DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 为了进一步确定D151大孔吸附树脂分离纯化洋金花中东莨菪碱的工艺条件，以吸附率和洗脱率为评价指标，在原有工艺的基础上，研究了吸附液的pH、洗脱液的pH对纯化工艺的影响。结果表明：当吸附液的pH为7.6，洗脱液的pH为1.2，获得的东莨菪碱的纯度高达84.2%。 关键词 :洋金花，东莨菪碱，D151大孔吸附树脂，分离纯化 Copyright © 2019 by author(s) 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 洋金花为茄科植物白花曼陀罗(Datura metel L)的干燥花，又名曼陀罗花、闹洋金等 [ 1 ] 。现代医学研究表明洋金花具有平喘止咳、解痉止痛等药用价值和功效 [ 2 ] ，在中医药学中被广泛使用。东莨菪碱(图1)是一种广泛存在于洋金花中的莨菪烷类生物碱，在抑制腺体分泌和镇静等方面有着良好的药用价值 [ 3 ] 。在临床上，其主要用于解痉、散瞳、抗晕动、抗震颤麻痹、防治帕金森症等疾病的治疗 [ 4 ] [ 5 ] 。 大孔吸附树脂是一类不含交换基团且有大孔结构的高分子吸附树脂，具有良好的大孔网状结构和较大的比表面积。因其吸附性好、吸附迅速、解吸容易等优良特性，在分离纯化天然药物活性成分中受到广泛青睐 [ 6 ] 。在我们课题组前期工作中，付传香等 [ 7 ] 研究表明D151大孔吸附树脂对东莨菪碱具有较大的吸附率和洗脱率，对东莨菪碱的分离纯化效果较好。为了进一步提高东莨菪碱的纯度，以吸附率和洗脱率为评价指标，以安徽皖北地区种植的道地洋金花为原料，对工艺参数中的吸附液的pH、洗脱液的pH进行了进一步优化。 图1. 东莨菪碱的化学结构式
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user: 2. 原料、材料及设备 主要原料：洋金花(来自安徽德信佳生物医药有限公司洋金花种植基地)。洗净后于60℃下在真空干燥箱中干燥6 h，用中药粉碎机粉碎并过60目筛备用。 主要试剂与材料：氨水、二氯甲烷等均为分析纯，乙腈、磷酸等均为色谱纯，购买于国药集团化学试剂有限公司。东莨菪碱标准品(纯度 > 98%)，由安徽德信佳生物医药有限公司提供。超纯水实验室自制。D151大孔吸附树脂购于安徽三星树脂科技有限公司。 主要仪器：中药粉碎机(ML-800，苏州摩菱机械设备有限公司)；高相液相色谱仪(Agilent1260，美国安捷伦公司)；超声波提取仪(SCQ-250B5，福州迈康自动化设备有限公司)；真空干燥箱(DZF-6050，上海一恒科学仪器有限公司)；空气恒温摇床(HQ45Z，武汉中科科仪技术发展有限公司)。
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user: 3. 试验方法 3.1. 色谱条件 液相条件：流动相为乙腈-70 mmol/L磷酸钠溶液(含有17.5 mmol/L十二烷基硫酸钠，用磷酸调节pH至6) (V/V， 1/2)，柱温25℃；检测波长216 nm；流速1.0 mL/min；进样量20 μL；色谱柱：SGE protecol C18色谱柱(5 μm， 4.6 × 250 mm) [ 8 ] 。 3.2. 东莨菪碱标准曲线的绘制 精密称取20 mg东莨菪碱标准品，添加色谱级乙腈，在超声环境下将东莨菪碱标准品完全溶解后转移至5 mL容量瓶中，继续添加色谱级乙腈定容至刻度线，配制4 mg/mL标准贮备溶液，待用。然后用色谱级乙腈将标准贮备溶液依次等倍稀释成浓度为4，2，1，0.5，0.25 mg/mL。经0.45 μm的微孔滤膜处理后，依照上述色谱条件依次注入高效液相色谱仪，以峰面积值Y为纵坐标，以浓度值X为横坐标，绘制标准曲线。 3.3. 东莨菪碱粗提物的制备 100 g洋金花干粉→200 mL氨水进行润湿→超声波辅助二氯甲烷提取(1.0 L二氯甲烷，25℃，超声波功率为180 W，超声时间为30 min，重复提取两次 [ 9 ] )→提取液过滤，减压回收二氯甲烷，酸性水溶液复溶后用于树脂吸附实验。 3.4. D151树脂预处理 用95%乙醇浸泡树脂24 h，用超纯水洗至无醇，分别依次用5%的盐酸溶液和5%的氢氧化钠溶液处理树脂12 h，最后用超纯水冲洗至中性 [ 10 ] 。 3.5. D151树脂装柱层析 将层析柱垂直固定在铁架台上，关闭活塞，向柱子中添加适量的超纯水。将大孔树脂水浆溶液一次性均匀倒入层析柱中，并不断添加超纯水。将过量水通过柱底放出，始终保持水面高于树脂层面3 cm左右，直到所有树脂全部转移至柱中。待树脂全部转移后，继续向柱子中添加去超纯水，持续时间为30 min [ 11 ] 。装柱完成后，取500 mL初始质量浓度为0.20 mg/mL的东莨菪碱提取液(pH为7.6)在25℃下上柱，流速为2 BV/h (100 mL/h)，用试管收集流出液，检测每管流出液中东莨菪碱的浓度，吸附平衡后，用超纯水冲洗柱子，然后在流速为2 BV/h时，用800 mL酸性水溶液(pH为1.2)进行洗脱，收集流出液进行高相液相色谱检测。 3.6. 分离纯化工艺的优化 3.6.1. 吸附液pH的优化 准确称取7份350 mg D151大孔树脂至100 mL带塞锥形瓶中，分别加入20 mL pH值为7、7.2、7.4、7.6、7.8、8.0、8.2的质量浓度为0.20 mg/mL的东莨菪碱提取液，25℃下在空气恒温摇床中振荡24 h。 3.6.2. 洗脱液pH的优化 准确称取5份350 mg D151大孔树脂至100 mL带塞锥形瓶中，按照3.6.1节最优条件进行静态吸附实验。待吸附平衡结束后，先用超纯水冲洗树脂，然后分别用20 mL pH值为0.8、1、1.2、1.4、1.6的酸性水溶液于25℃下在空气恒温摇床中振荡洗脱24 h。
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user: 4. 实验结果 4.1. 东莨菪碱标准曲线 按照3.1节中的色谱条件，分别测定各个浓度下的标准品溶液，将所得数据分析处理，绘制出如图2所示的东莨菪碱标准曲线，其线性回归方程：Y = 12893X + 648.33，R 2 = 0.9995。 由图2可知，东莨菪碱在0.25~4 mg/mL范围内具有良好的线性关系。 图2. 东莨菪碱标准曲线图 4.2. 吸附液pH的选择 东莨菪碱是一类具有羟基的化合物，故样液的pH对树脂吸附效果有一定的影响。前期课题组研究表明，吸附液的pH值在8左右时，D151树脂对东莨菪碱的吸附率较高，为了进一步优化吸附液的pH，保持其他条件不变，调节样液的pH进行动态吸附实验。由图3可知，在一定范围内，PH值低于7.6时，D151树脂对东莨菪碱的吸附率随着PH的降低而减少，当pH值大于7.6时，D151树脂对东莨菪碱的吸附率趋于稳定，这可能是东莨菪碱盐被还原为游离态达到平衡造成的。因此，吸附液pH为7.6最佳。 4.3. 洗脱液pH的选择 洗脱液的pH值是影响东莨菪碱洗脱率的一个重要因素。图4为洗脱液pH值对洗脱率的影响。从图中可以看出：当pH值大于1.2时，东莨菪碱的洗脱率呈显著下降趋势，pH值为0.8~1.2时，东莨菪碱的洗脱率趋于平稳。因此，洗脱液的pH值为1.2最佳。 4.4. 样品纯度分析 按照上述色谱条件，将D151树脂分离纯化后的东莨菪碱样品进行高相液相色谱分析。结果如图5所示，东莨菪碱的色谱峰保留时间为16.599 min，与标准品进行对比，为东莨菪碱的色谱峰。并且从图中可以看出，经过纯化后的东莨菪碱样品杂质较少。将峰面积代入标准曲线的公式，计算出样品中东莨菪碱的纯度为84.2%。 图3. 吸附液pH值对吸附率的影响 图4. 洗脱液pH值对洗脱率的影响 图5. D151树脂分离纯化东莨菪碱后的高相液相色谱图
