中国物理海洋学研究70年：发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的"普遍风浪谱"和"涌浪谱",发展了第三代海浪数值模式;提出了"准调和分析方法"和"潮汐潮流永久预报"等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了"棉兰老潜流",揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了"南海内波潜标观测网",实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流"边缘不稳定"的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军

贡嘎山现代植物叶蜡脂肪酸氢同位素组成及对海拔变化的响应

文章探讨了贡嘎山东坡不同海拔高度植物和土壤饱和脂肪酸的δDwax值，结果显示，土壤δDwax值与海拔显著负相关（R2=0.71%）。与前人报道的贡嘎山东坡土壤水&土壤正构烷烃δD值与海拔间的关系存在相同的趋势' 植物δDwax值与海拔间的关系与土壤水及土壤相似，但相关性不明显（R2=0.11）。然而，研究结果显示木本植物和草本植物的δDwax值随海拔变化存在明显的差异，总体上草本植物的氢同位素要更负。 贡嘎山木本植物&草本植物和土壤的εwax-sw值随海拔的变化波动较小，但木本植物的加权平均δDwax值和εwax-sw值（土壤水和叶蜡之间的氢同位素分馏系数） 比草本植物大约偏正38‰和43‰，表明它们各自对随海拔高度降水同位素变化有不同的响应。 也即，沿海拔植物δDwax值同时受降水值和植物类型两个因素控制。因此，结果揭示土壤δDwax值随海拔的变化与木本植物和草本植物存在相同的趋势，木本植物的δD值比草本植物大约偏正了38‰.这个趋势显示植物类型的变化将不可避免的影响土壤饱和脂肪酸δDwax值与海拔间的关系。由于植物类型随海拔增加会有较大的变化，建议利用饱和脂肪酸δDwax值重建古海拔前需要对植物类型进行评估

an efficient parallel blocking algorithm design for reducing a symmetric matrix to tridiagonal form

在矩阵数值计算中,块算法通常比非块算法更有效,但这也增加了并行算法设计和实现的难度.在广义稠密对称矩阵特征问题并行求解器中,并行块算法的构造可应用到正定对称矩阵的Choleski分解、对称矩阵的三对角化和回代转化(back-translation)操作中.本文将并行块算法的讨论集中在具有代表性的对称矩阵三对角化上,给出在非块存储方式下对称矩阵三对角化的并行块算法设计方法.分析块算法大小同矩阵规模和处理器数量的关系.在深腾6800上的试验表明,我们的算法具有很好的性能,并得到了比ScaLAPACK更高的性

Electrowetting on a lotus leaf

Electrowetting on dielectrics has been widely used to manipulate and control microliter or nanoliter liquids in micro-total-analysis systems and laboratory on a chip. We carried out experiments on electrowetting on a lotus leaf, which is quite different from the equipotential plate used in conventional electrowetting. This has not been reported in the past. The lotus leaf is superhydrophobic and a weak conductor, so the droplet can be easily actuated on it through electrical potential gradient. The capillary motion of the droplet was recorded by a high-speed camera. The droplet moved toward the counterelectrode to fulfill the actuation. The actuation speed could be of the order of 10 mm∕s. The actuation time is of the order of 10 ms

Design and Optimization of 4H-SiC Based and LC Resonant Wireless Passive Pressure Sensitive Chips for Harsh Environment Applications

