DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 研究结果 3.1. 气温的年平均空间分布特征 图1为1979~2018年青藏高原地面气温多年平均的空间分布。如图所示，青藏高原气温随着纬度和海拔高度呈现出不同的变化特征，随着纬度的减小，气温逐渐增大，在同一纬度上，随着海拔高度的增加，气温逐渐减小。高原上的气温呈现出东高西低的分布特征，东部大部分地区年平均气温在0℃以上，而西部地区基本是在−5℃以下。高原地表年平均气温分布在−10℃~10℃，整体气温明显低于周边地区的温度。高原上存在两个明显的气温低值中心，其中一个位于高原西北部(76˚~82˚E， 34˚~36˚N)的昆仑山地区，最低气温为−12.5℃，另一个位于高原东北部的祁连山脉附近(96˚~100˚E， 38˚~40˚N)，最低气温为−5℃，温度高于昆仑山地区。气温高值中心位于高原东北部的柴达木盆地地区(92˚~98˚E， 36˚~38˚N)，年平均气温为5℃~15℃。此外，在高原边坡位置，气温变化率较大，尤其是在高原南北两侧。高原南部的雅鲁藏布江地区海拔高度较低，受印度洋暖湿气流北上的影响，地表年平均气温在0℃以上。 3.2. 气温的季节平均空间分布特征 青藏高原地表春、夏、秋、冬四季气温的空间分布如图2所示，四个季节中，高原上气温整体呈现出从西北部向东南部递增的趋势，高原南北两侧温度梯度较大，柴达木盆地地区和昆仑山地区在四季均分别表现为气温的高值中心和低值中心。春季，高原地表由于积雪的覆盖，大部分地区气温在0℃以下，与周边地区相比，升温较慢。夏季，高原上的气温除西北小部分地区外，均在0℃以上，温度梯度小，是一年中温度最高的时节，其中，柴达木盆地地区升温最为明显。秋季，分布特征与春季相似，高原南部的温度梯度较春季更小。冬季，高原整体气温在0℃以下，东北部和西北部的气温低值中心显著，西北部气温可达−20℃以下，温度梯度明显。 图1. 1979~2018年青藏高原地面气温多年平均的空间分布 图2. 1979~2018年青藏高原地面四季气温多年平均的空间分布 3.3. 降水的空间分布特征 进行降水空间分布特征分析时也是运用ERA-Interim逐月的再分析资料，对多年的累积降水进行平均。图3是1979~2018年高原上逐年累积降水平均值的空间分布，可以看出：青藏高原年降水量在南北两地差异明显，自西北向东南，降水逐渐增多，大部分地区降水在800 mm以下。高原东南部的降水梯度大于西北部，主要的降水中心位于高原南部(27˚~30˚N， 92˚~95˚E)的雅鲁藏布江地区，年累积降水量可达6000 mm，降水梯度大，变化明显。高原东南部存在一个次降水中心，主要位于川西高原地区，年降水在2400~2800 mm。两个降水极小区域分别位于高原东北部的柴达木盆地和唐古拉山西部的藏北高原上，大部分地区年降水量小于400 mm，与川西、林芝等地的相比，降水稀少，可见高原上的降水存在明显的空间差异。 图3. 1979~2018年青藏高原年累积降水多年平均的空间分布 青藏高原各季节降水量存在差异，如图4所示，春、夏、秋、冬四个季节的降水均存在由西北至东南方向逐渐递增的分布特征，雅鲁藏布江流域和川西高原分别表现为主要的降水中心和次降水中心。夏季是高原主要的降水时节，除柴达木盆地和藏北高原两个降水极小值中心外，大部分地区累积降水均在200 mm以上，喜马拉雅山南麓累积降水量达1600 mm，向西北方向延伸，在昆仑山一带，降水较多。从秋季、春季到冬季，高原上的降水依次减小。冬季，高原南部的降水极值仍可达1600 mm，但影响范围缩小，东南部的次降水中心降水量为200~400 mm，除两个降水极值中心外，高原降水基本小于200 mm，为一年中的旱季。总体来说，高原存在明显的旱季和雨季，大部分地区降水主要集中在夏季，冬季为一年中降水最少的季节，为旱季。 气温和降水的变化趋势 从气温年际变化趋势的空间分布图(图5)上可以看出，高原整体气温年际变率均为正值，说明高原整体呈现出增温的趋势，但温度增加的趋势大小存在地域性的差异。大部分地区年际变率在0.015~0.04℃。高原上存在五个气温变化较为敏感的区域，分别位于高原西南部(28˚~31˚N，84˚~92˚E)的雅鲁藏布江流域、高原西部(34˚~36˚N，79˚~81˚E)的昆仑山南部地区、高原中部(33˚~36˚N，90˚~94˚E)的五道梁地区、高原东北部(35˚~40˚N，91˚~100˚E)的柴达木盆地地区及高原东部(33˚~36˚N，99˚~104˚E)的青海湖南部地区，气温变化均在0.04℃/a以上，东部、东北部及西南地区变化率可达0.05℃/a。除高原东南部和西部部分地区变化率小，在0.03℃以下，且未通过显著性检验外，其余地区均通过显著性水平为0.05的显著性检验，可信度较高。 图4. 1979~2018年青藏高原各季累积降水多年平均的空间分布 图5. 1979~2018年青藏高原气温年际变化趋势的空间分布特征 从降水年际变化趋势的空间分布图(图6)上可以看出，高原上降水年际变化趋势的分布同样存在空间上的差异。高原东部、北部、西部等大部分地区降水年际变率小，呈现出微弱的增多趋势，高原南部的藏南谷地地区(27˚~30˚N， 88˚~92˚E)和高原东部的西宁地区(35˚~37˚N， 100˚~105˚E)降水增加趋势较为明显，变化率为0.5~1 mm/a。在高原的边坡位置，降水呈减小的趋势，以0~0.5 mm/a的变化率减少。降水变化最显著的区域集中在高原东南部(27˚~32˚N， 93˚~99˚E)的唐古拉山东部和雅鲁藏布大峡谷地区，位置较高原南部的气温变化敏感区域更加偏东，年累积降水呈现出明显的下降趋势，逐年累积降水减少量达1.5 mm以上，高原东南部的川西高原地区降水量也呈现出下降的变化趋势，变化率为0 mm~−1 mm/a。而印度地区与高原南部敏感区域的变化情况相反，逐年累积降水量明显增加。图6中黑色散点填充的区域代表通过显著性检验的地区，高原西南部、东南部和东部三个降水变化区域均通过95%的显著性检验。 图6. 1979~2018年青藏高原降水年际变化趋势的空间分布特征
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user: 4. 结论 1) 青藏高原地表年平均气温明显低于周边地区的温度，自高原西部到东部，气温逐渐增长。高原上四季气温差异明显。青藏高原年累积降水量南北存在明显的差异，从高原西北部到东南部，降水逐渐增多。高原上主要降水中心位于雅鲁藏布江地区，次降水中心位于川西高原地区。 2) 高原整体气温年际变率均为正值，整体呈现出增温的趋势。在高原东北部、中部、东部、西南部和西部分别存在气温变化较为敏感的区域，且中部的敏感区域增温明显。敏感区域内，气温年际变率高于我国平均气温的年际变率，年平均最低气温的增幅明显高于年平均最高气温的增幅。 3) 青藏高原上大部分地区降水未呈现出明显的变化趋势，降水减少的敏感区域位于高原东南部，降水增加的敏感区域位于高原西南部和东部。
