DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 虚拟三维模型的交互控制 4.1. 利用360˚全景软件进行交互 利用3D max及草图大师制作虚拟三维模型空间后，学生可以任意角度对空间及构造剖面进行观察，但人机互交仍然是一个需解决的问题。试想学生为了观察剖切后的空间或某一构件，必须同时打开两个文件进行前后对比，这也是很不方便的一件事情，与静帧渲染静帧图片前后对比的原理一致。所以说当代的教学必须与跟得上当代的虚拟现实技术。那么360˚全景技术就可以满足这一要求。前文提到，虚拟现实是现实中可实现的，如全景照片的整合，也可以是现实上不容易实现的。但利用前文的3D max及草图大师制作基础模型就变得很简单，建模在有pc的环境中即可完成，至于不同角度只是增加虚拟相机点位即可。在3D max及草图大师中按360˚全景要求设置相机参数，将渲染后的图片在360˚全景软件中合成VR场景，设置可切换场景的观察热点即可完成虚拟三维模型VR场景的人机互交，互交效果真实清晰，再配以VR眼镜即可达到空间沉浸的效果，大大提升学生的学习兴趣。而当前360˚全景软件较几年前发展成熟了很多，教师备课无需大量的渲染以及复杂的计算机语言编制，可以很方便的按流程合成360˚全景。而360˚全景合成平台众多，常见的有，“720云”，“建E360”，“酷家乐”等等，甚至很多平台还在继续开发可以在虚拟场景中任意移动的全景功能 [ 5 ] 。以上功能可以大大方便教师后台操作，甚至把市场上新出现的材料做法随时的插入场景中，不但方便了学生理解，还可以让施工图知识更新变得非常方便。试想，室内设计施工图课程可以像玩游戏一样的视觉效果，理解轻松，那么学习效果不言而喻。 4.2. 利用360˚全景软件以及图片链接进行综合交互 在某些简单构造的情况下，并不是每一个施工节点都需要制作动态虚拟三维模型，VR场景中植入部分传统图片的形式也是可行的。不必拘泥于纯粹的虚拟三维模型，真实拍摄视频，照片，图片都可以自由的植入VR场景中，灵活多变，达到教学目的即可。所以说本方法套用资源丰富，应用方法及其广泛。图2为案例示意二维码。 图2. 案例示意二维码
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user: 5. 结论 结合CDIO工程教育理念的虚拟现实技术的应用，大大地方便了学生，他们可以选择需要的模型进行任意角度的观察和操作，并且通过虚拟现实技术所提供的交互环境进行立体的剖切以及材料的表现，从而改善了现有的教学模式单一的问题，充分提高了学习者的学习兴趣和空间想象力，是提升室内设计施工图及相关教学的一大利器。
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user: 摘 要 以浏阳东区小规模(中小型家庭农场)与集约化(主要农业合作社)生产为调查对象，研究分析了这两种生产方式下的作物结构、经济效益、生态效益等。同时针对调研所发现的问题提出相应的对策和建议，旨在为浏阳市农业经济的发展提供一些有效的数据支持。 关键词 :作物结构，小规模与集约化生产，经济生态效益，对策建议，浏阳东乡 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着国家经济的蒸蒸日上，农业的可持续发展被越来越多的人重视，它为人们的健康生活提供了保障，对国家的稳定发展具有重大的战略意义。2007年中央1号文件明确提出：社会主义新农村建设的首要任务是建设现代农业。浏阳市作为农业大省湖南省的县级市，为长沙地区的经济发展做出了较大的贡献，要实现富民强省目标，实现传统农业向现代农业的转变，必须大力推动现代农业集群发展 [ 1 ] [ 2 ] 。集群生产经营不仅能获得经济效益最大化，还会产生较大的社会效益和生态效益，实现可持续发展 [ 2 ] 。然而由传统农业到现代农业的转变过程并不理想，农村中大部分还是小规模生产，导致现在小规模生产与集约化生产共存的局面。在浏阳四个乡中，东乡处于浏阳市东部，与江西省毗邻，属幕阜、连云山丘区。该乡以农业生产为主，其生产方式主要是小规模生产与集约化生产。
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user: 2. 研究对象及方法 本次调研时间是2018年2月1号~3月1号，调研对象主要是浏阳东乡的永福村、仙洲村、沙龙村、岷江村以小规模与集约化生产经营的部分农户和主要农业合作社，采用的调研方法有实地考察法、问卷调查法、访谈法和微信联系法。本次调研采用的问卷调查分为五个模块；分别是：生产者的基本情况、2015~2017年的耕地经营方式、2015~2017年的耕地种植情况、作物生产经济效益基本情况、生产中存在的主要问题及建议，总计23个问题。发放50份问卷调查，收回有效问卷45份，其中有11份是农业合作社，34份是个体户小规模经营。调查方法以实地考察法、访谈法为主，通过与相关种植人员面对面交流，使得更加直接的考察与了解作物种植技术与农业生态措施的具体操作方式以及他们目前所面临的问题等。
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user: 4. 存在的主要问题及分析 4.1. 生产者年龄结构偏大，文化程度低 由于浏阳东乡各村镇以作物小规模生产为主，一年的总收入较低，难以维持生机，导致各村镇青壮劳动力大量流向城市，剩下来的大部分是上了年纪的中老年人，导致农业生产劳动力缺乏，雇人成本高，雇人难 [ 4 ] 。在这次的调查中，年龄在50岁以上的农业生产者占总人数的百分之六十；另外就是生产者的文化程度都不高，甚至有些未接受过教育，这样对农业现代化有很大的阻碍作用，文化不够导致对种植技术的接受程度也不高，技术不好又导致经济效益不高，如此总是恶性循环。 4.2. 小规模生产下作物价格波动，不稳定 对于小规模生产者来说，销售渠道单一，收入完全被菜贩子控制，而且菜价波动幅度大，以黄瓜为例，比如今天卖2元一斤，明天就可能跌倒1元；原因有可能是供大于求，市场价格不景气，也有可能是菜贩“中饱私囊”，在调查中有许多生产者反应菜贩的收入大约是他们的三倍，例如菜贩1元一斤从农民手中收菜，然后以3元一斤的价钱卖出去，甚至有时价格好时，他们能从中获得更多的利润。而小规模生产者“势力单薄”，加之产量不多，若完全依靠自产自销，所带来的运输成本升高，会导致其本来就不太高的收入进一步降低，所以只能依靠菜贩进行销售。但这会极大的影响他们的农业生产积极性，所以该地区越来越多的人开始不种地，而是选择外出打工来增加他们的收入，这使得我国的农村问题更加突出。 4.3. 浏阳洪涝灾害频繁、作物病虫害严重 浏阳东乡位置比较特殊，夏季易发生暴雨；例如，2015~2017年的6~8月份都发生了特大洪灾，通常这个时候正是作物临近成熟，持续的降雨，会使许多作物长时间浸泡在水中，导致腐烂，引起作物大面积减产；夏季经历了洪水的农田，易爆发大面积的作物病虫害。 4.4. 作物种植成本太高 由于浏阳与省会城市长沙相邻，又属于县级市，加之花炮产业、玻璃制作业和旅游业等多种产业的带动，使得浏阳市的经济不断向前发展，所以物价相对于其它县来说偏高。以集约化生产中的蔬菜生产为例：种植面积在600亩以上的每亩毛收入为34，000元，其中成本为30，600元，占比90%，纯收入为3400元，占比10%。在调查的45份问卷调查表中发现，有将近40位生产者一年的毛收入中，成本要占一半多，严重打击了农户的生产积极性。
