DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 随着我国墙体材料改革与建筑节能政策的推行，泡沫混凝土作为一种节能型建筑材料，其开发和应用受到广泛的重视 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。尽管目前国内外对现浇泡沫混凝土的研究已经取得了一些进展，但依然存在诸多问题 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]。诸如：原材料选用大量消耗水泥和矿产资源不仅造成制备成本提高、资源浪费，而且对制品性能也有不好的影响，主要表现在开裂、体重大等问题；以固废为生产原料，能够有效降低成本，但是制品性能不佳；生产制备工艺受环境影响，导致制品性能浮动较大，不利于工艺的推广使用。因此，亟需研发容重低、强度高、使用性能好、成本低的泡沫混凝土制备技术。 随着能源资源紧张以及环保排放标准越来越严苛，循环硫化床燃煤技术得到普及，固硫灰渣的排放量也越来越大，但是其资源化利进程缓慢 [ 7 ] - [ 12 ]。固硫渣经过高温煅烧具有优异的力学性能，其酥松多孔的结构，使得炉渣相较于砂石具有更低的密度，采用固硫渣代替砂石应用于泡沫混凝土的制备能够显著降低材料的密度。固硫灰应用与传统混凝土的制备易造成制品体积安定性不良的问题。泡沫混凝土多孔的结构能够有效的克服固硫灰体积膨胀造成的制品安定性不良的问题，固硫灰代替部分水泥，能够有效的降低生产成本，同时对制品的性能影响不大 [ 13 ] [ 14 ]。 基于目前行业发展现状，本论文以固硫渣代替砂石起骨料的作用，固硫灰部分代替水泥起胶凝材料的作用，采用物理发泡的方式制备A06级泡沫混凝土。通过多因素正交试验确定最优的配合比方案，在此基础上对制备工艺进行改进，研究关键共性技术，解决制备过程中的科学及工艺问题；由此，既可为低成本制备高性能泡沫混凝土材料提供理论和技术支持，又可为固硫灰渣资源的材料化高附加值利用探寻一条有效的途径。
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user: 2. 试验 2.1. 原料与试剂 固硫灰、渣来自淄博周边电厂，水泥为山东铝业集团生产42.5#普通硅酸盐水泥，自配复合外加剂，减水剂选用市售聚羧酸高效减水剂；自配动物蛋白类发泡剂，稀释倍数40倍、发泡倍数20倍，泌水量5.6 g/(L∙h)，泡沫密度50 g/L。材料的具体信息如表1~4所示。 Table 1 42.5# cement physical propertie 比重/(g/cm 3 ) 比表面积/(m 2 /g) 凝结时间/min 水泥安定性 抗折/MPa 强度/MPa 初凝 终凝 3 d 28 d 3 d 28 d 3.18 0.66 205 280 良 4.6 7.8 28.9 47.9 表1. 42.5#水泥物理性能 Table 2 Physical properties of sulfur-fixing as 比重(g/cm 3 ) 比表面积/(m 2 /g) 含水率/w% 烧失量/w% 粒度分布 D10 (μm) D50 (μm) D90 (μm) 离散度 2.2 1.41 3 3.52 5.56 28.5 90.3 2.97 表2. 固硫灰物理性能 Table 3 Physical properties of sulfur-fixing sla 比重(g/cm 3 ) 固硫渣原始粒度集配/w% >6 mm 6~2 mm 2~0.3 mm 0.3~0.125 mm 0.125~0.088 mm <0.088 mm 1.1 3.90 19.25 31.08 21.76 7.31 16.7 表3. 固硫渣物理性能 Table 4 Chemical composition of cement and sulfur-fixing as 化学组成/w% SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO CaO Na 2 O K 2 O SO 3 Loss 固硫灰 32.1 28.7 12.2 1.29 18.2 0.658 0.795 3.55 3.52 42.4#水泥 21.5 10.3 2.66 3.16 52.6 0.328 0.674 3.22 2.35 表4. 水泥与固硫灰化学组成 2.2. 正交试验配合比设计 以固硫渣代替砂石起到骨料的作用，以固硫灰代替水泥起到辅助胶凝材料的作用，通过自配外加剂改性，采用物理发泡的方式制备泡沫混凝土。控制外加剂添量不变，改变固硫渣、水泥的配比，用固硫灰的添加量控制干基料的总质量不变。改变泡沫的添加量得到不同容重的泡沫混凝土制品。以固硫渣用量、水泥用量、水料比、泡沫添加量为4个因素，每个因素取四个水平设计L 16 (4 4 )正交试验表，正交试验因素与水平如表5所示。 Table 5 Orthogonal test factors and level 水平 因素 A (固硫渣用量/w%) B (水泥用量/w%) C (水料比) D (泡沫添加量/L) 1 44 33 0.341 1.6 2 46 35 0.349 1.7 3 48 37 0.357 1.8 4 50 39 0.365 1.9 表5. 正交试验因素与水平 2.3. 泡沫混凝土制备工艺 为了保证料浆的流动性成功制备出泡沫混凝土制品，通过添加减水剂调整料浆的流动度，以等稠度的标准配置泡沫混凝土料浆。将固硫渣、水泥、固硫灰、添加剂，加入搅拌机干拌1 min，之后加入自来水、减水剂低速搅拌1 min，后改为高速搅拌3 min得到水泥料浆；采用真空发泡机将泡沫剂水溶液制备成细腻均匀的泡沫，称取一定体积的泡沫加入到搅拌罐内，高速搅拌40 s后，得到混合均匀的泡沫混凝土料浆，之后浇筑成型，标准养护28 d后测试材料性能。制备流程图，如图1所示。 图1. 泡沫混凝土工艺流程图 2.4. 测试方法 a) 粒度与比表面积分析 使用Mastersizer3000型激光粒度分析仪对1~4#固硫灰粒度进行分析，数据采集速度10 kHz、重复性：≤0.5%、精确度：≤±1%；使用ASAP2460比表面分析仪对1~4#粉煤灰比表面积进行分析。 b) 强度测试 泡沫混凝土力学性能按照《泡沫混凝土制品性能试验方法》(JC/T2357-2016)的要求进行操作。设备：水泥强度试验机，加压速度0.8 KN/s。 c) 化学成分分析 仪器：X射线荧光光谱仪，型号：日本理学ZSX-100e
