DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 晋城市地名统计分析 3.1. 地名文化景观用字类型统计 在统计过程中笔者发现，大部分地名的来源有两个，如寺湖(陵川县杨村乡)来源于建筑+水文、杨庄(沁水县土沃乡)来源于姓氏+聚落；也有来源唯一和有三个来源的地名，如太平(高平县米山镇)、朝阳(沁水县胡底乡)；桃湾街(沁水县胡底乡)来源于动植物 + 地形 + 建筑。笔者将晋城市8184个地名根据其来源和属性得到16274个词条进行分类统计，由此得到不同的来源统计特征。 对晋城市的地名用字统计类型可分为自然和人文两大类，自然类地名词条数为10，551，人文类地名词条数为5640。自然类地名多反映某一区域的地形地貌、朝向方位、动物树木粮食蔬菜、河流水系、土壤构造等，人文类地名则反映姓氏、职业、军事防御、经济活动、基础设施、水利设施、交通、美好意愿、历史典故、职位、方言等社会生活方方面面的内容。 除以上14类外，地名中还出现了称谓16次，如相公池(陵川县冶头乡)；地名7次，如厦门汉(沁水县中村镇)；动作55次，如推磨(阳城县横河乡)；干支151次，如许甲庄(阳城县桑岭乡)；诗词76次，如望川(阳城县润城乡)；宗教10次，如佛堂掌(陵川县侯庄乡)；神话151次，如马头神(阳城县东冶镇)；史事9次，如长征岭(阳城县白桑乡)；农业38次，如田井沟(沁水县樊庄乡)。这些地名词条也出现在晋城市地名中，但由于晋城市的地名和词条数目较大，故对这些低频用字类型不予归纳分析。 Table 1 The statistical form of proportion of toponyms in Jincheng Cit 类别 出现次数 出现比例 属性 主要用字 地形 3633 20.4% 自然 坡、山、掌、背、川、岭、洞、峰、台、峪、圪、原、坂、岗、梁、坨 方位 4025 22.6% 自然 东、南、西、北、中、前、后、朝阳、顶、正、腰、东南、 东北、西南、西北、底、口、里、偏、门 姓氏 1797 11.1% 人文 赵、高、王、李、张、岳、叶、吴、郭、陈、孙、徐、孔、孟、段、唐、彭 聚落 1502 8.4% 人文 庄、村、家、屯、队、会、区、社、聚、院、寨、镇、园、院 动植物 877 5.0% 自然 牛、凤、龙、马、羊、骆驼、狮、鱼、猪、豹、燕、雁、谷、茶、柳、 叶、柏、草、枣、米、杏、核桃、杆、菜 建筑 1103 6.3% 人文 塞、营、桥、寺、庙、堡、塔、屯、堂、庵、堤、壁、坟、井、关、库、厅、碑、铺 数字 549 3.1% 自然 一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、千、百、万、双、独、半 水文 800 4.5% 自然 池、河、洪、湖、江、浪、凌、川、泉、滩、潭、水 颜色 194 1.1% 自然 白、赤、黑、红、黄、灰、金、青、乌、玄、银、丹 意愿 266 1.5% 人文 安、丰、福、富、固、和、兴、吉、欢、嘉、聚、康、乐、瑞、升 土地 473 2.7% 自然 地、泥、沙、石、土、岩、碣 方言 483 2.7% 人文 圪塔、圪坨、圪桃、圪套、圪针、圪台、圪咀、圪脚、圪堆、圪梁、圪洞、圪节 用具 280 1.6% 人文 砖、纸、皂、炉、磨、瓦、车、碾、梯、杆、簸、箕、板 其他 83 0.5% 总计 16274 91.5% 表1. 晋城市地名用字类型统计表 3.2. 自然景观类地名 在自然景观类地名中，出现次数最多的是方位，且这类地名呈现出以下特点：第一，基本方位词使用频率不平衡，东西南北这类绝对方位词占总数的一半以上，其次是上下左右这类相对方位词；第二，方位字地名往往呈现出对称现象，如高平市杜寨乡的沟南、沟北村，阳城县寺头乡的前东庄、后东庄村；第三，“X + 上”和“X + 下”、“前 + X”和“后 + X”结构地名数量的差异性——“X + 上”结构明显多于“X + 下”，“后 + X”结构多于“前 + X”，造成地名中方位词使用的不平衡因素有很多，既来源于客观地理环境的特征，也有方位词本身标记方位的功能，还有方言词汇的影响 [ 14 ] 。 地形类地名出现了3633次，主要用字为坡、背、峰等多表示地势起伏、地表凹凸不平的地形特征，同时也有原、川等表示地形平坦或海拔较低的用字。这与晋城市的地形特点一致，晋城市地形以山地为主，全境四周高山环绕，东南部山岭最为陡峭，南北丘陵起伏大，中部以晋城盆地和高平盆地为主，地势平缓，地表起伏小。 晋城市属于温带季风气候，年均降水量550毫米。境内有丹河、沁河流经，2013年全市流域面积9422平方公里，河长297公里，年径流量60429万立方米 [ 15 ] 。笔者通过分析大量水文类地名发现水文类地名的出现频率与当地水资源储量呈负相关，晋城市与我国其他省份相比，既没有西部干旱半干旱地区缺水严重，也没有东部沿海平原地区水量丰富，在水文类的地名中表现出用字相对丰富、使用频率较高，但区域差异不明显的特征。 3.3. 文化景观类地名 晋城市作为中原地区的典型城市，位于河南和山西省的交界处，古往今来是山西通往河南的门户，在文化上深受两省的影响；同时晋城还是古时兵家必争之地，农业和经济活动也多集中于此，城市历史悠久。丰富的社会经济活动使晋城市的文化景观类地名呈现出数量多、分布广、类型丰富的特点。同时相似的社会生活使其在对周边中原地区的地名研究有很大的借鉴作用。 通过对人文类地名的结构分析，笔者发现大部分的结构是：姓氏 + 聚落，如孙村(城区北石店乡)、杨家庄(高平市米山镇)；姓氏 + 地形，如：牛家坡(高平市云泉镇)、路家山(高平县三甲乡)；姓氏 + 建筑，如：董寨(高平县米山镇)、杨寨(陵川县平城镇)；方位 + 姓氏 + 聚落，如东张村(沁水县柿庄乡)、北贾庄(沁水县杏峪乡)等的一些常见的地名组成结构，和其周边以及整个北方地区地名组成结构相同，具有代表性。 在姓氏类地名中，除了常见的张、李、王等大姓外，吕、岳等姓氏在晋城地名中出现的次数明显多于周边其他地区，这是来源于晋城“九头十八匠”的史事 [ 16 ] 。晋城自古富产煤、铁，冶炼技术发达，工匠多聚集于此。相传这些工匠曾为后周军队打造军器，因此有以这些工匠的姓氏“孔申武岳冯司马，孟吕苗牛郜夏侯”，横批“金谢祁段”组成的对联，并在姓氏后加“匠”字构成村名。在金元时期，这里是各方对峙的地方，当时金朝实行头户州制度管理工匠，便形成很多带“头”字的村落，如窑头(高平市赵家庄)、王寨头(陵川县西河底乡)；而元朝实行匠户制度管理工匠，又产生了很多带“匠”字水文村庄，如夏匠(城区西乡庄乡)、孔匠(郊区南村镇)。除此之外，还有很多地名的典故无从考证，笔者将这部分无法从字面上判断其类别的地名归入其他类。 另外还有一些地名是由史实或传说来命名的，比如城区钟家庄的回军村，相传在宋朝时，有侍卫偿马步军副指挥，领归德节度使浚仪石守信追讨李筠时在此回军，于是得名，反映了当地人对文明和历史的传承；郊区大东沟镇的七干村，相传村中有一棵大漆树，村南沟内有股泉水，后来漆树枯老干死，名漆干，后改为七干 [ 17 ] 。