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user: 摘 要 蛹虫草作为宝贵的生物资源，在抗肿瘤领域具有一定的食药用价值。本文首先对蛹虫草中具有抗肿瘤作用的活性成分进行整理，例如虫草多糖类物质、核苷类物质、蛋白质类物质以及甾醇类物质等。其次，根据蛹虫草的广谱抗肿瘤作用，对其直接或间接的抗肿瘤作用机制进行分类汇总，主要包含抑制嘌呤、DNA和RNA生物合成及蛋白质翻译、诱导肿瘤细胞凋亡、调控细胞周期、抗肿瘤细胞转移和侵袭、改善免疫调节、增强耐药性细胞的敏感性等。最后，在总结前人研究的基础上，提出了未来在蛹虫草抗肿瘤作用的研究中可能值得继续深入探讨的重点，为蛹虫草抗肿瘤的研究开拓思路。 关键词 :蛹虫草，生物活性成分，细胞凋亡，细胞周期，免疫调节，耐药性细胞敏感性 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 蛹虫草(Cordyceps militaris (L.) Link)，又名北虫草、北冬虫夏草，天然的蛹虫草是经蛹虫草菌侵染昆虫蛹后所形成的实体，隶属于真菌门(Eumycota)、子囊菌门(Ascomycota)、子囊菌亚门(Ascomycotinia)、粪壳菌纲(Sordariomycetes)、肉座菌亚纲(Hypocreomycetidae)、肉座菌目(Hypocreales)、虫草科(Cordycipitaceae)、虫草属(Cordyceps) [ 1 ]，是虫草属真菌的模式种。早在1986年，中科院就已经实现了蛹虫草的人工培育 [ 2 ]。相比于野生型冬虫夏草，人工培育的蛹虫草因具有相同的活性成分和相似的生物学功效 [ 3 ]，已逐渐成为冬虫夏草良好的替代品。 蛹虫草子实体和菌丝体的抗肿瘤作用已被大量文献所报道，相比于放疗、化疗等传统的治疗恶性肿瘤的方法，蛹虫草作为一种天然的抗肿瘤药物，具有安全、副作用小等优点。早于1997年，美国NCI就把虫草素引入18种抗癌新药进行开发研究，并与国家癌症研究所波士顿医学中心(BMC)的教授们共同证实了虫草素对白血病具有很好的药物疗效，目前，以虫草素为主要成分的核苷类新药已进入三期临床 [ 4 ]。因其具有广谱的抗肿瘤活性，蛹虫草的应用开发前景极为广泛。本文根据前人的研究成果，对蛹虫草中具有抗肿瘤作用的活性成分进行了系统性的分类和整理，并综述了抗肿瘤的作用机制，为今后更深入地发掘蛹虫草的食药用价值作参考。
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user: 2. 蛹虫草中抗肿瘤活性成分 2.1. 核苷类 蛹虫草中核苷类物质的抗肿瘤活性一直是研究的热点，通过MTT法和SRB法检测，发现蛹虫草中核苷类物质对人表皮鳞癌细胞A431、人直肠癌细胞HT-29、人胃癌细胞HGC-27、人恶性黑色素瘤细胞A-375、人急性淋巴白血病细胞CCRF-CCEM、人肺癌细胞NCI-H292、人红白血病细胞K562、人肝癌细胞HepG2、人宫颈癌细胞HeLa、人胃癌细胞MGC80-3、人大细胞肺癌细胞NCI-H460、人乳腺癌细胞MCF-7、人非小细胞肺癌细胞A549以及人肾癌细胞A498均具有体外抑制作用，证明蛹虫草中核苷类物质具有广谱的抗肿瘤作用 [ 5 ]。 虫草素(Cordycepin)，即3’-脱氧腺苷，最初于1950年从蛹虫草的培养滤液中分离发现所得 [ 6 ]。大量研究证明虫草素对肝癌、肺癌、乳腺癌、大肠癌、结肠癌、鼻咽癌、甲状腺癌、子宫癌等都具有良好的抑制作用。近年来，王成树等人完整地解析了虫草素在蛹虫草中的生物合成机理，并从基因及化合物水平证明野生型冬虫夏草中不含虫草素 [ 7 ]。除虫草素外，研究人员通过高效液相分析建立了蛹虫草中另外15种核苷类物质的指纹图谱，如图1所示 [ 8 ] [ 9 ]。 图1. 核苷标准品(A)和蛹虫草样品(B)色谱图 1：胞嘧啶；2：尿嘧啶；3：胞苷；4：次黄嘌呤；5：黄嘌呤；6：尿苷；7：胸腺嘧啶；8：腺嘌呤；9：肌苷；10：鸟苷；11：2’-脱氧鸟苷；12：胸苷；13：腺苷；14：2’-脱氧腺苷；15：虫草素；16：N6-(2-羟乙基)腺苷 2.2. 虫草多糖类 虫草多糖含量较高，存在于蛹虫草菌丝体、蛹虫草子实体、液体深层发酵液以及人工固态培养基中，可通过水提法、超声波辅助提取法、酶解法和超临界流体法提取 [ 10 ]。虫草多糖类物质结构复杂，通常由多个单糖聚合而成，其生物活性与分子量大小、化学结构、糖苷键、骨架长度、聚合度、分支度以及三维结构密切相关。 黄奕诚等人经水提醇沉、硫酸锌盐去蛋白、膜过滤、DEAE-52柱层析及Sephadex G-100进一步层析从蛹虫草子实体中得到多糖组分CP2-c2-s2 [ 11 ]。任大明等人从蛹虫草固体发酵培养基中分离纯化得到多糖CMMSP1，并经红外光谱分析其单糖组成和结构 [ 12 ]。文献 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 中，研究人员从蛹虫草中分离并鉴定出六种多糖(CPS-1、CPS-2、CPS-3、P50-1、P70-1和P70-2)，经体外抗氧化实验发现P70-1具有清除羟自由基的活性，IC 50 值为0.548 mg/ml。目前，经报道的蛹虫草多糖还包括W-CBP50 [ 16 ] 、MCMP [ 17 ] 、CMP-W1和CMP-S1 [ 18 ] 等。蛹虫草多糖不仅能够直接抑制肿瘤细胞增殖、诱导凋亡，还能通过调节免疫系统，间接抑制肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移。 2.3. 虫草甾醇类 迄今，已从蛹虫草中分离鉴定出约10种甾醇及其衍生物，包含麦角甾醇、麦角甾醇过氧化物、胆固醇、β-谷甾醇、胡萝卜苷、菜油甾醇、二氢菜籽甾醇、7-啤酒甾醇、麦角甾-7，22-二烯-3β，5α，6β-三醇、5，8-表二氧麦角甾烷-6，22-二烯-3-醇等 [ 19 ]。其中，麦角甾醇作为VD2的前体物质，是真菌细胞膜的重要组成物质，经证明具有抗肿瘤作用 [ 20 ]。 2.4. 蛋白质和多肽 蛹虫草免疫调节蛋白(C. militaris immunoregulatory protein， CMIP)能够抑制4T1乳腺癌细胞的体内肺转移 [ 21 ]。蛹虫草蛋白(C. militaris protein， CMP)，经体外研究证明对人乳腺癌和膀胱癌具有细胞毒性作用 [ 22 ]。文献 [ 23 ] 中研究人员从真菌粗提物中分离到两种新的多肽：环五肽F (1)和环五肽G (2)，以及三种已知的环肽：环肽A(3)、环肽C(4)和双硫基(甲硫基)透明质酸(5)，其结构详见图2。其中环五肽F和G被证明对Hela和MCF7细胞系具有细胞毒性作用。文献 [ 24 ] 中从冬虫夏草菌丝提取物BCC 16173中分离得到的蛹虫草多肽A (Cordyheptapeptide A)和一种新的蛹虫草多肽B (Cordyheptapeptide B)，具有抗癌和增强免疫作用。 图2. 环五肽F(1)、G(2)、环肽A(3)、C(4)及双硫基(甲硫基)透明质酸(5)的结构式 2.5. 酶类 蛹虫草中存在超氧化物歧化酶(SOD) [ 25 ]。SOD作为一种抗氧化酶，具有清除氧自由基的作用，可避免氧化应激反应诱导的DNA损伤及其对细胞信号传导的干扰，在肿瘤细胞的发生和发展过程中起重要作用 [ 26 ]。 2.6. 黄酮类 黄酮类化合物能够促进肿瘤细胞凋亡，同时延缓正常组织的凋亡。Choi等人在研究蛹虫草栽培发芽大豆的代谢组学过程中发现四种新型的异黄酮葡萄糖苷 [ 27 ]。Kim等人研究发现glycitein 7-O-beta-d-Glucoside 4''-O-methylate (CGLM)能通过阻断NF-kappa-B和p38/ERK MAPK途径，下调COX-2、MMP-9和MUC5AC基因表达，使NCI-H292细胞免受表皮生长因子(EGF)诱导的损伤 [ 28 ]。