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user: 5. 结论 本文以D151树脂作为填料对东莨菪碱进行纯化，在原有工艺的基础上，进一步优化上样液(吸附液)的pH和洗脱液的pH对分离纯化工艺的影响，确定了较佳的工艺条件：上样溶液的pH为7.6，洗脱液的pH为1.2。在此分离纯化条件下，获得了纯度为84.2%的东莨菪碱样品。
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user: 摘 要 金属–有机骨架(Metal-organic frameworks)是由金属离子和有机连接体自组装而成的高度有序的晶体多孔材料。极高的孔隙率、超大的比表面积、可调节的孔径和形状等特点使其在包括催化在内的多个领域都有潜在应用。MOFs材料包覆金属纳米颗粒MNPs (metal nanoparticles)是当前的一个研究热点，负载的金属团簇作为可能的催化活性位点受到了广泛的关注。最近几年在合成和应用MNPs@MOFs材料方面已经取得了很大进展，然而对材料中金属纳米颗粒的几何结构、电子性质及其形成机理仍不清楚，此外对催化反应的微观机理缺乏深入的认识。本文综述了研究MNPs@MOFs材料的理论方法、理论模型和反应机理，为我们提供了结构和性能等方面的重要信息，从而为设计出性能更好的催化剂提供借鉴与指导意义。 关键词 :金属有机骨架，金属纳米颗粒，反应机理，密度泛函理论 Copyright © 2019 by author(s) 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 一些贵金属由于其独特的物理化学性能，常在催化反应中被看作有效的活性中心。在理想的情况下，它们可以在载体上相互分离，以减少金属团簇之间的相互作用、烧结和聚集，从而提高催化活性。载体的电子性质和结构性能对贵金属纳米粒子MNPs的分散性、稳定性和吸附扩散等有着重要的影响。一般来说，理想的载体能够很好地包覆和分散金属纳米粒子，促进反应物的吸附，加速产物的扩散。因此，在过去的几十年中，包括活性炭、硅胶、沸石分子筛和介孔二氧化硅等多孔材料被广泛地用作贵金属载体。金属–有机骨架(MOFs)材料是通过金属阳离子或团簇与有机连接体通过配位而自组装形成的一种新型的多孔材料。文献报道中，金属–有机骨架(MOFs)材料已成为过渡金属的重要载体，MNPs的引入引起了人们的极大研究兴趣 [ 1 ] 。探究MOFs对金属纳米粒子的形成、生长和迁移以及电子性质的影响，对于了解MOFs的催化活性和优化催化性能至关重要。 近年来，MNPs@MOFs材料作为一种多相催化剂受到了广泛的关注，该类催化剂既保留了MOFs较高的比表面积、孔容和孔隙度，又能使金属纳米颗粒均匀分散、提高稳定性和使用寿命，还有可能提高其催化活性，因此它已被广泛应用于各种重要化学反应，包括碳化、氧化、还原反应等 [ 2 ] 。MNPs@MOFs材料在催化方面主要有三个潜在的优点：1) 与大块金属相比，金属纳米粒子表面原子不饱和程度高，具有较高的催化活性和选择性；2) 被包覆的金属纳米粒子由于孔径受限，具有尺寸可控和稳定性好的特点，但是由于MOFs的高孔隙率，反应物仍然可以接触到；3) 金属纳米粒子与骨架相互作用，特别是通过配位、π-π键力和范德华力，这些相互作用可以提高催化活性 [ 3 ] 。MOFs材料的限域效应是高活性MNPs嵌入孔内的主要驱动力。在MNPs@MOFs系统中，对金属纳米颗粒的结合位置和几何结构的精确控制是提高设计催化剂效率的关键。 2005年，自从Fischer等人 [ 4 ] 首次提出将Pd负载到MOF-5以来，已经有大量关于MOFs负载单金属纳米颗粒的例子，表1列出了一小部分近几年的研究成果。随后研究人员分别选用不同的MOFs材料(MIL-101，ZIF-8和MOF-5等)及金属纳米颗粒(Au、Ag、Ru和Pd等)在该领域开展了大量的研究 [ 5 ] 。2013年，Wu等研究人员 [ 6 ] 把Au纳米粒子通过HAuCl 4 前驱体的形式封装进UiO-66的孔道中，使Au纳米粒子高度分散在UiO-66的孔道中(尺寸在1~3 nm)用于CO氧化，获得了很高的催化活性和稳定性。Jiang等人 [ 7 ] 证明了Au在ZIF-8中催化共氧化反应机理。 Table 1 Review of representative MNPs@MOFs composite MNPs@MOF MOF孔径(nm) MNP直径(nm) 金属前驱体 方法 参考文献 Pt@MIL-101 3.4，2.9 1.8 ± 0.2 H 2 PtCl 6 双溶剂溶液浸渍 [ 13 ] Pt@MIL-101 3.4，2.9 4.3 H 2 PtCl 6 超声后溶液浸渍 [ 15 ] Pt@MOF-177 2.3~2.5 2~5 Me 3 PtCp' 沉积法 [ 16 ] Pd@MIL-101 3.4，2.9 2~6 Pd(NO 3 ) 2 微波辐照后溶液浸渍 [ 17 ] Pd@MIL-101 3.4，2.9 3.2 Pd(acac) 2 溶液浸渍 [ 18 ] Pd@ED-MIL-101 3.4，2.9 1.9 ± 0.7 Pd(NO 3 ) 2 溶液浸渍 [ 19 ] Pd@MIL-101 3.4，2.9 2~4 PdCl 2 溶液浸渍 [ 20 ] Pd@MIL-101 3.4，2.9 1~2.5 CpPd(η 3 -C 3 H 5 ) 沉积法 [ 21 ] Pd@MIL-101 3.4，2.9 1~4 CpPd(η 3 -C 3 H 5 ) 沉积法 [ 21 ] Pd@SNU-3 0.77 3 ± 0.4 Pd(NO 3 ) 2 自还原 [ 22 ] Au@ZIF-8 1.2 1~5 Au(CO)Cl 沉积法 [ 14 ] Au@ZIF-90 1.2 1~2 Au(CO)Cl 沉积法 [ 14 ] Au@ZIF-8 1.2 3.4 ± 1.4 Au(acac)(CH 3 ) 2 固体研磨 [ 7 ] 表1. 具有代表性的MNPs@MOFs复合材料 自从2002年Hutchings课题组发现Au-Pd合金负载于金属氧化物对氢氧直接合成过氧化氢具有良好的活性以来，学术界就掀起了对双金属体系的研究热潮。