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user: 4. 晋城市地名文化景观的空间分布特征及原因分析 4.1. 人口密度和地名密度的空间分布关系 李建华等人在“基于GIS的宁夏中卫县地名文化景观分析”中，通过对比中卫县人口密度图和地名密度图，分析得出中卫县地名分布与人口分布呈高度正相关，表现出明显的空间不均衡性这一结论。笔者在分析晋城市地名文化过程中，也着重分析了晋城市地名密度(图1)和晋城市人口密度(图2)之间的关系。 从图中可以清楚的看出，人口和地名密度在空间分布上存在高度非均衡性，地名主要分布在西部高原山区的沁水县、阳城县和城区境内，人口 [ 18 ] 主要分布在中部高平盆地、晋城盆地和沁水谷地等地势低平地区，晋城市的地名和人口分布并未表现出正相关关系。究其原因，笔者认为，地名密度是各种自然人文因素综合作用的结果。除人口密度外，崎岖地形和高山的阻挡长作为聚落的天然分界线从而影响聚落的分布；聚落规模的大小；历史上区域间交流的紧密程度；经济社会发展水平都是影响地名密度的重要原因，这些因素的影响程度没有明确的大小之分，并且常表现在不同区域、不同历史时期内这些因素的影响程度不同。 4.2. 各县人文类地名分布情况及原因 晋城市人文类地名出现了5640次，占总词条数的35%，相较自然类地名，人文类地名所涉及的类型更多更复杂，但数量远不及自然类地名。经过筛选，笔者将晋城市人文类地名出现频率最高的三个类型：方言、姓氏和聚落类地名分别占本县地名总数的比重进行了统计，如图3。 在所有地名类型中，姓氏类占晋城市地名词条总数的11.1%，占晋城市人文类地名词条总数的35.15， 图1. 晋城市地名密度图 图2. 晋城市人口密度图 图3. 晋城市姓氏、聚落、方言类地名分布图 这是由于古人重视宗亲，多以同一姓氏为单位分布在一定的区域生活，逐渐形成村落并沿用至今。其中城区和高平市占本县地名总数的比重最大，分别为34.4%和38.5%，陵川县最小，为16.5%。涉及姓氏97个，既有张、王、李、赵这类常见的姓氏，也有苟、井、宰这类较生疏的姓，同时还有葛万(泽州县南岭乡)这类由两个姓合并命名的村落。姓氏地名反映出晋城人的宗族文化，透露出人们重视血缘关系、强调宗族观念的思想 [ 19 ] 。 在建筑类的地名中，地名所涉及的建筑类型很多，有屯、铺这类经济商业方面的建筑，如西盘铺(陵川县六泉乡)、屯城(阳城县润城乡)；也有营、关、寨这类反映军事活动的地名，如次营坡(阳城县固隆乡)、永宁寨(高平市牛庄乡)。晋城市的寺庙文化丰富，全市15处国家级文物保护单位除姬氏民居外，其余均为寺庙建筑，青莲寺、府城玉皇庙、高平开化寺、定林寺、崇明寺、陵川崔府君庙、泽州县小南村二仙庙等有着极高的文化和观赏价值 [ 20 ] ，因此寺、庙、庵这些宗教类的建筑出现了175次之多，如圣王山村(泽州县东下村乡)就是因为村里建有圣王庙。另外，反映日常生活的建筑字眼桥、堤等，如南板桥(沁水县张村乡)、米堤(高平市陈抠镇)也占很大的比重。这同时也反映了晋城深厚的历史文化底蕴、丰富的旅游资源以及古代人民对经济、军事、日常生活和文化的重视。 本地区的方言地名出现了483次，城区占比最高，为8.8%，占比最低的是高平市，仅为2.3%。晋城的方言词语文化主要体现在“圪”字上，“圪”字的构词能力很强，多用于词的前缀，也有用于词的后缀的。晋城方言地名中常出现的方言词语：疙瘩(同圪塔)、圪料、圪堆、圪顶等，形象地描绘了晋城错综复杂的地形：正圪垴(郊区李寨乡)，村子位于沁河右侧的山头上，故名。圪塔坡(郊区南岭乡)，村子位于半坡上，因地势不平，居民分两片居住，方言两片为两疙瘩，故名。圪针庄(郊区金村乡)，村子位于山沟内，沟的两岸长有圪针树(酸枣树的方言)，故名。 4.3. 各县自然类地名分布情况及原因 晋城市自然类地名词条共出现了10，551次，占总词条数的64.9%，而其中方位和数字类地名岁占比重大，但这类地名很少能反映当地实际自然特征，故不对这部分地名进行分析统计，仅对各县动植物、地形和水文类地名分别占本县地名总数的比重进行了统计，如图4。 晋城市六个县的自然类地名中，地形类均占比最大，其中最大的是沁水县，比重为54.3%，其次是陵川县44.7%，比重最小是城区，仅占比18.4%。而与地形有关的地名多为坡、山、掌、岭、梁、岗等表示地势起伏较大的字眼，而川、台等多表示地形平坦的字眼较少。这主要是因为晋城位于太行山区，地形以山地居多，全境四周都有高山环绕，尤其东南部山岭更为陡峻，但中部地区，尤其是晋城市区以及高平市以盆地为主，地形平坦，因此这样的地形特征体现在了地形的字眼及其出现次数上。 图4. 晋城市地形、动植物、水文类地名分布图 在动植物地名统计中，阳城县、沁水县和陵川县所占比重大致相同，均为12.6%左右，城区和高平市的比例最低，在6%左右。从用字上来看，几乎涵盖了该地所有存在的家畜、野生动物、农作物、蔬菜和水果；从比重来看，动植物地名占总数的5%，比重较大。晋城市自然资源丰富，有“山西生物资源宝库”的美称，因此常用动植物名称或自然资源来命名。如泽州县晋庙铺镇的盐洼村，就是由于相传古时候村附近的洼地产盐而命名的；再如泽州县陈沟乡的柏杨坪村的由来是村东的一条洼地里种满了杨树和柏树，茂盛的树木远看就像一块平地。笔者的统计，这类地名大都反映本区域盛产的某种自然资源，因此通过这类地名，可以直观的了解当地特产。 晋城市的水文分布差异较大，陵川县最多为16.1%，沁水县最少，占比6.4%，该类地名多反映河、湖、泉、滩等水文类型。和山西大部分地区一样，晋城是一个相对缺水的地区，境内最大的河流沁河发源于山西省沁源县西北太岳山东麓的二郎神沟，向南经沁水、阳城、泽州，最终汇入黄河，沁河流经地区水资源相对丰富，因此晋城市东部和东南部水资源丰富，西部相对不足 [ 21 ] ，这与晋城市水文地名的分布规律相反，分析其原因，可能是因为东部有沁河流经，水资源丰富，人们对水资源的关注小，与水文相关的地名占比小；西部陵川县等地位于太行山区，地形崎岖，同时水资源不足，古时人们需要跋涉很远的路程来获得水资源，因而对水的关注度高，与水文相关的地名占比大
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user: 5. 结论 晋城市作为中原城市的代表，本文通过对晋城市8184个聚落地名进行字义分析，填补了运用Arc GIS和数量统计方式研究中原地区聚落地名的空白，对今后中原地区省市聚落地名的研究提供了研究方法和结论支持。通过研究发现，地名密度存在非均衡性，但与人口密度的联系不大，地名可以很直观的表现出晋城市的地形、水文特点，以及丰富的寺庙、方言文化，反映出众多晋城市历史、经济和文化信息。 但值得注意的是，大多数地名只能表达聚落内一个或两个方面的特征，因而具有随机性和偶然性，完全依靠聚落地名来分析区域内各个方面的特征未免过于机械，因而必须结合历史资料和地名文献等材料才能更客观的分析和解读地名文化景观。 另外，文章涉及的16，274个词条，在字眼分类和归纳计算时可能会存在误差；同时，对一些已发现的规律，笔者没有找到相关的文献资料对此加以解释，这也是今后在地名研究中需要注意的地方。
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user: 摘 要 利用吐鲁番市城区站(51573站)和郊区站(51572站)的1974~2013年气温资料，使用线性趋势分析、累积距平等方法对近40 a吐鲁番市城郊年平均气温、年平均最高气温和年平均最低气温进行分析，从而了解吐鲁番市热岛效应的变化情况。结果表明：近40 a吐鲁番市热岛强度有逐渐增强的趋势，热岛效应对年平均最低气温的影响最大，年平均气温次之，年平均最高气温最小。城区年平均最低气温、年平均气温、年平均最高气温分别较郊区增多1.7℃、1.074℃、0.18℃，并分别于1998年、2000年、2006年发生了由冷岛效应向热岛效应的突变。 关键词 :吐鲁番市，城市化，热岛效应，变化特征，突变