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user: 3. 蛹虫草的抗肿瘤机制研究 3.1. 直接抗肿瘤作用 3.1.1. 抑制嘌呤生物合成，DNA和RNA生物合成及蛋白质翻译 进入细胞后，虫草素依次被磷酸化为5’单磷酸盐、5’二磷酸盐和5’三磷酸盐，磷酸化后的虫草素能抑制核糖磷酸焦磷酸激酶和5’-磷酸核糖焦磷酸转移酶活性，从而抑制嘌呤的合成，进而抑制肿瘤细胞DNA合成 [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]。在RNA合成的转录过程中，虫草素作为腺苷结构类似物可代替正常的核苷，提前终止转录过程 [ 32 ]。虫草素通过抑制核酸和蛋白质的合成，切断肿瘤细胞增殖和生存所必需的代谢途径，是目前虫草素的抗肿瘤作用机制中研究较早的一种。 3.1.2. 诱导肿瘤细胞凋亡 细胞凋亡是由基因控制的一种自主有序的死亡方式，它一系列相关基因的激活、表达和调控。与虫草素诱导肿瘤细胞凋亡相关的信号通路主要有NF-κB信号通路、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase， MAPK)信号通路、PI3K/Akt信号通路等。另外，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶家族(caspase)和Bcl蛋白在体外诱导肿瘤细胞凋亡过程中具有重要作用。 通过流式细胞仪检测发现一种新型虫草多糖CSPS-1在浓度为150、300 g/mL时对S-180细胞的凋亡率分别比5-Fu组高3.96%和53.17% [ 33 ]。虫草素可增强c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase， JNK)蛋白激酶和p38蛋白激酶活性，上调Bcl-2家族中促凋亡蛋白Bax的表达 [ 34 ]。Bax蛋白的过表达，通常会引起线粒体中细胞色素C的释放，从而激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶8 (caspase 8)启动凋亡，激活下游凋亡执行因子，释放半胱天冬氨酸蛋白酶3 (caspase 3)，最终致使肿瘤细胞凋亡。 3.1.3. 调控细胞周期 细胞周期紊乱会导致正常细胞的癌变以及恶性肿瘤细胞的无限增殖，如何调控恶性肿瘤的细胞周期是研究开发抗癌新药的一大重点。细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinases， CDKs)是目前研究的热点，它可以在细胞周期的不同阶段被相应的细胞周期蛋白(cyclins)所激活，在细胞周期的调控过程中起着关键性作用。 虫草素可上调p21WAF1基因表达，抑制细胞周期蛋白复合体(cyclin B1/CDC2)的表达，导致细胞周期阻滞于G2/M期，最终抑制结肠癌细胞增殖 [ 35 ]。在研究血管平滑肌时发现，虫草素通过Ras细胞外调节蛋白激酶1 (extracellular regulated protein kinases 1， ERK1)信号通路上调p27KIP1基因，抑制细胞周期蛋白复合体(cyclin E/CDK2)表达，导致细胞周期阻滞于G1/S期 [ 36 ]。另外，在抑制白血病细胞生长的过程中，虫草素还可以通过促进p53蛋白的增加来抑制cyclin A2、cyclin E、CDK2的表达，从而影响细胞周期蛋白复合体的形成，最终造成S期的阻滞 [ 37 ]。 虫草多糖(CSP)，以12.5 mg/kg体重处理S180腹水癌细胞荷瘤小鼠，结果表明其能明显抑制S180移植性实体瘤的生长，并降低小鼠S180腹水瘤细胞的分裂指数，通过影响细胞周期，阻止细胞分裂从而抑制肿瘤细胞 [ 38 ]。柞蚕蛹虫草水提物处理人乳腺癌细胞MCF-772h后，发现G0-G1(DNA合成前期)的比例增加，细胞周期阻滞 [ 39 ]。 3.1.4. 抗肿瘤细胞转移和侵袭 癌细胞离开原病灶转移侵机体其他部位，需要通过细胞外基质(extracellular matrix， ECM)，基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases， MMPs)在癌细胞的转移和侵袭过程中起着重要的作用。 Akt信号通路和ERK1/2信号通路是肿瘤细胞研究中的经典信号通路，研究表明，虫草素可明显下调胆囊癌细胞中Akt、ERK1/2以及两者间信号因子Ezrin的磷酸化水平，从而抑制细胞迁移 [ 40 ]。新型水溶性多糖CME-1能够下调MMP-1的表达水平，减少细胞外信号调节激酶(ERK1/2和p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK))的磷酸化，恢复黑色素瘤细B16-F10细胞对IkB-α的降解，从而抑制黑色素瘤细胞B16-F10的转移，且呈剂量依赖关系 [ 41 ]。另外，虫草素可以通过MAPK、NF-κB和PI3K/Akt等信号通路干预基质金属蛋白酶，通过下调MMP家族中的MMP-2和MMP-9，降解IV型胶原蛋白，增强脑肿瘤、膀胱癌、乳腺癌和前列腺癌的转移和侵袭能力 [ 42 ]。与抑制肿瘤细胞增殖和促进肿瘤细胞凋亡相比较，我们发现蛹虫草中的活性物质在抗肿瘤转移和侵袭方面的分子基础研究相对较少，关键位点的上下游信号分子以及直接或间接的作用仍有待进一步研究。 3.2. 间接抗肿瘤作用 3.2.1. 免疫调节机制 T细胞受体(TCR)表面可表达辅助性T细胞(Helper T cells，Th，CD4+细胞)和细胞毒性T细胞(Cytotoxic T cells，Tc，CD8+细胞)。CD4+细胞可分化为不同的亚群，每个亚群释放特定的细胞因子，例如Th1释放TNF-α (肿瘤坏死因子)、IFN-γ (interferon-γ，干扰素γ)和IL-2 [ 43 ]。TNF-α可直接诱导肿瘤细胞凋亡，IFN-γ可以活化巨噬细胞，增强其吞噬病原体功能，以及IL-2则可增强NK细胞的杀伤作用 [ 44 ]。 研究 [ 44 ] 发现，虫草多糖可明显抑制荷瘤小鼠S180肉瘤的生长，提高免疫器官指数，诱导T淋巴细胞转化、增殖，增加细胞CD4+CD8-亚群数量，并通过上调细胞因子TNF-α和IL-2的水平，改善机体免疫功能，增强机体抗肿瘤作用。迟发型变态反应(DTH)是T细胞介导的炎症反应，依赖于细胞免疫的反应，虫草菌丝体多糖能够增强DTH反应，增加外周血α-萘酯酶阳性细胞的数目，通过激活T淋巴细胞，释放相应的细胞因子对肿瘤细胞产生直接的杀伤作用，从而抑制肿瘤细胞的生长 [ 45 ]。 3.2.2. 