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user: 4. 结论 1) 正交试验研究了固硫渣、水泥、水料比、泡沫对制品干密度及抗压强度的影响，结果显示对制品干密度影响程度：泡沫 > 水料比 > 固硫渣 > 水泥，对抗压强度的影响程度：水料比 > 泡沫 > 固硫渣 > 水泥。确定了A06级泡沫混凝土最优配合比：固硫渣50%、水泥35%、水料比0.36、泡沫1.6 L。 2) 在正交试验确定的最优配合比的基础上，研究了固硫渣集配对制品性能的影响。研究表明固硫渣的集配对制品性能具有较大的影响，固硫渣中细骨料含量高会提高拌和用水量，进而提高水料比，对料浆和易性造成影响，但是细骨料具有微集料的作用，填充于制品内部能够提高制品的致密程度。粗骨料含量高能够有效的降低水料比，改善制品的性能，但是过高的粗骨料含量，具有较大的体积效应，会增加浇筑料浆的体积，从而降低材料的干密度。最优的骨料集配为6~0.3 mm (60w%)、0.3~0.125 mm (25w%)、<0.125 mm (15w%)，通过改善固硫渣集配，制品抗压强度提升72%，A06级制品抗压强度达2.41 MPa。 3) 在前期研究的基础上研究了养护制度对制品性能的影响，淋水养护与40℃养护对制品强度的提升都具有较好的影响。选用40℃恒温养护，制品3 d强度可达标准养护28 d强度，14 d强度达到3.83 MPa，制品抗压强度提升59%。 4) 按照固硫渣：水泥：固硫灰 = 50:35:15、水料比0.36、泡沫添加量1.6 L进行配合比设计，优化固硫渣颗粒集配为6~0.3 mm (60w%)、0.3~0.125 (25w%)、<0.125 (15w%)，选用40℃恒温养护14 d，制备出A06级泡沫混凝土，抗压强度达3.83 MPa，固废利用率达65%。
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user: 摘要 维生素A缺乏症是目前一个严重且广泛的公共卫生问题，已经引起越来越多人的关注。从最初局限于夜盲症的认识，到目前发现与儿童的生长发育、反复感染、贫血等疾病同样密切相关。本文将从Vit A缺乏与儿童生长发育、感染性疾病、贫血、免疫系统、视力等疾病关系以及Vit A缺乏症的预防措施等方面进行综述。
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user: 1. 引言 维生素A (vitamin A， Vit A)作为机体重要的微量元素之一，参与了儿童的健康生长发育。当儿童体内缺乏Vit A时，易致儿童处于疾病状态，如生长发育不良、免疫功能下降、贫血等 [ 1 ]。Vit A缺乏症(vitamin A deficiency， VAD)，当代主要的营养素缺乏症之一，全球每年约有2.5亿4岁以下儿童出现VAD [ 2 ]，几乎每个国家都广泛存在亚临床型Vit A缺乏(Subclinical vitamin A deficiency， SVAD)。其中，VAD可造成发展中国家约40%的5岁以下儿童免疫功能下降，每年约l00万幼儿被夺去生命，轻度SVAD也会增加20%~30%的死亡率 [ 3 ]。中国作为发展中国家及中度SVAD地区，农村、边远地区是中国儿童VAD的重点地区，婴儿是重点缺乏人群 [ 4 ] [ 5 ]。因此，VAD问题值得引起重视。现对VAD与儿童疾病关系进行综述。
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user: 2. Vit A缺乏症概述 2.1. Vit A功能 Vit A作为机体必需的一种营养素，其临床重要性日趋明显。机体正常的器官形成、生长等都需要充足的Vit A。Vit A在维持机体正常功能以及上皮细胞分化、儿童正常的生长发育等方面起着重要的作用 [ 6 ] [ 7 ]。目前大多数学者已达到共识，Vit A在维持机体正常生命活动、防治某些疾病中具有不可替代的作用。 2.2. Vit A缺乏症定义及公共卫生问题分度 维生素A浓度正常为0.3~0.5 mg/L (1.05~1.76 μmol/L)，边缘性维生素A缺乏(MVAD)为0.2~0.3 mg/L (0.70~1.05 μmol/L)，亚临床型维生素A缺乏(SVAD)为0.1~0.2 mg/L (0.35~0.70 μmol/L)，临床型维生素A缺乏(VAD)为≤0.1 mg/L (≤0.35 μmol/L) [ 8 ]。世界卫生组织WHO评定维生素A缺乏是否构成公共卫生问题以及其严重程度的标准是：儿童血清维生素A ≤ 0.2 mg/L (0.70 μmol/L)者，≥2%~<10%为轻度公共卫生问题，≥10%~<20%为中度，≥20%为重度 [ 9 ]。 2.3. VAD流行病学特点 在世界范围内，VAD都是一个重要的公共卫生问题，是第二大最常见的营养性疾病 [ 10 ]。VAD发病率在不同国家和地区差异较大，发达国家较低，非洲和东南亚低收入国家的儿童和怀孕女性是Vit A缺乏主要人群。全球约1.27亿学龄前儿童存在VAD [ 11 ]，每年约25万~50万学龄前儿童因VAD致盲，其中约半数儿童在他们失明后的12个月内死亡 [ 1 ]。VAD可增加全球疾病负担，据估计，在VAD人群中，如果可以保证摄入足够的Vit A，儿童囊虫病患病率将减少50%，腹泻病患病率将减少40%，6~59月龄儿童的患病率将减少23% [ 12 ]。中国目前VAD情况为：学龄前儿童VAD约为9%~11%，SVAD约30%~40% [ 13 ]。最新一项关于我国儿童VAD和MVAD患病率的分析显示：12岁及以下儿童的VAD患病率为5.16%，MVAD患病率为24.29% [ 14 ]。我国VAD的分布特点为，VAD高发区主要集中在西部贫困省份与农村地区，其中边远贫困地区和农村地区是VAD重灾区，沿海经济发达地区与城市发生率低。
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user: 3. VAD与生长发育的关系 3.1. VAD与胚胎器官、系统 Vit A在许多胚胎器官、系统，如心脏、神经系统等的发育中不可或缺。Vit A与胚胎发育基因的表达有关。在动物实验中发现VAD会导致母鼠胚胎畸形。Baume等人 [ 15 ] 报告了VAD大鼠后代的眼部、面部、泌尿生殖、肾脏、和心脏畸形以及严重的釉质和牙本质发育不良。在胚胎发育后期VAD的大鼠胚胎颅骨发育不良，甲状腺、环状软骨和气管软骨缺损，以及颈椎神经弓发育失败。VAD大鼠胚胎胸骨和骨盆区域严重畸形。其次，Vit A在肺的分化和成熟中也可以发挥作用。临床发现补充Vit A对防治早产支气管肺发育不良有积极意义。研究发现，Vit A与脑组织发育具有相关性。视黄醇作为Vit A的一种活性形式，在胚胎期脑发育起显著作用 [ 16 ]。儿童维生素A缺乏的研究进展有学者 [ 17 ] 发现。VAD可以引起与大脑海马回有关的空间认知功能的损伤。Vit A同时也参与人体骨骼系统的形成。类胡萝卜素是来自植物的Vit A前体，与改善骨骼健康有关 [ 18 ]。类胡萝卜素可通过其对氧化应激的影响来保护骨骼健康，氧化应激可通过激活肿瘤坏死因子α的介导因子核因子κB和破骨细胞的生成来增加骨吸收。因此，使用类胡萝卜素在预防骨质疏松症方面可能有一定的作用。 3.2. VAD与儿童生长发育 Mehta等人 [ 19 ] 发现微量营养素缺乏对生长和身体成分的影响主要在儿童年龄组。研究发现，Vit A水平与夜间生长激素(growth hormone， GH)分泌有关，与正常儿童和内分泌正常的矮小儿童相比，夜间GH分泌异常的矮小儿童的膳食正常儿童和内分泌正常的矮小儿童总摄入量明显低。一项评估补充Vit A和蛋白质对社会经济地位低下的中小学生的人体测量指标影响的研究发现，补充Vit A会增加年龄段的平均身高和平均体重z评分，这意味着补充Vit A可能会预防生长问题 [ 20 ]。研究发现Vit A摄入不足可能是青春期延迟的病因之一。对Vit A摄入量低于正常的体质延迟儿童给予补充Vit A和铁，已被证明与激素疗法一样有效，以诱导生长和青春期 [ 21 ]。