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user: 1. 引言 城市热岛效应是城市气候最显著的特征之一 [ 1 ] ，近年来许多学者研究表明，无论是纬度的高低还是城市规模的大小，绝大多数城市均有市区气温比郊区高的“城市热岛效应”现象的出现 [ 2 ] 。在全球变暖背景下，随着城市的不断发展，城市热岛效应对城市气温的影响也越来越大 [ 3 ] 。城市热岛强度与区域气候、城市化程度、地形等诸多因素有关 [ 4 ] ，因此各地城市热岛效应具有明显的区域性特征 [ 5 ] - [ 13 ] 。大部分学者所关注热岛效应对城市增温的影响的对象多为直辖市、省级类人口相对密集的大、中城市，而有关西北内陆城市热岛效应的研究不多，特别是吐鲁番市热岛效应的研究更是未曾见有报道。吐鲁番市地处西北内陆新疆吐鲁番盆地中部，是我国第一洼地，也是世界的第二洼地，属典型大陆性暖温带荒漠气候区，夏季漫长而炎热，冬季寒冷，古为丝绸古道重镇，现为中外旅游名城，素有“火洲”之称。吐鲁番市热岛效应的研究，对处于特殊地形条件下的“火洲”温度变化趋势、增温幅度等分析提供参考，对研究吐鲁番气候变化具有重要的意义。
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user: 2. 资料和方法 2.1. 站点选取 以地处吐鲁番市中心区的吐鲁番市观测站(51，573站)代表城市，地处吐鲁番市区东南约 12 公里 的原种场(农区)的吐鲁番农业气象试验站(51，572站)代表郊区。自1974年以来两站均未曾搬迁过(站点地理坐标见表1)，资料连续性较好。为了确保温度资料的可比性，对城郊年平均温度、年平均最高温度、年平均最低温度的相关系数进行了计算，相关系数均在0.82~0.99之间，并通过了t = 0.01的显著性水平检验，说明两站温度资料可直接进行对比。 2.2. 资料处理 一般将城市与郊区的气温差ΔT = T 城市 − T 郊区 定义为热岛强度，ΔT < 0时为冷岛效应，ΔT > 0为热岛效应。将以年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温计算的热岛强度分别用ΔT a 、ΔT m 、ΔT n 表示。 使用线性趋势、累积距平和t-检验 [ 14 ] 研究分析1974~2013年吐鲁番市热岛强度的变化趋势和突变特征。
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user: 3. 热岛效应分析 3.1. 年平均气温 由图1可见，城市站与郊区站年平均气温曲线在1974~1999年始终是城市站低于郊区站，2000年之后两条曲线的位置发生了转折，城市站开始高于郊区站，并呈现逐渐增大的趋势。近40 a，城市站与郊区站年平均气温的倾向率分别为0.662℃/10a、0.394℃/10a，40 a间城市年平均气温增温2.65℃，郊区增温1.576℃，城市站较郊区站增温多1.074℃，这就反映了吐鲁番市城市较郊区增温快的事实。 1974~2000年，ΔT a < 0，2001年后，ΔT a > 0热岛效应逐渐增强。由1974~2013年热岛强度累积距平曲线可以看出，1999年出现了累积距平的最小值(图2)，对1974~1999年和2000~2013年热岛强度进行t检验，结果表明(表2)，|t 0 | = 9.72 > tα = 0.005，通过了α = 0.005的信度水平检验，这说明，吐鲁番市城市年平均气温在2000年发生了由冷岛效应向热岛效应的突变。突变后(2000~2013年)较突变前(1974~1999年)热岛效应对城市年平均气温增温贡献多0.67℃。 3.2. 年平均最高气温 由图2可见，1974~2013年，城市站和郊区站年平均最高气温曲线始终是城市站低于郊区站，2007年之后两站差距逐渐缩小。近40 a，城郊年平均最高气温的倾向率分别为0.503℃/10a、0.457℃/10a，40 a间城市站年平均最高气温增温2.01℃，郊区站增温1.83℃，城市站较郊区站增温多0.18℃。 1974~2013年，ΔT m 始终小于0，但这种差异随着时间的推移逐渐缩小。由1974~2013年热岛强度累积距平曲线可以看出，1985年出现累积距平的最大值，2005年出现累积距平的最小值，对1974~2005年和2006~2013年热岛强度进行t检验，结果表明(表2)，|t 0 | = 3.79 > tα = 0.005，通过了α=0.005的信度水平检验，这说明，吐鲁番市城市年平均最高气温在2006年发生了由冷岛效应向热岛效应的突变。突变后(2006~2013年)较突变前(1974~2005年)热岛效应对城市年平均最高气温的增温贡献多0.43℃。 3.3. 年平均最低气温 由图3可见，城市站与郊区站年平均最低气温曲线在1974~1985年始终是城市站低于郊区站，1986年之后两条曲线的位置发生了变化，城市站开始高于郊区站，并呈现逐渐增大的趋势。近40 a，城郊年 Table 1 The geographic coordinates in the city and the suburbs of Turpa 经度/˚ 纬度/˚ 海拔高度/m 城区站 (51573) 89.20 42.93 34.5 郊区站 (51572) 89.25 42.83 −48.7 表1. 吐鲁番市城市站和郊区站地理坐标 Table 2 T-test results of the average temperature， aily maximum (minimum) temperatur 项目Item 检测点 n 1 n 2 |t 0 | 年平均气温 2000 26 14 9.72 年平均最高气温 2006 32 8 3.79 年平均最低气温 1998 24 16 7.6 表2. 年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温突变点信度检验 图1. 1974~2013年吐鲁番市城郊年平均气温变化 图2. 1974~2013年吐鲁番市城郊年平均最高气温变化 平均气温的倾向率分别为0.932℃/10 a、0.497℃/10 a，40 a间城市年平均最低气温增温3.7℃，郊区增温2.0℃，城市较郊区增温多1.7℃。 1974~1985年，ΔT n < 0，1986年后，ΔT n > 0，1991~1996年存在相对稳定期，1997年后热岛效应持续增强。由1974~2013年热岛强度累积距平曲线可以看出，1997年出现了累积距平的最小值(图2)，对1974~1997年和1998~2013年热岛强度进行t检验，结果表明(表2)，|t 0 | = 7.6 > tα = 0.005，通过了α = 0.005的信度水平检验，这说明，吐鲁番市城市年平均最低气温在1998年发生了由冷岛效应向热岛效应的突变。突变后(1998~2013年)较突变前(1974~1997年)热岛效应对城市年平均最低气温增温贡献多0.97℃。 综上所述，吐鲁番热岛效应对城市温度的影响以年平均最低气温最大，年平均气温次之，年平均最高气温最小。同时热岛效应对城市增温贡献突变时间的早晚与热岛效应对城市增温贡献多少的顺序相一致。
