DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 华北地区“7·20”强降水过程及环流特征 3.1. “7·20”强降水过程特征 7月19~21日，华北出现入汛以来最强的一次强降水过程，京津地区、河北大部、山西东部、河南北部、山东西北部等地有100~300毫米，局部地区超过300毫米，其中北京大兴(242毫米)及武安(374.3毫米)等26站超过历史极值；受强降水影响，北京、天津、石家庄、太原、郑州等部分城市出现城市内涝；海河部分支流发生洪水；多处遭受山洪及泥石流、滑坡等地质灾害。据统计，共造成河北、河南、山西、京津等15个省(区、市) 2278.8万人受灾，383人死亡失踪，农作物受灾面积190万公顷，直接经济损失938.7亿元，其中河北灾情最重。此次强降水过程中北京全市平均降水量为212.6毫米，最大门头沟东山村453.7毫米，降水持续55个小时 [ 5 ] 。 图1显示华北地区于19日出现强降水天气，强降水覆盖山西、河北、河南北部等，20日降水强度增强，雨带向东北方向移动，强降水覆盖河北大部，山西中部、山东大部等。21日雨带持续向东北方向移动，强降水出现在河北北部，北京及天津，22~23日华北强降水过程基本结束。 3.2. 强降水过程的环流特征 分析以上3个层次的环流形势图(图2)可知，19日，受高空槽东移影响，华北等地产生强降水天气，200 hPa风场显示高空槽不断向华北地区输送冷空气；20日副高西伸控制广东东部、福建、浙江等地区，脊线北跳至40˚N左右，高空槽与北上的西南涡切断生成华北气旋。21日副高略有西伸，华北上空低涡缓慢北移并填塞减弱，强降水落区北移至辽宁大部、河北北部、北京及天津地区。 图1. 7月18~23日华北地区气象台站20~20时累计降水图(≥20 mm) a：18日，b：19日，c：20日，d：21日，e：22日，f：23日 图2. a1~c1:7月19~21日500 hPa高度场及200 hPa风场合成图(风速 ≥ 30 m/s)，a2~c2:7月19~21日700 hPa高度场、风场(风速 ≥ 12 m/s)及水汽通量合成图(≥5 g*cm −1 *hPa −1 *s −1 )，a3~c3:7月19~21日850 hPa高度场、风场及水汽通量(≥10 g*cm −1 *hPa −1 *s −1 )合成图(高度场单位dagpm，水汽通量单位g*cm −1 *hPa −1 *s −1 ) 综合来看，19~21日副高持续西伸北进，促使雨带不断向东、向北移动，从19~21日的华北地区低层850 hPa及700 hPa可以看出华北气旋东侧建立西南风急流和偏东风急流，促使水汽和不稳定能量的输送，两支急流在19~21日剧烈的为华北地区输送水汽，其中20日最为强烈，华北气旋和副热带高压形成两条水汽输送通道，气旋东北侧的东南风将渤海、黄海水汽输送至华北，副高外围西南风把南海的水汽输送至湖南、湖北以及华北等地，此次天气过程生成的华北气旋较为深厚，850~500 hPa均有反映。 3.3. 华北地区降水量的主振荡周期 降水序列是不稳定序列，且具有突发性，随机性，多尺度等特征，时域分析可以直观的确定时间，而傅里叶变换相对应的频域分析可以很好确定频率，但仅限于平稳序列，对于降水这类不平稳序列，两种方法均无能为力，因此我们选用时频分析方法小波变换，选取Morlet小波函数，为降低小波分析的边界效应影响，选取2016年5~9月华北地区(山西、河北、北京、天津)降水序列展开分析，提取隐含在时间序列中的周期，用于扰动能量分析。 图3中可以看到7月下旬存在一个通过红噪声检验的振荡周期能量最强、周期最显著且明显的2~10天时间尺度左右的振荡，其中4~8天左右的波动最为显著，但是周期变化具有局部性，仅覆盖7月下旬。同时也存在小波模方值相对小一些的15~30天时间尺度的低频振荡和2~3天左右的高频振荡通过显著性检验，从图上可见2~3天左右的波动出现两次，覆盖2016年的夏季两个月份，但是振荡周期能量不如4~8天时间尺度的振荡，4~8天的振荡更为显著，因此选取4~8天左右的波动做滤波，探讨4~8天左右的扰动能量传播与华北降水天气的关系。 3.4. 小结 通过分析华北地区“7·20”强降水期间雨情和环流形势分布特征，发现华北地区“7·20”强降水过程主要出现在7月19~21日，其中20日是降水天气强度最强的一天，环流特征主要表现为副热带高压持续北上，东移的高空槽和北上的西南涡切断生成华北气旋。2016年5~9月Morlet小波功率谱分析发现华北地区区域平均降水量主要存在4~8天左右的波动。
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user: 4. 纬向风场扰动能量分布特征 纬向风场主要反映西风风场的扰动能量传播，我们首先选取此次强降水过程具有代表性的一个点：河北武安市(如图4所示)，分析其上空900~200 hPa扰动能量分布特征，然后讨论华北地区强降水期间不同层次上波能的时间空间分布特征与降水之间存在的关系。 图5显示7月5日左右高层300 hPa存在一个扰动能量高值区，6~7日消失后又重新出现，此后高层能量不断向中低层传播，15日350 hPa出现中心为0.9的强扰动能量区域，15日以后开始减弱，并于19日消失，而19日武安市则产生了特大暴雨天气过程。9日~18日，中低层出现扰动能量大值区持续向高层传播加强，扰动能量最强中心于18日出现在700 hPa，16~19日向低层传播，500 hPa以下的扰动能量在19~24日不断减弱并于24日消失。 综合以上特征我们知道高层8~15日为扰动能量积累过程，15~19日为能量释放过程。中低层9~19日为一次能量积累过程，所积累的能量于19~24日完全释放，其中19~21日华北强降水过程处于中低层能量释放的过程中。 图3. 华北地区5~9月区域平均降水Morlet小波功率谱分析 图4. 河北省武安市地理位置 图5. 河北省武安市纬向风场扰动能量时间高度剖面图(虚线 ≤ 0.4) 4.1. 500 pa纬向风场扰动能量分布特征 首先分析华北区域(35˚~42˚N， 110˚~120˚E)平均扰动能量随时间的变化情况： 从图6可以看到5个波动，分别出现于1~3日、3~7日、7~14日、14~26日及26~29日。华北地区19~21日出现强降水天气，位于14~26日的波动范围内。我们从图上可以看出19~21日华北地区扰动能量不断变强，3天平均扰动能量约为0.6左右，此次天气过程华北地区扰动能量最低为0.1、最高值为1.4，21日华北地区强降水天气过程基本结束后，扰动能量开始减小，到26日达最低值0.18左右。 华北地区19日出现强降水，图7可以看出19日华北上空扰动能量明显大于18日，强降水覆盖范围基本处于扰动能量大值区内。20日降水强度增大，华北中部的扰动能量大值中心也相应增大，21日扰动能量值持续增大，22日开始减小，内蒙古地区扰动能量持续增大至1.5，23日扰动能量整体减小且华北中部扰动能量高值中心消失。从整个过程来看扰动能量分布为南北高、中部低，从18日开始至19日可以看到内蒙古地区的扰动能量开始向河北和山西地区传播，20~21日华北中部扰动能量持续增强，22~23日强降水过程基本结束也对应着扰动能量减弱消失。