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user: 4. VAD与感染性疾病的关系 充足的Vit A水平和补充Vit A的治疗已被证明在许多炎症条件下是有益的，主要在感染性疾病方面 [ 22 ]。Mallett等人 [ 23 ] 发现，潜在的感染或炎症过程可能导致低浓度的血清视黄醇。Swami HM等 [ 24 ] 研究发现，VAD儿童呼吸道感染与腹泻的发病率约为正常儿童的2~3倍，给缺乏状态的儿童进行Vit A补充可将其总体病死率降低30%。 4.1. VAD与呼吸道感染 研究表明Vit A缺乏会造成血浆IgG水平和IL-1水平低下，导致呼吸道正常菌群平衡被打乱和天然屏障被破坏，呼吸系统消灭病原菌的能力下降，容易引起感染 [ 25 ]。在人类和动物模型中，与对照组相比，哮喘患者的血清Vit A浓度显著降低 [ 26 ]。Amaral CT等 [ 27 ] 研究发现，VAD儿童呼吸道感染患病率较Vit A水平正常儿童显著升高，尤其肺炎和哮喘发病率随Vit A缺乏程度增加而升高(P < 0.0001)。有学者认为，儿童VA水平与小儿麻疹发生存在相关性，VAD导致小儿更易患麻疹，而麻疹会进一步加剧VAD，从而形成恶性循环。 4.2. VAD与肠道感染 Vit A有抗炎作用。它在调节免疫反应和修复因感染而受损的保护性黏膜上皮中起着重要作用 [ 22 ] [ 28 ]。Vit A可显著减轻肠炎症，恢复VAD受损的抗体反应 [ 29 ]。相反，VAD也会诱发炎症并加重现有的炎症 [ 22 ]。在动物模型中，VAD已被证明在结肠中引起炎症改变，类似于结肠炎的一部分发生的过程 [ 30 ]。VAD与感染易感性增加有关，尤其是胃肠道黏膜屏障完整性的紊乱。这包括粘蛋白(Mucin， MUC)动态变化即MUC2 mRNA表达降低，MUC3 mRNA表达增加，防御素6 mRNA表达下调，toll样受体2 (TLR2)和toll样受体5 (TLR5) mRNA表达上调 [ 25 ]。
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user: 5. VAD与贫血的关系 Vit A可能是一种转录因子，可以参与运铁蛋白糖基的合成 [ 31 ]。当Vit A缺乏时，转铁蛋白合成受限，贮存铁释放障碍引起缺铁性贫血 [ 32 ]。有研究认为VA缺乏会影响巨噬细胞和肝红细胞生成中储存铁的利用率，进而影响血红蛋白的生成 [ 33 ]。VAD引起储存铁的利用率低，使得可用循环铁减少，红细胞生成障碍，导致贫血。宰宇，让蔚清等 [ 34 ] 关于中国人群Vit A与贫血关系的Meta分析表明：贫血组VA水平低于对照组，说明贫血与VA水平有关，与Saraiva BCA等 [ 35 ] 的结论一致。姜珊 [ 36 ] 等发现，Vit A缺乏小鼠的血清铁蛋白以及血清铁含量均较正常小鼠显著降低。说明，VAD会导致实验动物储存铁含量降低。
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user: 6. VAD与免疫系统的关系 Vit A与先天免疫系统和适应性免疫系统相互作用，可提高宿主对感染的防御能力。在巴西一项研究报告发现，接受Vit A治疗的儿童与服用安慰剂的儿童相比，前者寄生虫感染和贾第鞭毛虫感染较少 [ 37 ]。Vit A对sIgA在黏膜中的转运和分泌至关重要。在Vit A缺乏的动物中，sIgA的分泌成分受到不利影响 [ 38 ]。维甲酸对产生IgA分泌B细胞至关重要的发现进一步证明了其在黏膜免疫中的多因素作用 [ 39 ]。综上所述，VAD不仅通过增加感染易感性干扰机体一线防御机制，也通过影响正常淋巴细胞的发育和调节对第二线防御产生了不利影响。
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user: 7. VAD与视力的关系 Vit A是视觉系统的核心元素，缺乏Vit A会降低视力。视紫红质是Vit A构成视觉细胞内的感光物质，当儿童体内缺乏Vit A时将引起一系列眼部症状，如暗适应能力下降、夜盲、角结膜干燥、软化等，导致视力障碍。在视网膜退行性疾病动物模型中，Vit A衍生物的补充被证明可以绕过视觉周期中的缺陷步骤，并再生视觉所需的色素 [ 40 ]。干眼症是VAD最具特征的临床症状，并且可逆。因此为了预防和治疗眼病，需要重视Vit A的补充。
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user: 8. VAD防治措施 综上所述，我们知道Vit A在儿童的任何阶段都至关重要。因此，我们可以通过加强健康宣传教育、改善儿童膳食结构及饮食习惯，补充奶制品，加强食用富含Vit A食物，进行Vit A的补充。在Vit A缺乏的高危人群及时经常食用富含维生素A的动物性食物和深色蔬菜和水果(红、黄、绿色)，同时服用强化Vit A强化食物，是防治VAD的一种直接、有效、低廉的方法，如将Vit A加入食糖、味精、大米、面粉、脱脂牛奶、人造黄油、食用油、配方奶粉等，以防治VAD的发生，提高儿童健康水平。
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user: 9. 研究展望 VAD与儿童疾病的发生密切相关。在以后临床工作中，临床医师及社区医师应该重视Vit A的检查及补充，防治VAD的发生。同时，这是一个全球难题，期待更多的临床工作者以最便宜、有效的方式，来进行Vit A的补充，以减少儿童疾病的发生率，为儿童的健康成长保驾护航。
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user: 摘要 采用不同杂质铁含量(18 μg/g、78 μg/g、153 μg/g、214 μg/g、306 μg/g)的五种Mn 3 O 4 作为锰源，通过高温固相法两步烧结将碳酸锂和四氧化三锰合成尖晶石锰酸锂正极材料。经SEM扫描电镜、X射线衍射及电性能循环测试研究杂质铁对锰酸锂正极材料的形貌、结构和电化学性能的影响。结果显示：当杂质铁含量为78 μg/g时，锰酸锂具有良好的尖晶石型三维立体结构，颗粒大小、密度分布都比较均匀，初始充放电容量为125.5 mAh/g、118.9 mAh/g，在经过50循环后容量保持率为76.4%，初始放电容量和循环保持率均为最优结果。