增强耐药性细胞的敏感性 5-Fu具有广谱的抗肿瘤作用，常用作抗肿瘤实验的阳性对照药物，适用于消化道癌(口腔鳞状细胞癌、食管癌、胃癌、肝癌、胰腺癌、结直肠癌等 [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] )、肺癌 [ 51 ] 、卵巢癌、乳腺癌 [ 52 ] 、宫颈癌、膀胱癌、头颈部癌 [ 53 ] 等。它在细胞内以伪代谢物的形式干扰蛋白质的合成，或转变成5-氟尿嘧啶脱氧核苷酸，从而抑制脱氧胸苷酸合成酶的作用，阻止脱氧尿苷酸甲基化成为脱氧胸苷酸，最终影响DNA的合成。增强肿瘤细胞对5-Fu药物治疗的敏感性，降低肿瘤细胞的耐药性是癌症治疗中的一大难点。 以药物耐受模型K562细胞为研究对象，发现虫草素与INF-α或5-Fu联用时，能够通过抑制Poly(A)多聚酶(PAP)的活性，从而提高耐受化疗药物的K562细胞对凋亡的敏感性 [ 54 ]。蛹虫草小分子肽在一定浓度范围内，能够提高胃癌细胞株SGC-7901对5-Fu化疗的敏感性，且具有剂量依赖性 [ 55 ]。由此可见，蛹虫草中活性物质与常用的化疗药物联用，可作为探究天然活性物质抗肿瘤效果的方法之一。
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user: 4. 结论与展望 “十二五”提出了“珍稀药用生物替代品规模化关键技术研究与产品开发”，努力开展虫草素抗肿瘤的临床前研究，该目标的提出推进了蛹虫草在抗肿瘤领域的药用价值。 目前，针对蛹虫草抗肿瘤作用的研究仍然存在许多不足，未来的研究方向和值得深入研究的，笔者认为主要有以下几点：① 作为一种人工发酵的真菌，蛹虫草在发酵过程中所使用的培养基或者发酵液的不同，会导致其菌丝体和子实体等部位所含的活性物质种类以及含量上的差异，如何确立一种优良的分析方法，从而建立蛹虫草的指纹图谱这一问题亟待解决。② 在生物学功效方面，研究人员关注最多的仍然是虫草素、虫草多糖类物质，而其他可能的活性成分并没有得到足够的重视。因此，在指纹图谱建立的基础上，可以尝试尽可能的挖掘蛹虫草中新型的活性物质。③ 在蛹虫草抗肿瘤作用机理的研究中，目前仍然仅侧重于测定某几个关键基因的表达水平，而未能准确定位关键基因的上下游信号。因此，基因沉默、基因敲除等技术应更多地运用，以便于更加完整地描绘出整个信号通路，为癌症的治疗开发新思路。相比于放疗、化疗等传统的治疗恶性肿瘤的方法，蛹虫草作为一种天然的抗肿瘤药物，具有安全、副作用小等特点，未来更深入地探究其抗肿瘤作用的机制，才更有利于发挥其食药用价值。
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user: 摘 要 本文利用Himawari-8卫星的高级成像仪(HW8)的中心波长为10.4 μm的全盘观测标准数据，基于结合了传统区域重叠(AOL)跟踪法和卡尔曼滤波(KF)法的一个跟踪对流系统的新算法，对青藏高原区域(25~45˚N， 80~105˚E) 2016年7月1日至15日的对流系统进行识别跟踪。这半个月内，利用新算法一共跟踪到了青藏高原区域的13个不同强度的对流系统，根据对流系统的不同特征将其分为三类：1) 通常意义上的对流系统，包含了从生成到发展再到消亡一个完整的生命周期；2) 从一个较大系统上分裂出的对流；3) 生成发展到一定程度后并入其他系统的对流。文中分别选择一个典型个例进行分析。分析结果显示，三个对流系统有着不同的特征(时空、亮温、尺寸、移动轨迹等)，它们对降水的影响也有所不同。前两个对流系统强度较小，对降水的影响也不大；后者则是青藏高原较少有的强对流系统，对降水影响较大。 关键词 :青藏高原，对流系统，区域重叠法，卡尔曼滤波法 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 近几年来，全球变暖导致青藏高原东北部强对流灾害性天气愈发活跃和频繁，对人民生命和财产安全产生较大影响 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。中尺度对流系统是暴雨的直接影响系统 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]，MCS的特征决定了降水的强度和降水区域的大小，小而快速移动的对流系统一般不会引起降水或只能带来局地弱降水，而强度大且移速缓慢或准静止的对流系统会产生较大降水，甚至引发暴洪灾害 [ 7 ]，所以准确识别MCS对强对流天气的预报至关重要 [ 8 ]。本文中为了弥补传统区域重叠法的局限性，选取结合了区域重叠(AOL)法和卡尔曼滤波(KF)法的一种新算法 [ 9 ] 来检测和跟踪青藏高原地区的对流系统。卡尔曼滤波法可以稳定地跟踪小型的快速移动的系统。新算法结合了两种方法的优点，能够更加准确清晰地识别和跟踪青藏高原的对流系统，更好地捕获MCS的完整生命周期，为后续研究这些中尺度对流系统的基本特征和其对周围天气系统的影响提供更加可靠的保障。
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user: 2. 数据与方法 2.1. 数据 数据采用的是日本Himawari-8地球静止卫星于2015年7月7日起向公众提供实时的观察结果(ftp://ftp.ptree.jaxa.jp/jma/netcdf)。该卫星所带的成像仪(AHI)共有16个频段，提供0.5~2 km的不同空间分辨率和0.47~13.3 μm的不同中心波长的观测，其时间分辨率从2.5~10分钟不等 [ 10 ] [ 11 ]。Himawari-8地球静止卫星数据因其高时空分辨率以及较好的准确性，被广泛应用于灾害性天气的监测预警中 [ 12 ]。 降水资料采用空间分辨率为0.1˚ × 0.1˚的中国区域逐日融合降水数据集 [ 13 ]。 2.2. 方法 本研究中所运用的识别和跟踪对流系统的方法主要来源于结合传统区域重叠方法和卡尔曼滤波方法所开创的能够更加准确识别对流系统的新算法 [ 9 ]。该算法克服了传统区域重叠法的局限性，同时考虑了卡尔曼滤波方法所具有的能够订正系统误差，且线性拟合能力较强的优点，该算法中主要包括了对流系统的识别和跟踪模块，可以对不同类型对流系统进行识别和跟踪。
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user: 4. 结论 1) 本文共追踪和识别了13个不同强度的对流系统，根据对流系统的不同特征，将其分为三类，再从中分别随机选择一个进行分析。第一类，通常意义上的对流系统，虽然跟踪了它的整个生命周期，但由于对流系统总体强度一般，并未对其对应区域的降水产生较大影响。第二类，从较大系统中分裂出来的对流，该系统始终处于消亡阶段，强度小时间短，所以它对降水也并未产生显著影响。第三类，发展到一定程度后并入其他系统的对流，这是一个青藏高原较少出现的强对流系统，该对流系统发展迅速向南移东，至高原南部并入了其他的系统，它对降水造成了较大的影响。 2) 本文中还对三个对流系统进行了比较分析，我们可以看到前两个对流系统是青藏高原较为常见的一般强度的对流系统，对降水未产生明显影响；而后一个对流系统则是一个穿越对流层顶的强对流系统，它发展迅速，周期较长，对降水也造成了一定的影响，且当它与其他系统合并后还会影响更为广泛的区域。