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user: 5. 对策与建议 5.1. 开展农机及相关农技科技培训服务 加快农业机械化的进程，加强农民的教育程度，培养一批高素质的现代农民 [ 5 ] [ 6 ] 。生产者可以适当地加大前期投入，以村或者以组为单位购买农机，加以保养与维修，每年可以重复使用，以减少劳动力的投入。当地政府也可以请一些农业生产技术员为农民上课培训，加强专业知识素养，或者组织有一定种植技术的农民到农业院校里学习新技术，然后再回乡传授给其它人。 5.2. 加强市场监督与管理 国家应该加强对作物市场价格的监督，维护小规模生产者的利益，规范菜贩这一群体的从业资格，在菜价上面做出一些相关保护措施 [ 7 ] 。此外，通过集约化生产，与相关的农民专业合作社签订产品生产和收购合同，使用规范的固定销售渠道，使价格更稳定。 5.3. 利用预测预报，开展农技服务工作 根据气象预报和当地农技站的病虫灾害预报，合理安排作物种植和收获；根据天气情况和病虫害指数，在生产中有的放矢采取相应的趋避措施和施药措施，以避免自然灾害和病虫害造成的损失。选用抗逆品种，提高作物的耐涝型，使作物品种更适用于像浏阳东乡这种多洪涝灾害的地区。 5.4. 减少农业生产成本 一方面生产者应该多使用一些可重复利用的设备，如犁地机、不锈钢大棚等 [ 8 ] 。置办这些设备只是前期投入成本大，但它们的使用年限很长，后期成本只有些维护费，平摊下来每年的成本也不高，而且这些设备带来的效益更大；一方面尽量少使用农药化肥，多采用农业防治及生物防治。如用种过水稻的地种辣椒和茄子，黄瓜收获之后种水稻，利用水旱轮作不仅减少了化肥农药的使用，对土壤自动修复有积极作用，而且还有利于提高作物的品质和产量；还可以采用稻田养鱼、稻田养虾等生物防治的方法，减少了化肥农药成本。 5.5. 科学管理，以公司运作方式提高农业生产效益，吸引农民加入合作社 现在一些农业合作社作物栽培集约化生产，采用生产外包的形式，与农机服务公司、植保服务公司对接，可较好地完成重要的农艺管理技术工作；科学高效的管理，提高农业生产效益，减少合作社的生产成本，吸引周边更多的农民加入合作社，增加农民收人，有效解决“三农”问题，推进全面建设小康社会的步伐。 在这次调研中，让我们更加了解农业生产过程，以及浏阳东区在农业方面所存在的问题并提出了相应的建议。小规模与集约化两种生产方式间有着各自的优点和缺点，但总体来说还是集约化生态经济效益更好，更符合国家对农业方面的相关政策，利于加快现代化农业的进程。
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user: 摘 要 随着我国经济的崛起，葡萄酒业也搭上了我国经济崛起的快速列车。葡萄酒产业规模不断壮大，但葡萄酒质量评定却没跟上酒业发展的脚步。现今的葡萄酒质量评定方法远远落后于市场需求。针对这个问题，本文用PSO优化算法代替BP网络自身训练过程，建立PSO优化BP网络模型，进而对葡萄酒质量进行分类评定。经过实证与文献的对比，PSO优化算法的确能够有效的代替BP神经网络自身训练过程。 关键词 :葡萄酒业，葡萄酒质量评，BP神经网络，PSO优化算法 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 近年来，我国经济水平得到了飞跃的发展，人们的生活水平也随之提高。进而对养生的需求也越来越高。研究表明，适量的饮酒对人体机能起到很好的作用，能调节人体新陈代谢。而葡萄酒则是养生品之一，人们进而喜欢喝葡萄酒，市场对葡萄酒的需求量也随之越来越大。然而市场上葡萄酒的品质参差不齐，如何区分葡萄酒的质量，是现今许多消费者和生产厂家都急切盼望解决的问题，因此鉴别葡萄酒的品质就显得尤为重要。现今的鉴别方法常常是通过理化指标、感官指标来确定。而感官指标主要是通过聘请一批有资质的评酒员进行品评，用感官分析法来对葡萄酒进行等级分类。但这种方法易受到评酒人员嗜好、心理、经验等因素的影响，通常使得评定存在一定主观性和不确定性。因此对葡萄酒质量的评定更多的通过理化指标来确定。通过对葡萄酒的部分理化指标进行分析，建立相应的模型，进而区分出葡萄酒的品质。参考国内外的文献，有许多学者对葡萄酒等级的分类进行研究。 2017年，杨云等人通过构建AdaBoost-SVM集成学习方法将多个基分类器集成，建立以多分类器优化集成为核心的品质分类模型，进而对葡萄酒质量进行分类 [ 1 ] ；2017年，屈玉涛等人基于SVM实现了对意大利葡萄酒的分类和预测 [ 2 ] ；2016年，霍双红等人先用主成分分析，提取了主要的影响因素，再利用k均值和自组织神经网络算法分别对葡萄酒进行分类和比较 [ 3 ] ；2012年，张浩彬在其硕士论文中，基于数据挖掘方法，建立了许多模型，对葡萄酒品质进行鉴定 [ 4 ] 。2009年，Cortez等人提出运用支持向量机对超过上千个葡萄酒样本进行质量评定 [ 5 ] 。 BP神经网络作为一种模式识别方法，具有强大的自学习、自适应、自组织等能力，从而使其能拟合任意的非线性映射。因此，我们将其应用在模式识别、信号处理、优化计算，图像处理，分类、自动目标识别、机器人等领域。而在分类领域，许多学者用BP网络方法进行分类，均取得不错效果，如张喜红运用改进后的BP神经网络，对西洋参进行等级分类 [ 6 ] ；王利平将BP神经网络运用到了生物医学上，其用BP网络对红细胞进行识别分类 [ 7 ] 。但由于BP算法是基于梯度的最速下降法，以误差平方为目标函数，因此，不可避免的存在一个缺点——易陷入局部极小值。而粒子群算法作为一种新兴的群智能方法，该算法具有很好的优化能力。将其与BP神经网络结合，可以很好的解决BP网络易陷入局部极小值的情况 [ 8 ] 。 因此，本文通过葡萄酒的一些理化指标建立了BP神经网络模型和PSO优化BP神经网络模型。通过模型的对比，能客观的反映葡萄酒质量的评定效果。