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user: 1. 前言 随着经济的快速发展，化石能源的短缺和造成的环境污染问题日益突出，新型能源发展和研究去替代传统能源就变得尤为重要。锂离子电池凭借其高的工作电压、能源高效率转化利用、使用寿命较长、环境友好等优势被认为是新能源汽车良好的储能技术，成为无数学者的研究重点 [ 1 ]。新型正极材料LiMn 2 O 4 是有望能够取代目前小型商业化应用的LiCoO 2 材料的最佳选择。锰酸锂电池制备成本较低、自然资源丰富、零污染、倍率性能优越等特点受到研究和市场的持续关注 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]。尖晶石锰酸锂拥有独特的三维立体通道结构，稳定的Mn 2 O 4 骨架极大地有利于提高Li + 的进出率，但是其自身容量衰减快、循环性能差的缺点也影响了其商品化的进展 [ 5 ]。影响锰酸锂性能的因素有很多，其中锰源中杂质铁是不可忽略的一点，但对于杂质铁的研究鲜有报道。本文着手于锰源中杂质铁，研究杂质铁含量的变化对锰酸锂电性能的影响。
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user: 2. 实验 2.1. 四氧化三锰制备 采用结晶高纯硫酸锰配制成硫酸锰溶液，加入碳酸氢铵和硫酸亚铁铵，搅拌1 h后，抽真空过滤，用去离子水洗涤干净，得到白色粉末并烘干。将白色粉末铺在不锈钢中，380℃煅烧至MnO 2 约39%~48%，得黑粉，再将黑粉置入瓷坩埚于马弗炉中950℃煅烧30 min，得到四氧化三锰样品。根据硫酸亚铁铵加入量不同，经ICP检测铁含量，将样品分为5组，结果见表1。 Table 1 Manganese tetroxide with different iron conten 编号 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 铁杂质含量(μg/g) 18 78 153 214 306 表1. 不同铁含量的四氧化三锰 2.2. 锰酸锂正极材料制备和电池组装 将制备好的四氧化三锰与碳酸锂按照锂锰摩尔比为1.04:2的配比在玛瑙研钵中混合研磨3.5 h，加入适量的高纯酒精作为分散剂继续研磨，将研磨好的混合物置于马弗炉中以每分钟5℃升温至600℃保温6 h，再升温至800℃保温12 h，随炉冷却至室温得到锰酸锂样品。 按照正极材料：导电剂SP：粘结剂PVDF质量比为8:1:1的比例进行研磨，混合均匀后加入有机溶剂NMP研磨调浆。调浆完成后，用150μm规格刮刀一次性均匀涂布在铝箔上，在真空干燥箱中110℃干燥10 h，裁成直径14 mm的小圆片作为正极片。金属锂片作为负极，隔膜采用Celgard2500聚丙烯微孔膜，电解液使用1 mol/L的LiPF 6 (EC + DEC)，在上海米开罗那公司产的超级净化super系列真空手套箱中组装成CR2032扣式电池。 2.3. 样品表征和测试 样品的物相结构分析采用德国布鲁克公司产的D8 ADVANCE X射线多晶衍射仪，样品的形貌分析采用日本Hitachi公司生产S-4800型扫描电子显微镜，锰酸锂纽扣电池的电化学性能分析采用深圳新威电池检测系统以0.1C充放电测试循环50次。
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user: 3. 结果讨论与分析 3.1. X射线衍射物相分析 图1是杂质铁含量为18 μg/g、78 μg/g、306 μg/g三种四氧化三锰制备的锰酸锂样品XRD表征图。根据衍射结果，将三种衍射图谱与锰酸锂的标准图谱比对各衍射峰均能吻合。不同杂质铁含量制备的锰酸锂所得到的衍射峰无明显杂峰，峰形尖锐未出现含铁的化合物杂质峰，说明杂质铁已经的进入了尖晶石晶格中。合成的样品经过比对均为Fd3m的尖晶石立方晶系，结晶良好且未对锰酸锂的尖晶石结构造成明显影响。随着杂质铁含量的升高，样品1-2的衍射峰峰强度更强，峰形更加尖锐，结晶程度更好，可能是一部分杂质铁在烧结过程中形成了类似尖晶石结构含铁的锰酸锂化合物，这是由于Fe 3+ 与Mn 3+ 的离子半径十分接近，取代后晶格常数并没有大的变化，使得尖晶石结构中Mn 4+ 比例上升，减轻了Mn 3+ 所引起的Jahn-Teller效应，有利于锂离子的脱嵌和嵌入，提高了材料的比容量和循环性能 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]。但是杂质铁升高过量，杂质铁的杂质影响导致材料性能下降。 图1. 三种锰酸锂XRD图 3.2. SEM形貌分析 球形的Mn 3 O 4 制备出的锰酸锂可以有效降低锰酸锂电池容量衰减作用 [ 10 ]。根据Mn 3 O 4 电镜扫描结果如图2可以看到，五种Mn 3 O 4 样品中1-1、1-2、1-3均可以明显看到颗粒形状为球形结构，表面有蜂窝状纹路。其中样品1-2颗粒大小相对1-1、1-3较为均匀，颗粒间缝隙较小，且颗粒表面更为光滑。随着杂质铁含量继续增大，样品1-4、1-5颗粒大小分布不均匀，小颗粒团聚成的大颗粒使得颗粒之间空隙增大。不再是明显的球形形状，尤其是样品1-5颗粒表面形状已经很不规则，小颗粒团聚更加严重。说明高含量杂质铁对Mn 3 O 4 的形貌有一定的影响。 图2. 五种四氧化三锰SEM图 尖晶石锰酸锂的八面体结构差异直接影响锰酸锂的电性能。图3是用四氧化三锰为锰源经高温焙烧得到的的锰酸锂。样品1-1、1-2、1-3可以看出明显的八面体结构，样品1-2形成的尖晶石结构更加规则，粒径也较小，表面更加干净光滑。样品1-4、1-5的结构不再是明显的八面体结构且表面凸凹不平、形状多样、粒径较大，这将增大Li + 在颗粒内部迁移距离，降低电导率；同时结构的不稳定将影响Li + 的正常嵌入和脱嵌，加快容量衰减降低电性能 [ 11 ]。 图3. 五种锰酸锂SEM图 3.3. 首次充放电曲线分析 尖晶石锰酸锂拥有两个宽的放电电压平台，分别在3.9 V和4.1 V的位置。由图4中不同含量的杂质铁制备的尖晶石锰酸锂首次充放电曲线可以看出两个放电平台均有略微提升。从原子角度考虑，Fe元素轨道电子电负性大于Mn元素的，当发生一部分取代时，吸引电子能力增强，所以提高了充放电平台电压 [ 12 ]。铁原子半径比锰原子半径小，使得尖晶石锰酸锂三维隧道空间间隙增大，锂离子的脱嵌和嵌入更加容易，进而提高了锰酸锂的电化学性能。所以样品1-2的首次充放电比容量达到最高分别为125.48 mAh/g、118.91 mAh/g。 随着杂质铁含量的增加，材料中的杂质影响越来越明显。由于材料中和电解液中不可避免的会存在痕量水导致电解液的水解 [ 13 ]，杂质铁会在充放电过程中一部分以离子形式进入电解液，铁离子的还原电位比锂离子低，在负极优先嵌入，减少了锂离子的嵌入位置，使得充放电比容量下降 [ 14 ] [ 15 ]。当杂质铁含量过高时，铁离子会在负极析出破坏SEI膜，甚至会刺穿隔膜造成短路，破坏整个电池。样品1-5首次充放电比容量仅为87.84 mAh/g、84.12 mAh/g，说明杂质铁过量的增加，对电池的首次充放电性能影响还是很大的。 图4. 不同杂质铁含量的Mn 3 O 4 对LiMn 2 O 4 首次充放电性能的影响 3.4. 循环性能分析 根据首次和末次放电比容量对比，表2列出了五种锰酸锂样品在0.1C下循环50次以后的循环保持率。图5显示的是五种锰酸锂的循环性能。 Table 2 Cyclic retention rate of lithium manganate sample 样品编号 首次放电比容量/mAh∙g −1 末次放电比容量/mAh∙g −1 循环保持率/% 1-1 113.8 81.5 71.6 1-2 118.9 90.9 76.4 1-3 109.8 77.5 70.6 1-4 98.8 65.8 66.6 1-5 84.2 54.9 65.3 表2. 锰酸锂样品循环保持率 图5. 五种锰酸锂0.1C下循环性能 从表2中和图5中可以看出，不同杂质铁含量的锰酸锂对电池的首次放电以及循环保持率影响出现了先增高后下降的趋势，与XRD、首次充放电曲线的结果是一致的。当杂质铁含量为78 μg/g时，电池的循环保持率达到了最佳效果为76.4%，当含量大于200 μg/g (样品1-4和1-5)电池的首次放电比容量均低于了100 mAh/g，循环性能也是最差，说明一定含量范围的杂质铁对电池的循环性能起到了积极作用。