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user: 摘 要 针对地铁站台候车乘客行为规律的相关研究发现，候车乘客的分布与站台进出口位置息息相关，乘客更容易停留在进口位置。另外，由于地铁车厢信息不透明，候车乘客分布与对应车厢的乘客密度往往不相匹配，随着地铁客流的快速增长，乘车拥挤以及时空资源浪费等问题日益突出。针对上述问题，本文提出了使用阵列布置的压力传感器实时检测车厢乘客密度进而实现客流诱导的方法。系统工作时首先对列车各车厢内乘客的压力进行实时采集，再通过建立的乘客压力与车厢拥挤程度模型来判断各车厢的拥挤等级，并利用诱导显示屏和指示灯来告知候车乘客各车厢内的拥挤程度，使候车乘客选择合理上车位置，最终实现对候车客流的有效诱导，减轻了候车拥挤问题，提高了地铁运行效率。 关键词 :地铁站台，压力传感器，乘客分布，客流诱导 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 地铁以其安全、准时、快捷、舒适、环保等特点备受各大城市青睐，其发展对缓解城市地面交通混乱局面、方便居民出行具有重要作用。随着城市道路交通拥堵现象的加重以及地铁交通网络的逐渐完善，地铁的日平均客运量正逐年快速增长。同时，由于地铁站内部环境封闭，客流量大，人群聚集度高等特点，使得站内客运组织变得尤为重要。 地铁站客运组织主要以日常客运组织及大客流预测与控制为主。日常客运组织主要通过合理布置客运有关设备、设施等方式，对客流采取有效的分流或引导措施。突发性大客流等紧急情况下的客运组织比较复杂，需要根据现场情况由运营协调中心统一指挥，通过控制出入站以及付费区客流等措施来减缓车站压力，优化客运服务 [ 1 ]。 地铁车站对于候车区的客流组织管理较少。目前普遍采用的人工疏导方式效率较低且具有盲目性，会使候车乘客分布情况与各车厢乘客密度不匹配，从而加剧乘客上车拥挤现象。部分学者通过研究车站候车乘客分布规律发现，候车乘客的分布与车站进出口位置息息相关 [ 2 ]。同时，不同程度的候车客流密度，有着不同的客流分布特点，并且人群更容易停留在进口位置候车。因此，地铁候车区客流诱导应考虑各车厢乘客密度情况，不能单纯的将车站候车客流进行趋于均匀的诱导。
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user: 2. 系统介绍 2.1. 系统简介 系统主要由数据采集系统、数据传输系统、数据处理系统以及信息显示系统四部分组成。系统通过在每节车厢的站立区域布置压力传感器以采集压力数据信息，通过列车的无线通信系统将数据发送到数据处理中心处理得到各车厢的拥挤程度，并将拥挤程度实时发布在地铁候车区的显示终端上，使候车乘客能够根据各车厢拥挤程度选择合理候车区域。另外，数据处理中心还可通过车厢乘客密度分析列车各时段的运载率、拥挤度等指标来进行线路评价等工作。 2.2. 流程框架 以下是系统工作流程图(图1)。 图1. 系统工作流程图
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user: 3. 方案设计 3.1. 数据采集系统 1) 工作流程：数据采集系统负责采集压力传感器单元产生的压力信息。压力传感器单元在车厢站立区域和坐席区域以阵列式的布设原则进行铺设。系统利用压力传感器单元获取乘客压力信息并汇集到各车厢的数据库，借助无线通信系统将各节车厢的实时压力信息传到数据处理系统。 2) 布设原则：此项目压力传感器的布设情况分为两类。一类是在坐席区域布设传感器，以感应车座上的压力，判断列车内部是否有座位空余；另一类是在站立区域以阵列式布设传感器，以获取压力信息，如图2所示。 ① 布设形式：目前，部分学者针对乘客对于站立区域的选择等做了大量的理论分析。将车厢内部分为6个区域，分别为坐席前区、坐席后区、车门前区、车门后区、侧边前区以及侧边后区。根据调查结果显示，乘客对车门前区的选择概率随车厢内立席密度的增大而逐步增大，坐席区域和边侧区域则相反。乘客更偏向于站立在人更少的区域，其次是距离立柱、座位、车门、扶手更近的区域。因此乘客对于站立区域的选择具有一定的倾向性，所以为使采集到的压力信息准确完整我们需要将压力传感器在车厢底部均匀布设，全面覆盖整节车厢。 图2. 压力传感器布置示意图 ② 布设密度：此项目传感器的布设应综合考虑不同传感器的承压极限、辐射范围以及相邻传感器之间的相互影响来考虑传感器的布设密度。另外，传感器布点应在考虑成本的前提下尽量满足精度要求，防止因布设过密而使成本增加，布设过少导致数据精确度偏低的情况。不同的压力传感器具有不同的布设密度。 3.2. 数据处理系统 数据处理系统负责计算各车厢乘客密度，并将拥挤度信息指挥发布到相应站台的显示终端，数据处理中心还可分析列车各时刻的载客率等指标，帮助优化列车调度管理计划。在进行数据处理时，通过地铁的数据传输系统 [ 3 ]，将采集到的数据，传输到地铁的数据处理系统，对数据进行一定的筛检、规范、修复之后，将数据导入MATLAB软件，得出车厢内部各处位置的压力分布柱状图，如图3所示。 图3. 车厢内压力分布柱状图 1) 计算乘客密度：系统利用各车厢压力传感器采集的数据，建立车厢三维压力数据模型，利用计算机将压力数据进行处理，得到车厢压力分布情况，根据车厢相邻压力数值修正总压力数值。数据处理系统存储列车各车厢的矫正压力数据，将汇总后的各车厢总的压力数值除以布置传感器的面积得出每平方米承受的重量，再结合乘客的平均体重数据，计算得到各列车车厢站立区域乘客密度 。 2) 划分车厢密度等级：系统计算出乘客密度后，将根据密度值划分各车厢的拥挤等级。根据基于乘客空间舒适性立席密度μ (人/m 2 )的划分原则，本系统划分了五个拥挤等级： 当0 < μ ≤ 3时，车厢内乘客很少，心理舒适度高； 当3 < μ ≤ 4.5时，刚好满足乘客需求舒适度的临界，可小幅活动； 当4.5 < μ ≤ 6时，乘客会感觉少许不适，会接触但不会挤压； 当6 < μ ≤ 7时，乘客间出现挤压，有拥挤感，但不至于出现安全问题； 当μ > 7时，乘客相互挤压，不适感强烈，可能会出现安全问题。 为便于乘客接收和理解信息，可将五个拥挤等级依次表示为：舒适、轻微、轻度、中度、重度。 3.3. 显示诱导系统 车站候车区客流诱导遵循“能疏导，不控制”的原则，通过诱导显示屏为乘客提供相关信息 [ 4 ]，让乘客自主选择候车区域，达到客流诱导的目的。诱导显示屏的位置选取应以方便乘客为原则，可选择目前站台信息提示板位置或根据站台类型设置在屏蔽门等位置。另外，站台还可通过在地面设置指示灯提示候车乘客可等车人数，选择适当候车区域。各指示灯与屏蔽门的距离反映各拥挤程度所对应的可登车人数。
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user: 4. 创新 针对地铁站台乘客上车位置与车厢内人流密度比匹配的问题，本系统采用压力传感器检测车厢内人流密度，辅以地铁站台客流诱导装置的方法，可以有效引导乘客更加舒适的乘车，降低高峰时刻人工诱导的工作量，能有效地提高地铁的运行效率。相对于基于图像识别技术或红外感应技术随客流强度的增大诱导精度变低的问题，本系统能更好的适应于高强度下的客流，传感器之间相互独立，单个传感器出现故障时，便于维修和更换。与基于RFID射频技术的客流诱导系统投入较多 [ 5 ]，经济性低的特点相比，本系统基于传感器的密度识别方式能对所有乘客进行检测，更加具有普遍性、适用性。而且相应技术成熟，适合大范围推广。在很大程度上可以提高地铁运行的经济性和可靠性。