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user: 2. 数据来源 实证所用数据来自UCI数据库(http://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/Wine+Quality)，此处采用的数据是红葡萄酒的数据，该数据由Paulo Cortez教授提供。数据包含1599个样本，其中有11种主要理化指标成分以及一个关于葡萄酒等级的变量指标，该等级指标有6个级别，分别是从级别3到级别8。由表1可知，该原始数据的红酒，在类别为3的样本数量有10个，类别为8的样本数量有18，均少于其他类别的样本数。为了研究方便，将这六个级别重新划分，分为低等，中等，高等三类，并分别用1/6、1/2、5/6来表示这三类，其对应的数据量分别有63、1319、217 [ 5 ] [ 9 ] 。该数据样本的变量说明如表2。
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user: 4. 结论 随着时代的发展，大数据成为了当今热门话题。而大数据的应用也越来越被社会所接受。现今，无论是硬件上对葡萄酒物理化学属性检测工具的出现，还是软件上对葡萄酒品质分类的数据挖掘算法的普及，均为用大数据方法鉴定葡萄酒质量提供了前提条件。目前，如何对智能算法进行优化的问题，是许多研究智能算法的学者在大数据领域关注的较多的方向之一。正是在大数据的背景下，我们运用PSO优化算法改进BP神经网络的自身易陷入局部极值的不足。结果表明PSO优化算法改进BP网络是可行的，且是可信的。该模型的不足之处是理论支撑不是很成熟，这也是未来需要继续往下深究的努力方向。
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user: 摘 要 博雅教育(Liberal education)，一直是西方支配性的教育观念，其教育理念对现代大学教育思想有重要意义，国内高校也开始通过博雅课程实施博雅教育。然而，目前博雅课程在实施模式以及师生互动方面存在着一些问题。如何建立有效的师生互动模式，是博雅课程实施过程中必须解决的问题。因此，本文通过建立课堂“师生面对面”的互动模式以及课后“基于网络平台”的互动模式，将“互动模式”嵌入博雅课程教学，激发学生兴趣、引导学生主动学习，使学生达到“广博知识”与“气质优雅”目的，最终实现“立德树人”的高校博雅教育的最终目标。本研究期望为博雅教育的高效实施提供一个创新的思路与途径。 关键词 :博雅教育，互动模式，网络平台，高校 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 博雅教育(Liberal education)，发源于古希腊，成熟于19世纪，一直是西方支配性的教育观念，深刻地影响着西方的教育制度、课程实践和文化理念(沈文钦，2009) [ 1 ] 。博雅教育的核心思想是为培养学生的学习欲望、训练批评性思维、有效交际以及公民义务的能力而建立的高等教育体制(Jonathan Becker， 2005) [ 2 ] ，其教育理念，不仅可以指导大学教育的改革(魏善春，2009) [ 3 ] ，也对学生心理健康教育(左凯旋和聂津君，2009) [ 4 ] 、人们的媒介素养教育(赵慧臣和张舒予，2009) [ 5 ] 、大学德育教育(张亚月，2014) [ 6 ] 有着重要的引导作用。 目前，教师课堂教授“博雅课程” (也称“通识课程”)是高校开展博雅教育的基本途径(王泽和张舒予，2010；方兵等，2015) [ 7 ] [ 8 ] ，然而博雅教育实施模式仍以传统课堂教学为主，未能很好把握时代特征来创建贴近学生需求的博雅教育新模式；其次，博雅课堂上学生参与课堂的主动性和积极性相对较低(方兵，2016) [ 9 ] 。因此，有必要对博雅课程的教学做相应的改革，以达到博雅教育的目的：邱玥(2011)认为欲使博雅教育在我国高校的教学实践中取得成功，应该从四个方面着手：确立新的教育观念、调整博雅教育目标；构建科学课程体系、积极探索有效的教学模式；加强校园文化建设，营造实施博雅教育的良好氛围；加强师资队伍建设，提高博雅教育质量 [ 10 ] 。陈静(2015)建议“学校要将博雅教育纳入教师队伍建设总目标，根据学生特点来设计博雅教育课程体系，并通过学校文化和社会实践来实施博雅教育” [ 11 ] 。王泽和张舒予(2011)，以“视觉文化与媒介素养”课程为案例，提出了以学习环境设计为重心的“混合式学习”设计模式 [ 7 ] 。方兵等(2015)建议高校可以自主建设本校的SPOC (小规模限制性在线课程)，让学生在校园内运用“线上学习、线下讨论”的翻转课堂方式来学习博雅课程，同时充分调动师生的主观能动性，从教学模式和学习方式上对传统博雅课程教学方式进行革新，以提升高校博雅课程的教学效果 [ 8 ] 。美国巴德学院的Jonathan Becker (2005)曾在其“博雅教育的内容”一文中，引用“瓦尔塔∙格雷戈里亚”的一句话“博雅教育的核心是教学的实施” [ 2 ] 。 因此，基于博雅教育的理念、博雅课程在高校实施过程中存在的问题、相关学者对“博雅课程”改革的探索，本文着重从师生间的“互动模式”的建立来尝试进行博雅课程教学探索。
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user: 2. 师生间“互动模式建立” 师生间的互动教学最早起源于哈佛大学的“案例教学法”，随后经过发展将一系列强调师生间互动的教学方法都归纳为“互动式教学法”。其实我国古代教育中就体现了互动教学的理念，如：春秋时期孔子提倡学生“多疑”、多听，鼓励学生相互讨论；战国时期孟子强调“自得”的学习原则，让学生在老师的引导下，发挥能动性、自主学习；唐代韩愈在《师说》中就曾提出“弟子不必不如师，师不必贤于弟子”的教学相长，师生之间平等的互动教学特点。综合而言，互动教学是指在相互平等和谐、彼此融洽的教学环境中，教师在教学活动过程中与学生进行交流、沟通、合作、讨论，从而使学生在交流中主动思考并积极参与教学过程，最终达到在动态的教学中形成教与学相互影响、相互交互的过程(王伟伟和杨秀丽，2004；袁明月和李庆丰，2017) [ 12 ] [ 13 ] 。互动式教学具有情境性、平等性和多样性的特点，并受到“建构主义学习理论”、“认知–发现学习理论”、“人本主义学习理论”等基础理论的支持(杜倩颖等，2016) [ 14 ] 。互动式教学具有调动师生参与教学活动的积极性、构建良好师生关系、提高教学质量、培养创新意识等方面的优点，在博雅教育的实施过程中起到重要的作用(袁明月和李庆丰，2017) [ 13 ] 。 因此，本研究在相关学者的研究基础上，从课堂和课外两方面来建立师生间的互动教学模式，从而促进博雅课程的有效实施。 2.1. 课堂互动模式建设 互动式教学中，营造和谐积极的课堂气氛十分重要，如何引导学生积极参与课堂教学的互动活动，是建立课堂互动模式的关键环节。通过教师详细、充分准备相关材料、巧妙合适地设计热点话题、学生课堂分组讨论、组织辩论、学生演讲等互动方式引起学生的学习兴趣，从而引导学生树立科学探索的积极性和主动性，发掘问题，深入剖析，提出见解(图1)。 图1. 博雅课互动模式建立 2.1.1. 