Gu等人 [ 8 ] 表明，在MIL-101中吸附Au-Pd团簇对甲酸脱氢有显著的催化活性。Jiang等人 [ 9 ] 采用连续沉积法合成Au@Ag/ZIF-8 (Au为核，Ag为壳)材料，其催化活性明显高于相应的单金属催化剂。Duan等人 [ 10 ] 研究将Au-Pd合金负载到MOF-253材料形成的双金属催化剂，通过调整骨架内金和钯的摩尔比，在胺的羰基化反应中具有较高的催化活性。 据我们所知，目前围绕MOFs中金属团簇的负载及其催化性能的研究较少。其中一个原因是MOFs的表面结构复杂，因此很难令人信服地预测负载金属团簇的稳定几何构型。David S. Sholl等人 [ 5 ] 首次对MOF中的Au，Pd和Au-Pd团簇进行了理论研究，将密度泛函理论(DFT)计算与遗传算法(GA)相结合，可靠地预测了负载金属团簇的稳定结构。Chen等 [ 11 ] 利用从头算分子动力学(ab initio molecular dynamics， AIMD)结合退火模拟技术，采用DFT方法进行了优化，寻找到Pd m 纳米团簇(m = 1~32)在UiO-66-NH 2 孔内热力学稳定结构。计算结果表明，Pd 28 @UiO-66-NH 2 的平均结合能最大。采用同样的方法计算了Au n @ZIF-8和Au n @ZIF-90 (n ≤ 20)的稳定结构，并对骨架中的甲基和醛官能团对结构和电子性质的影响进行了探索 [ 12 ] 。本文主要综述了研究MNPs@MOFs材料的理论研究方法、两种主要的理论模型和相应的反应机理。
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user: 3. 化学反应机理研究 3.1. Au n @ZIF催化CO氧化反应机理 Wu等人 [ 12 ] 采用密度泛函理论对复合材料Au n @ZIF-8、Au n @ZIF-90 (n = 2， 4， 8， 12， 16， 20)进行吸附小分子CO、O 2 的研究。并利用NEB方法确定CO氧化反应的反应路径，其中力收敛的精度为0.03 eV/Å。通过频率的分析对过渡态进行确认。所有的计算均是在基于第一性原理计算的VASP模拟软件包下完成的。 为了考察Au n 团簇在ZIFs中呈现二维、三维构型对反应的影响以及CO氧化反应机理，选择Au 8 @ZIF-8、Au 16 @ZIF-8、Au 8 @ZIF-9和Au 16 @ZIF-90模型进行反应过程的模拟。如图4所示，在该反应过程中，Au 8 @ZIF-90相比Au 8 @ZIF-8，反应能垒升高。Au 16 @ZIF-90的第二个能垒要比体系Au 16 @ZIF-8略低。ZIF-8骨架首先失去电子，然后得到电子，担当蓄电池的角色。我们可以看出，CO氧化反应分为两个步骤进行。首先，CO和O 2 共吸附于Au团簇上，穿越第一个过渡态随即形成OOCO * 中间体，再跨越第二个反应过渡态，最后生成CO 2 分子，保留一个自由基O原子吸附于Au团簇上。此反应机理主要是遵从Langmuir-Hinshelwood (L-H)机理。 图4. Au 8 @ZIF-8、Au 16 @ZIF-8、Au 8 @ZIF-90、Au 16 @ZIF-90催化CO氧化反应能量示意图 [ 12 ] 3.2. Pd n -UiO-66-NH 2 催化加氢反应机理 在上述理论模型的文献综述中，Pd金属团簇负载于UiO-66-NH 2 材料中，通过一系列的计算模拟，预测出其稳定模型，即Pd 28 @UiO-66-NH 2 的平均结合能最大。在此稳定的模型基础上，结合实验和计算模拟的方法，进一步探索在加氢反应的活性中心和反应机理。Zheng等人 [ 1 ] 通过实验一锅法合成制备了Pd@UiO-66-NH 2 材料，并用于2，3，5-三甲基苯醌加氢实验中，结果表明该催化剂具有良好的催化性能。用周期晶体结构代替团簇模型，再现了纳米笼对反应物吸附的限域效应。在加氢反应过程中，用NEB方法搜索过渡态，完成反应路径的计算。 为了阐明TMBQ加氢反应的机理，计算结果表明其加氢反应由两部组成。NEB计算结果表明，其两步反应所对应的能垒分别为80.7和34.5 kJ/mol，其中第二步反应的势垒要小得多，为决速步骤，如图5所示。理论计算结果很好地解释了实验现象。
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user: 4. 总结和展望 本文综述了MNPs@MOFs体系的理论模型，包括团簇和周期性模型。选择合适的理论计算方法可探究金属原子或团簇与骨架结合的方式以及在孔道内的生长、迁移的动态过程，骨架的限域作用对金属团簇的尺寸大小结构以及分布的影响，利用电荷分析可以进一步理解电荷转移对于结构稳定性和催化性能的影响。最后对一些具体反应的反应机理的进行探讨。利用计算建模的手段可以将催化活性与反应过程中发生变化的性质等联系起来，使我们更加清晰地认识催化剂的结构与性能之间的关系，从而揭示催化活性的本质，为我们能够有效地调控和优化催化剂性能提供了理论指导和借鉴意义。 图5. 用Pd 28 @UiO-66-NH 2 计算了加氢反应的势能分布，并分别给出了两个反应步骤的初始态、过渡态和终态 [ 1 ] 。(灰色、白色、红色和绿色的球分别代表C、H、O和Pd原子) 优良的催化剂的发现和设计是现代化学领域面临的一个巨大的挑战，利用量子力学计算方法进行催化剂设计对于理解催化剂在具体反应中的构效关系具有重要的意义，是对实验的重要补充甚至具有指导意义，是开拓催化材料应用的一种新途径。
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user: 摘 要 在生产实践和调查的基础上，结合洛南的气候特点，从苗圃地、种苗的选择、移植、培育、管理、病虫害防治等方面总结提出了白皮松移植培育技术。 关键词 :白皮松，移植，培育技术 Copyright © 2019 by author(s) 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 白皮松别名白骨松、虎皮松、三针松、蟠龙松，是松科松亚科属植物，是东亚唯一的三针松，树形多姿，四季青翠是我国特有的种 [ 1 ] 。是山区或干旱地带绿化造林优良树种，是城市、庭院、道路特有的园林绿化珍贵树种，也是森林公园、风景区美化配置的首选树种。洛南作为白皮松的适生区，天然资源主要分布在海拔800~1500 m的北部山区。近几年来随着国家生态绿化建设工程的加强，林农看到白皮松的发展前景，由于培育管理技术粗放，导致树形瘦弱，偏冠，管理成本较大。我们通过人工培育生产实践对白皮松的移植培育技术进行了探索，为林农带来了可观的经济效益，取得了显著效果，总结如下。
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user: 2. 苗圃地选择 选择PH值为6~8，交通方便，地势稍高，土壤肥沃深厚而排水、通气性良好，不积水的棕壤、黄棕壤或黄土，对种苗光照无影响且远离高浓度二氧化硫空气污染的地块 [ 2 ] 。