综合以上特征并对比500 hPa环流图可知，内蒙古地区的扰动能量大值区域代表高纬度的冷空气输送，强扰动能量向华北地区的传播反映内蒙古地区及其以北的冷空气向华北的输送，随之而来的是华北地区强降水天气开始。 图6. 华北地区500 hPa纬向风场区域平均扰动能量曲线图 图7. 500 hPa纬向风场扰动能量(虚线 ≤ 0.4)与20~20时累积降水(阴影 ≥ 20 mm)合成图a：18日，b：19日，c：20日，d：21日，e：22日，f：23日 4.2. 700 hPa纬向风场波能分布特征 华北区域平均扰动能量曲线图(图8)显示7月中旬左右有一个扰动能量峰值1.1左右，7月上旬和7月下旬扰动能量曲线变化表现为小的波动，其中各有3次小波动。具体扰动能量变化日期为1~4日、4~7日、7~9日、9~25日、25~27日、27~29日及29~31日。华北强降水过程处于9~25日的扰动能量变化过程中，其中19~20日平均扰动能量增长，20~21日扰动能量开始减小。 图9是700 hPa纬向风场扰动能量与降水合成图，从图中可以看出19~23日700 hPa表现为华北南部的扰动能量高值区不断向东北方向传播，强降水区域也随之移动，基本上强降水区域为扰动能量大值区 图8. 华北地区700 hPa纬向风场区域平均扰动能量曲线图 图9. 700 hPa纬向风场扰动能量(虚线 ≤ 0.4)与20~20时累积降水(阴影 ≥ 20 mm)合成图a：18日，b：19日，c：20日，d：21日，e：22日，f：23日 域。对比700 hPa环流形势可知华北南部的扰动能量高值区基本对应华北气旋的位置，扰动能量不断向华北强降水地区发展，基本可以反映暖湿气流的输送。 4.3. 850 hPa纬向风场扰动能量分布特征 图10的区域平均曲线图显示1~6日及26~31日平均扰动能量表现为小幅升降、6~26日平均扰动能量表现为一个大幅的振荡，扰动能量从0.1左右飙升至1.2左右。华北强降水过程19~21日处于图上6~26日扰动能量变化过程中，其中20日出现此次平均扰动能量最大值1.2，21日扰动能量减小。 图10. 华北地区850 hPa纬向风场区域平均扰动能量曲线图 分析图11可知18日华北的西北和东南方向为扰动能量小值区域，华北地区有一呈东北西南走向的带状强扰动能量区域，19日华北强降水出现于带状强扰动能量范围内，随着强降水向东北方向移动，扰动能量也随强降水区域移动并增强。22日可以看到位于华北西南方向的地区扰动能量明显减弱至0.9左右，22~23日的图上可以看出强扰动能量区域向华北北部地区移动，23日大部分华北南部原先产生降水的地区扰动能量迅速减小。 4.4. 小结 综合以上3个层次的分析我们可以知道，850 hPa纬向风场扰动能量分布可以很好对应强降水雨带，扰动能量随强降水移动增强，发生强降水的区域，扰动能量一直维持比较强的状态，而强降水过程结束后，扰动能量迅速减少，而500 hPa和700 hPa的降水落区基本上在扰动能量大值区域偏东的位置。19~21日华北强降水期间，500 hPa平均扰动能量持续增强，在强降水天气消失后，22日扰动能量开始减小，从扰动能量与降水合成图上可以看出18~21日扰动能量持续增强，22日扰动能量开始减小，图上扰动能量高值中心闭合等值线数值开始减少。850 hPa、700 hPa的平均扰动能量在19~20日逐渐增大，21日开始减小，22日迅速减弱，22日扰动能量与降水合成图上可以看出华北西南角的扰动能量相比21日迅速减弱。从表1看出华北强降水期间纬向风场500 hPa扰动能量传播具有滞后性，比低层晚一些频散。
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user: 6. 华北强降水期间不稳定能量时空分布特征 强降水期间不稳定能量的积累和释放是非常重要的过程，因此我们讨论强降水期间动能的分布特征。本文的动能计算公式为： E = 0.5 × ( u 2 + v 2 + w 2 ) ，其中 。 从河北省武安市上空动能时间高度剖面图(图19)可以看出18~23日存在一次能量扰动，从18日开始动能不断增大，19日900~200 hPa表现为3个动能大值中心，20日位于700 hPa和500 hPa的两个动能大值中心开始减弱，位于高层250 hPa的动能发展达此次过程最强状态，21日武安市从900 hPa至200 hPa整个上空的动能均减弱。22~24日700~200 hPa的动能开始有所增大，25日高层回落，700 hPa发展最盛。动能表示空气运动的速度大小，华北地区“7∙20”强降水过程水汽主要由低空急流输送，动能的大小基本可以代表水汽输送状况，对比经向风场扰动能量分布特征发现，华北地区动能的传播状况基本可以反应河北省武安市强降水天气过程经向风场扰动能量的传播特征。我们再来看一下华北区域平均动能分布情况。 图20的平均动能分布显示500 hPa多波动，700 hPa和850 hPa各有两个明显的大振荡，在华北强降水发生时三个层次上均出现动能迅速增大的情况，具体表现为18~20日动能增大，21日开始减小，其中850 hPa的动能在17日就已经有开始增大的趋势。动能的垂直分布特征和经向风场的垂直扰动能量分布在华北强降水天气过程中的表现基本相同。空气运动产生动能，而经向风场可以代表水汽的输送，动能越大，水汽输送越剧烈，冷暖空气碰撞，产生强天气过程。对比经向风场的扰动能量分布与动能的分布可以发现二者基本可以吻合。
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user: 7. 结论 本文利用国家气候中心站点降水数据、欧洲中期天气预报中心再分析格点资料，使用Morlet小波分析、巴特沃斯带通滤波及波包传播诊断方法，选取风场4~8天的高频扰动能量作为研究对象，对华北地区“7·20”强降水过程的扰动能量时空分布特征进行分析，主要结论如下： Table 2 Perturbation Energy Accumulation and Dispersion Period of meridional wind field in 500 hPa， 700 hPa and 850 hPa during Heavy Rainfall in North Chin 气压层次 华北强降水期间扰动能量积累时间段 华北强降水扰动能量频散开始时间段 500 hPa 18~19日 20日开始减弱 700 hPa 18~20日 21日开始减弱 850 hPa 18~20日 21日开始减弱 表2. 华北地区强降水期间500 hPa、700 hPa、850 hPa经向风场扰动能量积累及频散时间段 图19. 河北省武安市的动能时间高度剖面图(虚线 ≥ 100，单位J) 图20. 华北地区区域平均动能图(单位J)。a：500 hPa，b：700 hPa，c：850 hPa 1) 强降水落区基本上为风场扰动能量高值区，降水落区主要沿强扰动能量等值线形状分布并沿等值线的分布形状移动，经向风场及纬向风场的扰动能量分布等值线走向可以反映水汽、冷暖空气的输送强弱，发生强降水的区域，扰动能量一直维持比较强的状态，而强降水过程结束后，扰动能量迅速减弱，风场的扰动能量积累频散特征基本可以代表强降水期间能量的积累释放过程。 2) 华北南部的两个扰动能量大值区刚好对应天气图上西南低空急流和偏东风急流，也即强降水过程的两条水汽输送通道，内蒙古地区的扰动能量大值区域代表高纬度的冷空气输送。 3) 纬向、经向风场的扰动能量不仅代表冷暖空气和水汽的输送，也一定程度上反映了不稳定能量(动能)的输送，动能与经向风场的扰动能量垂直和水平分布基本吻合，垂直方向上表现为18日900 hPa~200 hPa均有强扰动能量和动能高值分布，强降水天气产生后，开始减弱。 4) 扰动能量分布图上高值扰动一般对应天气图上的低压低槽。
