DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 暴雨的成因分析 4.1. 水汽条件 4.1.1. 水汽通量、相对湿度分析 分析9日08时~20时850~700 hPa水汽通量可以看出(见图5(a)、图5(b))，造成此次大降水的水汽来源分别为阿拉伯海和低槽系统自带的水汽。其中700 hPa中水汽主要来源于系统自身携带，中心处于咸海北部，为14 g∙s −1 ∙cm −1 ∙hpa −1 ，西南方向的水汽较少。从图5可以看出，850 hPa中9日08时来自阿拉伯海的西南方向的水汽较为充沛，中心为27 g∙s −1 ∙cm −1 ∙hpa −1 ，主要处于伊犁河谷附近，此时系统自带的水汽大值区主要位于咸海附近，中心为15 g∙s −1 ∙cm −1 ∙hpa −1 ，随着低槽的东移以及西南气流的作用下，两支水汽在北疆上空汇合，呈东西向的带状结构，昌吉州大范围降水开始。 图5. 6月9日08时(a)和20时(b) 850 hPa水汽通量(单位：g∙s −1 ∙cm −1 ∙hpa −1 ) 从相对湿度场来看(图略)，9日08时高湿区中心位于700 hPa至850 hPa呈后倾形式，700 hPa中高湿区位于69˚E，42˚N一带，和81˚E，53˚N一带，达100%，至20时，两个高湿区汇合，覆盖北疆上空，中心位于伊犁河谷上空；850 hPa中高湿区位于伊犁河谷和76˚E，61˚N至伊犁河谷一带，至20时两个高湿区在汇合覆盖北疆上空。可以看出两个高湿区在北疆上空汇合过程中，形状呈近似 > 形，说明在高湿区的西侧有相对湿度较小的入流区。 4.1.2. 水汽源地及输送机制 T-Td反映了水汽饱和程度，还可以作为能量分析的指标 [ 13 ] 。从对流层中低层500 hPa、700 hPa的T-Td场、风场和水汽通量场综合分析(图略)，可以反映出此次大降水的水汽通道路径分别为西南路径和偏西路径，且偏西路径携带的水汽较为充足，不断携带水汽输送到降水区，在干湿空气强的水平、垂直交换作用下，增强中低层水汽辐合上升，为昌吉州暴雨提供了充足的水气。 4.2. 动力条件分析 上升运动是产生降水的主要因素之一，而垂直运动的大小直接影响降水的强弱。通过分析此次降水量最大的木垒县照壁双湾村(降水总量108.8 mm)垂直速度剖面可以看出(见图6)，在9日20时双湾村中低层存在上升运动，中心位于700 hPa，中心达−33 hPa∙s −1 ，200 hPa以上存在下沉运动，22时双湾村开始降水，其中10日02时和03时出现短时强降水。可以看出，降水时段和大气大尺度的上升运动时刻基本吻合，上升运动较强，出现短时强降水。 图6. 木垒县双湾村垂直速度剖面图(单位：hPa∙s −1 ) 通过双湾村散度剖面可以看出(见图7)，在9日20时双湾村低层700 hPa以下存在风速的辐合，辐合中心达−36 × 10 −6 s −1 ，700 hPa以上存在风速的辐散，时间段与其强降水时间段基本吻合，可以看出，中低层强烈的动力抬升运动导致大降水的产生，其落区与辐合、辐散中心基本重叠。 图7. 木垒县双湾村散度剖面图(单位：10 −6 s −1 ) 4.3. 不稳定能量分析 假相当位温为暴雨诊断和预报的有力工具，能很好地反映大气不稳定能量的温湿特性。通过分析9日08~20时的假相当位温(见图8(a)，图8(b))，可以看出9日08时假相当位温的高能舌已经北伸至53˚N，中心为60℃，昌吉州上空为52℃的高能舌(图8(a))，随着系统移动，假相当位温中心于20时位于昌吉州上空，且中心增强为64℃ (图8(b))，此时正是昌吉降水量较大时段。 图8. 假相当位温、K指数、Si指数 通过分析9日20时的K指数(图8(c))和Si指数(图8(d))可以看出，20时K值的大值区和Si指数的负值区刚好压在昌吉州上空，K指数中心由08时的32℃增大为37℃，Si指数由1℃减小为−2℃，此时间段与本次开始降水的时间段基本吻合。
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user: 5. 对流云团的特征 从卫星云图可以看出，造成此次降水天气的云团为锋面云系的前部，由于有利的地形作用而生成的暴雨云团产生的。9日12:45锋面云系尾部呈松散的亮白的块状(见图9(a))，前部较为松散，呈灰黑色，降水主要集中在新疆偏西地区，昌吉州降水未开始。14点前后云系前部在中天山的有利地形下生成若干对流云团，云顶亮温为−38.33℃，对流云团沿着天山不断东移发展，不同的对流云团在昌吉州中部的加强，后部不断有新的对流单体在此补充并发展，形成“列车效应”，昌吉州自西向东大范围降水开始(见图9(b))。20时前后随着槽前西南气流的影响(见图9(c))，锋面云系的尾部逐渐加强，对流单体主要在昌吉州东部上产生，云顶亮温不断降低，昌吉州西部降水趋于减弱，中东部降水加强，受“列车效应”的影响，南部山区出现大面积的暴雨，小时雨强较强。可以看出，降水过程与对流云系生成、发展、消亡时刻对应较好。至10日白天逐渐消亡，锋面云系始终维持在新疆偏西地区，不断北上，未进入昌吉州，造成昌吉州暴雨的主要云团是锋面云系前部生成的对流云团所致(见图9(d))。 图9. 9日~10日的对流云团特征
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user: 6. 结论 此次暴雨过程南亚高压呈双体型，西西伯利亚低槽是本次暴雨的主要影响天气系统，在上干冷、下暖湿的大气不稳定层结中，配合低层丰沛的水汽以两条路径输送至降水区，中低层辐合上升、高层辐散下沉运动持久的有利高低空配置下产生的一次暴雨过程。 在表征大气层结稳定度、温湿特性的假相当位温、K指数和SI指数的最佳配置下为昌吉州产生暴雨天气提供了较好动力条件。 暴雨的对流云团产生在冷锋云系的前部，是中天山地形的辐合抬升作用所致，不断生成的对流云团合并加强，并沿昌吉州自西向东移动而形成“列车效应”，造成昌吉州出现强降水。