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user: 4. 结论 以5种不同杂质铁含量的四氧化三锰制备的锰酸锂随着铁含量的增加，对锰酸锂的物相形貌、首次充放电性能以及循环性能均产生了不同的影响，呈现先升高后下降的趋势。实验表明，当杂质铁含量为78 μg/g时，制备出的锰酸锂具备了良好的尖晶石结构，粒径小且分布均匀，首次充放电比容量达到了125.5 mAh/g、118.9 mAh/g，在经过50循环后容量保持率为76.4%，初始放电容量和循环保持率均为最优结果。
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user: 摘要 本实验以InGaAs半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模启动元件在Tm:Lu 3 Al 5 O 12 (Tm:LuAG)激光器中实现了双波长连续锁模运转。采用1.5%，3%和5%的输出镜，当腔内未插入SESAM时，最大连续输出功率分别为680 mW、1.09 W和1.4 W。当腔内插入SESAM后，仅在1.5%输出镜下实现了稳定双波长连续锁模运转，对应的输出波长为2020.3 nm和2023.2 nm，脉冲宽度为63.2 ps，重复频率为97.9 MHz，最大平均输出功率135 mW。结果表明：Tm:LuAG晶体是2 μm波段优良的双波长晶体。
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user: 1. 引言 中红外波段的激光在国内外的工业、国防、医学中具有重要的应用价值，其中2~3 μm激光处于大气透明窗口，在眼科手术、痕量气体监测(如氨气NH 3 监测，N 2 O气体监测)以及大气遥感探测等应用方向起着举足轻重的作用 [ 1 ] [ 2 ]。该波段的高功率激光是产生3~5 μm中红外波段以及8~14 μm远红外波段光学参量振荡器和光学参量放大器十分理想的泵浦源。综上所述，获得2~3 μm的中红外光源(激光)具有十分重要的应用价值和科学意义 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]。尤其是该波段的双波长锁模激光器，在太赫兹激光脉冲的产生和高精光谱分辨中具有重大的应用前景。 要想获得较高的峰值功率和较窄的脉冲宽度的超短激光脉冲，就必须采用锁模技术，就是使激光器中纵模各个相邻频率间的间隔相等并且固定为公式(1)，公式(1)为激光器纵模频率间隔，其中c为光的传播速率3.0 × 10 8 m/s，L为激光器的腔长。并且要保持相同的相位差 [ 6 ]。 Δ v q = v q + 1 − v q = c 2 L (1) 本文采用的是被动锁模，被动锁模即在激光谐振腔内插入一些可饱和吸收材料，来调节激光腔内色散和损耗，使其满足锁模条件时，就会产生一系列的锁模脉冲。 被动锁模材料有诸如单壁碳纳米管(SWCNTs)、双臂碳纳米管(DWCNT)、半导体可饱和吸收镜(SESAM)、过渡金属二硫化物和石墨烯等，其中较为常用的锁模元件就是SESAM，自从SESAM首次应用于Nd 3+ :YLF激光器实现锁模后，SESAM锁模技术打开了超快脉冲激光领域的大门 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]。SESAM锁模技术在2 μm波段的激光应用也颇为广泛，SESAM因性能稳定、操作简单、结构紧凑等优点，已被广泛应用于各个领域，其中铟镓砷衬底的SESAM被广泛应用于2微米掺铥激光晶体的锁模 [ 11 ] [ 12 ]。 (Lu 3 Al 5 O 12 )晶体具有良好的导热特性和较宽的发射光谱，还具有良好的化学辐射稳定性、较强的机械硬度和优异的导热性，因此其是作为固体激光增益介质的理想选择。Tm:LuAG晶体有两个吸收峰(782 nm和788 nm)和三个发射峰(1780 nm、1884 nm、2023 nm)，从Tm:LuAG晶体的光谱图来看其发射光谱大致是连续分布的，因此Tm:LuAG晶体可以作为连续可调谐激光的晶体 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]。在晶体结构上Tm:LuAG晶体与YAG (Y 3 Al 5 O 12 )在分子结构上较为相似，均属于立方晶系，因此二者在物理性质上也较为相近，导热率除外，因为YAG晶体的导热率会随着掺杂浓度(如掺Tm 3+ 、Ho 3+ )的增加而下降，这会引起“热透镜效应”，相反Tm:LuAG晶体的导热率不会随着掺杂浓度的增加而变化 [ 17 ]，因此可以在较高的掺杂浓度下实现高功率运转。由于Tm:LuAG晶体中Tm 3+ 和Lu 3+ 的质量相差不大，对原子之间的共振能量传递是较为有利的，此外Tm:LuAG晶体的吸收波长为788 nm和782 nm，这个波段有效的避开了水的吸收波段，从而激光在空气中传播损耗小，受水和二氧化碳吸收影响较小，利于泵浦源泵浦，从而功率损失小，更利于产生高功率超短脉冲激光 [ 18 ]。Tm:LuAG晶体的上能级荧光寿命约为11.9 ms，这样导致激光输出阈值较低，有利于实现高能量调Q输出。且晶体的发射截面小，量子效率高，易获得连续激光锁模 [ 19 ] [ 20 ]。 2004年K. Scholeberg等人利用LD泵浦Tm:LuAG激光器实现了激光用于空间激光雷达系统主振荡器单模运转 [ 21 ]，2019年我们组在Tm:LuAG晶体利用自制的双壁碳纳米管(DWCNT)实现了双波长调Q锁模瓦级激光器，输出波长为2016 nm和2032 nm，当泵浦功率调至20 W时，激光器最大调Q锁模运转平均功率为1.092 W，其斜效率为6.11%，调制深度近似为100%，重复频率为106.4 MHz。同年哈尔滨工业大学陈毅等人以790 nm LD作为泵浦源在Tm:LuAG中实现了声光锁模输出平均功率为335 mW，波长为2023.2 nm，在81.60 MHz的重复频率下，脉冲宽度为240 ps。2020年我们利用790 nm LD作为泵浦源在Tm:LuAG晶体中实现了调Q锁模运转，其最大平均输出功率为200 mW，重复频率为108.7 MHz，调制深度接近100% [ 22 ]，为实现全固态商业化的Tm:LuAG激光器奠定了基础 [ 23 ]。 纵观国内外研究报道，Tm:LuAG激光器相关研究比较少。本文中实验采用实验室自搭建的掺钛蓝宝石激光器作为抽运源，用传统经典5镜X型腔，在用提拉法生长的Tm:LuAG晶体所搭建的X型折叠腔中插入SESAM实现了双波长连续锁模，获得了最大平均输出功率为135 mW，脉冲宽度为63.2 ps，重复频率为97.9 MHz，输出光波长分别为2020.3 nm和2023.2 nm的双波长连续锁模激光输出。