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user: 摘 要 3D伪全息投影是一种较为广泛运用的全息显示技术。本文利用单路信号LED显示屏投影三维投影源动画至正四棱锥形的PVC透明片中，由光学折反射原理在正四棱锥中呈现出虚拟的三维动画幻象。采用动画建模软件与视频处理软件设计了具有灯光音效及故事情节的视频动画，制作了边长68.5 mm，高50 mm的正四棱锥形的成像空间，完成了尺寸为135 mm × 100 mm × 55 mm的投影仪装置的研制。对幻象的成像效果及可视范围进行了实验，结果得到当LED显示屏光照度为632Lux，水平观影角度在60˚至120˚之间时可观察到动态对比度为1606:1的清晰可控的三维动画投影。该装置成本低、体积小，具有极强的空间感、透视感和科技感。 关键词 :全息3D投影，三维投影源制作，三维动画显示 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 3D伪全息投影技术也称为虚拟成像技术 [ 1 ] ，可将三维画面悬浮在实景的半空中成像 [ 2 ] ，具有对比度高，清晰度高，空间感和透视感强等特点 [ 3 ] [ 4 ] 。形成的空中幻象可与实物结合 [ 5 ] ，增强幻象的真实感，同时可加配触摸屏实现与观众的互动 [ 6 ] 。3D伪全息投影技术是数字化、信息化技术发展的新产物 [ 7 ] [ 8 ] ，已成为全息显示技术的一种重要表现形式 [ 9 ] 。全息显示技术的发展分为三类：第一类为空气投影和交互技术。2005年31岁美国麻省理工的研究生Chad Dyne领导的IO2公开演示了世界上第一台三维空间投影系统，命名为“空气投影”技术。在电子学与空气学的双重作用下，凭借激光控制的方式在空气中制造一道“雾墙”，然后利用空气与水汽振动之间的偏差，即可以在空中勾画出一幅立体感十足的图像来，而视频源则可以是电脑、电视机和DVD；第二类为全息成像技术。2006年，日本公司Science and Technology研制了一种利用激光束来投射实体的全息影像投射方法。这一方法主要是利用了氧气和氮气在空气中散开时，两者混合成的气体变成灼热的浆状物质，并在空气中形成一个短暂的3D图像；第三类为全息显示技术的衍生技术——3D伪全息投影技术。2017年12月中央电视台综艺节目《国家宝藏》中采用此技术，将文物的三维画面悬浮在柜体实景中的半空中成像，无需借助其他设备即可观看3D幻影立体显示特效，给人以视觉上的冲击，具有强烈的纵深感。以上显示技术 [ 10 ] 呈现的裸眼立体3D显示图像均可实现大区域显示，前两类系统构成复杂，不易搭建，且成本过于高昂，第三类伪全息投影装置相对简单，但易受外界环境的干扰造成成像效果不稳定，而且价格也偏高，至今未能大量投入大众市场。 本文研究了一款可大众化应用的低成本、小体积的3D伪全息投影仪。基于伪全息投影原理，实现了高分辨率，高对比度的三维全息动画呈现，装置具有美观实用，搭建简易方便，成像效果清晰可靠，对比度高，娱乐互动性强等优点。
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user: 2. 总体方案设计 伪全息投影原理区别于利用干涉与衍射原理记录并再现物体的全息成像，不是真正意义上的光学全息技术，而是利用佩伯尔幻像技术。当投影源动画与玻璃面成45˚角时，光线在玻璃表面发生反射和折射，一部分光经玻璃表面反射，投向观众，一部分光透过玻璃继续传播。根据平面镜成像原理，平面玻璃所成的虚像的位置与源影像位置相对于玻璃表面对称，由于观众看不到反射玻璃和投影光源，观众便认为自己眼中的像是由虚像所在的相对位置发出的，如果像的大小和位置又恰好符合透视原理，便可以创造额外的深度，使观众大脑自动将屏幕上的虚像与真实背景融合在一起，物体或人物便凭空出现在背景中。作用原理如图1所示。 3D伪全息投影仪由视频投影源，LED显示屏，成像空间及投影仪支架组成。总体方案设计如图2所示。 视频投影源采用前后左右四个方向上的摄像机对三维人物模型进行渲染的原始全息图像(图3)，产生这样的视频素材渲染序列帧必须是32位TGA图片或者PNG图像格式序列，这两种格式本身具有色彩属性，同时还包含Alpha通道。 图1. 45度角平面镜成像原理图 图2. 3D伪全息投影仪总体设计图 图3. 四个角度原始全息图像素材取得示意图 三维人物模型利用Autodesk Maya软件设计，从基本的几何体(立方体、圆柱等)开始，拉伸，截面，旋转，修改建成人物模型。设置人物模型背影为黑色，去除多余的点线面。动画模型绑定，建立人物的骨骼，通过控制使人物动起来，对人物模型细节绑定优化使各个部位都能自由活动。完成绑定优化后调整相机视点，设置抗失真，调整输出视频帧率及视频大小，保持以上参数一致，完成四个面的动画制作。如图4所示。 利用会声会影视频处理软件，添加前后左右四个面的视频动画，在轨道管理器中覆叠轨设置为4个，依次将四个视频拖入四条轨道，可在音频轨道中添加动画音乐。选择“显示网格线”方便对应视频的位置，旋转视频来调整4个视频的位置。调整4个视频离中心点的距离，使其保持一致，如图5。选择高清720P视频格式输出，保存视频。 成像屏和液晶显示器采用4.7~11.6英寸的手机或平板电脑的LED显示屏投影三维素材动画。结合LED显示屏设备大小和成像空间，投影仪支架结构设计为可根据不同LED显示屏设备可大小高低调节的可控支架，支架用于固定成像空间和LED显示屏。 成像空间结构设计为正四棱锥型。LED显示屏为正四棱锥投射物体的前后左右全息影像，正四棱锥的四面全息膜通过光线反射方式将光信号汇集到一起后形成具有真实维度空间的立体影像。根据LED显示屏素材投影面大小计算正四棱锥高和边长。为实现素材动画完整清晰显示，正四棱锥高H应为素材动画高度的1~1.5倍，正四棱锥边长a = 2H，由正四棱锥几何关系得棱长 L = H 2 + a 2 2 由边长a和棱长L可确定正四棱锥侧面三角形大小。