确立“以人为本”的教学思想 “以人为本”不仅是科学发展观的核心，也是互动教学的理论基础和核心思想，教师要从学生的实际需要出发，以学生发展为目的，要理解学生、爱护学生、引导学生，从而在教学过程中营造良好的学习环境和互动氛围，最终调动学生的积极性，锻炼发现问题、思考问题和解决问题的能力(谢少安，2010) [ 15 ] 。博雅课程由于是全校公选课，班内学生来自不同专业、具有不同的知识背景和思维习惯，因此，更应该注重“以人为本”的教学思想。 2.1.2. 设计“引人入胜”的教学内容 “互动教学”能否顺利进行，很大一部分取决于学生能否“动起来”，那么除了教师的个人魅力(知名教授、专家等)之外，引人入胜的教学内容是互动教学的“核心”。教学内容应该满足具有兴趣性、致用性、普适性等方面的特点，既能引起学生的兴趣而又能够在实践中应用。这样学生才会感兴趣，才会参与老师的教学过程，使课堂教学“活”起来，最终使得学生在教学过程中不仅能够学习知识，而且能够学会思考。博雅课程教学内容的设计既要以博雅思想为基础，而且要满足不同专业背景学生的兴趣和需求，可以在教学过程中通过问卷调查和学习反馈来获得不同学生的学习需求，进一步完善教学内容。 2.1.3. 应用“丰富多彩”的教学手段 丰富多彩的教学手段，是建立在“以人为本”的教学思想和“引人入胜”的教学内容上，可以起到画龙点睛的作用。通过多媒体课件的应用对语言、图片、动画、音频、视频等内容的展示，使抽象内容变得具体、使复杂原理变得简单从而提高学习兴趣、激发学习欲望(谢少安，2010) [ 15 ] 。也可以通过“情景设计”、“课堂讨论”、“翻转课堂”等形式让学生从原来被动的学习转化为主动学习，并且能够参与教学过程(颜醒华，2005) [ 16 ] 。博雅课程基于其选课学生的特点可以在考核过程中让学生依据自己的专业特点和兴趣爱好设计与课程相关联的“成果”来展示。 2.2. 课外互动模式建立 “互联网 + 教育”是以互联网技术为基础，互联网思维与教育基本规律相结合为指导，构建开放、平等、共享的教育环境，培养具有主流世界观的公民，在人的精神世界构筑和平、幸福图景(李芒和李子运，2016) [ 17 ] 。国外互动式教学法已经进入利用互联网、Clicker等工具进行在线互动的时代，对互动式教学方法的研究也逐步偏向于对各种互动工具的应用(袁明月和李庆丰，2017) [ 13 ] 。基于网络的发展以及聊天工具的开发(微信朋友圈等)，教师可以在课外将知名学者的博客、微信朋友圈等发布的与课程相关的专题转发给学生与老师共同参与的“网络平台”，这样教师能够利用自身的课外资源来丰富学生的“学习资源”。 因此，针对博雅课程的教学实施，在课堂互动之外，利用“网络平台”，发布学习资料、进行相关测试、完善考核制度，弥补课堂上有限的师生互动，提高“互动”频率和质量，从学生最初的教师监督式的学习，逐渐形成后期的主动性探索，从而高效完成博雅教学的目的(图1)。
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user: 3. 总结 综上所述，基于博雅教育对未来高等教育过程中的重要性以及互动式教学方法在博雅课程实施过程中起着的至关重要的作用，随着“互联网 + 教育”计划的实施，通过课堂内互动模式和基于网络平台的课外互动模式的建设来促进博雅课程的教学。
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user: 摘 要 芳纶纤维是集多种优良性能于一身的产业用高性能纤维，中国是世界高性能纤维消费大国，芳纶纤维进口量世界第一，芳纶纤维对于我国的科技进步、经济发展有着直接的影响。本文综述了我国芳纶纤维主要品质指标研究进展和芳纶纤维品质评价方法。 关键词 :芳纶纤维，品质，检验方法，评价方法 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 芳纶Ⅲ纤维即对位芳纶纤维的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。它是一种新型高科技合成特种纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，广泛应用于复合材料、防弹制品、建材、特种防护服装、电子设备等领域，具体用途包括航空航天材料、体育用材料、轮胎骨架材料、传送带材料、高强绳索、防弹衣和头盔材料等 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]。 目前对位芳纶纤维的主要产能都集中在美国、日本、欧盟、俄罗斯和韩国等经济发达的国家和地区 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]，我国芳纶纤维产业起步较晚，但发展速度较快，中国芳纶纤维制造业已进入快速发展期。一方面是生产技术进步快，国内企业不仅成功实现了间位芳纶短纤的产业化，而且在长丝以及对位芳纶领域取得了突破性进展；另一方面是国内市场发展快，年增长速度超过了30%。目前，我国已实现了对位芳纶纤维的国产化稳定生产，初步打破了国外对我国长达30年的技术封锁和垄断，产品可替代进口，加速国内芳纶纤维产业化进程 [ 8 ] [ 9 ]。 本文从芳纶纤维的材料表征、主要物理性能指标、机械力学性能指标、稳定性指标和稳定生产指标等方面来考察芳纶纤维的品质检验及评价方法。
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user: 2. 芳纶纤维品质指标 芳纶纤维具有多种独特的优良性能，其中很多优良性能是其它纤维所不具备的，这些优良的性能主要体现在机械物理性能和稳定性等方面，再加上强度离散系数、纤度离散系数、产品得率等稳定生产指标，构成了评价芳纶纤维品质优劣的标准。 2.1. 材料表征 芳纶纤维通常呈现浅棕黄色，颜色均匀，有金属光泽，无明显瑕疵，纤维丝束较柔软。在材料表征方面，国产芳纶纤维与进口芳纶纤维并没有什么差别。 2.2. 机械物理性能指标 芳纶纤维的机械物理性能特点与其它有机纤维都不同，其拉伸强度和弹性模量很高，而延伸率较低，是有机纤维中力学性能最优异的种类之一。其分子链是由苯环和酰胺基按一定规律排列而成，酰胺基团的位置又都在苯环的直位上，故而这种聚合物具有良好的规整性，致使芳纶纤维具有高度的结晶性。这种刚性的集聚状分子链在纤维轴向是高度定向的，分子链上的氢原子将和其它分子链上的酰胺对的羰基结合成氢键，称为高聚物分子间的横向联结。芳纶纤维这种苯环结构使它的分子链难于旋转，高聚物分子不能折叠，又是伸展状态，形成体状结构，从而使纤维具有很高的模量。聚合物线性结构的分子间排列十分紧密，在单位体积内可容纳很多聚合物分子，这种高的密实性使纤维具有较高的强度。此外，这种苯环结构由于环内电子的共轭作用，使纤维具有化学稳定性，又由于苯环结构的刚性，使高聚物具有晶体的本质，使纤维具有高温状态下尺寸稳定性 [ 10 ]。 2.2.1. 