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user: 5. 总结 随着社会经济的不断发展和城市化水平的不断加快，城市基础设施特别是城市交通与城市发展的矛盾逐渐显现，地铁系统对于大城市而言越来越具有影响地位，地铁可以提高城区密度，减弱市民对小汽车的依赖，减少城市无计划的扩张以及为居民提供价格公道的出行方式等作用。因此合理有效解决地铁候车过程中的乱象，促使人们安全乘车具有重大意义。通过基于压力传感器阵列的地铁站台客流诱导系统可以简单高效的将候车乘客引导到人员较少的车厢中，达到分散人流并合理分配地铁空间资源的作用，可以有效解决候车与车厢密度不匹配问题。此外，通过乘客密度数据可以计算载客率等数据，可以直观反映该线路的运营特点，调整优化地铁的发车频率及班次，提高列车运行效率。在列车行驶过程中，通过车厢内部压力数据的变化，实时监测地铁车厢内部乘客的流动趋势，起到辅助监控的作用，保障地铁运营更加地安全稳定。
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user: 摘 要 自从红宝石激光器问世以来，固体激光器一直都是激光器发展的主要导向，加上从上世纪八十年代开始，半导体激光器等新型固体激光器类型的出现让光电行业重新焕发生机。在固体激光器使用新型二维材料，提升固体激光器的性能和使用寿命，是未来光电市场固体激光器的发展趋势。本文以新型二维材料在固体激光器中的应用为出发点，阐释技术的优势和使用的必要性，旨在为相关工作者开展工作提供一定的借鉴和启发。 关键词 :新型二维材料，固体激光器，研究进展 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. 新型二维材料的应用前景 二维材料就是分子层单层、内部有共价键和离子键连接支撑的材料，因为结构的特点，导致其在性能上相比传统天然材料具有更大的使用价值，如图1为其结构图。 图1. 二维纳米材料结构图 二维材料的使用范围非常广泛 [ 1 ]，光电行业、高新技术行业等都有二维材料的涉及。新型二维材料中使用较为广泛的有二维六方氮化硼、黑磷、氧化物等 [ 2 ]，以过渡性金属碳化物为例，过渡性金属碳化物具备非常不错的强度和硬度 [ 3 ]，并且抗热性和化学反应活性较低，所以过渡性金属碳化物在储能材料、极端条件下使用也是愈发广泛 [ 4 ]。因为其催化功能较好，并且具备超导性，因此在电子和化学领域也有非常广泛的应用。新型二维材料例如石墨烯、拓扑绝缘体、黑磷(BP)等等 [ 5 ]，在光电领域中逐渐展现出其魅力，因为其具备非线性光学特性，所以可以成为激光脉冲调制中的可饱和吸收体 [ 6 ]，如图2所示非线性光学视角的激光脉冲。 图2. 非线性光学视角的激光脉冲
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user: 2. 激光器原理及应用前景 2.1. 固体激光器原理及应用 激光是受激辐射之后，诱导或者激发光子队列采取同样的步调射出的光源，相比传统意义上的自然光线和人造光线，激光的应用范围非常广泛，从高新技术行业到通信技术 [ 7 ]，再到美容医学领域 [ 8 ]，激光都有不错的使用价值，而激光也被称为20世纪以来人类的第四大重要发明 [ 9 ]，能与电脑、核能和半导体相提并论，足以见得激光行业在未来的发展前景是相当广阔的。图3所示，激光器就是产生激光的人造光源 [ 10 ]，也是激光的最终来源。无论是电脑、核能、半导体还是激光，目前人类探索的范围不过凤毛麟角，并且激光器的改革仍在不断进行。 图3. 激光光源 激光器的种类繁多，按照其工作性质的不同可以分为固体、气体、液体等三大类 [ 11 ]，激光器的原理就是通过光学、电学的激励方式，让工作介质吸收能量并且实现粒子的翻转和维持。为了能让激光有良好的方向习惯和相干性，采用不同原理制造的激光器，其经济价值也各不相同 [ 12 ]。选取了目前较为常见的激光器进行对比分析(如表1)，灯泵固体激光器和气体激光器的设备体积较大，也设备的使用寿命较短，因此并不适合大范围的经济活动，在光束质量上，半导体材料光束质量较差，其余三者光束质量都相对不错，全固态激光器设备寿命、体积和光束质量、电光效率都非常不错，通过各种激光器的体积、寿命、光束质量和光电效率对比，固体激光器具备较高的经济价值。但是光电效率最高的半导体激光器，倘若可以在光束质量上加以控制，在经济效益上要比全固态激光器更大 [ 13 ]。 Table 1 Comparison of characteristics of high power lasers (Electro-optic efficiency approximation 设备体积 寿命 光束质量 电光效率 灯泵固体激光器 大 短 好 15% 气体激光器 大 短 好 3% 半导体激光器 小 长 坏 50% 全固态激光器 小 长 好 17% 表1. 大功率激光器的特点比较(电光效率近似计算) 2.2. 固体激光器中运用新型二维材料的优势 从以上特点分析中也可以发现，半导体激光器的电光效率远远高于同类其他激光器类型，因此如果能提升光束质量，其经济效益会实现质的突破。设备体积、使用寿命等诸多方面，都要比其他类型的激光器更出众。上文中也介绍了新型二维材料具有独特的光电性能，因此在半导体激光器上或者全固态激光器上使用新型二维材料，能实现高质量光束的输出。因此在固体激光器(如图4)的应用中加上新型二维材料，是未来发展的课题 [ 14 ]。 图4. 固体激光器
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user: 3. 新型二维材料在固体激光器中的应用研究 3.1. 新型二维材料在固体激光器中的应用优势 新型二维材料中很多材料都具备不错的光电性能，本文将简单介绍石墨烯、过渡金属硫系化合物、拓扑绝缘体、黑磷在激光器中的应用优势。 图5. 过渡金属硫系化合物，拓扑绝缘体和黑磷结构图 石墨烯具有非常不多的电子传输特性 [ 15 ]，也是迄今为止技术范围内已知的具备导电性和电光效率的光电材料。其他三种都具有较为不错的应用价值，无论是过渡金属硫系化合物、拓扑绝缘体还是黑磷都有应用在固态激光器中的价值，如图5所示，详细见表2新型二维材料性能分析对比。 Table 2 Comparison of performance analysis of new two-dimensional material 晶体结构 材料特性 技术难点 石墨烯(GN) 单层碳原子SP2杂化轨道组成的规则的六边形结构 导电性：电子迁移率是Si的100倍，电导率：106 S∙m −1 光电性能：紫外–可见–红外–太赫兹波段具有共振光学反应 零带隙电子结构导致其具有较短的载流子寿命 拓扑绝缘体(TI) 狄拉克锥结构，结构与石墨烯相似 导电性：内部绝缘、表面导电 目前得到印证的强拓扑绝缘体有Sb2Se3、Sb2Te3等 费米子系统分类尚未完善 过渡金属硫化物(TMDCs) 反演对称性晶体结构 近红外波段具有激子发光特性，晶体结构带隙可以调节，较为灵活，开关比为106 常温下过渡金属硫化物的电子迁移率较低，导电性不佳 黑磷(BP) 磷(P)在二维平面紧密挤压形成的蜂窝状结构 晶体结构带隙可以调节，二次对称性结构导致其具有各向异性光电特性 抗激光损伤阈值和稳定性不高 表2. 