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user: 4. 城市热岛效应与城市发展的关系 城市热岛效应与城市环境有密切的关系。城市人口增长、用地面积增加、生产总值的提高等均是城市发展的重要指标。hansen和lebedeff [ 15 ] 在剔除城市化影响后，发现全球的平均气温大约只上升了0.1℃，baling和idso [ 16 ] 在剔除1920~1984年城市化影响后，发现美国东部64 a间仅增温0.02℃。Fukuoka [ 17 ] 指出城市人口规模不同，城市热岛强度与人口的关系不同。季崇萍 [ 18 ] 通过相关分析得出，北京市热岛强度与总人口呈现对数线性关系。孟丹 [ 19 ] 指出天津市温度与地区生产总值、城镇人口百分比之间的存在显著相关性水平。 1978年吐鲁番市区人口为1.72万，工业生产总值为0.106亿，2013年城区人口达到6.91万，工业生产总值达到20.9亿元，分别是20世纪70年代的6倍、197倍，城市规模发展迅速。利用相关性检验得出，热岛强度与吐鲁番市生产总值、城镇人口的相关系数分别为0.79、0.86，均通过了0.01显著性水平的检验(图4)。这表明，随着吐鲁番市人口的增多、工业生产总值的发展，其城市热岛效应也逐渐增强，吐鲁番市城市化进程带来明显的城市热岛效应。
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user: 5. 小结 城市热岛效应伴随着城市的发展而变化，通过对吐鲁番市城市热岛效应的分析，可以看出吐鲁番城市规模的发展变化。 1) 近40 a吐鲁番市城郊年平均气温的倾向率分别为0.662℃/10a、0.394℃/10a，城市年平均气温增温2.65℃，郊区增温1.576℃。由年平均气温计算的热岛强度在2000年发生了突变。突变后较突变前热岛效应对城市年平均气温增温贡献多0.67℃。 2) 近40 a吐鲁番市城郊年平均最高气温的倾向率分别为0.503℃/10a、0.457℃/10a，城市年平均最 图3. 1974~2013年吐鲁番市城郊年平均最低气温变化 图4. 吐鲁番市热岛强度与总人口、工业生产总值对数的线性关系 高气温增温2.01℃，郊区增温1.83℃。由年平均最高气温计算的热岛强度在2006年发生突变。突变后较突变前热岛效应对城市年平均最高气温的增温贡献多0.43℃。 3) 近40 a吐鲁番市城郊年平均最低气温的倾向率分别为0.932℃/10a、0.497℃/10a，城市年平均最低气温增温3.7℃，郊区增温2.0℃。由年平均最低气温计算的热岛强度在1998年发生突变。突变后较突变前热岛效应对城市年平均最低气温增温贡献多0.97℃。 4) 吐鲁番市热岛强度与吐鲁番市人口、吐鲁番工业生产总值的对数的具有线性关系，随着吐鲁番市城市的发展，其城市热岛效应也逐渐增强。
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user: 摘 要 通过幼苗移植水位控制试验，研究了毛苔草地下部分对不同水文情势的生长响应，同时比较研究了水文情势在其不同生活史阶段的影响。结果表明，−5 cm水位条件下，毛苔草根茎最长，持续淹水条件下，毛苔草根茎伸展最快；后期水分充足有力于根茎伸展，但无法超越苗期水文影响；稳定水文条件的改变抑制根茎生长，而从波动水文情势到稳定水文环境的转变，则促进根茎生长。毛苔草不定根长度，旺盛期，随水分条件的增加而变小；后期，在持续淹水条件下伸展较快，但−5 cm水位条件下的仍然最长。 关键词 :水文情势，根茎及不定根，沼泽湿地
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user: 1. 引言 湿地水文与植被的作用关系研究开始较早 [ 1 ] 。从揭示湿地发生、发展的机理 [ 2 ] [ 3 ] ，到近年来，由于气候变化和人类活动的干扰，湿地生态系统退化严重 [ 4 ] ，湿地研究者试图通过湿地植被对水文条件的响应研究，寻找能够指示湿地生态健康状况的理想指示器 [ 5 ] ；研究内容从集中对大尺度上景观、群落物种组成、分布及多样性的响应研究 [ 6 ] ，扩展到近期物种个体生态学尺度的植物功能特征对水文条件的响应研究 [ 7 ] 。对不同水文情势的理解，从水位波动幅度、频度和水位的持续性 [ 8 ] ，扩展到其相对于植物生活史的时间特征 [ 9 ] ；而相应的对植物特征的研究从专注于成株阶段的生长、分布和竞争 [ 10 ] ，扩展到生活史不同阶段的响应 [ 11 ] 。 湿地研究开展较早的国家，关于植物对不同水文情势的响应研究开展较多，内容逐渐丰富、完善。目前，研究多注重寻找理想的生态尺度来反映水文情势变化，指示生态系统健康状态 [ 12 ] [ 13 ] ，而国内相应领域的研究尚为少见。三江平原是我国面积最大的淡水沼泽分布区，发育有淡水沼泽、沼泽化草甸、河流、湖泊等湿地类型，具有重要的生态、水文及地理学意义。但伴随近几十年来大规模的农业开发，该区典型沼泽湿地面积急剧下降，沼泽和沼泽化草甸等湿地类型面积减少了60%~70%以上 [ 14 ] 。目前，我国学者在该区水文、土壤、植被等方面已开展了大量研究 [ 15 ] - [ 17 ] ，但水文与植被相关的水文生态学研究相对较少。所以，针对该区退化态势，亟需开展相关研究。 植物个体特征的研究有助于解释植物个体竞争能力及扩散能力 [ 18 ] 。在湿地退化过程中，植被群落的演替实质上是优势种群的演替 [ 19 ] 。群落优势种个体形态及功能特征研究有助于解释群落组成特征，及格局成因 [ 7 ] 。毛苔草(Carex lasiocarpa)沼泽是三江平原沼泽湿地中面积最大的类型，约占三江平原沼泽湿地总面积的57% [ 20 ] 。因此，本研究以毛苔草沼泽群落优势种——毛苔草为对象，研究了毛苔草对不同水文情势的个体形态响应，同时比较研究了水文情势在其不同生活史阶段的影响，为评估三江平原沼泽湿地的健康状况，以及退化湿地的恢复工作提供基础资料。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 试验材料及试验设计 取三江平原沼泽湿地典型湿地土壤，充分混匀，装入内径30 cm，高28 cm的试验桶内，土层厚度约为20 cm；采集地上形态较为一致的毛苔草幼苗，去掉不定根，仅保留2.5 cm的根茎，移植到试验土壤中，每桶12株(野外调查400~600 nb/m 2 ，每桶应平均35株，考虑移植后根茎繁殖，所以定为每桶12株)，维持与野外相似的水分条件，使其成活。 毛苔草最适生境为地表常年积水，水深一般10~30 cm，最深可达50~80 cm。试验针对毛苔草自然分布特征，设4个水分处理：1) 干旱处理(Drought， D)，水位面位于土壤表面以下5 cm处；2) 干湿交替处理(Interactive， I)，水位在土壤表面以下5 cm和以上5 cm之间以10天为周期进行波动；3) 持续淹水处理(Control， C)，水位面位于土壤表面以上15 cm；4) 淹没处理(Submergence， S)；各处理皆设12个重复，共48桶。