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user: 3. 实验及结果分析 3D伪全息投影仪的搭建如图6所示。 图4. 人物模型动画绑定 图5. 投影源动画叠加 采用5.5英寸LED显示屏投影全息动画视频，动画人物高30 mm，宽20 mm，动画人物背景为纯黑色，可减少人物背景光的干扰(如图7)。 成像空间采用0.1 mm厚并覆有全息投影膜的PVC透明片胶接为正四棱锥形制作而成。正四棱锥底 图6. 3D伪全息投影仪的搭建 图7. 投影源动画图 边长度为5.5英寸投影屏的横向尺寸68.5 mm，正四棱锥高度H为50 mm，棱长69.6 mm，正四棱锥侧面和水平面夹角为45˚。固定成像空间和LED显示屏的支架长135 mm，宽100 mm，高55 mm，可使投影幻象位于正四棱锥正中心。 图8为投影仪成像效果图。根据照度计测量幻象光照度大小可计算幻象对比度，进而衡量伪全息投影仪的成像效果。LED显示屏播放全息动画视频，调整显示屏至最高亮度和最低亮度，由照度计测量光照度为632Lux和0.3Lux，投影源对比度为2106:1。由于成像介质吸收率为3%~5%，经过成像空间形成的三维全息影像由照度计测量幻影动画的最高光照度为482Lux，最低光照度为0.3Lux，对比度为1606:1，动画表现清晰，对比度较高。 探究LED显示屏光照度对成像效果的影响。固定观影角度为90˚，由照度计测量得LED显示屏最高亮度和最低亮度下成像的幻影光照度分别为482Lux和0.3Lux。改变LED显示屏设备亮屏在0%，25%，50%，75%，100%情况下的光照度得到幻影光照度和成像效果的关系，如表1。不同亮屏光照度下成像效果图像如图9所示。 如图9所示，图中a、b、c、d分别对应幻影光照度为123Lux、248Lux、360Lux、482Lux时成像效果图。由图9中可以看出当幻影光照度越大时成像系统所成的像越清晰，人物细节越明显。幻影光照度达到最大482Lux时即LED显示屏光照度调至最大632Lux时，成像效果对比度为1606:1，达到非常清晰的显示，日常室内光照度为300~500Lux，此成像效果满足白天室内环境下的展示要求。 图8. 投影仪成像效果图 图9. 不同幻影光照度下成像效果图 Table 1 The relationship between the illumination of different phantom and the effect of imagin 幻影光照度/Lux 20.6 123 248 360 482 对比度 69:1 410:1 826:1 1200:1 1606:1 成像效果 模糊 较模糊 较清晰 清晰 非常清晰 表1. 不同幻影光照度和成像效果的关系 探究成像空间对观影角度的影响。调整设备光照度至最高，对人物正面投影进行实验，观影角度为0˚~180˚，改变水平观影角度得到不同角度与幻影可见度的关系，如表2。以90˚为中心，当水平观影角度为30˚、40˚、60˚时幻象的可见程度图像分别如图10~12所示。 由图10~12可以看出以90˚为中心，当水平观影角度为30˚、40˚、60˚时幻象的可见程度分别为25%、50%、100%。同理，当水平观影角度超过90˚后可见幻象角度于图示角度相互补。由于幻象是必须透过伪全息投影膜才能被看见，观看角度会受到一定限制，因此，投影仪单个面可展现完整三维幻象动画的水平视角为60˚~120˚之间。 Table 2 Relationship between different angles and phantom visibilit 观影角度 30˚ 40˚ 60˚ 80˚ 100˚ 120˚ 140˚ 150˚ 幻影可见度 25% 50% 100% 100% 100% 100% 50% 25% 表2. 观影不同角度与幻影可见度的关系 图10. 水平观影角度为30˚时可见幻象图 图11. 水平观影角度为40˚时可见幻象图 图12. 水平观影角度为60˚时可见幻象图
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user: 4. 结论 使用5.5英寸单路信号LED显示屏投影三维动画模型的前后左右全息影像至覆有全息投影膜的正四棱锥形的成像空间中，由光学折反射原理在成像空间中即可呈现出虚拟的三维动画幻象。实验装置尺寸为135 mm × 100 mm × 55 mm，装置便携可靠，搭建简单，成像效果良好，分析了LED显示设备的光照度对成像效果的影响及成像空间对观影角度的影响，实验得到LED显示设备光照度为632Lux，观影角度在60°到120°之间可观察到对比度为1606:1的清晰可控的三维动画投影。3D伪全息投影仪所成的像效果奇特，展现出极佳的视觉体验。 本文制作的3D伪全息投影仪，装置搭建简易方便，美观实用，成像效果清晰可靠；呈现的集影音娱乐教育于一体的三维投影源动画，可作为教学展示或文物展览广泛用于图书馆，博物馆，科技馆及展览活动等文娱领域，具有广阔的应用前景与市场。该装置可改进之处是制作尺寸足够大的成像空间，并采用统一控制的四台分辨率相同的投影设备，分别安装至成像空间的四个投影面前，可实现超大屏3D伪全息投影效果，更好地应用于大型动画投影商业演示，展示效果更好，但造价昂贵。
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user: 摘 要 《血色子午线》是美国当代著名作家科马克·麦卡锡的重要代表作。小说从一个没有姓名的孩子视角出发，用犀利的笔触再现了十九世纪中期美墨边境真实发生的种族屠杀事件。本文试从尼采体验的“永恒回归”视角出发，考察麦卡锡在其创作中对信仰坍塌的后上帝时代所进行的生命意义的探寻，并由此得出结论：只有意识到永恒回归的必然性，主动并乐于体验这种循环运动，人类才有可能获得属于自己的生命意义，成为生命的强者。而麦卡锡在小说中所表现出的包容性哲思，也为日渐衰落的美国当代南方文学的发展指明了道路。 关键词 :《血色子午线》，永恒回归，后上帝时代，生命意义 Copyright © 2018 by author 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 《血色子午线》(Blood Meridian or The Evening Redness in the West， 1985)作为美国当代著名小说家科马克·麦卡锡(Cormac McCarthy， 1933-)从南方小说到西部小说的转型之作，近年来一直受到国外评论界的关注。哈罗德·布鲁姆(Harold Bloom)称赞《血色子午线》是美国真正意义上的启示录小说，并直言“任何其他仍然在世的美国小说家，包括品钦，都无法给我们带来像《血色子午线》这样分量十足且令人难忘的作品” [ 1 ] ，认为它代表着麦卡锡所有作品中的最高成就，而麦卡锡本人更是被布鲁姆誉为福克纳和海明威的继承人。 《血色子午线》取材于十九世纪中期发生在美国得克萨斯州与墨西哥边界的真实的历史事件。小说讲述了一个十四岁的田纳西州男孩，在被卷入一个由格兰顿上尉和霍尔顿法官带领的专门屠杀印第安人并靠剥下的印第安人头皮获取赏金的组织之后的血腥经历。由于小说充满了各种暴力、血腥、和骇人听闻的屠杀场景，不少学者都致力于探讨小说表现出的虚无主义。但也有另一部分学者认为小说其实是暗含道德价值取向的，比如丹尼斯·桑塞姆(Dennis Sansom)就认为《血色子午线》批判了“人类历史的神圣决定论”(divine determinism of human history) [ 2 ] ，也有学者将这本小说解读为有带有强烈反战意图的政治潜文本。此外，由于小说包含大量的历史事实，一些学者比如约翰·罗思罗克(John Rothfork)就关注在小说“历史和真相” [ 3 ] 的研究。