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user: 摘 要 生物质发电产业已得到迅速发展，是消纳秸秆最大的行业，推动了秸秆露天禁烧及大气污染控制工作，目前迫切需要研发秸秆灰渣的高值化技术。秸秆灰渣经水浸提取钾素、酸浸提取磷素之后，大部分未燃尽炭也会随钾磷去除，剩余的成分主要是二氧化硅及硅酸盐，二氧化硅含量一般在50%以上。本文以氢氧化钠为提取剂提取秸秆灰渣中的SiO 2 ，对比了焙烧法、水热法、常压液相法，初步获得秸秆电厂灰渣制备Na 2 SiO 3 溶液的工艺参数，灰渣原料中的SiO 2 溶出率达到74%。制备的Na 2 SiO 3 溶液可继续用于硅气凝胶、硅溶胶等硅基材料的生产，本文具有重要意义。 关键词 :秸秆电厂，灰渣，Na 2 SiO 3 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 生物质发电产业已得到迅速发展，是消纳秸秆最大的行业，推动了秸秆露天禁烧及大气污染控制工作。某集团公司主要采用炉排炉燃烧生物质燃料进行发电，100余万千瓦装机容量的生物质发电业务日产秸秆灰渣约800吨，成为电厂难题，迫切需要研发秸秆灰渣的高值化技术 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。炉排炉秸秆电厂灰渣含有约~10%~15%的未燃尽炭、~5%的钾元素(K)和~1%的磷元素(P)。但由于其缺氮及使用不便，未能很好返田。近年秸秆灰渣的研究开始兴起，并且多集中在材料应用。大约在2008年左右，印度科学家开始尝试使用甘蔗灰渣制备活性炭(水蒸气活化，比表面积500 m 2 /g左右)、陶瓷滤料和颗粒燃料 [ 4 ] 。2012~2015年，日本、印度尼西亚、巴西有研究利用甘蔗灰渣制备活性炭(700℃下KOH活化，比表面积2571 m 2 /g) [ 5 ] 、NaX/NaA沸石 [ 6 ] 、炭-沸石复合物 [ 7 ] 的报道。2011年有英国科学家公开了燃烧工况对麦秸无机成分的影响，并且建议利用麦秸灰渣制备硅酸钾，再进一步制备有序介孔分子筛MCM-41 [ 8 ] ，类似的工作在印度、泰国、土耳其也得到发表 [ 3 ] [ 9 ] 。目前有必要开展更多的秸秆灰渣利用研究。 秸秆灰渣经水浸提取钾素、酸浸提取磷素之后，大部分未燃尽炭也会随钾磷去除 [ 2 ] ，剩余的成分主要是二氧化硅及硅酸盐，二氧化硅含量一般在50%以上，可制备硅酸钠Na 2 SiO 3 溶液(水玻璃) [ 1 ] 。Na 2 SiO 3 是工业及日化行业的大宗原料，可用于生产白炭黑、硅胶、硅溶胶、硅气凝胶等硅基材料。本文主要以NaOH为提取剂提取秸秆灰渣中的SiO 2 ，制备硅酸钠溶液，对比了焙烧法、水热法、常压液相法，考察了SiO 2 /Na 2 O摩尔比、NaOH与灰渣的混合方式、温度、时间对灰渣原料中SiO 2 溶出率的影响，初步获得秸秆电厂灰渣制备Na 2 SiO 3 的工艺参数。
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user: 2. 实验方法 2.1. 灰渣原料 秸秆灰渣取自于某炉排炉秸秆直燃电厂(主要以玉米秸秆为燃料)的旋风分离器，SiO 2 含量为50.55%。水浸提钾后，再用盐酸溶液在液固比L/S为3的条件下除去钙镁铝等杂质、回收磷素，得到SiO 2 的含量为60.73%的酸浸灰。酸浸终点的混合液pH为0.8，酸浸灰经氨水调节pH至中性后，用水洗净，过滤，滤饼干燥后作为制备硅酸钠的灰渣原料。 2.2. 制备流程 2.2.1. 焙烧法 向灰渣原料中加入提取剂固态NaOH，混合，焙烧，加水溶解得到Na 2 SiO 3 溶液，此为固相的焙烧法。NaOH与灰渣的混合方式分为湿式混合(湿混)和干法混合(干混)两种。湿式混合是将灰渣和一定质量的固体NaOH在研钵中研磨均匀后，向其中掺入少量水，直至样品完全润湿成团状，然后置于马弗炉中焙烧。干式混合也是通过研磨混合，研磨过程中不掺水，直接放入马弗炉焙烧。之后加水溶解，分析溶液中的硅酸根，计算灰渣中SiO 2 的溶出率dissolution rate (DR)，计算公式如(a)式： (a) V 1 ：溶解过程中加入水的体积(L)； ：溶解液中SiO 2 的浓度(g/L)； ：灰渣原料中SiO 2 的含量(60.73%)；m 1 ：灰渣原料质量(g)。 2.2.2. 水热法 将灰渣原料和一定浓度的NaOH溶液置于水热反应罐中混合，在鼓风干燥箱中高温加热一段时间后，取出冷却至室温。分析溶液中的硅酸根，计算灰渣中SiO 2 的溶出率，计算公式如(b)式。 2.2.3. 水热法 将灰渣原料与NaOH溶液在L/S为4条件下混合，在80℃下加热3 h，磁力搅拌转速为800 r/min，反应装置配有冷凝回流。待反应完成，需量取固液混合物的体积，用以计算溶出率(DR)，计算公式如(b)式。 (b) ：溶解液中SiO 2 的浓度(g/L)； ：原料中SiO 2 的含量(60.73%)；m 2 ：原料样品的质量(g)；对于水热法，V 2 为最初加入NaOH溶液的体积；对于常压液相法，V 2 为反应完成后量取的固液混合物的体积(L)。 2.3. 分析方法 2.3.1. 溶液中的SiO 2 浓度测定 溶解液中的Na 2 SiO 3 浓度，依据硅酸根分析，以SiO 2 浓度计，分析步骤详见国标GB/T1574-2007，采用硅钼蓝分光光度法测定。在乙醇存在下，于浓度为0.1 mol/L盐酸的介质中，正硅酸与钼酸生成稳定的硅钼黄，提高酸度至2 mol/L以上，以抗坏血酸还原硅钼黄为硅钼蓝，即可用分光光度法测定硅酸根的浓度，以SiO 2 浓度计。 2.3.2. 灰渣原料的SiO 2 含量测定 步骤详见国标GB/T1574-2007。称取灰渣原料0.4 g，称准至0.0002 g，置于刚玉坩埚中，滴几滴乙醇润湿。加氢氧化钠8 g，混合，置于马弗炉中，在1~1.5 h内将炉温从室温升高至680℃~700℃，并保温20 min。取出坩埚，用水激冷后，擦净坩埚外壁，放于250 mL烧杯中，加入约150 mL沸水，立即盖上表面皿，待剧烈反应停止后，移入1000 mL容量瓶中。用热水洗净坩埚并将洗液移入容量瓶，加水定容容量瓶，按2.3.1的方法测定溶液中的SiO 2 浓度。之后，即能计算出灰渣原料的SiO 2 含量。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 焙烧法：硅钠摩尔比对溶出率的影响 将灰渣原料与NaOH干法混合，设定SiO 2 /Na 2 O摩尔比分别为0.7、1、2、3、4和5，置于马弗炉中在580℃下焙烧1 h，溶解焙烧后的样品获得Na 2 SiO 3 溶液，分析溶液中的SiO 2 浓度，计算灰渣中SiO 2 的溶出率，结果如图1。SiO 2 /Na 2 O的摩尔比，是灰渣原料的SiO 2 含量(摩尔)与NaOH的Na 2 O含量(摩尔)之比。随着SiO 2 /Na 2 O摩尔比减小，即NaOH用量的增加，溶出率呈线性上升的趋势。理论上摩尔比为1时，恰好能使灰渣中的SiO 2 全都转变为Na 2 SiO 3 ，但实验得到的溶出率仅71.03%；当摩尔比为0.7时，即NaOH的用量增加42.86%时，溶出率仅增大了3.6%，为73.60%；过量时，肯定有部分NaOH未参与SiO 2 溶出反应，造成浪费。基于上述考虑，选择1为最佳的SiO 2 /Na 2 O摩尔比。 图1. 硅钠摩尔比对焙烧法溶出率的影响 3.2. 焙烧法：混合方式与温度对溶出率的影响 将灰渣原料和NaOH在硅钠摩尔比为1的条件下进行干式(Dry)或湿式(Wet)混合，设置一定温度焙烧30或120 min。焙烧温度下限设为280℃ (低于NaOH的熔点318℃)，上限则为“煤灰成分分析方法标准GB/T1574-2007”推荐的焙烧温度680℃。焙烧样品经水溶获得硅酸钠溶液，分析溶液中的SiO 2 浓度，计算灰渣中SiO 2 的溶出率，结果如图2。 