新型二维材料性能分析对比 3.2. 新型二维材料在固体激光器中的应用中需要解决的问题 新型二维材料并未在固体激光器领域中得到非常广泛的应用，其原因也显而易见，尽管材料的性质较为优越，但是尚未找到一款兼备导电性能、光学性能和长寿命的新型二维材料 [ 16 ]。 以石墨烯为例，其导电性和光导率致使其非常适合运用到固体激光机中，但是因为电子结构的原因，其使用寿命不如黑磷、过渡金属硫化物。同时目前石墨烯的使用仍然停留在实验室阶段，尽管目前石墨烯在电子设备上得到应用和推广，但是其借助的都是石墨烯的导电性和热传导性能，其光电性能并没有得到广泛的应用 [ 17 ]。目前石墨烯的制备方式是胶带法剥离如图6 (Geim， Novoselov等人提出)，其发展时间在十五年左右，因此仍需要很长一段时间积淀技术。
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user: 4. 新型二维材料在固体激光器中的应用的未来展望 新型二维材料是人工合成，因此在原子组成和分子结构上具有非常的可塑性，但是就目前的情形来看，因为技术实力仍然不完备，导致新型二维材料在性能上仍有非常大的进步空间 [ 18 ]。科研部门和大学研究所也应当加强科技创新力度，加强新型二维材料的研究，并且加大相关专业的技术人员和科研人员的培养，促进新型二维材料的质的突破和光电行业的不断发展。因为目前很多研究还是针对实验室内开展，所以将新型二维材料运用到固体激光器中仍然有很大的实施难度 [ 19 ]，但是一旦实现必定是光电行业的历史性突破。 图6. 胶带法剥离制备石墨烯
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user: 5. 结语 总而言之，激光在生活中的作用愈发重要，因此采用新技术提升激光器的效率和光线质量也是势在必行。因为新型材料的化学特性独特，导电性和导热性都非常不错，将成为当代固体激光器改革的重要基石。但正是因为技术的领先性也导致新型二维材料在光电行业的应用困难重重，所以更需要加强技术研究，待到技术成熟以后，势必会引起光电行业的大革新和大变动 [ 20 ]。无论是激光器生产厂家还是科研研究所，都应当对新型二维材料在固态激光器中的应用抱以孜孜不倦的研究 [ 21 ] [ 22 ]，以实现技术的改革和技术的进步。
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user: 摘 要 利用河南省西部山区28个站点2014~2016年逐时降水资料，对西部山区降水日变化及不同降水等级和降水历时的时空演变规律进行了分析，研究发现，降水量、降水频次与降水强度日变化显著，其中降水强度对降水量的贡献最大；西部山区各个降水历时的降水贡献率随降水历时的逐渐增大呈现先略有减少后增加的一个线性增加趋势，而降水发生率则呈明显的幂指数型减小趋势；西部山区各个降水等级的降水贡献率和降水发生率随降水等级的逐渐增大均呈幂指数递减的趋势，且小雨发生频率最高；此外，统计分析表明河南西部山区降水量与纬度呈显著负相关关系。 关键词 :山区，降水历时，降水等级，降水贡献率，降水发生率 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 在全球变暖的背景下，北半球中纬度地区气温明显升高，进而与温度密切相关的水循环也出现显著变化，而降水作为水循环的关键部分，也对应发生变化 [ 1 ]。受海拔高度，经纬度等的影响，不同区域降水具有不同的变化趋势。山区由于地形作用十分显著，对当地的降水有不可忽视的影响 [ 2 ]。 针对我国不同地区降水变化特征，国内外学者开展了大量研究。已有工作指出我国浙江省2004~2016年夏季降水的日变化区域差异显著 [ 3 ]，而江淮流域的降水日变化具有主次峰值即双峰值变化特征，且该特征与各种具有不同持续时间降水的事件有紧密联系 [ 4 ] [ 5 ]。此外，北方吉林省省内自南部向北部降水呈现逐渐递减的趋势 [ 6 ]，而我国西北地区的塔克拉玛干沙漠中部降水发生的天气背景与新疆盆地尤其是南疆有密切关系，多数受南疆盆地较弱的气旋式辐合风场、低槽、低槽切变线影响 [ 7 ]。西南地区的四川盆地地区及重庆汛期降水日变化的降水频次与降水量则呈现“V”型分布 [ 8 ] [ 9 ]。华南沿海降水垂直方向上的水汽输送对降水的形成有较为关键的作用 [ 10 ] [ 11 ]。 受海拔高度，经纬度等的影响，不同区域具有不同的变化趋势。山区由于地形作用十分显著，对当地的大气环流，降水等都有不可忽视的影响，且山区由于人口密度较小，人为因素影响程度较弱，故而能较为客观地反映出由于自然原因而产生的降水等气象要素的变化 [ 12 ] [ 13 ]。此外，由于地理特性，山区多为泥石流等自然灾害的高发地，因此开展山区降水变化特征研究可深入了解山区降水基本规律，从而为防灾减灾提供决策参考。河南省位于我国中东部，地势大体为西高东低，海拔起伏较大。省内西部山区受地形影响，易发生局部短时强降水，从而极易出现洪涝灾害 [ 14 ] [ 15 ]。省内西部山区的降水分布由于处于季风区内，主要受季风环流及高大山地地形的综合作用，与省内平原地区相比，差异较为明显。受地形影响，易发生局部短时强降水，从而极易出现洪涝灾害，又由于西部以中山(海拔1000~3500 m)为主，沿崤山、外方山、伏牛山、熊耳山、小秦岭等山脉极易使泥石流发育，因此，与地形相对应的，河南省的泥石流灾害也主要发生于此区域，且近年来相关区域已发生过多次造成严重灾害的泥石流，对当地居民的生存及发展产生巨大威胁和伤害，因而对河南省西部山区气候及降水特征的研究历来备受关注。前人对降水变化的分析和研究多针对全国各大地区，而单独对河南西部山区降水变化的区域特征缺少较为细致的分析。因此，开展相关研究具有重要意义。