反观相关研究相对滞后的国内学术界，反战思想、解构美国神话、暴力叙事、历史意识、生态书写、互文性等与国外相似的研究主题也屡见不鲜，对此国内麦卡锡研究的前驱陈爱华教授在其论文《科马克·麦卡锡国内外研究评析》 [ 4 ] 中已有深入探讨和总结。 但是无论是研究小说虚无主义主题还是讨论小说对美国神话的解构，似乎都将这本小说的主题简单化了。细细研读小说文本可以发现，麦卡锡既不是单纯为了通过暗无天日的血腥与屠杀来表现荒诞、绝望的消极虚无主义，也不是简单为了向世人敲醒战争的警钟以暗示对美国神话的解构。在笔者看来，《血色子午线》力图探索的是在信仰缺失的后上帝时代，作为每一个个体存在的全人类应该怎样找到属于自己的生命意义。这不是对某个单一事件或者某个单一种族的考量，而是站在全人类的立场上做出的具有广泛包容性的深度哲思。麦卡锡对这一哲学问题的思考，与究其一生都在追寻生命意义的生命哲学家弗里德里希·威廉·尼采(Friedrich Wilhelm Nietzsche)不谋而合。其实作为第一本研究麦卡锡的专著，维里恩·M·贝尔(Vereen M. Bell)在其1988年出版的《科马克·麦卡锡的成就》(The Achievement of Cormac McCarthy)一书中就已经指出《血色子午线》中暗含尼采的哲学思想，贝尔认为小说中的霍尔顿法官其实就是“同时代的尼采” [ 5 ]。事实上，为了深入探讨后上帝时代的生命意义，麦卡锡在《血色子午线》中通过分别记叙孩子在加入格兰顿帮前的生活，孩子在加入格兰顿帮后见证的对印第安人的血腥屠杀，以及孩子在格兰顿帮队员最终惨遭尤马人屠杀之后的经历，巧妙重现了尼采从发现上帝已死的事实，到经历上帝已死的代价，再到最后在后上帝时代体验到同一物的永恒回归(the eternal recurrence of the same)的顿悟的过程。可以说尼采体验的永恒回归在这本小说里找到了回声，而麦卡锡也在尼采体验的永恒回归的顿悟中找到了生命的意义。 尼采体验的永恒回归并没有得到尼采系统的阐述，但是在他的主要作品中几乎均有提及这一重要概念，而海德格尔更是将其看作是尼采思想的核心。永恒回归是尼采经历了自身一系列思想变革才最终在一次顿悟中领悟到的人所能达到的“最高肯定公式”。十九世纪的欧洲经历着重大的变革，宗教权威受到挑战，科技取得惊人突破，所谓正统所谓真理仿佛都在一瞬间土崩瓦解，而受人尊敬的牧师父亲却也因患脑部重病去世。这一切给年少的尼采带来了沉重的打击和痛苦，让他严重怀疑上帝是否存在。阅读亚瑟·叔本华(Arthur Schopenhauer)的著作《作为意志和表象的世界》(The World as Will and Idea)进一步让尼采认识到无尽的苦难才是生活的真实状态，并最终在其著作《快乐的科学》(The Gay Science)中发出了“上帝已死”(the death of God) [ 6 ] 的著名论断。尼采随之而来便意识到了“上帝之死”带来的严重后果——人们再也不受道德价值的约束，这代价是极为惨重的。于是，尼采开始了其在信仰坍塌的后上帝时代对生命意义的探索。这次，他提出了可能的解决方案——在永恒回归中找到生命意义。同样是在《快乐的科学》中，尼采第一次将永恒回归解释为：“你现在和过去的生活，你将再次经历，并且无数次地再来；你生活中没有新的东西，每种痛苦、欢乐、思想、叹息，以及一切大大小小、无可言说的事情都会在你身上重现” [ 7 ]。所以尼采的教义是：“你的生存方式必须是你渴望再次生存，这是你的职责——无论你将如何再次生存” [ 8 ] ，而这是建立在永恒回归的体验之上的，这也是尼采区别于叔本华、更区别于消极虚无主义的积极虚无主义。因此，尼采哲学探讨的生命意义不是对现代世界中的物质、名誉等世俗的社会价值的追求的实现，而是在信仰缺失的后上帝时代，人应该如何在这永恒回归的必然性中剔除消极的虚无主义，找到属于自己的生命力，并在每一次克服中得到心灵的升华，从而获得生命意义，成为生命的强者。 同样地，麦卡锡在近一个世纪之后似乎又重新经历了尼采的时代。如果说对上帝的信仰在尼采之后还能苟延残喘，那么第三次科技革命带来的对所谓真理的新一轮挑战和二战、越战、以及冷战带来的战争阴霾将是对宗教信仰的又一致命冲击。而信仰的再次沦陷也将引发对道德价值丧失的后上帝时代的生命意义的又一次深刻反思。相似的社会环境与相似的对生命意义的探索使尼采体验的永恒回归为深入解读《血色子午线》提供了重要的视角。因此，借助于尼采体验的永恒回归，本文通过分别探讨孩子在加入格兰顿帮之前就已初露端倪的后上帝时代的开端，在孩子加入格兰顿帮之后对印第安人的血腥屠杀背后折射出的后上帝时代的恶果，以及从最后格兰顿帮被报复屠杀后仅有的两位幸存者的命运中反映出的永恒回归的生命体验，得出结论：在生命只有无尽苦难的信仰坍塌的后上帝时代，只有主动接受并不断克服永恒回归的苦难，才能创造生命力并实现心灵升华，也才能在这永恒回归的体验中找到生命真正的意义，获得生命最高尚的尊严与自由，成为生命的强者。此外，本文认为麦卡锡身为一名南方作家，却能在《血色子午线》中突破时空、地域和种族界限，对全部人类个体的生命意义进行探索，这也为日渐萎靡的美国当代南方作家的创作指明了一条新的极富潜力的发展道路。
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user: 2. 后上帝时代的开端：信仰动摇 上帝和基督教的正统权威受到挑战，揭开了后上帝时代的开端。在《血色子午线》中，这一时代的来临首先表现在小说中独特的动物隐喻和充满血腥的教堂。当上帝不再与羔羊、白鸽相联却总是出现在嗜血的动物隐喻之中，当本应作为神圣信仰载体的教堂不再有祷告却总是布满鲜血与尸骸时，上帝和信仰是否还存在就不能不引发人们的反思了。随着信仰的正统地位开始受到怀疑和挑战，后上帝时代也逐渐拉开了令人心惊的帷幕。 2.1. 嗜血的动物：初露端倪 《血色子午线》中独特的西部荒漠风光一直以来都是生态主义研究的重点关照对象。I·A·索夫廷(I. A. Softing)就曾将麦卡锡笔下的西部荒漠看作是一幅“剥夺人性和人的价值的” [ 9 ] 景观。索夫廷深刻地剖析了西部荒漠的启示意义，但是正如许多其他学者在关注小说生态书写时同样会忽略的一点是，除去沙漠这一宏伟景观，小说中更出现了许多独特的动物意象，而正是这些动物意象构成的隐喻从微观层面构成了麦卡锡笔下西部景象的与众不同。 整本小说出现了许多动物意象，除了牛、马和狗这种常见驯养类动物，还包括蝙蝠、苍蝇、猫头鹰、鹰、狼、和猪等。其中最常出现的便是各种鹰类动物，小说总共出现了四种不同种类的鹰：鹰(hawk)、老鹰(eagle)、秃鹰(buzzard)、雄隼(falcon)。这些动物都有一个共同点，那就是他们都是嗜血和食腐动物。但在《血色子午线》中，麦卡锡却用这些嗜血动物作喻，将其与各种宗教思想和神职人员联系在一起，以此来表现已经不再正统、权威和正义的信仰。隐喻的实质是“用一类事物理解和体验另一类事物” [ 10 ] ，因此，能用一个事物比喻另一个事物是由于这两个事物具有某种同一性。麦卡锡不止一次地将嗜血动物与神职人员相互喻指，正是利用二者的同一性来表现日渐削弱的基督教信仰。 “以腐肉为生的鸟蹲在房屋最高的角落，翅膀朝四面八方张开，做出劝诫的姿势，犹如黑色的小主教”(p. 66)。主教负责监督教区工作和管理教区教众，是天主教会的高级圣职人员。如此高职位的神职人员在麦卡锡笔下却出现在一个嗜血动物的身上，这似乎有些牵强。