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user: 3. 种苗选择 选择生长健壮、无病虫害和机械损伤，主干通直，顶端优势明显且无偏冠现象。根据培育目的选择不同高度的种苗。 培育0.5 m以内种苗，选择2~3年生高度在8~10 cm以上营养(器)袋苗或大田白皮松种苗；培育1 m至1.5 m内种苗，选择0.3 m至0.5 m营养钵苗或大田白皮松苗；培育3米以内种苗，选择1 m至1.5 m营养钵苗或大田白皮松苗。
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user: 4. 培育 4.1. 整地 在秋季10月至竖年3月底前深翻耕地并耙磨，促进土壤有机质的转化和保墒，便于栽植，提高成活率。对夏季多雨节排水不良的地块可采用起垄整地。 4.2. 移植时间 在秋季10月至竖年3月顶芽萌发前不冻土期间进行栽植。 4.3. 株行距 培育0.5 m以下种苗，株行距为0.3 × 0.3 m，用0.21 × 0.21 m营养钵或在大田栽植；培育1米至1.5米种苗，株行距0.8 × 0.8 m栽植；培育3米以内种苗，株行距为1.5 × 1.5 m，或采用原培育株行距为0.8 × 0.8 m的苗圃隔行隔株采挖留圃移栽定植。 4.4. 土球 2~3年生苗木可去掉营养袋或裸根栽植；二次以上定植培育如营养钵种苗不得破坏原土球，大田苗移植苗土球应为种苗地径的10~12倍。[土球：指苗木移植时为提高成活率，在苗木采挖时随同苗木一起采挖的原生土大小]。
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user: 5. 移植管理 5.1. 移植 移植采取“四随”即随起苗、随运输、随挖坑、随栽植，不得破坏土球、枝稍和顶芽。如营养钵苗栽植时要去除营养钵，如大田苗栽植时要去除包扎绳，确保苗木根系与土壤密切接触。埋土高度不得比原土球高2~10 cm。栽后立即进行浇透水并盖墒，因当地气候情况必要时进行补水或二次浇水，当完全成活后不必进行灌溉。 5.2. 管理 支护 1 m以下不需支护，1.5 m左右以上根据当地风力大小进行因势确定，要尽量支护以防被风刮倒或使根部漏风影响成活率。 5.3. 整形 一般不需整形，如培育单干型树冠可在栽植时将基部侧枝剪去；如培育多干型则可把主稍剪去促进分枝；如培育密枝冠型可对大田苗进行2~3次移植，或对定植好的大田苗在秋冬季分2~3年度各1次圆形对面轮换切断侧根促使萌发新枝。 5.4. 施肥 在栽植时可施腐熟的圈肥、堆肥等有机肥；追肥时应多次少量盘施或三角形施复合肥等持效肥，春季萌芽前可施少量尿素等速效肥。严禁少次多施如尿素等高浓度化肥，以防伤害根系造成烧苗或脱水死亡。 5.5. 松土除草 松土每年不得少于一次，可结合除草进行。除草应根据当地气候做到“除早除了”，每年除草4~5次；早春在草萌动前使用乙氧氟草醚类如针管用、林用惠尔800~1000倍液药物进行封杀杂草出土，或在杂草高度10~15 cm时盛花前及时使用广谱性除草剂41%草甘膦、拿扑净与乙氧氟草醚600~800倍液进行喷除(喷头要压低，尽量避免喷洒到苗木顶部或枝冠)。 5.6. 病虫害防治 松大蚜：为害症状：主要危害针叶、嫩稍、幼树或树干，易招黑霉病，轻者松针变化不大，针叶枯黄、干尖严重失绿新稍生长不及正常生长的50%或不长新稍，严重时侧枝生长受到影响或整株枯死。防治措施：1) 加强抚育管理，尤其幼龄林，冬季剪除着卵叶，集中烧毁，消灭虫源。2) 不严重时可以考虑运用瓢虫、食蚜虻等天敌进行生物防治。3) 严重时可用40%氧化乐果1000~1500倍液或20%氰戊菊酯乳油3000倍液进行防治 [ 3 ] 。
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user: 6. 结论 通过多年对白皮松的研究及移植培育管理，掌握了白皮松的生物学特性及移植培育管理技术，为培育优质壮苗提供了技术指导，为城市、庭院和公路绿化所需优质大苗提供了保障，同时提高了白皮松培育者的经济效益。
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user: 摘 要 机械连接元件级静力/疲劳试验是复合材料积木式验证中非常重要的一个项目。文中对日常项目中容易出现争执的问题，主要有：夹头位移与实际位移的偏差、疲劳试验过程中的孔变量形获取、疲劳过程中钉松动、防失稳夹具的应用等进行了一系列分析，给出了工程上便捷有效的解决方法。 关键词 :机械连接，失稳夹具，孔变形，夹头位移 Copyright © 2019 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 机械连接元件级试验是复合材料积木式验证中非常重要的一个项目 [ 1 ] [ 2 ] 。国内外对机械连接的分析成果很多 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ，试验研究方面也形成了国际标准，文中对日常项目进行中，标准中未明确规定 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] ，但影响试验效果，委托方和试验方经常性出现争执的几个问题进行试验研究。例如夹头位移与实际位移的偏差，是否需要格外的接入引伸计等设备来测量试验件的变形，文中对此问题进行了研究，发现对于不同阶段的测试，夹头位移与实际位移的偏差不一样，由此给出了工程上有效便捷的操作方案；第二个问题是疲劳试验过程中获取孔变形的方法，文中通过几种方案的实际对比，给出最优方案；再有些疲劳试验中，会出现钉松动的情况，文中阐述了这种情况对试验结果的影响及解决方法；目前的实际工程中，委托方经常对所有试验件都要求安装防失稳夹具，但其中很大一部分没有实质性的意义，因夹具的应用可能造成偏大的试验结果，存在夹具误差增加试验结果分散性的风险，此外，额外地使工作变得繁琐。
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user: 2. 夹头位移与实际位移的关系 通过一组试验对该问题进行阐述，试验依照标准ASTM D 5961 [ 7 ] 进行，选用三个试验件进行测试，编号分别为wy-1、wy-2、wy-3。试验中在孔边设置引伸计测量孔边位移并与夹头位移进行对比。试验状态如图1所示。 图1. 机械连接试验状态图 试验获得了三个试验件的载荷/位移曲线，如图2所示。引伸计、夹头位移与载荷的曲线图像形状一致，测试的位移曲线分散性都很小。 图2. 机械连接试验状态图 引伸计靠近孔边测得的结果视为试验件实际位移，夹头位移测试结果与引伸计的测试差别如图3所示，两种曲线试验结果是有区别的，不能直接用夹头位移替代试验件的真实位移。 图3. 夹头位移与引伸计测试的差别 试验件屈服后，载荷基本趋于稳定，这时加载系统的位移增加可忽略，试验件除孔之外的部分变形也趋于稳定，不在增加，系统的位移变化量几乎都来自钉孔的变形，因此可用夹头位移的增量模拟引伸计位移的增量，即在试验件屈服后存在以下公式： δ i + 1 夹 头 − δ i 夹 头 = δ i + 1 引 伸 计 − δ i 引 伸 计 试验件WY-1的对比结果如图4所示，其它两件试验件的等效结果同样非常好。 图4. 用夹头位移增量代替隐身计增量 因此，在该类试验中，试验件屈服后载荷趋于稳定时及时摘除引伸计，屈服后用夹头位移增量模拟引伸计位移增量，以免在后期拆除对试验人员及引伸计造成安全隐患。此外在屈服前，夹头位移的离散性很小，与引伸计的位移关系可循，在不便于安装引伸计的特殊环境试验中，可以通过建立关系，通过测量试验件夹头位移获得试验件的位移，注意屈服前夹头位移与引伸计位移的具体关系与材料相关。