焙烧时间为30 min时，湿式混合的溶出率整体上比干式混合低。这可能是因为，在反应时间较短的情况下，湿式混合中掺入的水需要一定的蒸发时间，在这段时间里反应物处于低温状态，反应速度慢，使SiO 2 溶出率降低。 焙烧时间为120 min时，干式和湿式的溶出率相近，并且整体上高于反应时间为30 min的情况。考虑到湿式混合过程耗水，并且在反应完成后会结成坚硬的块状物，难以取出，溶解困难，最好选择干式混合。干式混合条件下，高温可能会使灰渣中未除尽的某些杂质元素与SiO 2 生成难溶于水的物相，导致溶出率下降；温度从580℃变化到680℃时，溶出率从66.40%减小至49.83%，下降幅度达到24.95%；溶出率在330℃时达到最高，为72.57%。湿式混合条件下，溶出率最大值和最小值分别为70.63%和64.99%。基于以上分析，焙烧法的混合方式选择干式混合，焙烧温度选择330℃。 图2. 混合方式和温度对焙烧法溶出率的影响 3.3. 焙烧法：焙烧时间对溶出率的影响 图3是在干式混合、SiO 2 /Na 2 O摩尔比为1、焙烧温度为330℃的条件下，SiO 2 溶出率随焙烧时间的变化。溶出率随时间几乎呈线性增加，在焙烧时间为120 min时达到最大值72.57%，在60 min和100 min时，溶出率分别为57.32%和66.09%，前者比后两者分别增大了15.25%和9.80%。330℃已是高于NaOH熔点的温度，而且与文献 [ 10 ] 中68.01%的溶出率为相比，溶出率为72.57%已经是可以接受的结果。如果再延长时间，可能能耗较大，选择120 min为最佳的时间条件。 图3. 焙烧时间对焙烧法溶出率的影响 3.4. 水热法：硅钠摩尔比与温度对溶出率的影响 水热反应过程是指在一定的温度和压力下，在水、水溶液或蒸汽等流体中所进行有关化学反应的总称。将灰渣原料和一定浓度的NaOH溶液置于水热反应罐中混合，在鼓风干燥箱中高温加热一段时间后，取出冷却至室温。分析溶液中的SiO 2 浓度，计算灰渣中SiO 2 的溶出率。图4是在液固比L/S等于4、加热150 min、无搅拌的水热反应条件下的实验结果，SiO 2 /Na 2 O摩尔比设为1或2、温度为80℃、120℃或160℃。SiO 2 /Na 2 O摩尔比为1时，SiO 2 溶出率随温度升高变大，80℃时的溶出率只有10.09%左右，160℃时的溶出率才上升到37.95%，依然很低，但所得到的硅酸钠溶液中SiO 2 的浓度为56.93 g/L，是适于制备高质量白炭黑和气凝胶的浓度。摩尔比为2时，溶出率几乎不变，保持在22%~26%之间，溶液中SiO 2 浓度大致在27~32 g/L的范围内。水热法的SiO 2 溶出率普遍都较低，最大不超过40%，可能是由于在反应过程中灰渣原料和NaOH溶液没有搅拌，导致两者接触不充分，有待进一步研究。 图4. 温度与硅钠摩尔比对水热法溶出率的影响 3.5. 常压液相法：硅钠摩尔比对溶出率的影响 将灰渣原料与NaOH溶液在L/S为4条件下混合，在80℃下加热3 h，磁力搅拌转速为800 r/min，反应装置配有冷凝回流。待反应完成，需量取固液混合物的体积，用以计算溶出率。实验中设定SiO 2 /Na 2 O摩尔比分别为0.7、1、2、2.86、3.5、4，结果如图5。随着摩尔比增大，溶出率降低。摩尔比为0.7时，NaOH用量最大，溶出率也最大，为80.33%；摩尔比为1时，溶出率为74.08%，这与摩尔比为1时焙烧法相近。 图5. 硅钠摩尔比对常压液相法溶出率的影响
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user: 4. 结论 秸秆电厂灰渣经酸洗处理后获得的灰渣原料，与NaOH反应制备Na 2 SiO 3 溶液，系统考察了反应方式(焙烧法、水热法、常压液相法)、NaOH与灰渣的混合方式(干混、湿混)、SiO 2 和Na 2 O的摩尔比、反应温度和时间等对灰渣中SiO 2 溶出率的影响。获得如下结论： 1) 不论哪种反应方式，NaOH用量增加，SiO 2 溶出率增加。要保证相对较高的溶出率，推荐SiO 2 /Na 2 O摩尔比为1。对于焙烧法，湿式混合和干式混合的SiO 2 溶出率相当，但干法操作简单，同时反应后产物没有板结成块，易于粉碎和溶解。 2) 焙烧法的最佳条件是SiO 2 /Na 2 O摩尔比为1、330℃下焙烧2 h，SiO 2 溶出率72.6%；常压液相法的最佳条件式SiO 2 /Na 2 O摩尔比为1、80℃下搅拌加热3 h，溶出率为74%。
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user: 摘 要 针对传统《测量学》授课方式中，课堂讲授的仪器结构和测量原理过于抽象，学生接受困难的问题，本文基于虚拟仿真技术提出了《测量学》课堂虚拟仿真教学方法。主要内容包括仪器结构与原理、仪器操作、测量方法和测量方案设计与实施等4个教学模块，通过课堂理论讲解与学生交互操作可实现水准仪、全站仪和GNSS接收机的相关测量工作，可提高学生的课堂学习积极性、学习效率和对测量学内容的掌握质量。 关键词 :测量学，虚拟仿真，课堂教学 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 测量学主要讲述测绘的基本原理和方法、现代测绘理论与技术的发展，为学生提供包括常用测量作业方法、仪器操作技能、地形图测绘及应用、施工放样等方面的训练，从而为解决工程建设的勘测、规划设计、施工、运营管理等各阶段中有关工程测量问题打下基础，完成地形图测绘、施工放样、利用地形图进行城乡规划设计、资源调查、煤矿测量等工作。测量学也是土建、水利、电力、地质、地理、矿山、交通、规划、国土、房产、市政、港口、航海、农林、资源、环保、防灾、安全等专业的必修课程。一方面由于测量学要求学生的动手实践能力较强，另一方面各专业的自身特点不同，多数专业的工作环境复杂且艰苦，传统的测量教学方式无法提供学生“身临其境”的教学感受，无法满足不同专业的需求。 近年来，随着计算机技术的飞速发展，虚拟仿真技术得到了迅速发展。虚拟仿真技术是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的人工三维信息虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界存在的事物，或创造不存在的事物和环境 [ 1 ] 。在国家级虚拟仿真实验教学中心建设引领下，各地方如湖北、湖南、四川、江苏等省份也开展了省级虚拟仿真实验教学中心建设，同样强调虚拟仿真实验教学资源的开放共享 [ 2 ] ，如我校已获批国家级虚拟仿真实验教学中心“矿山测量虚拟仿真实验教学中心”。虚拟仿真技术在测量学教学方面已有应用。文献 [ 3 ] 和 [ 4 ] 针对测绘实习受天气、环境和设备限制较大的不足，设计并实现了虚拟测绘实习平台，可满足学生测绘实习预习、模拟实习、实习数据管理等功能。文献 [ 5 ] 提出基于Quest3D的虚拟测绘实验室的解决方案。文献 [ 6 ] 后运用3ds Max等专业的虚拟现实软件，仿真水准测量过程，实现对水准仪模型的三维可视化操作、分析，使测绘仪器模型实现自动化、智能化、可视化。但现有成果在测量学的课堂教学内容与虚拟仿真结合的研究较少。目前，国内外对测量学的教学方式往往是课上讲授，课下实验和实习，课堂讲解和课下实验分离，无法实现理论与实践的即时结合。因此，如何利用现有虚拟仿真技术实现随讲随做、所学即所用的教学效果是一个亟待解决的难题。针对上述问题，本文提出并设计了测量学课堂虚拟仿真教学方法。
