局指数与地表温度呈负相关,在冷岛区为正相关关系;3)绿地、水域等土地利用类型的面积百分比及格局指数在冷、热岛区域与地表温度的相关关系差异显著,并且对地表的降温效应显示明显的阈值特征。研究城市景观格局与地表温度的关系,有助于深入理解土地利用格局对城市地表热环境的影响,可以为城市景观格局优化、缓解热岛效应提供基础研究支持。     

冻结孔封孔缓凝水泥浆液封水性能测试方法

首先采用小试件测定了浆液结石体的渗透系数、结石体与冻结管胶结面处单位时间内单位周长的渗流量(水力梯度i=1时)和结石体与冻结孔胶结面处单位时间内单位周长的渗流量(水力梯度i=1时),然后基于上述小试件渗透性能指标进行理论分析,得出了封孔结石体的封水性能理论计算公式;最后通过物理模拟试验,对上述理论计算公式进行了验证,结果表明：进行小试件渗透性能指标测试后,通过理论计算判定封孔结石体的封水性能的方法是可行的。     

政策性地权安排对土地利用变化的影响研究--基于江西省丰城市退耕还林农户问卷调查的一个分析

建立了政策性地权安排对土地利用影响的概念模型和理论模型，在此基础上，以“退耕还林”为例，选择了一组解释变量，运用“退耕还林”农户问卷调查数据，建立了农户“退耕还林”决策模型．采用未加权模型、面积加权模型和农户收入加权模型，通过3种模型的运行结果，在农户尺度上分析了“退耕还林”政策中土地产权安排对土地利用变化的影响．对模型运行结果的分析表明，土地资源的稀缺程度、非农就业水平、政策性土地产权安排都对农户退耕决策产生了不同程度的影响，而在“退耕还林”的政策性土地产权安排中，不同的土地产权要素及其内容对农户退耕有不同的影响．具体而言，直接影响土地收益的政策性土地产权对于退耕有重要影响，同时政府对土地使用的管制也有显影响；影响农户退耕决策因素存在区域差异，根据影响因素的区域差异把研究区域内的3个乡镇的农户退耕决策划分为3种类型：土地资源配置型、利益诱制型和权利诱制型．最后，结合分析结论，就如何完善“退耕还林”政策中的土地产权制度安排促进生态友好型的土地利用变化提出了建议：完善土地收益分享机制、提高农户土地产权意识和适当运用政府规制等。     

复模态参数识别

在以往的机床动态性能研究中,一般是采用实模态分析方法来分析研究机床的动态特性,然而,机床结构中存在的阻尼既有材料的内阻尼,又有各结合面之间的接触阻尼,作用机理很复杂,因而,用传统的实模态分析法就无法使系统的运动方程解耦。     

中国林蛙变态期人工养殖条件的探索

以对中国林蛙变态期生理特点的研究为依据,人为设置各种生存环境,总结出人工养殖的适宜条件:模拟野生环境,制造水陆过渡装置,如斜面、浅滩、悬浮物、水面突出物等.结果表明:变态期的蝌蚪呼吸系统正处于鳃、肺替换状态,极易溺水而死;水陆过渡装置便于其适应调整生理变化的过程,极大地提高了变态期的成活率.