针对航空发动机、重型燃气轮机等动力设备燃烧室内压力原位测量的需求,设计了一种基于4H-SiC的LC谐振式无线高温压力敏感芯片.以现有SiC微工艺; 水平为基础,利用TCAD软件及多物理场耦合仿真软件,完成了敏感芯片电容、电感、感压膜等主要部件的结构设计、优化,以提高敏感芯片的Q值及耦合强度.; 探讨了电感内置、外置两种设计方案本体电容的大小,并在此基础上提出一种双腔体结构,将本体电容值减小到179. 66; pF.优化后的敏感芯片常温(20 ℃)Q值约为13. 66,100 kPa满量谐振频率变化158. 62 kHz; 1 000 ℃下的Q值为3.; 65,满量变化55. 53 kHz,且1 000; ℃下的热应力较小.这种敏感芯片将可应用于高温压力传感器的制备,为我国自主研制航空发动机、高超发动机、重型燃气轮机等先进动力系统提供支撑.To meet the demand of the in-situ pressure measurement in combustion; chambers of heavy gas turbines and aero-engine,4H-SiC based and LC; resonant wireless passive pressure sensitive chips were designed. To; improve the Q value and couple coefficient,geometric parameters of chips; primary structures, such as the capacitance,inductance,vacuum cavity and; diaphragm,were optimized by numerical analysis with TCAD and; multi-physic field coupled-simulation softwares. Inductors relative; position,out of or inside the vacuum cavity was discussed,based on which; a dual-cavity chip design was proposed,reducing the bulk capacitance to; 179. 66 pF. Q value of sensitve chips fabricated with optimized; structure paramters was 13. 66 and 3. 65 at 20 ℃ and 1 000; ℃,respectively. The variation of the resonance frequency under full; scale 100 kPa was 158. 62 kHz at 20 ℃,which reduced to 55. 53 kHz when; the temperature rose to 1 000 ℃. These optimized chips could be applied; to prepare pressure sensors for harsh environment applications,which; would support the independent development of aero-engines,hypersonic; engines and heavy gas turbines.总装预先研究资助项

两种纯化方法获得脂肪酸的链长及碳同位素分布特征对比

饱和脂肪酸及其同位素组成是重建古环境和古气候的重要代用指标,目前存在多种提取及纯化流程。在全球变化研究中,基于不同原理的纯化流程得到的脂肪酸含量及其同位素组成是否一致,直接影响着该指标应用于不同区域重建结果的对比。本文用两种常见的脂肪酸纯化流程提取脂肪酸标准、现生植物和泥炭样品类脂物,通过对比发现:对脂肪酸标准两种流程都可以得到纯净的单体脂肪酸,而且回收率均较高(85%以上),都是较为可靠的脂肪酸纯化流程;然而对于天然样品,虽然高碳数脂肪酸(碳数&gt; C_(24))的回收率相近,流程1却能够获得相对较多的低碳数饱和脂肪酸,如泥炭样品中该流程获得的n-C_(22)脂肪酸是流程2的3倍;两种流程纯化狗尾草(Setaira viridis)和三叶草(Trifolium repens)得到n-C_(16)脂肪酸的&delta;~(13)C不同,流程1分别为-21.1&permil;和-36.2&permil;;流程2分别为-23.3&permil;和-34.9&permil;,表明两个实验流程得到的低碳数脂肪酸的含量、脂肪酸链长分布模式以及碳同位素组成均存在明显的差异。实验结果显示,流程2分离纯化样品可得到几乎全部的游离态脂肪酸,而流程1可提纯样品中游离态和酯态存在的总脂肪酸。由于在沉积物中游离态脂肪酸和酯态脂肪酸可以相互转化,因此使用流程1分析样品中的总脂肪酸更为合适,也可以将类脂物皂化使酯态脂肪酸释放为游离态,然后使用流程2。</p

Fabrication of Novel Superhydrophobic Surfaces and Water Droplet Bouncing Behavior - Part 1: Stable ZnO-PDMS Superhydrophobic Surface with Low Hysteresis Constructed Using ZnO Nanoparticles

A superhydrophobic surface has many advantages in micro/nanomechanical applications, such as low adhesion, low friction and high restitution coefficient, etc. In this paper, we introduce a novel and simple route to fabricate superhydrophobic surfaces using ZnO nanocrystals. First, tetrapod-like ZnO nanocrystals were prepared via a one-step, direct chemical vapor deposition (CVD) approach. The nanostructured ZnO material was characterized by scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD) and the surface functionalized by aminopropyltriethoxysilane (APS) was found to be hydrophobic. Then the superhydrophobic surface was constructed by depositing uniformly ZnO hydrophobic nanoparticles (HNPs) on the Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) film substrate. Water wettability study revealed a contact angle of 155.4 +/- 2 degrees for the superhydrophobic surface while about 110 degrees for pure smooth PDMS films. The hysteresis was quite low, only 3.1 +/- 0.3 degrees. Microscopic observations showed that the surface was covered by micro- and nano-scale ZnO particles. Compared to other approaches, this method is rather convenient and can be used to obtain a large area superhydrophobic surface. The high contact angle and low hysteresis could be attributed to the micro/nano structures of ZnO material; besides, the superhydrophobic property of the as-constructed ZnO-PDMS surface could be maintained for at least 6 months. (C) Koninklijke Brill NV, Leiden, 201