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user: 3. 疲劳试验过程中的孔变量形获取 机械连接疲劳试验过程中需要判断连接件是否疲劳失效，一般认为孔变形量超过孔径的15%~20%时停止试验 [ 8 ] 。实际中在孔发生变形达到15%~20%后，继续放宽变形量后，疲劳次数增加不了几次，如图5所示左边的图停止时孔变形量17%，疲劳寿命42，774次。将孔变形量放宽到150%，试验启动后46次即到限，破坏模式见图5右边图。因此在实际操作过程中孔变形只要大于孔径的15%即可，不用特别精确。 图5. 不同孔变形量停止试验的破坏模式对比 主要选取疲劳试验过程中长用的三种的孔变形测量方法进行对比分析： 1) 孔边粘贴引伸计测量； 2) 夹头位移测量； 3) 测量试验件总长。 通过2个试验件的疲劳试验PL-1、PL-2 (孔径6.35 mm)对三种孔变形测试效果及操作过程进行分析，试验结果如表1、表2所示。 引伸计、夹头位移试验前、试验后进行静态加载获得迟滞曲线(图6)，载荷零点的差值即为孔间距。试验前后测试试验件的总长。 图6. 迟滞曲线 Table 1 PL-1 test result 起始 疲劳后 孔变形量 孔变形量 引伸计 0.16 1.23 1.07 16.8% 夹头位移 0.19 1.29 1.10 17.3% 试验总长 350.0 351.0 1.00 15.7% 表1. PL-1试验结果 Table 2 PL-2 test result 起始 疲劳后 孔变形量 孔变形量 引伸计 0.17 1.29 1.12 17.6% 夹头位移 0.20 1.33 1.13 17.8% 试验总长 350.0 350.9 1.1 14.2% 表2. PL-2试验结果 三种孔变形量判断的方法在疲劳测试中效果是一样的，但在实际操作方面有一些差别，见表3。 Table 3 Advantages and disadvantages of the three methods of test result 优点 缺点 引伸计 直观 需要粘接在试验件上，疲劳过程中有脱落的风险。 夹头位移 不需额外增加设备 需要设置合适的加持力，确保试验过程中不打打滑。 试验总长 操作简单 精度较前两种差。 表3. 试验结果三种方法优缺点 综上所述，疲劳试验过程中，最佳方案是通过夹头位移获取试验件的孔变形量。
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user: 4. 疲劳过程中钉松动问题 有些疲劳试验中，会出现钉松动的情况，会影响到试验寿命，为了防止钉头松动，可以通过以下两种方式进行解决(图7)。 1) 钉头挤扁，用机械的方法破坏掉钉头的螺纹； 2) 钉头和螺纹的缝隙中滴少许502胶水，胶水干掉后会在疲劳过程中形成渣，阻止钉头旋转。 图7. 防止钉头松动的方法 通过钉头和螺栓头对应位置划线的方式监测疲劳试验过程中钉头是否有松动。两种方法在实际的试验过程中都获得了很好的效果。钉头松动与不松动的试验结果对比见表4。 Table 4 Effect of different nail head treatments on fatigue lif 载荷/静强度 循环次数(个) 状态 试验件1 28% 14，664 原始 试验件2 28% 34，928 原始 试验件3 28% 1，000，000 滴胶 试验件4 28% 1，000，000 钉头挤扁 表4. 不同钉头处理方式对疲劳寿命的影响 值得注意的是，钉头在疲劳试验过程中会松动本身就是一种试验破坏模式，需要结合实际结构的使用情况判断是否需要增加措施防止钉头的松动。
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user: 5. 机械连接试验中是否选择防失稳夹具 但其中很大一部分没有实质性的意义，因夹具的应用可能造成偏大的试验结果，存在夹具误差增加试验结果分散性的风险，此外额外的使工作变的繁琐。 文中通过一组试验对该问题进行阐述，通过一组常见的复材-复材连接件，编号为LJ-1、LJ-2、LJ-3、LJ-4、LJ-5、LJ-6，前5件试验中佩带防失稳夹具，第6件试验中不佩带失稳夹具。 试验依据ASTM D 5961进行 [ 9 ] ，极限挤压强度按下列公式计算，结果取3位有效数字： σ b r u = P max k D h 其中 σ b r u 为挤压强度，P max 为破坏载荷，D为孔直径，h为厚度值，k为紧固件的数量。 试验结果如图8所示，带夹具的一组测试平均值为最大载荷12.87 KN，偏移强度为376 MPa，同组不带夹具的试验结果为最大载荷12.28 KN，偏移强度为394 MPa，不带夹具与带夹具试验结果一致。 图8. 应力/应变曲线 图9为不带夹具试验中，试验件端部的翘曲情况说明，结果表明不带夹具时，试验件末端翘曲发生在掉载之后。 图9. 不带夹具试验件端部翘曲情况 其它一些经验经历，有薄金属板连接的试验件，或者连接的两种材料刚度不匹配时，试验件连接端部容易在掉载之前发生翘曲的情况，如图10所示。 对于常规的复材与复材连接试验件，带夹具与不带夹具的试验结果是一致的，建议选用不带夹具的试样方案，建议对于特别薄(2.5 mm以下)的试验件，增加一个简单的验证试验看是否需要夹具后再选择试验方案； 对于有薄金属材料或者两个连接件刚度不匹配的组合件，若不带夹具的试验中，在掉载之前，试验件端部出现翘曲，则考虑佩戴夹具进行试验； 对于不需要带夹具的试样，佩戴夹具后进行试验，结果分散性增大。 综上认为对于常规的复材与复材机械连接试验，优先考虑不带夹具的试验方案，对于不能明确判断机械连接挤压试验中载荷下降前是否发生端部翘曲情况的试验件，建议增加一两个验证试验更具结果进行试验方案的选取。 图10. 连接件试验过程中端部翘曲情况