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user: 2. 实验装置 自搭建掺钛蓝宝石激光器抽运的Tm:LuAG被动锁模激光器的实验装置如图1所示，本实验采用经典传统X型5镜折叠腔结构，这样做的目的是能够获得较高的腔内功率密度，尽可能的降低腔内损耗，更易于实现锁模。图中掺钛蓝宝石激光器最大激光输出功率为7 W，调谐范围为720~850 nm，调节腔内双折射滤光片使抽运源激光调谐至787.2 nm，即调谐至本次实验所用Tm:LuAG晶体的一个强吸收峰，将抽运源的输出光通过聚焦镜L (f = 150 mm，对抽运光的透过率T > 95%)和泵浦镜M1 (曲率半径为100 mm)，聚焦到3 × 3 × 5 mm 3 ，4% Tm 3+ a切布儒斯特角通光面抛光的晶体中心，输出半径为14 μm的抽运光斑，抽运光斑继续穿过Tm:LuAG晶体到M2平凹镜(曲率半径为75 mm)，其中M1和M2镜对780~800 nm的光透过率 > 97%，对1850~2150 nm的光反射率R > 99%，M1和M2均为德国Layertec生产，M3为平凹反射镜(R = 100 mm)，对1850~2150 nm的光反射率R > 99%，曲率半径为100 mm目的是为了保证激光稳定运行且大于SESAM的饱和通量，在进行连续光实验时，M4所在的位置即为图1中SESAM的位置，将SESAM插入腔内即把M4替换为SESAM，放在平凹反射镜的焦点附近，M4为平面反射镜。根据ABCD矩阵理论，模拟计算腔内振荡光，计算出Tm:LuAG晶体中光束腰半径约为28 μm，实验中采用的SESAM参数为SAM-2000-2-10ps-4.0-25.0s-e，抽运光在晶体光斑大小为28 μm，抽运系数接近0.5，即抽运光束腰半径(光斑大小)与振荡光束腰半径的比值等于0.5。 为了减少晶体在运转时由于温度高而产生的热透镜效应，本实验采用恒温水冷循环系统对实验使用的晶体进行控温。再将晶体包裹在铟箔中并将其嵌入紫铜水冷夹中，紫铜水冷夹通过环形水管与水冷设备连接，水冷设备温度恒温控制在12℃，温控精度 ≤ 0.2℃，通过微调SESAM的距离，SESAM的腔束腰变化范围会很宽 [ 24 ]。 由于抽运光在增益介质中分布不均匀，光斑在增益介质中横向纵向径向的功率密度均有微变化，因此为了得到激光器的最佳效率，就需要考虑抽运光与振荡光空的模式匹配 [ 25 ]。考虑抽运条件下最佳透过率公式(2)，式中δ 0 为实验中腔内固有损耗，N为Tm:LuAG晶体的折射率，结合腔内色散损耗以及平凹镜镀膜工艺等因素，本实验选择输出镜为1.5%、3%和5%的输出镜。 T o u t = N δ 0 − δ 0 (2) 图1. 实验装置原理图
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user: 3. 实验结果分析与讨论 实验环境温度控制在20℃左右，湿度控制在30%以下，先进行连续光运转实验，即先在激光谐振腔内不插入SESAM，实现了Tm:LuAG激光器的连续波运转。在无激光运转条件下，Tm:LuAG晶体对泵浦光的吸收率约为89.8%，选用了3种不同的透过率输出镜进行实验，在5%的输出镜下最大输出功率为1.4 W，对应斜效率为47.25%，采用1.5%和3%的输出镜，最大输出功率分别为680 mW和1.09 W，对应斜效率分别为22.45%和36.25%。连续光运转下，输出功率和泵浦功率关系，如图2所示。 图2. 连续光输出功率随泵浦功率变化图 为实现锁模实验，实验中选用了1.5%的输出镜，因为其可以降低腔内损耗，提高腔内功率密度，从而启动锁模运转。在谐振腔中插入SESAM，并仔细调整SESAM与反射镜的位置。如图2所示，连续光出光阈值(晶体吸收泵浦功率)为54 mW。如图3所示，连续锁模的阈值为1157 mW，即当晶体吸收功率为1157 mW时激光器进入稳定的连续锁模状态；连续锁模的阈值比连续光的阈值高，这是由于腔内插入SESAM导致腔内损耗增大 [ 26 ] [ 27 ]。因此，连续锁模的阈值要高于连续光出光阈值。 图3. 锁模输出功率随泵浦功率变化图 在最大泵浦功率为3.14 W时，激光器最大连续锁模平均输出功率为135 mW，斜效率为6.5%，当泵浦功率进一步增大时，由于高功率泵浦光在晶体内引入了高强热负荷，导致连续锁模变得不稳定。由实验数据可知，选用3%和5%输出镜下的输出功率和斜效率更高，但腔内损耗大难以启动锁模运转，而1.5%输出镜下的启动阈值更低易于获得锁模运转，因此，在锁模实验中我们选择了1.5%的输出镜。本实验的连续锁模是自启动的，在实现连续锁模激光输出后在实验环境下保持锁模稳定。为了测得本实验的锁模参数以及稳定性，采用快速光电二极管(ET-500)连接美国力科示波器(LeCroy WaveRunner8254M)测量脉冲序列，如图4所示，图中连续锁模脉冲序列的扫描时间为200 μs/div，锁模脉冲序列的重复频率为97.954 MHz，根据激光锁模重复频率理论公式1，可知其与1.5 m腔长重复频率相对应。 图4. 锁模脉冲序列 在锁模运转状态下，我们采用自相关仪对锁模脉冲宽度进行测量，结如图5所示，锁模脉宽为63.2 ps。试验中发现，当腔内功率密度增加到一定程度调节端镜至某个固定位置时，激光锁模进入双波长运转状态，利用德国布鲁克光谱仪(INVENIO-R)测量锁模双波长光谱如图6所示，光谱具有两个输出峰分别为2020.3 nm和2023.2 nm。 图5. 锁模脉冲宽度 图6. 连续锁模Tm:LuAG激光器光谱图
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user: 4. 结论 综上所述，本文采用自搭建的掺钛蓝宝石激光器作为抽运源，利用铟镓砷SESAM作为锁模启动元件在Tm:LuAG全固态激光器中实现了连续锁模运转。当选用5%的输出镜时，连续光最高输出功率为1.4 W，斜效率为44.5%。腔内插入SESAM时，实现连续锁模的泵浦阈值功率为1.3 W。当最大泵浦功率为3.14 W时，最大连续锁模输出功率为135 mW，对应的斜效率为6.5%，对应脉宽为63.2 ps。结果表明Tm:LuAG晶体有望成为2 μm波段高功率双波长固体激光晶体的优秀候选晶体，下一步我们将提高抽运功率，改善腔内损耗，优化谐振腔参数，进一步提升实验效果，得到较窄的脉宽和更高的功率。