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user: 2. 测量学虚拟仿真教学系统设计 本系统的设计以理论与实际相结合、技术与应用相呼应为导向，充分分析相关专业的测绘需求，研究如何采用虚拟仿真技术，实现对测量设备、仪器操作、测量方法及测量方案设计的模拟，使学生置身于未来工作的“真实”场景，利用手机、平板或电脑学习相应理论知识在实际当中的应用，实现所学即所用，提高学生学习热情和学习效率。这对加强测量学基础课程建设，深化教育教学改革，提高新型人才培养的教学质量，具有重要的意义。 测量工作的服务领域虽然十分广泛，内容也很繁杂，但其含义不外乎两大类，即地形图测绘和施工放样。其基本工作内容就是测角、测距和测高差 [ 7 ] 。我校已获批国家级虚拟仿真实验教学中心“矿山测量虚拟仿真实验教学中心”，目前已建成矿井测量虚拟仿真实验教学模块、开采沉陷及控制虚拟仿真实验教学模块、矿体几何虚拟仿真实验教学模块、矿区土地复垦虚拟仿真实验教学模块等仿真实验教学模块，形成了完善的虚拟仿真教学平台 [ 8 ] [ 9 ] 。 在此基础上，本文提出了测量学虚拟仿真教学系统，其框架如图1所示。本文以中国矿业大学出版社出版的高井祥教授主编的《测量学》第五版为教材，分别在水准测量、经纬仪测量、小地区控制测量和大比例尺地形图测绘等章节进行课堂虚拟仿真教学。具体包括：仪器结构与原理、仪器操作、测量方法和测量方案设计与实施等4个教学子模块，既包括细节的仪器结构和操作，又包括针对测量项目的方案设计与实施，使虚拟仿真教学贯穿整个测量过程。同时，每个子模块分别由多个教学模块组成。仪器结构与原理主要包括水准仪、全站仪和GNSS接收机等设备的结构与原理演示，仪器操作模块包括水准仪、全站仪和GNSS接收机的整平、对中、设备操作等，测量方法模块则对于测量中测角、测距和测高差的方法和过程进行动画演示与交互操作，测量方案设计与实施模块主要由测区的勘查选点、控制网设计、施测、处理及地形图测绘等内容。 图1. 测量学虚拟仿真教学框架
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user: 3. 测量学虚拟仿真教学内容 3.1. 仪器结构与原理 仪器结构与原理虚拟仿真实验教学系统是为了解决传统课堂教学中学生对于抽象的结构与原理难以理解的问题，提供一种生动、形象的教学方法。通过动画模拟仪器内部构造、光线传播、信号传播、映射等，说明水准仪、全站仪和GNSS接收机的构造和测量原理。如图2为全站仪认知实验界面，学生可在课堂通过讲解和交互实现全站仪各部分的认知，使教学内容更易接受。 图2. 全站仪仪器认知实验界面 3.2. 仪器操作模块 仪器操作模块可实现虚拟的测量仪器操作环境，让学生真实体验测量过程，完成“仪器操作”模拟训练。主要包含水准仪、全站仪和GNSS接收机的对中、整平以及其虚拟仿真模拟教学，涵盖了教学过程中各类测量仪器的基本功能练习。图3为全站仪键盘模拟操作界面，学生可利用实验平台进行全站仪的虚拟操作，仪器安置以动画和用户交互操作的方式，实现全站仪从开箱到架设好仪器的全部过程。另外系统设置了圆水准器和管水准器的气泡移动窗口，便于学生了解全站仪粗平和精平的状况(如图4所示)。 图3. 全站仪键盘模拟操作界面 图4. 全站仪安平操作界面 3.3. 测量方法模块 该功能模块基于水准仪、全站仪及GNSS接收机，针对测量学的测角、测距和测高差的基本内容，实现水准测量、角度观测、三角高程测量和GNSS定位的模拟操作。图5为全站仪测量模拟界面，包括仪器安置、角度测量、距离测量、坐标测量和三角高程测量。水准测量包括利用双面尺法和变换仪器高法进行四等水准测量，GNSS定位测量虚拟教学中，通过仿真的手簿操作界面，实现单点定位和实时差分定位测量。 图5. 全站仪测量模拟界面 3.4. 测量方案设计与实施模块 本模块针地形图测绘中所涉及的完整测量过程，首先采用虚拟仿真技术，以学生熟悉的校园环境为基础，采集并处理校园数字正射影像、建筑纹理贴图、基础测绘数据，构建了三维虚拟校园系统，学生可浏览整个测区概况，进行勘测选点。在此基础上，根据测量规范，进行GNSS、导线和水准控制测量，进行虚拟仿真测量，并对测得的数据进行处理。然后分别模拟全站仪和实时差分定位技术进行地形图测绘，并基于测得的数据进行地形图绘制(图6)。 图6. 测区勘查、选点仿真界面
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user: 4. 结束语 针对测量学教学中理论与实际无法在课堂结合的不足，本文提出了测量学课堂虚拟仿真教学方法。该虚拟仿真教学方法，能克服传统测量学教学过程中灌输式教学方法在抽象的理论和原理教学方面的不足，提高学生学习的积极性和学习效率，提升学生实践环节的理解程度和动力能力。本文中提出的课堂虚拟仿真教学系统还不够完善，如测设内容还未进行设计，这是未来工作的内容之一。此外，测量学课堂虚拟仿真教学在理论课堂中的最佳应用方式还需在未来的教学中进一步探索，以提高学生对于测量学的理解程度和测量实践中的动手能力。
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user: 摘 要 本文主要研究周期性微偏振片阵列的制备与偏振特性。首先采用电子束光刻技术制备周期性的铝纳米线栅阵列，其次利用聚焦离子束刻蚀技术制备不同深度的铝纳米线栅阵列。之后通过偏振光路测试系统表征铝纳米线栅阵列，讨论周期、深度对偏振片偏振性能的影响。实验结果表明，在可见光谱中适当减小光栅的周期、增加光栅结构的深度均可以改善周期性微偏振片阵列的偏振性能。 关键词 :微偏振片，聚焦离子束刻蚀，电子束光刻，铝纳米线栅阵列，偏振性能 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 光栅通常用于光学器件中的光束分裂、引起色散。大量的研究发现亚波长金属光栅具有偏振特性 [ 1 ] [ 2 ] 。实验和理论方法均证明，当光栅周期远小于入射波长时，能够表现出强烈偏振特性。借助光栅的这一特性，为我们提供了不同于亮度和颜色的另一维度信息。 偏振信息通过偏振成像获取，而这些偏振信息是无法通过人类的眼睛直接观察得到的。对自然界中光的偏振特性进行研究分析，然后依据光的偏振特性建立偏振成像系统，对人类的视觉与观察系统有一定的提升、帮助作用，增添了人类观测事物的途径。