但是通过考究主教一词的词源可以发现，麦卡锡此处安排不仅不算牵强反而很巧妙，如此隐喻的目的正是为了唤起并强调神职人员与嗜血动物的同一性。一方面，“主教”一词源于希腊语，原意是“由上往下的观察者”，即监督者的意思。而此处，食腐的小鸟站在房屋的最高角向下望去，正是呈现出一个由上向下的观察者和监督者形象，这是用主教的特点来理解食腐小鸟。另一方面，这个隐喻更重要的其实是用食腐的小鸟来体验主教这一神职人员，即主教也像以动物遗体为食的小鸟一样，只能寄生在已死的信仰和已逝的教众身上了。不仅如此，主教礼仪的服饰根据级别不同只有白色、红色和紫色三种，而此处却是用黑色的食腐小鸟与主教并置，这进一步体现出基督教的信仰已然陷入无尽的黑暗。换句话说，宗教信仰其实早已沦陷，“食腐的”“黑衣”主教便是证明。不仅如此，类似的隐喻曾多次出现在小说中——“众鸟以仁慈怪异的姿势展开它们的黑色法衣，而它们周围绳索上串着的被屠印第安人的干头皮顺风而飘”(p. 82)。同样的隐喻场景多次出现在孩子加入格兰顿帮以前，表明那时信仰的坍塌已初露端倪，而后上帝时代正在步步紧逼。 2.2. 血腥的教堂：预兆来临 比动物隐喻更为直接表现后上帝时代的来临的是破败和血腥的教堂。《血色子午线》中出现的教堂总是破败不堪的，再或是血流成河、充满各种尸骸和食腐动物的。血腥的教堂场景多集中在孩子加入格兰顿帮之前，而从孩子加入格兰顿帮后便鲜有教堂的场景出现，这预示着信仰正在一步步地丧失直至最后荡然无存。 教堂场景第一次出现时还只是破败不堪。“他在一个破败的教堂中殿醒来，睡眼惺忪看着拱顶和垂着花饰的墙壁、上面的湿壁画已经褪色。教堂的地面积着厚厚一层干掉的鸟粪、牛粪和羊粪”(p. 28)。对于一个有多种严格教会仪式的宗教来说，破败的拱顶和壁画以及满地的动物粪便充分说明这个教堂已经很久无人问津，连基本的建筑围护和教堂清洁都没有，更不要说有人来做礼拜了。基督教似乎早已不再是人们的信仰所在了，而教堂的内饰进一步证明了这一推测：“教堂正面凿着一些放在壁龛里的圣人，一些已经被试射来复枪的美军射烂了，有的缺耳有的少鼻，石头上点缀着氧化了的神色铅印。巨大的镶板雕门在合页上敞开，一座圣母玛利亚的石像怀抱着一个无头婴儿”(p. 29)。教堂不仅不再是人们拥抱信仰的地方，反而成了战争的见证者，而仁慈和母爱象征的圣母玛利亚的怀抱中居然只是一个无头的婴儿。这一切都是预兆，暗示着信仰正在悄悄流逝，后上帝时代正在逼近。 当教堂再次出现时，它不仅仅是破败，而是充满血腥与可怕的尸骸，记录着可怕的屠杀。“教堂里没有长椅，石铺的地板上堆着四十来具被割了头皮、拔了衣服、吃掉一部分身体的尸体，他们曾在上帝之舍里抵御异教徒”(p. 68)。充斥教堂的不再是上帝的圣灵，而只有污浊的鲜血和不忍卒视的尸骸。“遇害者的血汇成一个巨大的血泊，里面堆着所有人的尸体。血泊已凝成布丁模样......苍蝇爬满死者被割了皮的无发头颅，在萎缩的眼球上爬来爬去”(p. 68)。正如尼采不能相信上帝竟会夺走为宗教神职奉献一生的身为牧师的父亲的生命一样，假如上帝依然存在，他怎么会容忍这种惨绝人寰的屠杀场景的出现，还出现在自己的教堂内？除非上帝根本就已经死去了，即使他曾经的确存在过。而麦卡锡接下来所描述的一个教堂细节就证明了“上帝已死”的事实：“玻璃棺内的耶稣像也碎落在教堂高弹的地板上”，上帝之子的确是死了(p. 68)。
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user: 4. 后上帝时代的探索：意义重构 上帝已死，信仰坍塌，这之后将如何在独自面对自己的命运时找到生命意义成了当务之急，而这也是尼采穷其一生都在试图探索的问题。在《快乐的科学》中，尼采曾描述过这样一个著名的思维实验：假设一个恶魔在你耳边说，你将会在永劫之中不断轮回，背负所有的痛苦和伟大，你会跌坐在地上咬牙切齿的诅咒那个恶魔，还是你会觉得那个恶魔其实就是神，而他的话语也都是神圣的呢 [ 7 ] ？正是源于对这一思维实验的思考，尼采顿悟了永恒回归在实现生命力与心灵升华中的重要性，“永恒回归就是对生命力的肯定” [ 14 ]。尼采认为永恒回归是一种必然性，所有的经历不论痛苦还是快乐必将重新经历，只有主动去体验并乐于不断地体验这种永恒回归，才能在每一次克服苦难后创造生命力并获得心灵升华，这种循环运动才会因此而有价值，而人生也才能够在这循环的体验中获得生命意义。在《血色子午线》中，麦卡锡通过宇宙意象的循环表达出他对永恒回归的认同，而笔者认为借助小说两大主角孩子和法官之间的较量，麦卡锡也试图给出了自己应对这种永恒回归的态度，那就是要乐于接受并不断体验，从而成为生命的强者。 4.1. 轮回的天体意象：永恒回归之必然 《血色子午线》明显区别于以往西部小说的是，书中出现了许多宇宙意象，这些宇宙意象多为会循环出现的天体，很大程度是暗示了生命的永恒轮回的必然性。不仅如此，宇宙天体的渺茫与神秘也间接表现出人类在宇宙天地面前的渺小。 在小说开篇介绍孩子身世时，出现了很不同寻常的一段描述：“你降生那夜，一八三三年。狮子座流星雨。众星纷坠，何其壮观！我仰望天空，寻找烛天黑色的洞口。北斗破漏”(p. 1)。事实上是史比奇首先注意到这一宇宙意象的重要意义的。在他著作《<血色子午线>笔记》(Notes on Blood Meridian)中，他通过联系史料和星座知识得出结论，孩子是天蝎座，而天蝎座“对鲜血有着无所顾忌的喜好”同时却又“有一种神秘和善良”，借此史比奇认为这一宇宙意象暗含了对小说人物性格及命运的暗示。但是史比奇没有关注到的是，这一宇宙意象其实是会循环出现的，即这是一种永恒回归的天体运动。事实上，小说一共出现了两处类似的天体运动，另外一次出现在小说十八章的开头：“巨蟹座、处女座和狮子座在黄道上相互追逐，进入南方的夜色，北方的仙后座在苍穹的黑底上像女巫的签名一般燃烧”(p. 285)。而正是这次循环出现的天体运动表现出人物命运其实同样在体验着永恒回归，因为正如第一次宇宙意象预兆着血腥和暴力，就在这次天象出现后，新一轮的暴力又将回归，而正是这次报复性屠杀使得格兰顿帮几乎全军覆灭。 显然，正如天体运动具有回归性一样，暴力、血腥、和各种苦难等人类经历也会再次出现，这就印证了尼采所说的永恒回归的必然性。正如人类无法左右天体运动和宇宙意象，永恒回归也是一种必然性。但是人类在这种永恒回归面前并不是无能为力，因为尼采体验的永恒回归不是传统意义上的宿命论，即无论你做什么都无法改变自己的命运。相反，虽然人类不能阻止体验的永恒回归，但是我们可以通过主动接受永恒回归，并努力克服每一次的重复体验带来的痛苦或失败，因为“痛苦是为了激发更大的创造性快乐”，生命意义也就能在这回归运动中实现 [ 14 ]。麦卡锡对这一点的认同也可以在法官和孩子贯穿全书的较量中找到依据。 4.2. 孩子与法官的较量：生命意义之所在 法官和孩子是格兰顿帮经过尤马人的屠杀后仅剩的两位幸存者，多年后孩子长大成了男人，两人再次相遇时，法官将男人杀死。于是，法官成了整个事件的唯一幸存者。法官与孩子贯穿全书的较量最终以法官胜出为结局。很多人对作者这一安排表示不解，当然也有学者比如詹姆斯·多桑(James Dorson)就认为法官代表的是“一种律法的隐喻，打破了现代社会对理性的幻想” [ 15 ]。但笔者认为这种观点其实还是对法官的最终胜利的不满，因为这些学者并没有对法官的胜利这一安排表示认同。