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user: 摘要 由于人群密集、进出方便、通风条件有限且环境相对封闭等特征，城市地铁网络成为不法分子实施蓄意攻击，制造伤害事件的重要场所之一。本文基于负载-能力模型进行地铁网络级联失效仿真，模拟不同蓄意攻击策略下城市地铁网络抗毁性，通过设置4个并得出以下结论：1) 地铁网络在随机多节点攻击下的抗毁性低于单节点随机攻击；2) 对节点度最大的节点进行攻击，将会破坏网络的连通性，导致大量客流转移至其他交通方式，因此并不一定会产生级联失效；3) 对介数最大的节点进行攻击将会导致严重的级联失效；4) 增加节点容量能够有效抑制级联失效。
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user: 1. 引言 由于人群密集、进出方便、通风条件有限且环境相对封闭，城市地铁网络成为不法分子实施蓄意攻击，制造伤害事件的重要场所之一。蓄意攻击是指人为主动地攻击城市地铁车站或区间，使网络破坏效果最大。2001年以来，世界各国已发生近400起针对公共交通设施的蓄意攻击事件，约占各类恐怖事件总数的13% [ 1 ]。比较著名的四起地铁蓄意攻击案件分别是：1995年3月20日日本东京地铁沙林袭击案件，造成12人死亡，5000余人受伤，地铁系统停运；2005年7月7日英国伦敦地铁连环爆炸造成43遇难，上百人受伤，整个伦敦地铁全部瘫痪；2010年3月29日莫斯科地铁爆炸袭击事件，造成40人死亡；2011年4月11日，白俄罗斯地铁恐怖袭击事件，伤亡十分惨重。在地铁运营区域内发生的恐怖袭击会对社会造成巨大影响、由于人员密集所以伤亡惨重，并且事故的处置和人员的救援都十分困难，严重影响了政治的稳定、生命的安全和财产的损失。 城市地铁网络具有强连通性、高负载等典型特征，一旦遭受蓄意攻击，节点的失效便会引起整个网络负载流量的重新分配，进而导致某些节点和边上的负载超过其容量而失效，这些节点的失效又可能导致其他节点和边的级联失效 [ 2 ]。网络关键节点的失效可能触发整个网络的崩溃，即级联崩溃。随着地铁运营里程的增加，国内外大量学者对地铁网络开展研究 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]。本文在负载–能力模型的基础上进行地铁网络蓄意攻击下的级联失效仿真，通过设置4种袭击场景，以揭示不同蓄意攻击策略下城市地铁网络抗毁性。
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user: 2. 地铁网络级联失效模型 地铁网络可以表示为无向图 G = ( L ， N ， E ) ，L为线路集合，N为车站集合，E为边的集合。对于 ∀ l ∈ L ， 线路l可以表示为线路车站集合，即 l = { n l ， 1 ， n l ， 2 ， ⋯ ， n l ， i ， ⋯ ， n l ， | l | } 。车站 n l ， i ∈ N 是线路l的第i个车站。由 于地铁网络OD对之间的可行路径有限，假设乘客在地铁网络上选择最短路出行。 2.1. 初始负载 初始负载即蓄意攻击发生时地铁网络各节点的客流分布。借鉴文献 [ 7 ]，本文根据交通流分配的方法进行初始负载流量分配。令 A l ， i ( 0 ) 表示节点 n l ， i ∈ N 的初始负载， D j k 为节点j和k之间的客流量。 β l ， i ， j k 为0~1变量，当车站 n l ， i 在OD对(j， k)的最短路上时， β l ， i ， j k = 1 ，否则 β l ， i ， j k = 0 初始负载 A l ， i ( 0 ) 可按下式进行计算： (1) 2.2. 节点能力 节点能力 C l ， i 是车站 n l ， i 可以容纳的最大客流量，根据“按需定容”的设计规则，借鉴文献 [ 2 ] 和 [ 8 ]，可令 C l ， i 与初始负载的关系式(2)所示，其中 α 为容量备用系数。 C l ， i = ( 1 + α ) A l ， i ( 0 ) (2) 2.3. 负载重分配规则 一旦节点被攻击，该节点被移除，地铁网络OD对之间的最短路将会发生变化，地铁网络客流也将会重新分配。令 W ¯ ( t ) 表示在t时刻受影响的OD对集合，网络负载重分配的流程： Step 1：在 t − 1 时刻，地铁网络某节点被攻击，移除该节点，分析网络可达性，获取受影响OD集合 W ¯ ( t ) ，并计算各受影响OD对的最短路。 Step 2：对于 ( u ， v ) ∈ W ¯ ( t ) ，根据式(1)进行网络节点重加载。如果节点 n l ， j 在OD对在 ( u ， v ) 的最短路上，则 β l ， j ， u v = 1 ，则节点 A l ， j ( t ) 在t时刻的负载为： A l ， j ( t ) = A l ， j ( t − 1 ) + D u v (3) Step 3：重复上述过程，直至 W ¯ ( t ) 中的OD对全部被加载。 2.4. 节点失效的判断准则 一旦节点负载超过其容量，则该节点失效，即： A l ， j ( t ) > C l j (4)
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user: 3. 地铁网络抗毁性评价指标 地铁网络节点攻击将会给网络带来两方面的影响，一是由于网络客流重分配造成的级联失效，二是由于节点移除破坏了网络的连通性，导致大量客流转移至其他交通方式。因此，本文从上述两方面构建地铁网络抗毁性评价指标。令Z表示地铁网络抗毁性评价指标， Z 1 表示地铁网络级联失效后的节点存活率， Z 2 表示节点移除后，地铁网络上仍保持连通的客流量。令Z为 Z 1 和 Z 2 的加权和，即 Z = φ 1 Z 1 + φ 2 Z 2 (5) φ 1 和 φ 2 分别表示 Z 1 和 Z 2 的权重系数，其中 φ 1 + φ 2 = 1 。 地铁网络级联失效后的节点存活率 Z 1 可用下式进行计算，其中N表示地铁网络节点总量， N c 表示存活节点数量。 Z 1 = N c N (6) 令 F a 表示地铁网络节点移除后可达客流量，F表示客流总量，则 Z 2 可用下式进行计算： Z 2 = F a F (7)
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user: 4. 地铁网络级联失效仿真过程 地铁网络级联失效仿真过程如下图1所示： 图1. 地铁网络级联失效仿真流程图