偏振成像拥有非常广阔的应用领域，主要有图像增强 [ 3 ] [ 4 ] 、三维重建 [ 5 ] [ 6 ] 、医学影像增强 [ 7 ] [ 8 ] 、雾去除 [ 9 ] 、应力应变特性 [ 10 ] [ 11 ] 等，其在区分人造物体与自然物体方面也有非常重要的应用价值。而在偏振成像系统中至关重要的模块是偏振片，随着微纳加工技术的发展，研究者提出了不同的方法实现偏振光栅微阵列的制造。 1998年，阿拉巴马汉茨维尔大学的Nordin在光刻胶上用干涉光刻技术制备了周期为475 nm，占空比为25%，厚度为500 nm的线栅结构，然后利用离子束刻蚀的方法将图案转移到200 nm厚的钼上，由于一部分钼被离子束刻蚀掉，结果，获得了硅上厚度为134 nm的金属钼线栅结构 [ 12 ] 。 2014年，大连理工大学的褚金奎等人利用纳米压印光刻完成了光栅的集成步骤。他们用Si作为衬底制作光栅。制备了200 nm周期、100 nm线宽、220 nm高度的光栅。以这样的线栅作为模具，在其表面用抗粘药剂处理，用硅模板在胶上进行压印和脱模后，在胶上蒸镀90 nm的铝层，最后，形成了具有不同方向的双层偏振线栅阵列 [ 13 ] 。 通过干涉光刻方法可以获得大面积的图案结构，但是制备出的图案形状比较单一，要同时制备多方向线栅阵列，工艺问题复杂。2013年，华盛顿大学计算机科学与工程学系的Gruev等人利用电子束光刻结合离子束刻蚀实现了光栅4个方向的集成。利用电子束曝光系统，他们一次性在200 nm厚的PMMA上刻蚀出了四个方向的线栅阵列。由于电子束的高分辨率，他们制造出来的最小单元周期为100 nm，宽度为50 nm [ 14 ] 。因此，电子束可以产生任意形状的图形，与离子束结合制造金属线栅可以简化工序。 本文利用电子束光刻技术单次曝光制备集成四方向周期性铝纳米光栅微阵列。不同周期的集成四方向铝纳米光栅微阵列的偏振性能不同。并且利用聚焦离子束刻蚀技术制备周期性铝纳米光栅微阵列，实现了无需掩模结构，直接刻蚀铝得到微纳结构的过程，相比电子束光刻技术简化了工艺过程，增加了结构的刻蚀深度，得到的周期性铝纳米光栅微阵列的偏振性能更好。
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user: 2. 等效介质理论分析亚波长金属光栅 在透明衬底上利用微纳制造技术制备周期性铝纳米光栅，由图1中所呈现的结果，入射光波长相对于纳米光栅的周期大很多时，与光栅方向一致的偏振光分量是TE偏振光，与光栅方向垂直的光矢量是TM偏振光。当入射光照射到金属介质表面时，与光栅方向平行的TE偏振光将在与光栅一致的方向上有自由震荡的电子产生，这种情况下TE偏振光将产生被反射的现象。然而垂直于光栅方向的TM偏振光由于在此方向上不会产生剧烈震荡的电子，并且它在金属光栅表面上也没有反射现象的产生，而是直接透射金属光栅介质。因此，当光波具有不同的偏振方向时，金属光栅的等效作用是不相同的。把TE偏振光当作入射光的时候，因为金属介质对光波进行反射，偏振光栅层相当于金属膜，把TM偏振光当作入射光的时候，其大部分光被顺利透过，偏振光栅层类似一个介质层，光的传播状态不会被此介质层改变。当入射光波长相对于光栅周期大很多的时候，光栅的偏振特性就可以用等效介质理论进行说明。 图1. 亚波长金属光栅结构示意图 等效介质理论(EMT)可以用来简化结构模型，是比较简洁明了的近似理论。具有周期特性结构的模型通过EMT可以得到简化，此模型可以用均匀介质进行替换，具有周期特性的金属光栅即是一种均匀介质，光栅深度可以看作是介质层的高度，从而实现了均匀介质模型，展现出了EMT的思想。 通过EMT将结构近似简化之后，可以利用完整成型的理论体系或者概念模型进行金属光栅的特性分析，其中Maxwell方程组就是一个典型的理论应用例子。TE电场矢量与TM电场矢量，在计算等效折射率时有一定的差异性，公式1和2所示为等效折射率表达式。 n T E = f ( n 1 + i k 1 ) 2 + ( 1 − f ) ( n 2 + i k 2 ) 2 (1) n T M = ( n 1 + i k 1 ) 2 ( n 2 + i k 2 ) 2 ( 1 − f ) ( n 1 + i k 1 ) 2 + f ( n 2 + i k 2 ) 2 (2) 公式中光栅的占空比用f表示，n代表材质折射率，k代表消光系数，下标1、2分别代表光栅的使用材料与光栅缝隙之间的介质。通常光栅缝隙之间充满空气，也就是说k 2 的数值为0。以达到降低运算复杂度的目的，把k 1 的数值设置成趋向于无穷大，也就是把金属当作理想的导体，公式3和4分别是等效折射率的简化结果。 n T E = i k 1 f (3) n T M = n 2 1 − f (4) 从以上可以得出，对于TE偏振光，金属光栅的折射率经过简化之后只存在虚数的部分，然而TM偏振光的折射率中只存在实数部分。在可见光谱范围内，通常所使用介质材料的折射率只存在实数部分，但是在通常使用的金属材料中，折射率的实数与虚数都不是零，而且通常实数要小于虚数。所以，相对TE偏振光而言，金属光栅的折射率只存在虚数部分，这时的光栅可以看作一层金属膜，当与金属光栅方向一致的TE偏振光入射到金属表面时，在与栅线一致的方向上有自由振荡电子的产生，金属光栅把入射光TE偏振分量的大部分进行了反射；同理，对于TM偏振分量，近似看作是一个介质层。上述公式还呈现出，占空比f影响TE偏振光和TM偏振光的等效折射率，而占空比f又与金属光栅周期、线宽等参数有关，所以可以对周期、线宽、占空比等参数的调节改变等效折射率，通过TE偏振光和TM偏振光透过率比值的改变，提高消光比。
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user: 3. 周期性微偏振片阵列的制备 3.1. 电子束光刻制备周期性微偏振片阵列 在可见光谱范围内，铝相对于其它金属有更好的偏振性能，所以，本实验中选用金属铝制备周期性偏振光栅阵列。每相邻四个偏振方向0、π/4、π/2、3π/4组成一个单元，每个方向单元形状、大小一样。铝纳米线栅阵列的周期分别为500 nm、200 nm，占空比为0.5。采用环境扫描电子显微镜(FEI Quanta 250 FEG)和电子束曝光系统(JC Nabity NPGS)制备微阵列，利用电子束曝光得到掩膜图形，再利Sentech公司感应耦合等离子体刻蚀系统，将掩膜结构转移到Al金属层上，流程图如图2所示，具体的制备步骤如下所述。 图2. 电子束光刻流程图 1) 本实验中将样品依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中，并在超声机中各超声清洗三遍，每遍5分钟，频率70 kHz，最后将样品烘干。这样残留在样品衬底上的晶体颗粒、杂质、灰尘会被清理。 