试验桶打孔维持设计水位，深淹水处理通过将试验桶置于水池一定深度来实现。 试验第62天，植物生长旺盛期，停止淹没处理，其它三个处理各保留3个重复继续维持干旱(DD， Drought-Drought)、干湿交替(II)、持续淹水(CC)。为比较苗期及生长季后期水文情势的影响，对其余样品进行水文情势的转换。方法为：各处理任意选3个重复改为干旱处理，分别标记为ID (Interactive-Drought)、CD、SD；另各选3个重复，改为干湿交替，标记为DI (Drought-Interactive)、CI、SI；剩余3个重复改为持续淹水，标记为DC (Drought-Control)、IC、SC，试验继续维持53天，共114天。 2.2. 试验方法 于试验第62天(7月25日，代表旺盛期，之前为苗期，之后为成株阶段)和114天(9月15日，代表末期)进行破坏性取样，调查毛苔草根茎及不定根长度特征，每次各处理均取3桶，每桶测量5根，即每次15个重复；数据分析及作图通过spss11.5和origin7.5完成。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 不同水文情势下毛苔草根茎及不定根长度比较 两次调查结果均显示，毛苔草根茎(7/25: F = 30.879， p < 0.001; 9/15: F = 30.879， p < 0.001)及不定根长度(7/25: F = 45.455， p < 0.001; 9/15: F = 6.616， p < 0.01)对水文情势有极显著响应。旺盛期，均随水分条件的增加而变小，后期持续淹水条件下伸展较快，超过交替处理的，但仍小于干旱条件下的(图1)。 从试验开始至7月25日，淹没处理根茎长度平均仅增加0.08 cm，基本无变化。此外，除持续淹水处理的不定根末期较旺盛期有较大伸展外，干旱处理和交替处理末期的不定根均进入死亡缩短阶段(图1)。 3.2. 不同水文经历毛苔草根茎及不定根长度的比较 对于苗期淹没处理的毛苔草，水文情势改变后，经过53天的生长，水分依然较多的SC处理中，其根茎长度平均仅增加0.17 cm，而转为干旱和交替的毛苔草根茎长度分别平均增加13.27 cm、9.57 cm。水文条件对三个处理(SD、SI、SC)后期的根茎长度有极显著影响(p < 0.001) (图2)。三个处理对水文波动的响应差别，也说明水文条件波动的幅度对植物生长有重要影响。 总体来说，苗期干旱处理的毛苔草绝对根茎长度依然最大，苗期持续淹水处理的根茎伸展最快。水分条件的改变，使苗期干旱的毛苔草根茎长度变小，DD > DI > DC；交替处理的根茎长度增加，II < ID < IC；持续淹水的根茎长度变小，CC > CI > CD，而且，水量变化越大，根茎差异越大。 毛苔草不定根的生长，苗期淹没处理(SD、SI、SC)的毛苔草，后期不定根伸展最快，特别是转为干旱与交替处理的，长度均增长一倍；苗期持续淹水处理(CC、CD、CI)的毛苔草不定根也有明显伸展；同时水文条件的改变促进了SD、SI、SC、CD、CI几个处理不定根的生长，且水分减少越多，促进作用越明显(图2)。 苗期干旱的毛苔草不定根长度，DD > DI > DC，水文条件的改变其不定根死亡加快，且水分增加越 图1. 不同水文情势下毛苔草的根茎及不定根长度 图2. 不同水文经历的毛苔草根茎及不定根长度；D725、I725、C725、S725分别表示7月25日时干旱、交替、持续淹水以及淹没条件下的指标值 多影响越显著。水分条件从干湿交替转为稳定的干旱(ID)或持续淹水(IC)，毛苔草的不定根都比干湿交替下(II)的长，总体趋势，ID > IC > II (图2)。
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user: 4. 讨论 植物形态可塑性是植物在个体生长发育过程中遭受不同环境条件影响时产生不同形态响应的能力，是植物受到环境影响时的形态表达 [ 21 ] 。其中，有些可塑性对环境胁迫具有缓冲作用，并促进植物对有利条件的反应。这些可塑性是植物生活史对策的一种体现，是植物在适应环境过程中积累起来的，它能使处于特定环境中的植物在特定生长阶段达到最大的适合度 [ 18 ] 。 形态适应策略的一个作用是使植物在不同水文情势下维持生存 [ 12 ] 。毛苔草根茎及不定根在干旱条件下最长，体现了毛苔草适应低水位环境的地下形态调节。另一个作用是促进植物对新水文情势的适应。转移到干旱及干湿交替条件下的毛苔草根茎及不定根则迅速伸展，呈现明显的干旱适应。此外，从干旱及干湿交替环境进入持续淹水环境中，作为毛苔草寻找水资源的主要器官，不定根生长受到抑制，说明在水分充足的环境中，毛苔草减少了对不定根的资源分配。这同样是毛苔草对新水文情势的个体响应。 此外，植物通过形态调节扩展分布范围，寻找更有利的生长环境 [ 19 ] 。这是以根茎、匍匐茎等器官进行克隆繁殖的植物所特有的。根茎是毛苔草的主要繁殖器官。毛苔草基株通过根茎伸展，在有利环境中萌蘖新分株，分摊基株所受胁迫，维持种群生存。试验初期，干旱及干湿交替处理的毛苔草根茎长度大于持续淹水条件下的，即是毛苔草通过根茎的形态调节，增强基株适应能力，同时维持种群生长的体现。后期，持续淹水条件下，根茎的迅速伸展，则是根茎作为植物主要繁殖器官，选择有利地形，储存物质、能量，以利于进一步繁殖的体现 [ 22 ] 。 在各培养处理中，持续淹水处理与其它处理有明显差别。有研究认为，持续淹水比波动水位更利于植物生长 [ 11 ] 。稳定水位梯度的改变抑制了毛苔草根茎的生长，而从波动水文情势到稳定水文情势的转变，使毛苔草的根茎生长得到促进。
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user: 5. 结论 1) 毛苔草根茎在−5 cm水位条件下最长，但是后期伸展速度在持续淹水15 cm条件最高；生长季后期水分充足有力于根茎伸展，但无法超越苗期水文影响；稳定水文条件的改变抑制根茎生长；从波动水文情势到稳定水文环境的转变，则促进根茎生长。 2) 旺盛期，毛苔草不定根长度随水分条件的增加而变小，而生长季后期，持续淹水条件下不定根伸展较快，但仍然在−5 cm水位条件下的最长。
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user: 摘 要 通过调查广东省西江中游3个县区鼎湖山、同乐大山、金菊顶和罗闪山4个山，每个山调查10，000 m 2 。这些山上都发现了虎舌红(Ardisia mamillata Hance)。按叶片表皮毛的颜色来分，有红色毛和无色毛两类虎舌红。虎舌红主要分布在海拔500 m以下较阴的滋润地。其中高要区罗闪山和郁南县金菊顶肉桂和竹林较密，虎舌红自然的生长密度和林下空地的生长密度都相当高，因此，建议这些地方应从维护生物多样性的角度，就地种植和保护虎舌红资源，同时提高林药间作的效益。 关键词 :虎舌红，资源调查，西江中游，生长密度，林药间作