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user: 2. 资料和方法 2.1. 资料 本文选用资料为2014年5月19日~2016年12月河南省西部山区28个台站观测得到的逐时降水数据。首先对部分站点出现的缺省逐时降水数据进行剔除并进行整理，即小于等于0.1 mm的小时降水量数据不计入降水，大于0.1 mm才可计为发生降水，从而避免由于高海拔昼夜温差较大从而产生露水较多等自然原因造成的部分误差。 2.2. 方法 首先将降水强度定义为总降水量除以总降水时次，降水频次为降水时次占样本总时次的百分比，即总降水时次除以总样本时次，降水量为降水强度乘降水频次。分别计算出降水频次、降水强度和降水量，再将其按0时至23时即共计24个小时分别逐时进行统计，得到西部山区28个站点相关物理量的日变化特征。之后通过对降水的日变化进行分析，降水的峰值振幅定义为Ap，其中，Ap = Rmax/Rave − 1，Rav为降水平均值，Rmax为降水最大值。而降水的谷值振幅定义为Av，其中Av = 1 − Rmin/Rave，Rav与降水的峰值计算式中一样，为降水的平均值，Rmin为降水最小值。然后进行降水历时和降水等级分析，降水历时为发生一次降水过程所持续的时间，将降水历时按照超短历时(1~3 h)、短历时(4~6 h)、长历时(7~12 h)、超长历时(12 h以上)分为四类。降水等级为发生一次降水过程后累积的总降水量，将降水等级按照小雨(0.2~5 mm)、中雨(5.1~10 mm)、大雨(10.1~25 mm)、暴雨(25.1~50 mm)、大暴雨(50 mm以上)分为五类。为更清晰分析各分类与总体之间的关系，采用相关分析研究地形地貌对河南省西部降水的影响。相关分析是研究两个或两个以上处于同等地位的随机变量间的相关关系的统计分析方法，相关系数计算公式如下所示 r k l = 1 n ∑ i = 1 n ( x k i − x k s k ) ( x l i − x l s l ) (1) 其中 s k 和 s l 分别表示第k，第l个变量的标准差， r k l 的绝对数值越大，表示两者的关系越密切。最后根据各站点筛选出的发生降水的资料，定义降水贡献率为各个分类区域所发生的总降水量除以所有区域总降水量的和，降水发生率为各个分类区域所发生的降水次数除以所有区域总降水次数的和。
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user: 3. 结果和分析 3.1. 河南省西部山区降水日变化特征 图1给出了河南省西部山区降水量、降水频次和降水强度的日变化曲线。由图可见，山区的降水日变化非常明显。降水频次的日变化是为一个单峰值结构，谷值出现在凌晨3时左右，峰值则是出现在下午4时左右。降水量具有下午5时的主峰值以及晚上7时的次峰值，但主次峰值振幅相差较小。降水强度在午后至夜间较强。在凌晨3时左右也有一极大值。由降水量，降水频次，降水强度日变化曲线对比可得，降水量与降水强度的日变化与更为相近，在6时至14时降水强度与降水量的位相出现高度重合。 3.2. 河南省西部山区降水结构时空演变规律 3.2.1. 山区降水历时变化特征 从河南省西部山区不同历时的降水事件发生率及其对总降水量的贡献率统计结果(图2)可以看出，河南西部山区各个降水历时的降水贡献率随降水历时的逐渐增大出现先略有减少后缓慢增加的趋势，其中7~12 h的贡献率最高，达到29%。与降水贡献率相比，降水发生率的变化趋势十分明显，整体随着降水历时的增加，呈现幂指数型减小趋势。其中1~3 h的超短降水历时发生频率最高，约占60%。综合不同历时的降水发生率以及降水贡献率，可以得出河南西部山区的降水事件主要是以短历时甚至是超短时降水为主，而对降水的贡献率则是以7 h及7 h以上的长历时降水为主。 图1. 河南省西部山区平均降水量、降水频次、降水强度的日变化曲线 图2. 河南省西部山区不同历时的降水发生率、降水贡献率以及站点差异误差线 进一步分析了河南省西部山区不同历时降水贡献率和发生率的空间分布特征。如图3所示，超短历时(1~3 h)多数站点降水发生率大于50%，集中发生于卢氏县，说明1~3 h超短历时的降水发生率占整体降水发生率的主体，该结论与图2所得结论很好对应。在超短历时(1~3 h)降水贡献率中，栾川县西南部叫河马阴村，贡献率高达29% (图3)。如图4所示，短历时(4~6 h)降水集中发生于栾川县，且降水贡献率较大的区域主要集中在卢氏县东南部与栾川县西南部。对于7~12 h长历时的发生率主要集中在洛宁县，贡献率则集中在卢氏县(图5)。12 h以上的降水发生率，主要集中于栾川县北部，而卢氏县除桦栎树，狮子坪两个站点外，贡献率均较小(图6)。 图3. 1~3 h降水发生率和贡献率空间分布特征 图4. 4~6 h降水发生率和降水贡献率空间分布特征 图5. 7~12 h降水发生率和贡献率空间分布特征 图6. 12 h以上降水发生率和贡献率空间分布特征 3.2.2. 山区降水等级变化特征 进一步对河南省西部山区不同降水等级的降水事件发生率及其对总降水量的贡献率进行统计(图略)。河南西部山区各个降水等级的降水贡献率和降水发生率随降水等级的逐渐增大均呈现幂指数递减的趋势。就降水发生率而言，小雨(0.2~5 mm)的降水发生率(96%)明显高于其他等级降水发生率，暴雨(25.1~50 mm)及大暴雨(50 mm以上)发生频率十分低。就降水贡献率而言，小雨(0.2~5 mm)降水贡献率最大(69%)。综合来说，小雨(0.2~5 mm)是发生频率最高的，且是降水量的贡献主体。对河南省西部山区不同等级降水贡献率和发生率的空间分布特征(图略)进行分析发现，豫西山区小雨整体发生率较高，其中王梁沟村，叫河，潘河三个站点的降水发生率最高，而叫河的小雨贡献率最高。中雨的发生率和贡献率集中在卢氏县。大雨的发生率整体较低，大雨贡献率多集中在卢氏县南部，叫河最低。暴雨发生率偏低，集中在山区中部，而栾川县，洛宁县降水贡献率均为低值。大暴雨的发生率集中于卢氏，贡献率除了王梁沟，卢氏，官道口，其余站点均较低。 3.3. 地理位置对降水量的影响 表1为利用经度、纬度及海拔与降水量的相关系数及显著性结果。由表中可知，纬度与降水量相关系数相较于经度和海拔与降水量的相关性，纬度与降水量的相关性系数呈负相关最高(−0.454)，相关性最强。且由于显著性P = 0.015 (0.01 < P < 0.05)，即差异性显著。也就是说，相较于经度，海拔与降水量的相关性，纬度与降水量相关性最强，呈显著负相关。 Table 1 Correlation coefficient and significance of longitude， latitude and altitude with precipitation (sample size N = 28 相关系数 纬度 经度 海拔高度 降水量 −0.454 * −0.241 −0.182 表1. 经度、纬度及海拔与降水量的相关系数及显著性(样本量N = 28) * 为在置信度(双测)为0.05时，相关性是显著的。无 * 表示没有达到0.05。
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user: 4. 结论 本文利用河南省西部山区2014~2016年逐时降水资料，对西部山区降水从日变化、降水历时、降水等级以及影响降水量的地理因素等角度进行了分析。得出以下结论： 1) 降水频次、降水强度日变化显著，降水频次的日变化是为一个单峰值结构，峰值出现在下午4时。降水量和降水强度日变化的振幅较大，重合度较高，即降水强度对降水量贡献较大。综合来看，降水主要发生在下午15时至夜间，与强度密切相关。 2) 西部山区各个降水历时的降水贡献率整体随降水历时的增大呈现先略有减少后增加的一个线性增加的趋势，而降水发生率则呈明显的幂指数型减小趋势。西部山区的降水事件主要是以短历时降水为主。而对降水的贡献率则以长历时降水为主。 3) 西部山区各个降水等级的降水贡献率和降水发生率随降水等级的逐渐增大均呈幂指数递减的趋势，山区小雨发生频率均较高，是降水量的贡献主体。 4) 纬度与降水量有显著负相关性。即降水量变化与纬度变化呈密切负相关。