2) 通过Quorum Q150T ES型号镀膜机，利用溅射的方法在玻璃衬底的表面镀150 nm的铝层，沉积薄膜过程中溅射电流设置为150 mA，并且旋转台保持匀速旋转以保证薄膜的均匀性。 3) 将样品放置在KW-4A型台式匀胶机的样品吸盘上，并且滴入AR-P 6200光刻胶在转速为4000转/秒设置下旋涂60秒，得到200 nm厚度光刻胶涂层。 4) 旋涂好光刻胶后为了将溶剂中的水分蒸发掉，增加光刻胶与铝膜的粘附性，将匀胶后的样品放置在温度设定为180˚的热板上烘烤60秒。这些参数设定来源AR-P 6200光刻胶说明书。 5) 使用Quanta 250扫描电子显微镜(SEM)在加速电压30 KV下进行电子束曝光，在曝光之前需要聚焦和调像散。样品放入抽真空的腔室内待抽好真空后，对镀金碳标样调节像散，标样上的单个金纳米颗粒表面清晰扫描成像后，在样品表面寻找一或两个微小颗粒或是杂质进行聚焦，在与调节像散时的放大倍率相同的情况下，将颗粒或者杂质边缘扫描清晰，并且这个边缘最好是与基底表面紧贴。调节好聚焦和校正像散后要确保样品与电子枪的相对距离为4 mm~6 mm之间。电子束曝光是在以上条件下开始进行，最终得到图案化结构。 6) 为了将曝光后图案显示出来，将曝光后的样品在AR 600-546显影液中显影60 s，之后去离子水冲洗30秒，得到设计的光刻胶掩膜图形。 7) 将显影后的样品放置在温度设定为130℃热板上烘烤60 s，以增加光刻胶掩膜图形的稳定性。 采用ICP反应离子刻蚀技术将掩膜图形结构转移到金属铝层上。ICP过程的主要参数分别为压力0.3 Pa、功率50 W和ICP功率300 W，采用氯气和三氯化硼两种气体进行刻蚀。 8) (Cl2:10，BCl3:10)。 9) 最终清除样品结构上未刻蚀掉的光刻胶层，得到周期性铝纳米线栅阵列。 利用扫描电子显微镜(SEM)对制备的光栅微阵列结构进行表面形貌测试，如图3、图4所示。 图3. 周期为500 nm的偏振光栅阵列 图4. 周期为200 nm的偏振光栅阵列 3.2. 聚焦离子束刻蚀技术周期性微偏振片阵列 在可见光谱范围内，铝相对于其它金属来说有更好的偏振性能，所以，本实验中依旧选用金属铝制备周期性偏振光栅阵列。制备单元形状、大小相同，但四个偏振方向分别为0、π/4、3π/4、π/2的铝纳米光栅阵列。每个单元均是200 nm周期的光栅，0.5占空比。 本实验中，首先通过Quorum Q150T ES型号镀膜机，在石英玻璃基片上采用溅射方法分别制备出100 nm、200 nm的铝薄膜。沉积过程中溅射电流设置为150 mA，并且旋转台保持匀速旋转以保证薄膜的均匀性。 其次采用FEI公司生产的型号为Helios G4的聚焦离子/电子束双束系统，先在电子束状态下对铝薄膜表面成像进行调节，使成像在一定放大倍数下尽可能清晰，其工作条件：电压10 KV，束流强度0.17 nA，工作间距即电子枪和样品表面的距离设为4 mm左右。然后将样品台旋转52度，在离子束状态下对样品进行聚焦并进行刻蚀，工作条件：电压30 KV，束流强度80 pA。待加工完成后切换到电子束状态下观察偏振光栅的成像。最终分别得到结构深度不同的两种偏振光栅结构。图5所示是采用聚焦离子束刻蚀技术得到的结构。 图5. 偏振光栅不同放大倍数下的SEM成像
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user: 4. 偏振光路测试系统及结果分析 图6是偏振光路测试系统，首先是光路的光源部分，本文选用偏振性不明显的红光LED (620 nm~630 nm)，功率为5 W，并将LED与稳压电源连接进行供电，电压范围设置2 V到2.5 V内，而对测量精度有影响的重要因素就是光源的均匀性，因此将LED光源发射的光引入积分球内，提高出射光的均匀性。其次是偏振部分，将线性偏振片固定在精度为0.5度的旋转台上，这样从积分球出射的均匀光经过线性偏振片后就会获得任意方向的线偏振光。最后是成像部分，将Navitar显微镜与CCD相机放置在样品上方，在测量过程中，线偏振片每5度旋转一次，利用CCD记录光强，同时得到样品结构在不同方向线偏振光下对应的灰度图像。以上光路系统各部分之间均是由独立支架支撑，避免由旋转台转动产生震动干扰其他部件的稳定性。 图6. 偏振光路测试系统 利用测试系统对样品结构偏振性能进行评估。将线偏振片旋转180度，每旋转五度会得到样品结构对应的灰度图像，如图7所示。读取每张图像同一方向的灰度值，并依次计记录。 如果水平方向是0度，通过灰度图像可以看出，0度、45度、90度和135度的偏振光栅在不同方向的线偏振光下透过率不同。当光源的偏振方向与铝纳米光栅平行时，灰度值很大，即铝纳米光栅阵列的透过率很高，而当光源的偏振方向与铝纳米光栅垂直时，灰度值很低，即铝纳米光栅阵列的透过率较低。随着线偏振片旋转，铝纳米光栅与光源偏振方向处于非平行、非垂直状态时，光栅的透过率介于最强和最弱之间，最强透过率区域慢慢转移向相邻区域。如图7所示，光栅不同方向透过率随入射线偏振光的方向改变，验证了制备的偏振光栅具有偏振特性。 图7. 偏振光栅阵列在0˚、45˚、90˚与135˚线偏振光照射下的光强分布 在可见光源下，每个单元的消光比是由最大灰度值与最小灰度值之比决定的，定义如公式5： T = G max G min (5) 图像的平均灰度值是移走样品后获得的，结构的最大透过率分析表达式如公式6: [ 15 ] E = G max G a v e (6) 讨论周期为500 nm与周期为200 nm的偏振光栅阵列周期对偏振性能的影响。两种不同周期结构的占空比均为1:1，铝膜厚度150 nm。采用红光光源(波长620 nm~630 nm)经过偏振光路测试系统得到灰度图像，通过后续数据分析处理得到表1所示实验数据结果。 Table 1 Polarization performance under different period 周期 500 nm 200 nm 消光比 7 17 表1. 不同周期下的偏振性能 从表1可以得出，减小偏振光栅阵列的周期即可以提高结构的消光比，偏振片的性能会得到提高，这有助于偏阵成像的实际应用效果，但是，电子束曝光技术的精度与实际操作过程的误差限制，偏振光栅的周期不能无限制的小，所以这对工艺制造水平有很高的要求。 本文利用聚焦离子束刻蚀技术制备的可见偏振成像的偏振光栅，分别刻蚀了100 nm、200 nm深度的结构。采用红光光源(波长620 nm~630 nm)经过偏振光路测试系统得到灰度图像，通过后续数据分析处理得到表2所示实验结果。 Table 2 Polarization performance at different depth 深度 100 nm 200 nm 消光比 12 42 最大偏振透过率 84% 66% 表2. 不同深度下的偏振性能 表2直观表明当金属光栅层的厚度增加时，消光比会提高，最大偏振透过率随着金属光栅层厚度的增加而降低，结构消光比之所以会提高是由于TE波的透射率随着金属光栅层厚度增加迅速减小。但是不宜过度增加金属光栅的厚度，在提高消光比的同时也要获得合适的透过光强。