线密度 纤维的粗细程度也称细度，是其重要的物理指标之一，直接指标一般用纤维的直径和截面积表示，但由于纤维截面积不规则，且不易测量，很难用直接指标表示纤维的粗细，通常采用间接指标即线密度来表示。线密度也称纤度，通常指单位长度的纤维所具有的质量，是衡量纤维粗细程度(即细度)间接指标。线密度的国际单位制(即法定计量单位)通常以特(tex)或分特(dtex)表示。1000米长的纤维的重量克数称为特，特(tex)的十分之一即为分特。由于纤维用特数表示线密度时数值较小，因此，通常以分特表示纤维的线密度。 2.2.2. 断裂强度 纤维的断裂强度是指每特—tex (或者每旦Denier)纤维所能承受的最大拉力，单位为N/tex (或N/D)。拉伸强度是判断纤维物理性能最重要的指标之一，拉伸强度越大，代表试样的物理性能越好。根据材料的材质及粗细不同，其测定设备也相应有所变化，但总的原理不变。在规定条件下用强伸仪拉伸试样，直至断裂，得出断裂强力和伸长值，由断裂强力和线密度计算出断裂强度。纤维的强度是指纤维抵抗外力破坏的能力，它在很大程度上决定了纺织商品的耐用程度。纤维的强度可用纤维的绝对强度来表示，它是指纤维在连续增加负荷的作用下，直至断裂时所能承受的最大负荷。由于纤维强度的与纤维的粗细有关，所以对不同粗细的纤维，绝对强度无可比性，因此，常用相对强度来表示纤维的强度。相对强度是指单位线密度(每特或每旦)纤维所能承受的最大拉力。美国杜邦公司的高强高模芳纶纤维kevlar-49的断裂强度约3.53 Gpa，而部分性能较优秀的国产芳纶Ⅲ纤维的断裂强度为4.78~5.32 Gpa [ 1 ]，已经达到国际最优秀产品的水平了。 2.2.3. 弹性模量 弹性模量是描述物质弹性的一个物理量，纤维的弹性模量也称“初始模量”，它是指纤维拉伸曲线上开始一段直线部分的应力–应变比值。一般地讲，对弹性体施加一个外界作用力，弹性体会发生形状的改变，即应变，弹性模量的一般定义是：单向应力状态下应力除以该方向的应变。材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律)，其比例系数称为弹性模量。在实际计算中，一般可取负荷伸长曲线上伸长率为1%时的一点来求得纤维的弹性模量。纤维弹性模量的大小表示纤维在小负荷作用下变形的难易程度，它反映了纤维的刚性，并与织物的性能关系密切。当其他条件相同时，纤维的弹性模量大，则织物硬挺；反之，则织物柔软，易变性。织物的抗皱性决定于纤维弹性模量的大小，弹性模量越大，抗皱性越好；弹性模量越小，抗皱性越差。部分优秀的国产芳纶Ⅲ纤维的弹性模量可以达到123.71~129.26 Gpa之间 [ 1 ]，美国杜邦公司的高强高模芳纶纤维kevlar-49的弹性模量为131 Gpa左右，可见，在弹性模量这个参数方面，部分优秀的国产芳纶纤维已经达到了国际先进水平。 2.2.4. 断裂伸长率 断裂伸长是指在拉力作用下试样断裂时所产生的试样长度的增量，以长度单位表示。纤维拉伸时产生的伸长占原来长度的百分率称为伸长率。纤维拉伸至断裂时的伸长率称为断裂伸长率，它表示纤维承受拉伸变形的能力，以百分比表示。断裂伸长率大的纤维手感比较柔软，在纺织加工时，可以缓冲所受到的力，毛丝、断头较少；但断裂伸长率也不宜过大，否则织物容易变形。普通纺织纤维的断裂伸长率在10%~30%范围内比较合适。但对于工业用强力丝，则一般要求断裂强度高、断裂伸长率低，使其产品不易变形。美国杜邦公司的高强高模芳纶纤维kevlar-29的断裂延伸率为3.6%，国产芳纶Ⅲ纤维的断裂延伸率可以达到3.87%~4.20%之间，可以看出，国产芳纶纤维的相对强度较高，具有较好的机械物理性能 [ 1 ]。 2.3. 稳定性指标 芳纶纤维是一种极其稳定的纤维，高温和低温的稳定性很好，对位芳纶纤维通常能在不高于560℃的高温下不分解、不融化、保持相对稳定，在−170℃的低温下不变脆，保持其物理性能不变。芳纶纤维对化学试剂、微生物作用的稳定性等方面均非常好。芳纶纤维对光–大气的稳定性稍差，耐候性是其最大的缺点。 2.4. 稳定生产指标 离散系数又称变异系数，是统计学中的常用统计指标，主要用于比较不同水平的变量数列的离散程度及平均数的代表性。断裂强度离散系数和纤度离散系数及产品得率是考察芳纶纤维稳定生产的三个重要指标。在这方面，国产芳纶纤维与国外高质量产品还存在着较大差距。
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user: 3. 芳纶纤维性能主要指标检验方法 3.1. 线密度 化学纤维细度的测定方法有直接和间接法两种。直接法用得最广的是中段切取称重法。间接法利用振动仪或气流仪测定纤维的细度。国际上推荐采用振动法来测量单根化学纤维的线密度。由于振动法是在单根纤维上施加规定张力使其伸直的情况下测量其线密度的，故测量结果比较准确，特别是卷曲较大的纤维以及需要测试单纤维相对强度时，采用振动法更具优越性。 在化纤生产中，因原材料、设备运转状态和工艺条件的波动都会使未拉伸丝、拉伸丝的条干不均匀。因此，测定纤维沿长度方向的条干均匀度是衡量纤维质量的变化的重要指标，它影响纤维的物理–机械性能与染色性能，还影响纤维的纺织加工性能及织物外观。一般采用乌斯特(Uster)条干均匀度仪进行测定，测定结果以平均差系数U%、均方差系数CV%、极差系数R表示。 3.1.1. 仪器设备 缕纱测长器：周长1 m (精度0.001 m)，装有避免丝条集聚的横动导丝装置和能控制丝张力的喂入系统。热风式电烘箱：附有最小分度值0.01 g天平的箱内称重设备和恒温控制装置。天平：最小分度值为0.01 g。 3.1.2. 试验条件 线密度检验须在试验用标准大气条件下进行。 3.1.3. 试验步骤 将已剥去约1/100表层丝的每个试验样品按规定的卷绕张力，摇取规定的测试长度。每个试验样品摇取试样二绞。卷绕张力为名义线密度0.5 ± 0.1 cN/tex。测长长度分两种情况：线密度小于100 tex的样品，长度为30 m；线密度大于100 tex的样品，长度为15 m。在天平上逐一称得丝绞的重量，称好后，将全部试样在 105 ℃ ± 2 ℃ 烘箱内烘干至恒重。 3.1.4. 计算 1) 实测线密度 M d = ∑ ​ G i n 1 − L × 1000 (1) 式(1)中： M d ——实测线密度，tex； G i ——每绞丝的重量，g； n 1 ——测试绞数； L ——每绞丝的长度，m。 计算值修约至小数点后一位。 2) 公称线密度 M s = G ( 100 + R ) 100 − n 2 − L 1 × 1000 (2) 式(2)中： M s ——实测线密度，tex； G ——每绞丝的重量，g； R ——公定回潮率，%； N 2 ——测试绞数； L 1 ——每绞丝的长度，m。 计算值修约至小数点后一位。 3.2. 拉伸性能测试方法 3.2.1. 仪器设备 等速伸长型强力机(CRE)；秒表；分析天平，感量0.01 mg。 3.2.2. 