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user: 5. 案例仿真 5.1. 参数和场景设置 本文采用德国汉堡市的地铁网络进行级联失效仿真分析，该网络包括U1、U2、U3和U4共四条线路，共计97个车站，其中9个为换乘站，如下图2所示： 图2. 汉堡地铁网络 该网络的区间运行时分可从汉堡公共交通联盟(HVV)主页获取。假设各换乘站的换乘走行时间为5 min，各个OD对之间的客流量均为1。车站能力备用系数为0.2， φ 1 和 φ 2 均设置为0.5。本文设置以下4个蓄意攻击场景，如下： 场景1：随机单节点攻击。随机生成8个[1， 97]之间的随机数，分别进行级联失效仿真，计算这10次仿真的平均值，以此评价地铁网络在随机单节点攻击下的抗毁性。 场景2：随机多节点攻击。随机生成6组[1， 97]之间的随机数进行仿真，每组包括3个节点，取6次仿真的随机数，来评价地铁网络在随机多节点攻击下的抗毁性。 场景3：蓄意单节点攻击。选择度最大和介数最大的节点分别进行攻击。 场景4：蓄意多节点攻击。选择两组节点分别进行攻击，一组是度最大的三个节点，一组是介数最大的三个节点。 5.2. 结果分析 各场景中攻击的节点，以及各场景下的地铁网络抗毁性指标分别如表1和表2所示。在场景1中，本文选择Eppendorfer Baum、Hamburger Straße、Habichtstraße、WandsbekMarkt、Schlump、Trabrennbahn、Steinstraße和Hammer Kirche等车站分别进行攻击，节点存活率为 89.8%，可达客流比例为59.2%，网络抗毁性为0.745。其中对Trabrennbahn和Steinstraße的攻击并未引发级联失效。而对Eppendorfer Baum的攻击引发了严重的级联失效，其导致23个节点失效，节点存活率 Z 1 和可达客流比例 Z 2 分别为75.2%和13.3%，远低于随机攻击下的平均值。 在场景2中，本文随机选择6组车站进行攻击，如表1所示，节点存活率和可达客流比例分别为83.3%和26.6%，其低于随机单节点攻击。网络抗毁性也下降为0.549。 Table 1 Attack nodes in each scenari 场景 攻击节点 场景1 (1) Eppendorfer Baum， (2) Hamburger Straße， (3) Habichtstraße， (4) Wandsbek Markt， (5) Schlump， (6) Trabrennbahn， (7) Steinstraße， (8) Hammer Kirche 场景2 (1) {Hallerstraße， Landungsbrücken， Rauhes Haus} (2) {Stephansplatz， Saarlandstraße， Burgstraße} (3) {Fuhlsbüttel， Hauptbahnhof Süd， St.Pauli} (4) {Alsterdorf， Wandsbeker Chaussee， Schlump} (5) {Stephansplatz， Ritterstraße， Eppendorfer Baum } (6) {Ohlsdorf， Saarlandstraße， RauhesHaus} 场景3 (1) Kellinghusenstraße， (2) HauptbahnhofSüd 场景4 (1) {Kellinghusenstraße，Schlump， Berliner Tor}， (2) {HauptbahnhofSüd， Jungfernstieg， Lübecker Straße} 表1. 各场景中的攻击节点 Table 2 Simulation resul 场景 攻击节点 节点存活率Z 1 可达客流比例Z 2 网络抗毁性Z 场景1 (1)~(8) 89.8% 59.2% 0.745 场景2 (1)~(6) 83.3% 26.6% 0.549 场景3 (1) 98.9% 71.4% 0.851 (2) 80.4% 19.04% 0.497 场景4 (1) 96.9% 33.9% 0.654 (2) 85.5% 11.8% 0.486 表2. 仿真结果分析 在场景3中，本文选择度最大的车站Kellinghusenstraße和介数最大的车站HauptbahnhofSüd进行攻击。从仿真结果可以得知，对车站Kellinghusenstraße的攻击导致网络的不连通，可达客流比例下降为71.4%，由于大量客流转移至其他交通方式，致使网络并未产生级联失效。由于可以得知，对网络度最大的节点进行攻击，并不一定会产生级联失效。对HauptbahnhofSüd的攻击引发了严重的级联失效，共18个节点失效，网络节点存活率下降为80.4%，可达客流比例下降为19.04%，网络抗毁性也下降为0.497，由此可以得知，对介数最大的节点进行攻击将会引发严重级联失效。 在场景4中，我们选择两组节点进行攻击，一组是选择度最高的节点Kellinghusenstraße、Schlump和Berliner Tor。对该节点的攻击，导致网络被分割成五个不连通的子网络，如下图3所示，可达客流比例降低为33.9%，意味着76.1%的乘客无法通过地铁网络到达其目的地。由于大量客流转移至其他交通方式，地铁网络并未产生级联失效。 图3. 场景4(a)的攻击效果图 场景4中的另一组节点是选择介数最高的三个节点，即HauptbahnhofSüd、Jungfernstieg和LübeckerStraße。对该组节点的攻击导致11个车站失效，节点存活率为85.5%，可达客流比例降低为11.8%。值得指出的是，从仿真结果可以得知引发地铁网络级联失效的节点并不一定是度最大或介数最大的节点。例如，场景1中的Eppendorfer Baum车站失效共导致23个节点失效。 5.3. 灵敏性分析 以对节点Habichtstraße进行攻击为例分析能力备用系数α对网络抗毁性的影响。如下图4所示，能力备用系数α从1.1变化为1.5时，失效节点数量从22下降为1，这意味着当数α为1.5的时候，仅有被攻击节点失效，而网络上并未产生级联失效，由此可以得知，增加能力备用系数能显著增加网络抗毁性。 图4. 能力备用系数的灵敏性分析
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user: 5. 结论分析 本文基于负载–能力模型构建了地铁网络级联失效模型，设置了随机单节点攻击、随机多节点攻击和蓄意攻击三种方式，进行汉堡地铁级联失效仿真，得出以下结论： 1) 地铁网络在随机多节点攻击下的抗毁性低于单节点随机攻击； 2) 对节点度最大的节点进行攻击，将会破坏网络的连通性，导致大量客流转移至其他交通方式，因此并不一定会产生级联失效； 3) 对介数最大的节点进行攻击将会导致严重的级联失效； 4) 选择度最大的多节点进行攻击将会加剧破坏网络的连通性； 5) 增加节点容量能够有效抑制级联失效。
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user: 摘要 为了对大渡河流域降水的时间、空间分布特征有更加深刻的了解，本文使用1979~2018年欧洲数值预报中心的ERA5再分析的格点数据，通过利用月、季、年尺度上均值、方差和降水变率对降水量进行空间特征分析，使用Mann-Kendall检验法、小波分析、滤波，对降水量进行时间特征分析，结果表明：(1) 大渡河流域上游在各个尺度上降水量都少且降水均匀集中。(2) 大渡河流域中游雅安地区(石棉到汉源一带)是降水高值区，月、季、年尺度上分别有700 mm、1800 mm、4500 mm。(3) 大渡河流域下游降水在各个尺度上降水量都高于上游。(4) 大渡河流域降水在2002年发生突变。此前，降水整体趋势增加；此后，降水整体趋势减少。(5) 大渡河流域降水存在47.6个月的主周期。(6) 对月降水距平数值进行47.6个月的低通滤波后，发现降水整体趋势是在减少，振动频率不稳定，振动周期不规律。