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user: 1. 引言 虎舌红，Ardisia mamillata Hance，紫金牛科紫金牛属植物。别名红毛毡、老虎刺、天仙红衣、老虎唎、宝鼎红、红毛根等。原产我国，分布于广东、广西、福建、云南、四川、贵州和江西等地 [ 1 ] 。 早在1978年，《鼎湖山植物手册》(华南植物研究所鼎湖山树木园编，第320页)指出，虎舌红全株入药；也可作盆栽观赏。《民间常用草药汇编》、《中华本草》曾报道药材基原为植物虎舌红的全株。主治：风湿痹痛；黄疸；痢疾；咳血；吐血；便血；经闭；产后恶露不尽；跌打损伤；乳痛；疔疮。近十多年来，研究和应用虎舌红的报道很多。拓小瑞等 [ 2 ] 报道，虎舌红化学成分有总皂苷2.12%，很好的抗肿瘤作用；还有糖、多糖、苷类、氨基酸、多肽、蛋白质、有机酸、鞣质、酚类、醌类、黄酮。虎舌红提取液对几种肿瘤细胞株的体外生长具有较强的抑制作用，对急性T细胞白血病细胞、人肾癌xbOS-RC-2、人慢性髓质白血病细胞K562、人肺癌细胞A549和人乳腺导管细胞的作用强 [ 3 ] 。对人胃癌Kato-3细胞、人白血病K562细胞、人卵巢癌OVGA2780细胞均显示出较强的抑制作用 [ 4 ] 。 由于虎舌红药用和观赏价值高，市场需求量大，而虎舌红自然分布区比较狭小，且长势较弱，属世界濒危植物 [ 5 ] 。因此，要想有效应用虎舌红，就必须尽快有效保护好它。要保护好它，首先就要明确其资源情况，然后根据资源情况采取相应的保护措施去保护。
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user: 2. 调查方法 2002年，向春玲等 [ 6 ] 报道了西江中游地段德庆县和封开县有虎舌红。本研究区域位于西江中游的另外3个县区，郁南县、鼎湖区和高要区。其中高要区调查了河台镇罗闪山、属非自然保护区，肇庆市鼎湖区鼎湖山、郁南县同乐大山和郁南县金菊顶，分别属于国家级、省级和县级自然保护区。每个山调查4个样点，每个样点2500 m 2 ，共10，000 m 2 。整个区域位于广东中部偏西，东经111˚20'~112˚50'、北纬22˚47'~23˚30'，属亚热带季风气候、阳光充足、历年平均日照时数1800小时，年平均气温为22℃，年平均积温为8041℃，无霜期340天。雨量充沛、年平均雨量1600毫米左右，每年都有若干次台风雨。年平均湿度在80%左右。其中郁南县和高要区是中国肉桂之乡。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 红色表皮毛虎舌红和无色表皮毛虎舌红 虎舌红的基本特征：亚灌木，具匍匐茎，叶片倒卵形至长状倒被针形，叶被长毛，毛基部隆起如小瘤、背面更明显。花瓣5片。果期秋冬。果鲜红色，果径8.5~11.0 mm。 虎舌红有两类，一类，叶片表皮毛为红色的；另一类，叶片表皮毛为无色的。从图1(a)看到一类虎舌红，侧看叶片，整片叶似是红色；正面看叶片(见图1(b))，叶片绿色，叶片表面布满了红色的长绒毛。从图2看到另一类虎舌红，无论正看还是侧看叶片都是绿色的，叶片表皮毛的颜色则是无色的。这与江香梅等 [ 7 ] 的提法有不同。该报道说，根据叶色将虎舌红划分为红叶虎舌红和绿色虎舌红两大类。 本文不是按叶片颜色来分，而是按叶片表皮毛的颜色来分，即表皮毛红色的虎舌红和表皮毛无色的虎舌红两大类。 3.2. 西江中游地区的虎舌红生长在较低的海拔 这次调查西江中游的4个山所发现的虎舌红绝大多数在山腰往山脚，竹林或肉桂林下、光线较弱，草丛里的滋润地，表土土壤疏松。海拔都在500 m以下(表1)。这与易官美 [ 8 ] 报道虎舌红在浙江的海拔相接近，150 m的山坡下部与林荫以及毛竹林下。而与拓小瑞 [ 2 ] 等报道在广西的海拔(800~1200 m)和江香梅等 [ 7 ] 报道的江西海拔(500~1200 m)相差较大。这可能由于广东和浙江都是靠海的省区，每年都有大的台风雨，山上较大的径流年复一年地把光滑的圆球状虎舌红果实不断地往下冲，因此，这两省区的野生虎舌红就分布在较低的海拔。相反，广西和江西不靠海，台风雨较少，山上径流较小，较高的海拔仍然有较多的虎舌红分布。 图1. 红色表皮毛虎舌红。(a) 侧面拍摄叶片；(b) 正面拍摄叶片(表皮毛红色，叶片绿色) 图2. 无色表皮毛虎舌红 Table 1 Survey sample points of Ardisia mamillata resources on the middle section of Xijiang River in Guangdong provinc 郁南县 郁南县 高要区 鼎湖区 同乐大山 Tongle mt. 金菊顶 Jinju mt. 河台镇罗闪山 Luoshan mt. 鼎湖山 Dinghu mt. 北纬 N 23°12′ 23°3′ 23°21′ 东经 E 111°23 111°31′ 112°17′ 分布海拔 Elevation/m 100~400 200~500 100~400 100~500 生长环境 丘陵低山 山地 丘陵低山 山地 林下滋润处 林下滋润处 林下滋润处 林下滋润处 Growth environment Hilly and low mountain Hilly and low mountain Moisture under trees Moisture under trees 周边植物 竹、三叉苦 竹、乌桕 肉桂、杉 竹、三叉苦 五指毛桃、 五指毛桃 三叉苦、卷柏 卷柏 Surrounding 五指毛桃 Plants Dendrocalamus latiflorus， Evodia lepta， Sapium sebiferum， Cinnamomum cassia， Cunninghamia lanceolata， Ficus hirta， Selaginella tamarscina 表1. 广东省西江中游地段虎舌红资源调查样点情况 3.3. 虎舌红的生长密度 虎舌红在野生分布中一般有4~6株靠近生长，较成熟植株通过地下匍匐茎连生出3~5个比较幼嫩植株，呈一窝–窝的状态，这些植株间隔20~100 cm不等；匍匐茎潜伏于表土下1~2 cm (见图3)。 由表2可知，三个县(区)4个山头都发现了一定数量的野生虎舌红，其中高要区河台镇罗闪山虎舌红自然生长的密度相当高，达每公顷420株，林下空间密度则高达每公顷840株，是鼎湖山的4倍多。 Table 2 The growth density of wild Ardisia mamillat 调查地点 调查面积 其中林间面积 山密度 林间密度 Sites Sum area Space Sum density Density on trees space 窝∙公顷 −1 株•公顷 −1 窝∙公顷 −1 株∙公顷 −1 m 2 m 2 Clump∙hm −1 Plant∙hm −1 Clump∙hm −1 Plant∙hm −1 高要区罗闪山 Luoshan mt. 10，000 5000 92 420 184 840 郁南县金菊顶 Jinju mt. 10，000 3500 50 230 167 767 郁南县同乐大山 Tongle mt. 10，000 5000 35 140 70 280 鼎湖区鼎湖山 Dinghu mt. 10，000 5000 23 90 46 180 表2. 野生虎舌红生长密度 图3. 虎舌红在野生分布中常见的丛聚现象(一般有4~6株靠近生长)