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user: 6. 结论 通过本次研究，得到电子束毛化连接件疲劳特性方面的结论如下： 1) 试验件屈服后，载荷基本趋于稳定，这时加载系统的位移增加可忽略，试验件除孔之外的部分变形也趋于稳定，系统的位移变化量几乎都来自钉孔的变形，因此可用夹头位移的增量模拟引伸计位移的增量； 2) 疲劳试验过程中，孔间隙通过迟滞曲线获得，最佳方案是通过夹头位移读取，无需额外接入设备。 3) 使用高锁螺钉的机械连接疲劳试验中，容易出现钉松动的问题，为防止钉松动可在钉头处滴胶或利用机械的方法破坏掉钉头的螺纹。 4) 对于常规复材–复材连接的机械连接试验过程中，一般情况下连接端部的翘曲发生在掉载之后，带夹具和不带夹具测试结果一样，不带夹具获得更小分散性的试验结果。 5) 对于有薄金属材料或者薄复材的试验件，若试验过程中，试验件端部出现翘曲，则根据实际结构应用情况佩戴夹具进行试验。
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user: 摘 要 2017年5月22日河北省出现一次低槽冷锋降水过程，河北省人工影响天气办公室利用机载粒子测量系统对积层混合云进行多次水平和垂直探测。本文利用该探测资料结合地面天气雷达、Ka波段云雷达和地面雨量自记资料分析了积层混合云中对流雨核的宏微观特征及增雨条件。结果表明，积层混合云云厚大于7 km，由冷、暖云组成，冷云厚度2 km，暖云厚度3 km。云内对流雨核可使云顶高度抬升约2000 m。大的对流雨核的水平尺度在8~15 km，小的对流雨核的水平尺度在5 km左右；对流雨核持续时间在45~60分钟，由雨核产生地面强降雨时间约20分钟，短的不足10分钟；对流雨核降雨量占天气系统总降雨量10~30%。雨核发展时云粒子浓度最高，过冷水最丰富，冷云底部过冷水最高达0.6 g∙m −3 ，5000 m以上冷云中上部过冷水达0.2 g∙m −3 ，云内丰富过冷水从雨核发展初始持续到雨核发展盛期。雨核中冷云中上层为冰晶繁生区，镶嵌较强对流雨核的冷云中均能观测到淞附冰晶以及霰粒子，冷云中上部−5℃~−10℃，是最佳的催化作业区。 关键词 :积层混合云，垂直探测，云微物理结构，云粒子谱 Copyright © 2019 by author(s) 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 积层混合云是中国主要降水云型，也是一种非常有效的降水系统，在冷锋、梅雨锋、冷涡、地形云等多种天气系统中都会出现。在华北地区低槽、冷锅、冷锋、回流等天气系统中都可能引发积层混合云降水。 国内外学者曾对积层混合云开展了大量研究。观测发现，层云中嵌入对流单体使液态水浓度比周围的层云高，且具有一定的上升速度，可以产生更多的冰晶(Hobbs and Rangno， 1990; Evans et a1.， 2005) [ 1 ] [ 2 ] ；研究发现在云中垂直速度不同的情况下(Houze et a1.， 1981; Rutledge and Hobbs， 1983) [ 3 ] [ 4 ] ，可以增加云系20%~35%的降水量；积层混合云降水往往分布不均匀，嵌入式对流单体下方降水量一般明显比周围区域高，造成“雨核”的现象(Hobbs and Locatelli， 1978) [ 5 ]。更多学者利用多种雷达资料和标准气象仪器资料分析了层云降水对浅对流泡的影响(Frederic et a1.， 1993) [ 6 ]。后来随计算机发展，对积层混合云进行了数值模拟：用数值模拟研究发现镶嵌在层状云中的对流云发展更旺盛，生命史更长，降水效率更高(Frederic et al.， 1993) [ 6 ]。 国内的学者利用雷达观测资料等分析了暴雨积层混合云的基本特征及其与降水的关系(黄美元等，1987a) [ 7 ] ；利用二维时变积云降水模式讨论了积层混合云中层状云对对流云发展和降水的影响，并得出积层混合云是一种非常有效的降水系统(洪延超，1996a，1996b；黄美元等，1987b) [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]。陶玥等用中国气象科学研究院(CAMS)中尺度云分辨模式模拟积层混合云系结构和水分收支情况估算降水效率等(陶玥，2015) [ 11 ] ；对积层混合云微物理和降水特征的数值模拟与飞机观测对比研究，发现模式模拟的云中液态水浓度(LWc)与飞机观测值具有较好的一致性(朱士超，2015) [ 12 ] ；积层混合云结构特征及降水机理进行模拟研究，模拟的降水与雷达回波与实测结果基本一致(何晖，2015) [ 13 ]。 综上所述，积层混合云较为稳定且降水效率高，适合飞机作业，是理想的增雨作业催化对象。在我国北方，多种弱不稳定天气系统都会出现积层混合云，积层混合云是一种常见的降水天气系统，也是人工影响天气业务催化专业重要云系。但“对流核强度在什么范围内适合飞机作业？对流核作业时机、部位如何选择？”等都影响作业安全和增雨效果。因此，积层混合云中对流核的研究是人工影响天气领域的重要课题，对提高人工增雨作业技术具有重要意义。 2017年5月22日河北省自北向南出现一次“低槽冷锋”天气系统，河北省人工影响天气办公室在太行山东麓对云层进行了多次水平和垂直探测。本文利用探测资料研究了积层混合云中对流雨核的宏微观结构特征，分析积层混合云对流核发生规律和作业条件。
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user: 2. 仪器和资料 2.1. 探测仪器 机载探测设备有机载粒子探测系统、AIMMS-20机载气象探测系统、Nevzorov热线式含水量仪、湿度露点仪和GPS定位等。其中，粒子探测系统包括DMT公司CDP探头，测量粒子直径范围为2~50 μm；CIP探头，测量粒子直径范围25~1550 μm；SPEC公司HVPS-3探头，测量粒径范围为150~19200 μm；3V-CPI探头是由2D-S探头和PDS所组成的，可对粒子进行高分辨率的影像探测，测量云中的水滴以及冰晶粒子的大小、形状和含量。Nevzorov热线式含水量仪可以实测云内液态含水量和冰水含量。 另外还有天气资料、石家庄多普勒天气雷达(SA波段)资料、Ka波段云雷达资料、地面雨量自记仪等。 2.2. 天气系统 2017年5月22日08时(北京时，下同)是一次明显的“低槽冷锋”降水天气系统，500 hPa高空多短波扰动，高空槽在东移过程中发展加强，华北处于槽前正涡度平流区；中低层存在明显的锋区，在700、850 hPa存在偏北风与西南风的风切变，风场、温度场交角较大，有明显的冷平流自北向南影响华北大部分地区。地面图1上，气压场表现为“北高南低”，锋面沿西北路径侵入华北。高空槽前部深厚的西南暖湿平流在冷锋锋面上抬升而形成的降水天气过程，22日20时，850 hPa风速达到了12 m∙s −1 ，锋区进一步南压，降水随风切变迅速南压，移到了华北东部和南部，入夜后，主雨带减弱由东南向移出华北。 图1. 2017年5月22日08:00 (a)，20:00 (b)高空形式和08:00 (c)地面形势图(紫红色实线为500 hPa高度场，红色实线为500 hPa温度场，黑色实线为海平面气压场，天蓝色实线为冷锋线) 2.3. 