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user: 5. 结论 本文首先采用电子束光刻技术制备周期500 nm、200 nm的铝纳米线栅阵列。金属光栅存在偏振现象原理可以由等效介质理论分析解释，同时分析了TM、TE偏振光的等效折射率与参数周期、线宽、占空比等相关，改变相关参数可以调节TE偏振光和TM偏振光透过率之比，这样消光比就会提高。本实验结果表明了减小金属光栅的周期可以提高消光比，但是金属光栅的周期越小，对制作工艺会有更高的精度要求。其次采用聚焦离子束刻蚀系通过刻蚀不同厚度铝膜得到了周期性铝纳米线栅结构，实验结果表明增加金属光栅层的厚度，结构消光比会增加，这是由于TM波的透射率减小，而TE波的透射率随着金属光栅层厚度的增加迅速减小所造成的。实际应用中，提高结构消光比的同时也要考虑结构的透过率，因此不宜过度增加金属光栅层的厚度。并且相比电子束光刻技术，聚焦离子束刻蚀技术不仅简化了工艺过程，而且增加了刻蚀深度，结构的偏振性能更好些。
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user: 摘 要 地球演化历史表明，作为地表物质能量交换的重要场所，陆地植被覆被的演化进程决定着大气环境质量的变化。工业革命以来，大规模的资源环境开发与城镇化发展极大地干扰甚至颠覆了陆地植被覆被正常的演进秩序，从而造成大气环境质量的急剧恶化。有鉴于此，最大限度地改善陆地植被萎缩的状态和提高人类资源环境的使用效率便成为国家绿色发展的基本目标与核心任务。作为世界上最大的工业化新兴国和最大的荒漠化治理与现代草场建设开发国，中国的绿色发展任重道远。 关键词 :绿色发展，大气环境质量，荒漠化治理，现代草场建设 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 地球虽小，却是我们已知宇宙中色彩最为斑斓的星体，其中以绿色为基调的大陆正是我们人类生存的家园。在地球家园中，我们人类对绿色有着天性的偏好和热爱。然而，自工业革命以来，对财富积累的过度追求使人类社会的发展越来越偏离原有的绿色发展轨迹。目前人类正在重新审视自己的行为，努力回归绿色发展，以改善不断恶化的家园环境。重新审视地球演进历史，聚焦陆地植被覆盖与大气环境两者变化的基本特征，总结经验，为实现人类绿色发展意识从自发走向自觉的成功转变提供有益借鉴。
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user: 2. 陆地覆被与大气环境 地球诞生之初，地上火山肆虐，天空浑浊不堪。经过数十亿年进化，先是地壳冷却成型，然后出现了海洋和初级生物，并在大约6亿年左右陆地逐步被绿色植被覆盖(地绿了！)，大气环境最终变成了人们今天所见到样子(天蓝了！氮78%，氧21%，其他气体与水气1%) [ 1 ] [ 2 ] 。毕竟我们的地球命运多舛。6500万年前一颗小行星撞击地球，几乎完全摧毁了绿色基调为主的陆地生态体系，致使地表环境再次陷入天昏地暗的绝境。此后经历了数百万年的静养，地球陆地的绿色生态系统重获新生，无际的蓝天再次回归 [ 3 ] 。遗憾的是，工业革命以来人类大规模的资源环境开发活动、特别是大规模的矿物燃料使用，再一次威胁到包括大气在内的地表环境稳定运行。 如此的地球演化历史表明，大气环境的变化往往随着陆地生态系统的变化。换言之，大气环境的稳定通常取决于陆地生态系统的稳定。因此，解决大气环境问题之道或关键就在于能否维系所有生物生存的陆地绿色主体稳定。这应是研究大气污染与绿色发展的基本出发点和核心内涵所在。 那么，如何才能实现以地绿来维系天蓝呢？ 我们的认识是：第一要最大限度地提高地表植被的覆盖率，以扩大人类生存的绿色基础；第二，最大限度地提高人类自然物质与能源的使用效率(图1显示，目前，人类的能源使用效率不足40%，物质的循环使用率不足50%)，以减少乃至终止人类活动对地表环境自我恢复过程的负面干扰。 图1. 全球2011年能源利用效率示意图 [ 4 ] 目前全球陆地的绿色植被覆盖率为59.0%，其中森林、草场与可耕地分别为27.1%，22.5%和9.3%。中国的陆地国土绿色植被覆盖率约为68.9%，高出全球均值水平10个百分点，其中森林、草场与可耕地分别为25.9%，27.5%和15.4%，是全球草场资源拥有大国(图2和图3)。 图2. 全球11个大国国土绿色植被覆盖率，2010年 图3. 11个大国草场占全球比重，2010年
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user: 3. 草场作用的认识 在陆地表层的绿色植被覆盖中，草场不仅对国家和地区人文社会的发展贡献至伟，而且对整个人类文明的诞生和发育更是功莫大焉。 对国家而言，建立在草场基础上的游牧文明与建立在耕地基础之上的农耕文明往往是大陆国家建立的两大基本组成、特别是在亚欧大陆地区。我国的人文历史恰恰就是一部游牧与农耕两大文明长期冲突和融合的过程。作为中国最后一代封建帝制，清朝虽然在寻求国家工业化发展方面乏善可陈，但在推进游牧与农耕两大文明的国家长期融合上却是功不可没，甚至是历代封建王朝中最为成功的。 从整个人类文明的诞生和发育看，草场的作用更是需要大书特书的。遗憾的是，长期以来、特别是工业化革命以来，人们对草场在陆地绿色植被覆盖方面的作用表现出越来越少的关注。 大约在700万年前，人类的祖先们还活跃于丛林环境之中。此后，随着全球气候的变化，地表植被发生重大变化。从非洲到欧亚，再到美洲大片草场几乎同时取代了原有的丛林，从而形成了连绵不断的稀树草原景观。为了寻求食物以求生存，人类的祖先们不得不一次次的离开大树，以步行姿态(一方面为了防卫食肉动物的袭击，一方面为了准确移动至下一个大树)游弋于稀树草原之间。对古猿类而言，这种行为变化无异于一场革命。长期的行走，最终促进了猿类的肢体分工，而“手”的解放则标志着从猿到人的根本性转变，并从此开启了人类文明之旅。 翻阅历史不难发现，从采集游猎(人类文明第一步)到农耕生产(人类文明第二步)大约占据了人类文明发育时期的99% [ 5 ] 。而支撑人类文明发育的资源基础就是长期默默无闻的草场。不用说采集游猎时期的食物来源，就说农耕文明时期的主要食物生产，从麦稻五谷，到蔬菜果品、从油料糖类到草药香料，从猪马牛羊到各类家禽，无一不是源自草原植物与动物的生物链母本。 同样需要指出的是，在支撑人类文明发育的进程中，草本植物的功绩不仅在于其适应性强和分布面积广(目前草场和耕地分别占全球陆地总面积的22.5%和9.3%，两者的空间占比合计相当于林地占比的1.17倍)，而且还在于其物种有着更适合于人类初始文明发育的多样性发育。 之所以强调草本植物物种多样化的原因在于，在如此广大陆地空间生存的人类种群所面临的自然地理环境是如此的复杂多变，没有草本植物物种多样化的物质条件支撑，人类最初不可能在几乎同一时期建立起横跨非洲、亚欧和美洲大陆的古埃及(大麦、小麦)、古巴比伦(小麦、豆类)、古印度(大麦、小麦)、华夏(五谷杂粮)、克里特(小麦、豆类)和奥尔梅克(玉米、马铃薯)等诸多文明社会。 