但是通过法官与孩子的多次多方位的较量可以发现，麦卡锡至少在某些层面是赞同法官的，笔者认为是法官身上那种极强的生命力以及对生命意义的追逐是麦卡锡所认同的。 法官与孩子的较量最直接的可以体现在二人迥异的外表上。小说开篇是这样描述孩子的：“所有的故事都在那张面孔上，三岁看老”(英文原文是：the child the father of the man)，孩子的眼睛却有种异样的天真(the eyes oddly innocent) (p. 2)。而在描述法官时却使用了完全相反的表述方法：“他面色平静，长了一张孩子的脸，甚是奇异”(p. 5)。本该天真的孩子的脸却充满沧桑，天真的眼睛看起来反倒不和谐；而本该老成的法官看起来却像孩子一般。这种极大的反差暗示了二人在对待生命的态度方面迥然不同。每一次的暴力、血腥或屠杀都可以被看作是一种永恒回归的苦难，在面对这种苦难是法官总是“微笑”，与其说这是一种无情，笔者更愿将其看作是一种主动并乐于接受的态度，所以每一次体验这种永恒的回归，法官都好似重生一般，因而他的脸庞总是看起来像小孩子一样，法官也因此获得了无限的潜能。而小说中的孩子却总是在逃避这种无尽的苦难。正如法官在杀死孩子前曾经对他说过的：“只有一个要求，那便是每个人须忘我而投身共同事业，但有一个人没有做到。你能否告诉我这个人是谁？”(p. 341)这个人就是孩子。其实在格兰顿帮被尤马人报复而几乎全军覆灭之后，孩子是有机会杀死法官的——“我(法官)一小时内两次从你(孩子)的准星前经过，还会有第三次”(p. 333)。但是在这场生死较量中，孩子却始终没有开枪。这是因为他内心深处受到约束，或还有某种不切实际的期待，这使得他在这永恒回归的体验中始终没能突破自我战胜法官。尼采所鄙夷的正是孩子身上背负的重担，也正是为此孩子的潜能才被剥夺了，因为他本可以杀死法官的。孩子的每一次软弱当然可以看作是他某种仁慈的表现，但是真正仁慈的人是不会与此同时居然还如此热爱鲜血和暴力的，所以那不过是孩子不敢直面永恒回归的苦难而只有选择退却罢了。 但面对永恒回归的必然性，法官是主动接受甚至用尽全力来体验的，因此他能够成为生命的强者，也是格兰顿帮最后唯一的幸存者。法官曾说过：“人自己的宿命无法逃脱……任何认清自己的命运并因此选择某条相反道路的人最终只会在同样的指定的时间进行同样的结算”，这充分说明法官意识到了永恒回归的必然性(p. 368)。因而法官说：“如果死亡不是力量，还能是什么？”(p. 367)。在永恒回归的苦难面前，只有死亡能结束一切，所以叔本华曾认为面对人生无尽的苦难，没有出生才是最好的。但这不是尼采的生活态度，笔者认为这也同样不是麦卡锡对生命意义的解答。他笔下的法官视死亡为力量，是激励自己直面永恒回归的苦难的力量。所以在小说最后，法官“裸身跳舞……如同一个巨婴。他从不睡觉……他在光中舞动，在阴影中舞动，他大受欢迎。他从不睡觉，这位法官。他在舞动，舞动。他说他不死”(p. 373)。法官全力追逐生命力，用尽全力去舞动和跳跃，尽管他将会永恒体验这种苦难，但是通过不断克服永恒回归的苦难，他找到了生命力，甚至获得了永生，他的生命也因此有了意义。
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user: 5. 结语 本文基于尼采思想的理论构建，从尼采体验的永恒回归解读了麦卡锡在《血色子午线》中对后上帝时代的生命意义的探索。通过嗜血的动物隐喻和血腥的教堂场景、全知全能的法官和惨绝人寰的屠杀，本文分别讨论了小说中暗含的后上帝时代的开端和代价。而通过宇宙意象的循环运动和法官在与孩子的较量中的胜出，本文最终揭示了在信仰缺失的后上帝时代，只有直面永恒回归的必然性并乐于不断体验这种循环运动，才能够找到属于自己的生命力，实现生命意义，成为生命的强者。但是正如尼采的思想后来被德国法西斯所利用一样，麦卡锡视域内的生命意义同样容易受到误解。虽然二者都有肯定强对弱的战胜，但应该注意的是，这种战胜在本质上“不是具体的人屠杀人的战争”，而是“人类做出的抉择”，是人在其内部做出的积极虚无主义对消极虚无主义的战争 [ 14 ]。所以，一旦冲破这一框架，将这种生命意义代入具体历史事件来实证时，对这种生命意义的追求就极易受到曲解。虽然如此，身为南方作家的麦卡锡在《血色子午线》中突破了时间、地域和种族的限制，表现出了对全部人类的生命和生存的关怀。这种富有包容性的主题不仅为当代文学注入了新鲜血液，更为日渐衰退的美国南方文学指明了潜在的发展方向。
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user: 摘 要 二维材料作为一类新兴材料，具有较高的面厚比和比表面积，在构筑膜材料方面具有天然优势。近些年一些二维材料如石墨烯纳米片、MOF和COF纳米被广泛用于基本结构单元制备纳米片膜。本文介绍了制备纳米片膜的二维纳米片材料，重点介绍了二维沸石纳米片材料。由于沸石分子筛膜具有微孔性、耐高温、耐溶胀、分子筛分等特性，在分离膜领域具有广泛的应用前景。 关键词 :二维纳米片，分离性能，MFI纳米片 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 随着能源危机的加剧和工业生产规模的扩大，发展低能耗的分离过程有着积极的社会意义和经济效益，用更高效的方式替代或耦合精馏等热驱动过程是重要的节能减排措施。膜分离技术具有过程简单、设备体积小、无相变、操作简便、无二次污染等优势，广泛地应用于海水脱盐、气体分离、化学合成和纯化等领域。膜是膜分离技术的核心，膜材料的性质和化学结构对膜分离性能起着决定性的影响。超薄的二维纳米材料 [ 1 ] 具有片状结构，平面尺寸可达几个微米甚至更大，但是只有单个或几个原子厚度。由于二维材料具有较高的面厚比，因此在构筑膜材料方面具有天然优势 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] ，在膜分离领域已经得到广泛应用。
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user: 2. 二维材料 二维材料具有独特物理化学性质，目前处于飞速发展阶段。如石墨烯、二维过渡金属碳化物或碳氮化物 [ 7 ] 、贵金属 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 、金属有机框架材料(MOF) [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] 、共价有机框架材料(COF) [ 15 ] 、聚合物 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 、黑磷 [ 20 ] [ 21 ] 等，以其二维材料作为膜材料的构筑单元制备的二维纳米片膜展现了较好的分离性能。其中以石墨烯、MOF、COF纳米片作为构筑单元制备二维纳米片膜这一工作备受瞩目。