云探测概述 采用国王350飞机，结合雷达资料所确定的雨核位置，开展连续垂直盘旋探测，由云底或最低安全高度开始，盘旋到雨核顶部或云顶，然后再由云顶再盘旋到云底，连续多次进行雨核垂直探测，每次盘旋探测时间10~15分钟。为便于对比分析稳定性层状云和镶嵌对流云的层状云内的微物理结构特征，飞机还专门针对稳定性层状云做从云底到云顶的垂直探测，实施飞机探测过程如下： 图2. 2017年5月22日飞机探测航线 飞机15:03从正定机场起飞，15:11上升至3627 m (L1)，15:32平飞至太行山东麓区域(F1)；15:32~15:37由3627下降到2100 m，15:37~15:53在邢台西部A区对云进行第一次垂直上升探测(A区地面皇寺观测站布设云雷达和微雨雷达)，高度为2100~7259 m；15:53开始在7056 m高度平飞16分钟于16:09到邯郸西部B区，16:09~16:23在B区对云进行了第二次垂直下降探测，高度为7056~2106 m；16:23:41开始(L2)在2111 m高度平飞于16:31到达邯郸西部C区(F2)，16:31~16:48在C区对云进行了第三次垂直上升探测，高度为2000~7304 m；16:48开始(L3)在7239 m高度平飞于17:27到达邢台西部D区(F3)，17:27~17:39在D区对云进行第四次垂直下降探测(A区附近)，高度为7239~2059 m；2056 m高度(L4)平飞到邢台西部(F4)E区，17:49~18:04在E区对云进行第五次垂直上升探测(A区附近)，高度为2056~7256 m；18:04在7400 m高度平飞于18:08开始缓慢下降，飞机于18:32降落至正定机场(见图2)。 此次飞机均在西风槽槽前观测，由于西南气流受到太行山东麓地形因素影响，西南气流沿锋面抬升时出现区域不均衡性，层状云中伴有大小不一的对流雨核。本文针对3676 m平行和垂直上升时探测获取的机载资料进行分析。
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user: 3. 对流雨核宏观结构分析 为了了解不同探测时间段FY-2E卫星云图和雷达垂直剖面随飞行轨迹的变化情况，图3将5月22日从15时30分开始到飞机降落关键时段的卫星云图以及相应的飞行轨迹上的雷达垂直剖面进行叠加(黑色线表示飞行轨迹，飞机机头表示飞行方向)，从卫星连续演变的红外云图看出(图3)，15时30分FY-2E显示云系呈东北—西南走向带状分布，在东移过程中逐渐加强，云带变宽，L1-F1飞行轨迹对应的雷达垂直剖面和图6对应的雷达平面图显示，雷达回波呈大范围的积层混合云，中间镶嵌着分布不均匀的对流雨核。16时探测区域内出现多处云顶温度为−30℃~−40℃的高云，16:30云顶温度升高，高云区减小，至17:00高云区消失。结合图1天气形势图看，飞机探测期间(15:03~18:32)正处于西风槽槽前冷锋过境，结合雷达观测，卫星红外云图中高云区为云内夹杂对流云云顶，说明该云系为积层混合云。 为了解云的结构、云高、云内液态水含量随时间变化，在A区域(皇寺观测场)设置的Ka波段云雷达资料显示(图4)，积层混合云由冷、暖云组成，3900 m附近出现一条明显分界线，下层为暖云，上层为冷云，15:35~15:55出现的云高最大达10，000 m、且为浓密的高云，云底到4000 m高度内出现液态水丰水层，此处云雷达反演的含水量有较大误差，仅反映含水量相对变化趋势。15时03分飞机起飞至17时飞机窗外可见水线，飞机间断性出现强烈颠簸，表明云中夹杂有对流雨核。从Ka波段云雷达探测资料看，皇寺局地明显的对流雨核发生在降水过程初期，从对流雨核形成到降水结束持续时间在45~60分钟，对 图3. 不同探测时刻FY-2E卫星云图和雷达垂直剖面随飞行轨迹的叠加(a: 15:30; b: 16:00; c: 16:30; d: 17:00; e: 17:30; f: 18:00) 图4. Ka波段云雷达回波与液态水含量随时间的变化 流雨核降水后，云顶高度迅速下降到4000 m。之后，云顶高度一般为8000 m，此时云内含水量降低，云内雨核减弱，表现为稳定的层状云。层状云内出现对流雨核时，由于上升气流加强，可使云顶高度抬升约2000 m。地面逐时雨量显示15至17时探测区域先后均出现20~50 mm的中雨，17时以后在探测区域为稳定的层状云降雨，雨量为10~20 mm，至21时降水停止。河北中南部受本次天气系统影响出现大范围降水，降水带呈现西南—东北走向，雨量由北至南逐渐增强。 本文判断对流雨核降雨的标准是：瞬时最大雨强达到平均雨强1倍以上，且雨强发生突变，明显大于前期(或后期)雨强，认为降雨受到对流雨核影响。为了解对流雨核对地面降雨的影响，分析A区附近内丘、邢台、柏乡、南和四个地面雨量站五分钟地面降雨量随时间的变化，图5显示，由于雨核的出现，地面5分钟降雨量出现了巨大波动。内丘、邢台、柏乡、南和四站中，内丘、柏乡分别出现一次对流雨核降雨，持续时间分别约为10分钟和18分钟；邢台出现两次对流雨核降水，持续时间约23分钟和10分钟；南和由于五分钟雨量突变不明显，不易判断。统计对流雨核降雨显示：对流雨核地面降雨持续时间约20分钟，短的不足10分钟；雨核降雨量占系统总降雨量10%~30%。 从适合增雨作业的雷达回波指标看(孙玉稳等，2015；孙玉稳等，2017) [ 14 ] [ 15 ] ，处于飞行安全考虑，适合催化的对流雨核最强雷达回波不高于40 dBz，4000 m以上冷云中雷达回波强度小于35 dBz，镶嵌有雨核的中上层雷达回波强度为25~30 dBz。图6显示积层混合云带呈西南至东北向分布，云内出现多个回 图5. 飞机探测区域内代表站点五分钟降雨量分布(内丘、邢台、柏乡、南和) 波强度为40 dBz片状雷达回波区。为研究对流雨核尺度特征及飞机增雨催化条件，沿飞行轨迹作雷达回波垂直剖面，从雷达回波垂直剖面看，由于雨核的出现，形成了一簇簇的40 dBz左右的雷达回波区。利用飞机在3676 m高度(L1-F1)、2112 m高度(L2-F2)和7260 m高度(L3-F3)水平飞行穿过40 dBz左右的雷达回波区时的经纬度计算，大的对流雨核的水平尺度在8~15 km，小的对流雨核的水平尺度在5 km左右。图6中L1-F1飞行高度层恰好是融化层，此时没有出现0℃层亮带主要原因是云区距雷达观测站远，雷达扫描角度低。飞机在3676 m高度(L1-F1)平飞时实测含水量大于0.2 g∙m −3 的区域认为是雨核的水平尺度，实测对流雨核水平尺度与雷达观测到的雨核尺度结果一致。为了机载探头观测数据的可靠、稳定性，本文分析飞机盘旋爬升过程中探测到的数据和平行探测获取的数据，不同地区不同探测时段飞机对发展中的云的垂直探测时机也不同，飞机在A区垂直探测过程中云内夹杂有小对流云核(图6b)；飞机在C区垂直探测过程中云区位于大片强对流雨核，飞机恰好在强对流雨核的前部边缘探测(图6c)，从飞机盘旋上升轨迹判断，飞机在上升过程中四次穿过同一雨核，从图6c剖面图看，25 dBz和30 dBz雷达回波顶高逐步抬升，表明雨核处于发展过程中，飞机对该对流雨核做最后三次探测时，其35 dBz雷达回波面积有所减小，主要是由于飞机在盘旋上升过程中穿越的距离造成的(盘旋半径为10 km)；E垂直探测区位于稳定层状云中(图6d)。飞机实测的暖层云和冷层云的分界线在3900 m左右，与Ka波段云雷达观测结果一致。从15 dBz雷达回波顶高看，镶嵌对流雨核的积层混合云15 dBz最大回波顶高在6000 m，镶嵌两个对流雨核区之间15 dBz雷达回波顶高在5500 m，稳定性层状云区15 dBz回波顶高在4500 m。雷达回波顶高低于飞机实测云顶高度。 图6. 飞行轨迹上的雷达回波垂直剖面(a: 15:03~18:32)及垂直探测期间雷达回波与飞行轨迹叠加图(b: 15:37~15:53; c: 16:31~16:48; d: 17:49~18:04)