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user: 4. 讨论 1) 从上面的结果，加上向春玲等 [ 6 ] 的结果可知，虎舌红的分布在西江中游的封开、郁南、德庆、高要和鼎湖这5个县区是连续的。造成连续的主要原因可能是，这5个县区同在北纬23˚~23˚30'，同处西江中游，光照、雨量和气温都非常接近，都非常适宜虎舌红的生长。 2) 高要区罗闪山和郁南县金菊顶的野生虎舌红在自然生长的密度分别高达每公顷420株和230株，林下空间密度则分别高达每公顷840株和767株。这由于罗闪山肉桂林和金菊顶竹林的密度都较大，非常适合虎舌红的生长，因此，建议就地保护虎舌红，在林下适当增加虎舌红的密度。这样既省工省原料，又维持原生态。前人鉴于虎舌红是一种重要药用植物和珍稀观叶观果佳品、自然界存在的数量不多的情况，提出对虎舌红迁地保护。迁地保护虽是好办法，但是工作量大、成本高。本研究提出虎舌红应增加就地保护的建议。 3) 林下增植虎舌红的意义 国务院办公厅《关于加快林下经济发展的意见》(国办发[ 2012 ]42号)指出，林下经济有利于改变过去单一木材经营格局，延伸林业产业链，加快林业经济结构调整；有利于发挥林下经济见效快的特点，提高林地综合利用效率；有利于广大农民近期得利、长期得林，保护林业生态。虎舌红是一种适应林下生长的重要药用植物和珍稀观叶观果佳品，因此，竹林或肉桂林下种植就很有意义。王俊英等 [ 9 ] 指出，林药间作可以增加林地经济收入；改善林地生态环境：提高林地覆盖度，增加物种多样性；稳定退耕还林工程成果。肇庆市高要区(有肉桂基地53万亩)，和云浮市郁南县等有中国肉桂之乡称号，这些地区肉桂林下种植虎舌红则更有意义。
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user: 摘 要 在我国，配电网大部分采用小电流接地系统。通过大量文献的研究，对目前小电流接地故障各种定位方法的工作原理进行分类和总结，并分析它们各自的特点。根据它们各自适应的场合提出目前故障定位存在的问题及今后发展的趋向。 关键词 :配电网，小电流接地故障，故障定位
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user: 1. 引言 在我国，配电网大部分采用小电流接地系统，故小电流接地故障占总故障的80%以上，是最常见的故障形式 [ 1 ] 。当线路发生故障后，因为线电压依然对称，所以电路可以正常工作1~2 h [ 2 ] ，能提高供电的可靠性。但是这种故障不能长时间运行，若长时间运行会使单相接地故障变成相间短路故障，这样就会给电力系统造成更加严重的损失。所以，及时找到故障位置并及时切除故障，对提高供电可靠性、保护设备安全都具有十分重要的意义。 配电网中，当小电流接地系统发生故障时，很难找到故障发生的位置。小电流接地故障定位难主要是因为故障电流很小，不容易检测，再加上故障量不突出、不稳定、不确定等问题，小电流接地故障的定位已被公认为电力行业内一大难题 [ 3 ] 。因此，解决故障定位的问题已迫在眉睫。本论文对目前各种故障定位的方法进行了分类和总结，并分析各自的特点。最后，根据它们各自适应的场合提出目前故障定位存在的问题及今后发展的趋向。
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user: 3. 目前故障定位存在的问题及发展趋势 目前小电流接地故障存在的问题主要有以下几种： 1) 单一方法使用的领域小。我们使用单纯的一种方法去实现故障定位往往有一定的局限性，会存在定位不准确，如单纯的暂态电流相似法在故障点两侧若谐振频率相等时，他们的相似系数很高，此时该种方法就不适合故障定位。 2) 信号的获取困难。在配电网中小电流单相接地故障它的信号很微弱，检测不到，这就给信号提取的工作增加了负担，如暂态无功功率法需要投入TV设备，来提取零序电压信号。 3) 定位方法都是理论的阐述缺少实际的产品。目前来说，大部分的小电流定位方法都是理论的阐述，有很少的产品投入市场，我们应把理论转化为实际，在实践中去检验方法的可行性。 针对以上不足，小电流接地故障定位未来的发展方向应是采用多种定位方法结合，以弥补单一方法的缺陷；深入研究故障信号的获取方式，以便更好的实现故障定位；我们应尽可能多的去把理论的方法应用于实际，让更多的产品投入市场。据目前的发展来看，小电流接地故障的定位方法越来越向智能化的方向发展，迅速的找到故障区段并及时切除，以恢复非故障区段的供电，提高了供电质量的可靠性。
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user: 4. 结论 小电流接地故障定位对提高供电的可靠性有着重要的意义。多年来，国内外学者做了很多关于小电流接地故障的定位方法方面的研究，取得了一定的成效。本论文主要介绍了阻抗法、行波法、注入法、稳态电流法、暂态法、稳态零序电流比较法、基于数学工具和人工智能的定位方法等的工作原理，并叙述了各自的优缺点。概括了故障定位目前存在的问题，并阐述了小电流故障定位未来的发展方向。
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user: 摘 要 本文提出了一种基于LTCC技术的集总巴伦的设计与实现方法。该小型化集总巴伦由简易LC巴伦结构改进而成，利用ADS软件进行电路仿真以及HFSS软件三维建模设计。性能测试结果表明：测量结果数据与仿真结果基本一致，该巴伦的标称中心频率为70 MHz，频带宽20 MHz，通带内插入损耗小于4.7 dB，两端口相位差大于172˚，尺寸仅为2.5 mm × 1.5 mm × 1 mm。完全能够满足当今通信设备日益小型化的要求。 关键词 :低温共烧陶瓷，集总，小型化，巴伦
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user: 1. 引言 巴伦是由英文名balanced-unbalanced的缩写BALUN音译而来，即平衡－非平衡变换器。其中balanced代表差分结构，unbalanced代表的是单端结构，巴伦一般作为单端电路与双端电路之间的转换器，单端电路是指单输入单输出的一类电路，传输的信号为非平衡信号，双端电路指双端输入的电路如偶极天线等，传输平衡信号。现如今差分电路因其高增益、抗电磁干扰能力强、抗电源噪声、抗地噪声能力很高、抑制偶次谐波等优点越来越受到欢迎。同时，在RF电路和低频电路中，由于差分电路广泛使用使得巴伦的重要性也与日俱增 [ 1 ] 。 LTCC (低温共烧陶瓷)技术自面世以来便是令人瞩目的整合组件技术，经过这几十年的发展更是成为无源集成技术的主流技术。为满足军用电子整机、通讯类电子产品及消费类电子产品迅速向短、小、轻、薄方向发展，手机、PDA、MP3、笔记本电脑等终端系统须拥有愈来愈多的功能，各企业及高校不断加大研发投入，越来越多的功能器件产品采用LTCC工艺制造。低温共烧陶瓷技术(LTCC)是一种多层陶瓷制造技术，经过研磨、混料，留延，切片，打孔，印刷和填孔，叠层、切割，排胶共烧等一系列加工过程 [ 2 ] 。LTCC与其他集成技术相比，加工的电路品质因数好，耐用性强，可用于恶劣环境，且易与其它集成技术兼容，成品率高，还有着节能节材绿色环保等优点。 LTCC以其优异的电子、机械、热力特性已成为未来电子元件集成化、模组化的首选方式 [ 3 ] 。 本文中对巴伦的设计，由于中心频率低带宽窄，选择集总式设计亦可满足指标。其具体指标如下：中心频率为70 MHz，带宽为20 MHz，通带内插入损耗小于4.7 dB，两端口相位差大于172˚，尺寸仅为2.5 mm × 1.5 mm × 1 mm。