试验条件 断裂强力和伸长率试验须在试验用标准大气条件下进行。上下夹持器间距为(250 ± 1) mm。断裂时间范围为(20 ± 3) s。下降速度195 ± 5 米 /分，试样两端允许不粘结。预家强力张力为名义线密度0.5 ± 0.1 cN/tex。 3.2.3. 试验步骤 把剥去约1/100表层丝的每个试验样品放入试验用标准大气条件下调湿平衡。将试样用强力机逐一测得断裂强力和伸长率。每个试验样品测试六次，式样之间应间隔1 m以上。 3.2.4. 计算 1) 断裂强力、伸长率和断裂强度计算。 F = ∑ ​ f i n 3 E = ∑ ​ e i n 3 (3) S = F M s 式(3)中： F——平均断裂强力，cN； f i ——每根试样之断裂强力，cN； E——平均断裂伸长率，%； e i ——每根试样之断裂伸长率，%； n 3 ——试验次数； S——断裂强度，cN/tex； M s ——公称线密度，tex。 计算断裂强度和断裂强力值修约至小数点后第二位；断裂伸长率值修约至小数点后第一位。 3.3. 断裂强度离散系数和纤维纤度离散系数计算方法 C v = σ μ (4) 式(4)中： C表示离散系数； Σ表示平均标准偏差； μ表示平均数。
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user: 4. 结论 目前，我国芳纶纤维产业取得了长足的进步，间位芳纶纤维已经具备了较强的技术实力与生产能力，已基本可以满足国内需求；在对位芳纶纤维方面，我国的部分优质芳纶单束纱纤维拉伸强度可达4.60 Gpa以上，拉伸弹性模量在120 Gpa左右，断裂延伸率在3.60以上，离散系数小于5%，但其品质与美国、日本、韩国、欧盟等国家和地区的产品相比还有很大差距，特别是在断裂伸长率、断裂强度和弹性模量等机械物理性能方面，在强度离散系数、纤度离散系数及产品得率方面也有很大不足。在产能方面，国产对位芳纶纤维还远远不能满足国内需求，大部分需要进口，因此，我国芳纶纤维产业的发展道路还任重而道远。
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user: 摘 要 文章采用中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据资料及NCEP-FNL再分析资料，运用天气动力学诊断方法对2016年7月18~21日发生在豫北与河北南部一带的暴雨主要天气形势和动力成因进行了分析。结果表明，暴雨发生在“东高西低”的有利环流形势下。200 hPa高空急流发展增强，高空急流入口区右侧出现较强辐散。低空700 hPa有西南低涡发展并加强东移，造成其东北侧的辐合运动。伴随这种高层辐散，底层辐合的运动，一支明显的次级环流出现在河南河北一带。暴雨区落在次级环流的上升支一侧，上升气流由于高空急流和低空低涡的相互作用异常增强。这种二者之间的相互作用而产生的垂直运动对暴雨的发生发展起到了重要的动力强迫作用。降水强度则随着高空急流和低空低涡的发展增强而增强。暴雨发生时，豫北地区上空存在对流不稳定的层结结构，来自孟加拉湾、南海和东海的水汽在此处聚集，这些都为暴雨的发生提供了有利的条件。 关键词 :高空急流，低空低涡，次级环流，降水 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 暴雨是影响我国夏季的主要气象灾害 [ 1 ] ，能够造成洪涝，泥石流等灾害，给人们的生命财产带来极大的威胁，它的形成受各种尺度天气系统的相互作用的影响。大尺度环流为暴雨的发展演变提供有利的背景环境，但不能直接引发暴雨 [ 2 ] 。陆尔和丁一汇 [ 3 ] 的研究表明，东移南压的西北冷空气与副热带高压西侧北上的暖湿空气相互作用容易引起降水。在暴雨形成过程中，高空急流对暴雨的发生可以起到重要的动力作用 [ 4 ] 。王黎娟等 [ 5 ] 分析淮河流域一次暴雨过程得出，淮河流域位于高压北侧高空西风急流入口区南侧的上升运动区，有利于淮河流域强降水的发生和维持。Chen [ 6 ] 的研究表明，如果在高空急流入口区满足重力惯性波不稳定的条件，则会在高空急流入口区激发强热力直接环流。由于风速在水平方向上分布不均匀，在高空急流出口区出现向南的地转偏差，使得急流轴出口区的左侧产生辐散上升运动，右侧则产生辐合下沉运动 [ 7 ] 。高空急流区的辐合辐散中心与相应的次级环流对暴雨的形成发展有重要的影响 [ 4 ] [ 8 ] 。同时，高空急流通过其造成次级环流还可以对底层气旋的形成发展起到一定的作用，如Hassan等 [ 9 ] 通过一次个例探讨了高空急流在地中海中部深厚气旋形成中的作用。程正泉等 [ 10 ] 发现，热带气旋海马变性加强过程中，与高空西风槽前急流发生耦合形成半冷半热的结构。 中尺度对流系统是暴雨的直接制造者，降水区对流层中低层常常存在中尺度切变线，中尺度辐合线，中尺度低压和中尺度低涡等 [ 2 ] 。西南低涡在形成暴雨的中尺度系统中占有相当重要的地位，就西南涡所造成的暴雨天气的强度、频数和范围而言，仅次于台风 [ 11 ] 。西南低涡在发展过程中伴随着底层辐合、上升运动以及水汽通量辐合的加强 [ 12 ] 。当西南涡滞留在源地会引发川渝地区的暴雨 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] ，移出源地后也能给中国东部地区造成大范围降水 [ 1 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] 。 2016年7月18~21日，一场特大暴雨突袭河南北部地区，暴雨中心位于安阳林州市、安阳县和新乡市等地，此次暴雨具有历时短，强度大，区域集中，雨情汛情超长等特点。那么此次特大暴雨的环流背景是怎么样的，高低空的存在着怎样的系统，这些系统之间是否存在着某种联系，这些联系又对此次暴雨的形成发展有什么样的影响，这就是本文研究的主要内容。
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user: 2. 资料和方法 降水资料：选用中国自动气象站与CMORPH融合的逐时降水量 0.1 ∘ × 0.1 ∘ 网格数据集。 大气环流资料：选自NCEP-FNL (National Center for Environmental Prediction， Final Operational Global Analysis)全球 1 ∘ × 1 ∘ 再分析资料，其时间分辨率为6 h。气象要素场包括位势高度场，相对湿度，水平风速及垂直速度场等。文中所用时间均为世界时。 文中主要使用了天气动力学诊断等方法。其中整层大气水汽输送通量计算公式为： Q = − 1 g ∫ p s p t v ⋅ q d p (1) 式中，g是重力加速度， p t 是大气层顶气压， p t 是地面气压，V是水平运动速度，q是比湿。由于大气层300 hPa以上水汽极其稀薄，所以在分析中 p t 选为300 hPa。 所以纬向和经向水汽输送通量 Q λ 、 Q φ 公式 [ 21 ] [ 22 ] 为： Q λ = − 1 g ∫ p s p t u ⋅ q d p (2) Q φ = − 1 g ∫ p s p t v ⋅ q d p (3) 水汽通量散度则为： c = ∇ ⋅ Q = ∂ Q λ ∂ x + ∂ Q φ ∂ y (4)