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user: 5. 结论 1) 低槽冷锋天气系统形成的积层混合云由冷、暖云组成，云厚大于7 km，0℃层高度位于3577~4004 m，暖云厚度大于2 km，冷云厚度大于3 km，云底温度为15.4℃，云顶温度为−17℃。云内对流雨核发生时，可使云顶高度抬升约2000 m。 2) 积层混合云中对流雨核强度、尺度、持续时间有较大波动。大的对流雨核的水平尺度在8~15 km，小的对流雨核的水平尺度在5 km左右；对流雨核持续时间在45~60分钟，对流雨核地面降雨持续时间约20分钟，短的不足10分钟；对流雨核降雨量占系统总降雨量10%~30%。 图13. C区CPI探头实测粒子图片(a: −10~−15˚C， b: −15~16˚C， c: −10~−15˚C；图片下方时间为世界时) 3) 对流雨核发展时，云内上升加强，大量云粒子从云底向上输送，粒子浓度迅速提高，云粒子谱在6 μm和14 μm处分别出现13，000 L −1 μm −1 左右的峰值，TWC含水量达到0.3 g∙m −3 ，但云内降水粒子极少；随雨核发展，粒子直径增大，在6 μm左右的小云粒子浓度迅速减小，14 μm的大云粒子浓度峰值缓慢下降；当雨核进入盛期，云粒子主要由10 μm以上的大云粒子组成，粒子谱不断拓宽，云内出现大量降水粒子，云内含水量达到最大值，超过0.5 g∙m −3 ；消亡期，云粒子浓度迅速降低，含水量降到0.1 g∙m −3 以下，云内存留少量降水粒子。 4) 雨核内云粒子平均直径随高度上升而增长，对流越强的雨核，平均直径增长速度越慢，输送至冷云上层的云粒子越多。通常雨核冷云底部过冷水最高达0.6 g∙m −3 ，5000 m以上冷云中上部过冷水达0.2 g∙m −3 ，且雨核发展时中上部过冷水占冷云全部过冷水比例最高达60%，云内丰富过冷水从雨核发展初始持续到雨核发展盛期。雨核的中上部−5℃~−10℃，适宜于催化作业。 5) 层云中冷云中下层为冰晶重要繁生区，雨核中冷云中上层为冰晶繁生区，在冷云的上中下层都能观测到淞附冰晶。同时，雨核中上层出现30~100 μm霰粒子。冷云中冰晶和雪晶的分布都是上层浓度大、下层浓度小。雨核的上中下层皆有聚合体出现，但巨型的降水粒子多出现在0℃附近。
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user: 摘 要 提出了一种基于压缩感知理论的广义–正则化正交匹配追踪(GROMP)算法、并用于电能质量信号重构。这种GROMP算法先基于广义正交匹配追踪算法选择原子并形成原始支撑集，再增加正则化方法对原始支撑集进行二次挑选形成最终支撑集，然后借助最小二乘法更新残差、重构出原信号。它既弥补了广义正交匹配追踪算法精度较低的不足，又克服了正则化正交匹配追踪算法稳定性差和计算量大的缺点。对暂态和稳态电能质量信号重构的仿真结果表明，新的GROMP算法对多种测量矩阵的适应度好。与传统的广义正交匹配追踪算法和正则化正交匹配追踪算法相比，这种新的GROMP算法不仅对各种电能质量信号重构的精度高，而且在压缩比较小时稳定性好。 关键词 :压缩感知，电能质量，信号重构，正交匹配追踪算法 Copyright © 2019 by author(s) 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 随着大型电器的普及，电力负荷的增加，电能扰动及暂时中断的问题越来越严重，如何提高电能质量一直是电力研究的热点问题，一系列信号处理理论也被广泛应用于电能质量信号的检测分析中 [ 1 ] [ 2 ] ，如FFT、小波变换和Hibert-Huang变换等。然而无论上述的哪种方法，其基础离不开奈奎斯特抽样准则，即采样频率必须大于两倍的信号最高频率。当电能质量信号中的暂态扰动类型复杂、变化迅速时，采用Nyquist采样定理获取高速采样信号会产生海量的采样信号数据；较高采样速率也导致硬件实现成本昂贵。为了降低存储和传输成本，很多学者提出了针对含扰动的电能质量信号的压缩和解压缩方法，如自适应霍夫曼编码、LZ系列编码、算术编码、压缩编码等 [ 3 ] ，但是这些压缩方法都是在奈奎斯特抽样准则的基础上先进行高速采样，然后再做压缩处理，不仅浪费资源，而且由于需要分配采样空间而占用大量存储，并且还有可能在传输中丢失某些数据导致抗干扰性很差。D. L. Donoho等科学家提出的压缩感知方法 [ 4 ] 以在保证恢复精度下能减少采样数据，提高运算速度，近几年在电能质量信号分析与检测领域中得到了应用 [ 5 ] 。 压缩感知的核心是构建重构算法，目前重构算法可分为：1) 通过不断选择最优解逐步逼近的贪婪算法：如正交匹配追踪算法 [ 6 ] ，压缩采样匹配追踪算法 [ 7 ] 、分段正交匹配追踪算法 [ 8 ] 、稀疏度自适应匹配追踪算法 [ 9 ] 等。2) 通过将l0范数的优化问题转化成求解l1范数凸优化问题的算法：如BP算法，阈值迭代算法等 [ 5 ] 。3) 通过分组测试重建的组合算法：链式追踪算法 [ 10 ] 。 文献 [ 5 ] 详细介绍了含扰动的电能质量信号压缩采样的可行性以及重构算法在电能检测领域的运用。文献 [ 11 ] 给出了谐波信号在DFT基下稀疏的证明，文献 [ 12 ] 证明了在频谱泄露的情况下含扰动的电能质量信号仍保有稀疏性，并提出了针对频谱泄露的改进算法。文献 [ 13 ] 提出了一种广义正交匹配追踪的算法(Generalized Orthogonal Matching Pursuit-Recursive， GOMP)，相较一般的重构算法减少了算法的复杂度，但对稀疏度K值较大的信号重构精度不足。Needell D等人提出了一种正则化正交匹配追踪算法(Regularized Orthogonal Matching Pursuit-Recursive， ROMP) [ 14 ] ，该算法提高了重构精度，但也增加了计算量。本文提出了一种广义–正则化正交匹配追踪算法，用于解决以往算法在处理某些稀疏度K值较大的含扰动的电能质量信号时，存在重构精度不足及算法计算量大的问题。