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user: 2. 巴伦的原理分析 巴伦是具有一个不平衡端口和两个平衡端口的三端口器件。平衡端口输出的信号须具有相同的幅值，且两信号还需要有180˚的相位差。许多电路需要将不平衡信号转化为平衡信号，以减少电路的噪声和高次谐波，改善电路的动态范围。 巴伦形式多样，总体上可分为有源巴伦和无源巴伦两大类。有源巴伦需要使用晶体管等有源器件，所以噪声和功耗不可避免。而无源巴伦又可以分为分布参数形式巴伦、螺旋变压器形式巴伦和集总元件形式巴伦三类。螺旋变压器形式巴伦在低频和超高频(UHF)时效果较好，且有一定的损耗；分布参数形式巴伦可细分为180˚混合环巴伦和Marchand巴伦。在微波频段，180˚混合环巴伦有相当好的频率响应，但是过大的尺寸限制它应用于射频频段，即从200 MHz到几GHz。Marchand巴伦性能较好带宽较宽，故被最多使用。但是Marchand巴伦用四分之一波长耦合线构成，占用面积大，低频段时尤其不可取；集总元件形式巴伦两输出端口信号虽不容易达到180˚的相位差和幅值相同的输出，但其体积小、重量轻，结构简单且成本较低，且易于设计 [ 4 ] 。 巴伦是一种三端口网络，其中一个是不平衡输入端口，另外两个是平衡输出端口，如图1所示。 图1. 巴伦结构示意图 此三端口网络的电压电流关系，用Y参数表示如下： (1) 导纳矩阵为： (2) 由于巴伦其互易网络的特性，故有 ，那么导纳矩阵可表示成： (3) 两输出端口幅度相同相位相反，故端口2和端口3两个平衡端口应满足： (4) (4)式代入(3)式得： (5) 上式就是巴伦阻抗(导纳)匹配条件，即巴伦三端口网络平衡条件的导纳表示式，它给出了巴伦三端口网络输入和输出的阻抗(导纳)关系。 设端口1的输入导纳为Y 1 ，端口2和端口3的输出导纳为Y 2 ，由式(5)得： (6) 这是三端口网络作为巴伦时，输入导纳和输出导纳之间应满足的关系。 公式(6)为输入导纳和输出导纳的关系式。从以上表达式可以看出，该巴伦可以输出一对幅度相等信号，且均满足−3 dB功率转换效果。一般来说Y 1 与频率有关，且为复数，如果想使巴伦在较宽的频带内工作，则应使Y 1 尽可能与频率无关 [ 5 ] 。 由基本的LC巴伦进行改进得到以下原理图，集总巴伦原理图如图2所示。 从图2中可以得出，该巴伦结构中一路由两个串联电感中间接一接地电容在末端电感形成输出，而 图2. 集总巴伦结构图 另一路则是两串联电容间接一接地电感并在末端电容形成输出，信号从端口1输入，经过阻抗变换的作用，在端口2和端口3输出两路幅值相同相位相反的信号 [ 6 ] 。
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user: 3. LTCC集总巴伦设计 3.1. 设计理论 由给定巴伦的设计指标，运用ADS仿真软件确定原理图中各电容电感大小，使得整个电路参数满足指标要求。然后根据设计要求结合HFSS设计软件进行建模，模型完成后对其与先前原理图进行数次拟合，以确定各元件参数。最后进行总体试验调试，加工生产，分析并测试性能。 3.2. 设计过程 由给定巴伦的设计指标，运用ADS仿真软件画出集总形式巴伦原理图并设置变量进行优化，使得整个电路参数满足指标要求。在合适的尺寸下一次画出各电感电容等元件完成三维设计。首先对各元件逐个拟合：将原理图中需拟合的元件用SNP文件代替并接地，在三维设计中利用相应元件进行单独的电磁仿真得到SNP文件加载到原理图中，通过对比已优化完成的指标图确定三维设计中各电感电容的大小。其次再对每一路电路分别进行拟合调试直到满足指标，最后整体仿真对模型稍作调整优化确定最终三维结构 [ 7 ] 。 3.3. LTCC集总巴伦的三维实现 本设计的中心频率是70 MHz，属于VHF波段，带宽为20 MHz。基于LTCC的三维设计模型，确定该集总形式巴伦的尺寸为2.5 mm × 1.5 mm × 1 mm，陶瓷材料选用相对介电常数为13.3的材料 ，介质损耗角为 ，金属导体材料为银，厚度均为0.01 mm [ 8 ] 。 如图3、图4所示，两电感中间引出输出端口2的两个电容值较大，考虑到空间大小及巴伦尺寸，采用垂直方向平行板叠层电容，不仅能够满足电容参数，对减小器件尺寸也有重要意义 [ 9 ] 。电容在器件内部右下方串联且直接引出输出端口2，两电容中间向上接入接地电感。层叠电容平行板的面积以及上下平行板之间的距离主要会影响电容值的变化，面积越大，层间间距越小的电容值越大。该巴伦中电感采用三维螺旋结构，其优点是减小电感线长，增大空间的利用率 [ 10 ] 。 信号从输入端口进入，分两路将能量等分传导至电感及层叠电容，最终形成幅度相等相位相反的两路信号在两输出端口输出。本设计由于中心频率较低，电感电容值均较大，故电容采用层叠电容而电感则有着相对较多的层数，器件尺寸比较理想。 3.4. 仿真测试结果 小型化LTCC集总巴伦的模拟仿真结果如图5所示，中心频率为70 MHz，带宽为20 MHz，通带内插入损耗小于3.75 dB (60 MHz < f < 80 MHz)，两端口相位差大于174˚。 经过生产加工，并进行测试，其测试结果如图6所示，在通带60 MHz与80 MHz处，其中3端口3插入损耗分别为3.41 dB，4.69 dB。通带范围内插入损耗优于4.7 dB。两输出端口幅度差优于0.65 dB。其两端口相位测试曲线如图7所示，两端口相位差为180˚ ± 8˚，其性能测试基本达到预期。 经过对比分析，仿真与测试结果存在一定误差，原理图中的仿真相位差与实物测试相位差经计算会存在着2˚到4˚的误差，但总体来说还是在170˚以上，通带内插损也有着1 dB左右的误差，主这要是由于 图3. 集总巴伦的内部三维结构 图4. 集总巴伦的正视图 图5. 集总巴伦仿真图；(a) 插入损耗；(b) 两端口相位差 图6. 集总测试曲线图 图7. 集总巴伦实物图与测试夹具图 所用陶瓷介质差异、加工过程不能完全精确、测试夹具存在损耗等原因造成。但总体来说，该产品达到了预期的目标，可以进行批量生产加工。
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user: 4. 结论 本设计是一种基于LTCC技术的小型化集总窄带巴伦，中心频率是70 MHz，属VHF频段，频率较低，波长较长，采用集总结构完全可以满足其窄带以及小型化的要求。利用电路仿真及三维设计软件对巴伦进行仿真设计，要获得输出端口插损和两端口相位差的理想值需对三维设计不断进行调试。实际测试结果基本达到仿真测试结果。可以进行批量生产。
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user: 摘 要 本文综述了吸附技术在铀的富集、分离过程中应用进展，对无机吸附材料、生物吸附材料和有机吸附材料对铀的吸附过程和机理进行了总结；在此基础上进一步指出了铀吸附技术的具体研究方向，为铀的分离富集技术的发展提供借鉴。 关键词 :铀，吸附，富集，分离