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user: 3. 结果分析 3.1. 豫北暴雨的环流形势和影响系统 暴雨发生过程中，对流层高层200 hPa南亚高压中心始终位于青藏高原上空(图1)。其北侧有明显的西风急流存在。中国大陆上空存在两个急流核，其中一个位于我国新疆西北部，另一个则位于华北及东北上空。随着长波槽脊的移动，急流核逐渐向东移动。 而在对流层中层500 hPa环流经向度很大(图2)。新疆西北部咸海一带维持一个深厚的低压槽。新疆至贝加尔湖以西有高压维持，脊前的槽不断发展加深(图2(b))。此时，豫北地区处于槽前的位置，这种环流型有利于槽后冷空气向暴雨区输送。随着槽的继续加深，19日12时在豫北及华北上空形成切断低压(图2(c))。至20日00时，低压系统继续发展增强(图2(d))。整个过程中，西太平洋副热带高压始终稳定少动，与其西侧的低值系统相互对峙，形成“东高西低”的环流形势。副高东南侧的暖湿气流与槽后的干冷空气在豫北地区汇合，有利于降水的发生。 图3给出了700 hPa环流形势叠加降水空间分布图。18日12时(图3(a))，降水的落区主要集中在四川西部和陕西中南部，范围较小。在四川西部已经有西南低涡生成，与此同时，甘肃北部也有一个气旋 图1. 200 hPa位势高度场(等值线，单位：gpm)，风场(箭矢，单位：m/s) ((a) 2016年7月18日12时；(b) 2016年7月19日00时；(c) 2016年7月19日12时；(d) 2016年7月20日00时；其中填色表示风速大于等于30 m/s) 性低值系统形成。19日00时(图3(b))，西南涡向其东北向移动，而甘肃北部形成的低涡则移至陕西山西一带，强度增强。两个低涡共同包裹在3070 gpm等高线内，构成一个范围更广的低涡。该结构与Zhou等 [ 23 ] 揭示的一种位于西南低涡切变线上的双核结构十分类似，暴雨则已经蔓延到了低涡东北部的豫北及河北一带。至19日12时(图3(c))，双核结构已经消失，两个低值中心合并为一个中心，位于114˚E，35˚N，强度进一步增强。主要降水中心位于低涡中心及其东北部。伴随低涡继续增强并向东北方向移动，降水中心也向河北东北方向移动(图3(d))。此后，低涡逐渐减弱，豫北降水也随之减弱(图略)。 3.2. 高空急流和低空低涡的相互作用 由上分析可知，此次暴雨发生在“东高西低”的有利环流形势下，而且200 hPa高空急流和700 hPa低涡也发展加强。那么高空急流和低空低涡之间是否存在着某种联系，而这种联系对此次豫北暴雨的形成发展又有什么样的作用，则是这一节着重讨论的内容。 在豫北降水发生前，其上方对流层高层急流风速较弱(图4(a))。辐散运动主要集中在急流入口区的南侧，强度也较弱。随着高空急流的增强(图4(b))，急流入口区南侧的辐散运动增强，辐散区出现在山西及河北南部一带。由于大气质量的调整，会引发其下方出现垂直运动，进而强迫降水的发生。此后，高空急流不断向东北方向移动，辐散区也由豫北移向河北北部辽宁一带，导致豫北降水减弱。 由前面分析可知，在高空急流发展的同时，对流层底层700 hPa西南低涡也不断发展壮大并移出源 图2. 500 hPa位势高度场(等值线，单位：gpm)，风场(箭矢，单位：m/s) ((a) 2016年7月18日12时；(b) 2016年7月19日00 时；(c) 2016年7月19日12时；(d) 2016年7月20日00时) 图3. 700 hPa位势高度场(等值线，单位：gpm)，风场(箭矢，单位：m/s)及过去一小时降水(填色，单位：mm) ((a) 2016年7月18日12时；(b) 2016年7月19日00时；(c) 2016年7月19日12时；(d) 2016年7月20日00时) 图4. 200 hPa风场(等值线，单位：m/s)，散度场(填色，单位：10 −5 s −1 ) ((a) 2016年7月18日12时；(b) 2016年7月19日00 时；(c) 2016年7月19日12时；(d) 2016年7月20日00时) 地。图5给出了暴雨发生发展过程中700 hPa流场和散度分布情况。由图可见，两个低涡合并以后，在其移动方向造成了较强的辐合运动(图5(b))。辐合中心与高空急流入口区右侧辐散中心对应较好。低涡所造成的辐合运动会进一步加强高空急流辐散区所形成的上升气流，导致暴雨出现在豫北地区。 图6给出了沿113˚E的风速垂直剖面图。在高空急流和低空低涡的相互作用下，一支南北向的次级环流叠加在了豫北地区上空。降水发生前，上升运动并不明显(图6(a))。伴随急流和低涡的发展，一支强烈的上升气流出现在38˚N附近，在对流层中上层不断向北偏折，并于48˚N附近下沉。高空急流入口区的右侧由于高层辐散和底层辐合的叠加作用，上升运动十分明显，相比之下，下沉气流则比较弱。随后，上升支气流继续增强，下沉支则南移至45˚N附近，强度依然弱于上升支。可见，这种高空急流和低空低涡的相互作用，导致次级环流的上升支异常增强，进而强迫豫北暴雨的发生发展。 3.3. 暴雨发生的水汽条件 大型降水的形成离不开充足的水汽供应 [ 24 ] 。由相对湿度的纬向剖面可知(图7)，此次暴雨过程中， 暴雨区始终维持较好的水汽条件，相对湿度数值达90%以上。从假相当位温的垂直分布来看， θ s e Z < 0 ， 表明暴雨区处在一个对流不稳定的状态。整层水汽通量显示，暴雨区处在一个水汽通量的大值中心(图8)。从水汽的来源上看，豫北暴雨水汽主要来源有三支，第一支于孟加拉湾经中南半岛抵达我国内陆、第二支自南海经东南沿海到达暴雨区和第三支则来自于东海。相应的水汽通量散度图中(图9)，水汽辐合大值中心落在豫北及河北南部。源源不断的水汽输送为此次暴雨的形成提供了条件。 图5. 700 hPa流场，散度场(填色，单位：10 −5 s −1 ) ((a) 2016年7月18日12时；(b) 2016年7月19日00时；(c) 2016年7月19日12时；(d) 2016年7月20日00时)