实际上，草本植物生态系统的多样化发育不仅向人类展现了自然环境的复杂多变性，而且也为人类生存预期的改变提供了现实的可能。在此方面，一个最为典型的例证就是人类对草类药物作用的发现和利用。虽然多数历史学家对与草药在人类文明中的作用几乎很少提及，但其广泛的使用对古代人类身体健康状态的改善无疑起到了非常重要的作用。 毋庸置疑，没有全球气候变化所造成的茫茫草场取代大片林地，便没有人类诞生的可能，更不用说人类文明的长期发育了。 默默青草、恩泽无疆。 然而，自工业革命开启了以能源和矿产两大资源开发来实现社会财富快速积累的大门之后，草场资源对人类文明的巨大贡献很快便被淡化、甚至遗忘了。资本积累最大化的利益驱动加剧了人地关系的全面紧张局面，由此产生的必然结果则是人类生存环境的持续恶化，其中最为典型的就是由于草场与土地退化而加速的土地荒漠化。 据统计，目前荒漠化影响着世界上36亿公顷的土地(3600万平方公里)，占地球陆地总面积的25%，威胁着大约100个国家的10亿多人的生活，而且每年仍按5~7万平方千米的速度扩展，每年因沙尘暴虐造成的直接经济损失高达400多亿美元。土地荒漠化已成为全球生态的“头号杀手” [ 6 ] 。 我国的荒漠化土地面积超过260多万平方公里，占国土总面积的27.3%，是世界上荒漠化土地资源拥有大国。这些荒漠化土地既是发展我国绿色生态事业的最大障碍所在，也是提高我国绿色植被覆盖水平的最大潜力空间所在。 2000年以来，经过巨大努力，中国的荒漠化土地面积由20世纪末年均扩展1.04万平方公里转变为目前的年均缩减2424平方公里，沙化土地面积由20世纪末年均扩展3436平方公里转变为目前的年均缩减1980平方公里，为国际社会贡献了“中国智慧”和“中国经验” [ 7 ] 。
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user: 4. 现代草场建设 现代草场建设的基本模式为：天然草场保护 + 人工草场建设。这就是人们常说的草场建设保护和开发并重问题，其中的保护的重点是天然草场；开发则指的是通过荒漠化土地改造来推进现代人工草场建设。这是维系草场生态系统稳定和改造土地荒漠化，实现草原生态建设和经济发展双赢的一条必由之路。 在此方面，内蒙古就有着很好的成功实例。 进入20世纪90年代后阿鲁科尔沁旗(通辽市西)的草原生态急剧恶化，该旗的草场处于沙化和半沙化状态，水土流失严重，沙尘暴频繁发生。当地放牧有句说法叫：跑死羊！2009年当地牧民在沙地种草。几经磨难，终获成功。例如，一位当地牧民种植了4500多亩苜蓿和燕麦(一圈500亩地，有9个圈；一亩1000斤，共计50万斤；一斤0.8元，合40万元)，不仅每年产草450万斤，收入360万元，而且极大改善了当地环境 [ 8 ] 。 草原牧民种草是我国现代市场化发育的一种必然选择。2008年三氯氰胺事件极大地挫伤了我国奶牛业的发展。为此，国家大力推进通过生物技术提高饲料蛋白的途径，提高产品质量，振兴牧业。这一变化造成了我国苜蓿这类高蛋白草料的消费需求大增。然而，由于国内生产能力的短板一时无法克服，2015年间我国的苜蓿干草进口量超过了121万吨，较2009年时的增长了近22倍，成为全球第一大苜蓿进口国(图4) [ 9 ] [ 10 ] 。 与内蒙古东部地区相比，内蒙古西部地区的库布其沙漠治理对国家绿色发展的意义更为重大。 与内蒙东部沙化土地治理的“政府 + 市场 + 个人 + 饲草种植”的开发模式不同，内蒙西部库布其沙漠治理采用的是“政府 + 市场 + 企业(伊利) + 草药 + 林业”的植被开发模式。 经历了近30年的人力、物力、科技和资本的不断投入，目前已有6400多平方公里的土地已由沙漠变为了绿洲，约占库布其沙漠总面积的1/3。 图4. 中国苜蓿产量与进口，2009~2015年 目前库布其沙漠的治理共花费投资410亿元，其中生态建设40亿，产业投资380亿。结果，共计修复绿化沙漠969万亩，固碳1540万吨，涵养水源243.76亿立方米，释放氧气1830万吨，生物多样性保护产生价值3.49亿元，沙尘天气减少95%，不仅使当地10万人贫困人口在沙漠治理中实现了脱贫，提供了就业机会100多万人(次)，而且还创造了5000多亿元的生态财富 [ 11 ] ，投入产出比为1:12.1，远高于能源产业。
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user: 5. 结论 地球陆地植被覆被的演化进程既是维系大气环境质量稳定的基础所在，也是供养其他陆生种群生息繁衍的基础所在。在整个陆地植被系统演进中，尽管草场的服务功能不及林地，但它在人类及其文明的发育进程中起着独特的关键作用。 中国是世界草场资源大国。草场资源开发在中华文明的长期成长过程中至关重要。然而，在国家现代化建设初期，大规模的资源环境开发活动导致草场资源的严重退化，从而极大地干扰了中国国土绿色植被覆盖空间发育的稳定。进入21世纪以来，随着对草场作用认知水平的不断提升和人力和物力投入的不断增大，中国沙进草退的局面开始得到了根本性的扭转，并为国际社会贡献了国土绿色覆被环境改善的“中国智慧”和“中国经验”。 作为现代草场建设和荒漠化治理的成功代表，内蒙古的实践表明，无论从资源环境基础与产业结构调整，还是自然环境保护的角度看，科学与合理的草场资源开发和建设应成为国家大气环境治理和绿色发展的一个不可或缺的组成部分，且大有可为。诚然，作为世界上最大的资源环境消费大国和最大的荒漠化治理与草业发展的潜力开发大国，中国的绿色发展之路依然任重道远。
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user: 摘 要 研究通过田野调查，采用随机抽样调研方法，对云南临沧市翁丁村经济发展状况进行考察，并从资源系统及发展资本层面对该村经济的可持续发展认真研究，以期在翁丁村特有的资源利用与保护中找到契合点，既满足于当代居民生活水平的不断提高，又能为未来的翁丁居民留下可持续利用的资源，促进翁丁村经济健康持续地发展，创造翁丁村民现在与未来更大的福祉，使世界独一无二的翁丁村和全人类共享的佤文化不断积淀和传承。 关键词 :资源资本经济可持续性，翁丁村，云南省 Copyright © 2019 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. 翁丁是世界的佤族文化属于全人类！ 翁丁佤族古村落位于临沧市沧源佤族自治县勐角傣族彝族拉祜族乡，地处勐角傣族彝族拉祜族乡西面，距县城39公里，距勐角乡政府所在地17公里。据寨主杨岩那睦回忆，早在400多年前，杨姓头人带领一批佤族先民从今缅甸佤邦的昭帕进入今沧源县境内的芒回，以后又带领9户人家来到今天的翁丁建立起村落。如今，翁丁村已发展成有农户261户、人口1145人，杨姓、李姓、赵姓、肖姓等姓氏共聚的佤族村落 [ 1 ] ，全村分为上寨和下寨。