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user: 3. 二维材料纳米片膜 3.1. 石墨烯纳米片膜 石墨烯的发现极大的推动了二维材料在膜分离等领域的研究。石墨烯纳米片厚度接近单原子层、柔韧性高、化学性质稳定等一些特性，因此石墨烯纳米片可以作为构筑石墨烯膜材料的基本单元，石墨烯超薄膜对包括He在内的小分子具有良好的分离性能，以石墨烯及其衍生物如氧化石墨烯(GO) [ 22 ] 等原料制备的气体分离膜具有优异的分离性能。Shen等人 [ 23 ] 以GO纳米片为填充材料制备了GO/聚醚嵌段酰胺(PEBA)混合基质膜，测试结果表明所制备的混合基质膜对CO 2 的渗透系数为110 barrer，CO 2 /N 2 的选择性为80。Ha等人 [ 24 ] 制备了GO/聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合基质膜，8 wt%的混合基质膜相对于纯PDMS膜来说CO 2 /N 2 和CO 2 /CH 4 的选择性提高了两倍，但是H 2 、O 2 、N 2 、CH 4 和CO 2 气体的渗透系数却降低了一倍。这是因为石墨烯是无孔材料，分子传输是依靠石墨烯纳米片层间的纳米片通道来达到的，GO纳米片的加入增加了气体的扩散路径，降低了气体的渗透速率。Li等人 [ 25 ] 通过超声方法剥离得到GO纳米片，制备了厚度为9 nm的纳米片膜，借助于纳米片层之间的缝隙，得到的GO膜显示了较高的H 2 分离性能，因其为无孔材料并没有达到较高的气体渗透量。 3.2. MOF和COF纳米片膜 由于石墨烯片为无孔材料，石墨烯片膜在层间迁移的分离机制限制了膜分离效率的提高。相比之下，多孔性的二维纳米片骨架是制备膜材料更为理想的构筑单元 [ 26 ] 。MOF纳米片是一种新型的具有纳米级孔道的多孔材料。杨维慎课题组 [ 27 ] 合成了一种名为Zn 2 (bim) 4 的层状MOF前驱体，其层间主要以较弱的范德华力连接，采用低速湿球磨结合超声的方法将其剥离，制备了大小为600 nm、厚度为1 nm、孔径为0.21 nm的MOF纳米片，以其为结构单元制备了超薄MOF膜，借助于MOF骨架中微孔的分子筛分作用，得到的MOF膜显示了较高的气体渗透速率和分子尺寸选择性。接着该课题组合成出了一种全新的MOF前驱体Zn 2 (bim) 3 并用温和的物理方法进行剥离制备了双层厚度的MOF纳米片，通过前期开发的热组装方法制备了厚度为10 nm的超薄MOF纳米片膜，该膜对H 2 /CO 2 混合气体具有较高的分离性能，不同于其它二维纳米片膜，该膜随着测试温度的升高，在CO 2 渗透量维持不变的情况下，其对H 2 的渗透量可升高至8 × 10 −7 mol∙m −2 ∙s −1 ∙Pa −1 ，分离系数高达166 [ 28 ] 。王焕庭课题组 [ 29 ] 直接将合成的二维层状沸石类咪唑骨架(ZIF)——ZIF-L铺到多孔载体上，经二次生长后制备了晶体取向ZIF膜，显示了一定的H 2 /N 2 和H 2 /CO 2 分离性能。Jiang等人 [ 30 ] 利用Cu(II)和tri(beta-diketone)合成出了新型二维MOF结构，将该纳米片以抽滤沉积的方法制备了复合MOF纳米片膜，该膜可阻隔尺寸高于2.4 nm的金纳米颗粒。 COF作为一种与MOF材料类似的新型材料，同样具有独特的有序多孔结构，是潜在的分离膜材料。仲崇立课题组 [ 31 ] 通过氧化石墨烯(GO)辅助的层层叠装方法将二维共价三嗪基骨架(CTF-1)纳米片沉积制备了超薄共价有机骨架COF (Covalent Organic Framework)膜，该膜在H 2 /CO 2 气体分离中显示了较高的H 2 渗透速率。由此看出，由多孔性的MOF及COF纳米片作为构筑单元制备的二维片膜展现了较好的分离性能。 3.3. 二维沸石纳米片膜 相比于石墨烯类纳米片膜、MOF及COF纳米片膜，沸石分子筛膜具有微孔性、耐高温、耐溶胀、分子筛分等特性，在高效膜分离过程中(如：CO 2/ H 2 气体分离、醇/水分离、二甲苯筛分等)具有广阔的应用前景 [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] 。以二维沸石纳米片为构筑单元制备膜材料格外具有吸引力，而如何获得大尺寸、单层、开孔的沸石纳米片是成功制备沸石分离膜的关键。 MFI沸石具有规则的二维交叉孔道结构，沿a轴的正弦孔道为5.4 Å × 5.1 Å，沿着b轴的直孔道为5.4 Å × 5.6 Å。MFI沸石膜在有机蒸汽脱除、醇–水渗透气化等过程中显示了较高的分离效率。2009年Ryoo课题组 [ 35 ] 通采用一种具有长链烷基和双季铵盐组成的有机结构导向剂(OSDA)首次合成了具有多层结构的MFI (ML-MFI)沸石，其结构是由1.5晶胞厚度的MFI纳米片沿b轴方向组装构成。2011年Tsapatsis课题组 [ 36 ] 通过聚苯乙烯(PS)熔融共混方式剥离ML-MFI沸石，得到了可分散的二维MFI沸石纳米片，将其沉积到多孔氧化铝载体上，经二次生长制备了超薄、b轴取向的MFI沸石分子筛膜。最近他们又用bis-1，5(tripropyl ammonium)pentamethylene diiodide (dC5)为模板剂，直接合成了2.5晶胞厚度的MFI沸石纳米片，通过抽滤方法沉积到多孔氧化铝载体上，经二次生长制备了具有超高通量和选择性的MFI型沸石膜 [ 37 ] 。然而，无论是熔融共混法剥离ML-MFI沸石纳米片还是dC5沸石纳米片中均含有模板剂，孔未打开，直接组装成纳米片膜经焙烧除模板剂开孔后，并无气体分离性能，需经二次生长消除膜内晶间空隙，再高温焙烧除去有机模板剂后才能获得具有分离性能的MFI沸石膜 [ 36 ] 。然而高温焙烧通常会引起沸石膜层出现晶间孔、缺陷甚至破裂，大大降低沸石膜的分离性能 [ 38 ] 。 最近我们将ML-MFI沸石用熔融共混方法剥离后，采用piranha溶液(3H 2 SO 4 -H 2 O 2 )移除模板剂，得到了开孔的MFI沸石纳米片，通过简单抽滤的方式，沉积在多孔高分子载体聚苯并咪唑(PBI)上，未经二次生长直接制备了MFI沸石纳米片膜，该膜显示了一定的丁烷异构体选择性。该结果表明，采用开孔的MFI沸石纳米片作为构筑单元，能够在高分子载体上不经二次生长直接制备沸石膜 [ 39 ] 。最近我们又首先采用piranha溶液除去ML-MFI中的有机模板剂，削弱层间作用力，然后在经超声得到开孔剥离的MFI沸石纳米片，并以此为构筑单元采用抽滤的方法在多孔氧化铝载体上不经二次生长制备了MFI沸石纳米片膜，该膜对丁烷异构体的选择性为4.1~5.8，正丁烷通量为2.2 × 10 −7 ~4.1 × 10 −7 mol∙m −2 ∙s −1 ∙Pa −1 。以二维MFI沸石纳米片为构筑单元，不经二次生长直接制备MFI沸石纳米片膜，可克服二次生长带来的弊端，丰富载体的选择，具有很好的科学意义和应用前景。
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user: 4. 展望 通过层层组装方法制备了有丁烷异构体选择性的沸石纳米片膜，但其分离性能仍大幅低于Agrawal等人 [ 40 ] 通过二次并焙烧后制备的MFI沸石膜的丁烷异构体的选择性(n/i~47-62)。通过采用进一步纯化的MFI沸石纳米片和更优化的纳米片排列方式，期望得到具有更高选择性的MFI沸石纳米片膜。