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user: 4. 结论和讨论 利用NCEP-FNL再分析资料及中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水资料，通过天气动力学方法对2016年7月18~20日发生在豫北与河北南部一带的暴雨主要天气形势和动力成因进行了分析诊断，得到如下结论： 1) 豫北降水过程中，对流层高层，南亚高压中心稳定在青藏高原上空。西风急流在中国大陆上空存在两个急流核，其中一个位于我国新疆西北部，另一个位于华北及东北上空。急流核逐渐向东移动。对流层中层，长波槽不断向南加深，其北部与冷空气的联系被切断而形成切断低压，并维持在暴雨区上空。暴雨东侧西太平洋副热带高压十分稳定，构成“东高西低”的形势场，有利于暴雨的形成和维持。低层700 hPa，西南涡在高原东侧形成的同时，另有一个低涡在甘肃北部形成。两个低涡共同处在一个较大的低值系统中，并逐渐和合并为一个低涡向东北方向移动。降水发生在低涡东北侧，降水强度也随着低涡的变化而变化。 2) 豫北地区上空200 hPa，高空急流强度不断变强，急流入口区右侧的辐散运动也不断增强。一支南北向的次级环流叠加在河南河北上空，暴雨区则落在环流上升支附近。700 hPa，低涡在向东方向移动过程中，其造成的辐合运动出现在移向的前部，强度增强。低空低涡与高空急流通过这种低层辐合高层辐散的运动相互作用在一起，增强了次级环流上升支的强度。这种动力强迫作用造成豫北暴雨的发生发展。 3) 暴雨过程中，豫北地区始终维持较高的空气湿度，来自孟加拉湾、南海和东海的水汽在此处呈辐 图6. 沿113˚E矢量风(箭矢， ω × 10 与v合成，单位：10 −3 hPa·s −1 )的垂直剖面图((a) 2016年7月18日12时；(b) 2016年7月19日00 时；(c) 2016年7月19日12时；(d) 2016年7月20日00时；黑色阴影代表地形) 合状态，这些都为暴雨的发生提供了有利的条件。 需要指出的是，本文仅从低空低涡和高空急流相互作用方面对此次降水进行了诊断，并未对影响降水的系统进行细致的分析，比如700 hPa低涡的结构、两个低涡的形成机制、造成二者合并的原因及移 图7. 沿37˚N假相当位温(蓝色等值线，单位：K)，相对湿度(红色等值线，单位：%)的垂直剖面图((a) 2016年7月18日12时；(b) 2016年7月19日00时；(c) 2016年7月19日12时；(d) 2016年7月20日00时；黑色阴影代表地形) 图8. 2016年7月19日12时整层积分水汽通量(填色、矢量箭头，单位：kg∙m −1 ∙s −1 ) 图9. 2016年7月19日12时整层积分水汽通量散度(填色，单位：10 −5 kg∙m − 2 ∙s − 1 ) 出的原因等等。这也将是下一步研究的主要工作。
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user: 摘 要 在石油催化裂化中，稀土元素掺杂的分子筛因具有优异的综合性能，被广泛地研究与应用。本文首先介绍了稀土掺杂分子筛的石油催化裂化剂的主要合成方法，以及稀土元素种类及含量对分子筛催化剂的研究进展，然后详细综述了掺杂的稀土元素对分子筛结构稳定性、催化氢转移反应、催化活性、抗中毒能力的影响。此外，无论从环境角度还是经济效益角度，在废分子筛中进行稀土元素的回收利用都有着重意义，本文对此也进行了研究现状的总结。 关键词 :稀土，分子筛，催化裂化，活性，回收 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 我国是稀土大国，稀土的储量和产量均为世界前列，但是稀土资源的高值化应用一直落后于欧美 [ 1 ]。从20世纪90年代中期开始，国内外对稀土化合物的催化性质进行了广泛的研究，以期提高其应用价值。而分子筛作为催化剂载体，已在许多化学过程中得到广泛应用 [ 2 ] ，如石油化工催化裂化、烯烃聚合、化石燃料的催化燃烧、机动车尾气和有毒有害气体的净化、燃料电池等等。随着全球石油资源的日益紧缺，提高石油的利用效率是当下的重要问题。流化催化裂化技术(FCC)自工业化以来，已成为重油加工的重要手段，处于炼油技术的核心地位，一定时期内催化裂化加工重质劣质原料油仍是炼厂的工作重点 [ 3 ]。沸石分子筛由于具有复杂多变的结构和独特的孔道体系，在石油催化裂化反应中起着重要作用，但其主要活性组分和广泛使用的组分仍为含Y型分子筛的催化剂，起着催化裂化的作用(如图1)。 作为一个重要组分，稀土元素被引入到裂化催化剂后能增强催化剂活性和沸石的热稳定性，明显提高原料油裂化转化率及增加汽油和柴油的产率，并且能降低贵金属用量而降低成本 [ 4 ]。此外，稀土掺杂分子筛催化剂体系还具有原油处理量大、轻质油收率高、选择性好、生焦率和催化剂损耗低等优点 [ 5 ]。 为适应汽油新标准的要求，进一步提高稀土改性分子筛的性能，保持分子筛催化裂化催化剂裂化汽油高辛烷值和高汽油产率的同时，降低其烯烃含量是当前和今后一段时期稀土改性分子筛的发展方向。据此，有必要总结石油催化裂化用稀土元素掺杂分子筛的研究进展，如不同稀土掺杂分子筛石油催化裂化剂的合成方法及其特点，添加不同稀土元素及其含量对分子筛结构稳定性、分子筛活性、抗中毒能力等的影响，以及对废分子筛进行稀土元素的回收利用等，这样的总结可为稀土掺杂分子筛催化剂的产品开发及工业生产提供一定的理论依据和技术参考。
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user: 2. 稀土掺杂分子筛的石油催化裂化剂的合成方法 由于分子筛是一类具有规则孔道和笼形结构的多孔晶体材料，其代表结构如图2所示。 稀土掺杂分子筛的合成主要可通过两种途径：一是将稀土元素引入到分子筛的骨架上；另一个途径 图1. Y型分子筛的催化剂工作示意图 图2. 分子筛结构图 是将稀土元素与非骨架元素进行交换而进入分子筛结构上。稀土离子的掺杂过程具体可以通过：水热晶化、沉淀法、浸渍法和离子交换法等方法来实现。 水热晶化法是指在较高的温度和较高的压力下，在水相中进行反应而实现合成。水热条件下，水既是溶剂又是矿化剂，同时还可以作为压力传递介质，能实现稀土掺杂分子筛的合成或改性。赵静等 [ 6 ] 采用水热晶化方法制备了稀土掺杂的β沸石，利用轻油微反活性试验和固定流化床装置评价了其催化性能，结果表明，以水热方式实现将稀土离子引入到β沸石结构中，在其孔道中的部分稀土离子经焙烧和高温水热处理后能生成碱性氧化物，该稀土掺杂结构能提高原料油的转化率，降低催化剂的比积炭及催化裂化汽油的烯烃含量。 离子交换法主要依赖骨架中可交换的离子与溶液中稀土离子交换，具有选择性。而浸渍法主要依赖表面的吸附位点吸附溶液中的稀土离子，选择性比较差。王军威等 [ 7 ] 分别采用浸渍法和离子交换法制备了La/HZSM-5分子筛催化剂，并考察了La对HZSM-5分子筛结构和表面酸性的影响，结果表明，引入La离子后能显著提高HZSM-5的丙烷芳构化活性，其中由离子交换法得到的催化剂效果最佳，丙烷转化率和芳烃选择性分别达到94.58%与69%。 王栋等 [ 8 ] 通过沉淀稀土的方式来改性Y型分子筛，结果表明无定形的稀土沉淀物使得到的分子筛具有中大孔，其孔结构具有阶梯分布特征，该结构为重油大分子的裂解、油气分子的扩散提供了通道。