华南师范大学学报（自然科学版）

 

本期栏目

碳达峰与碳中和

  • 基于LMDI-Tapio-GA-BP的中国城乡居民消费碳排放分析

    何淼;张阳;栾韶涵;高慧;张文霞;黄俊立;

    基于IPCC-CLA法对中国居民消费碳排放进行溯源测度、使用LMDI-Tapio法进行驱动因素分解和脱钩分析，采用ARIMA-GA-BP法预测2030年碳排放总量及驱动效果的趋势。研究表明：中国城乡居民生活消费碳排放在2003—2019年间一直处于上升阶段，并且总体上城镇居民生活消费碳排放相对更高，城镇居民生活消费间接碳排放的增长是城乡碳排放差异扩大的主要来源。主要驱动因素的脱钩情况说明了城乡能源利用强度、能源利用结构、人口数量与居民消费碳排放的负向脱钩状态；城镇人均收入水平与居民消费碳排放在扩张性负连接和扩张连接之间呈现阶段性转换，乡村人均收入水平脱钩状态呈现出向弱脱钩转换的良好状态。在驱动因素的影响趋势中，城市人口的驱动作用将进一步上升，农村人口的驱动作用将进一步下降，能源强度的驱动作用将进一步下降。2020—2030年间城市直接碳排放和乡村直接碳排放预测将一直处于上升阶段，但碳排放增长速率在2021年出现了峰值之后出现下降趋势，城市直接碳排放下降幅度较大，农村直接碳排放下降幅度相对较缓。收入和城市人口数量变化的影响效应明显，兼顾城乡统筹发展，并注重城乡的能源利用和农村地区消费模式的革新是促进居民消费碳减排的有效路径。

    2024年06期 v.56 1-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1588K]

  • 分布式光伏系统电能质量的主客观综合评估

    何玉灵;王博;孙凯;韩志成;袁兴华;杜晓东;郇嘉嘉;

    为解决分布式光伏系统电能质量评估中多维指标权重计算的问题，基于国家标准对电能质量指标进行等级划分，提出了改进遗传投影寻踪法和改进层次分析法，分别用于确定电能质量评价模型中的客观权重和主观权重。通过将主客观权重进行组合，获得最终的综合权重。采用边界值计算划分等级区间，并对从分布式光伏系统采集的5组电能数据进行了电能质量评估。结果表明：河北省电力机械装备健康维护与失效预防重点实验室分布式光伏系统的电能质量管理水平良好；系统稳定性较高；相比基于熵值法和改进层次分析法生成的主客观复合权重的电能质量综合评估模型，基于改进遗传投影寻踪法和改进层次分析法生成的主客观复合权重的电能质量综合评估模型更具有科学性和实用性。研究结果对于维持电网稳定、保护用电设备、提高电网整体用电安全具有重要意义。

    2024年06期 v.56 17-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 1497K]

  • 基于计算流体力学方法的CO_2驱油与埋存微观规律

    黄子俊;张雪娜;雷伴雨;宫汝祥;刘伟伟;郑玉飞;薄振宇;朱彤宇;李宗法;

    多孔介质内CO_2驱油与埋存过程受孔喉结构、受力情况、CO_2-油混相程度和流体物性变化的共同影响。基于计算流体力学(CFD)方法，提出一种CO_2驱油与埋存孔隙尺度数值模拟方法，以讨论孔喉结构、受力情况、CO_2-油混相程度与流体物性变化等因素对CO_2驱油与埋存效果的影响。模拟结果表明：CO_2混相驱油初期，流体对流是影响原油采出与碳埋存程度的关键因素。在CO_2混相驱油与埋存阶段后期，受真实多孔介质复杂孔隙结构影响，扩散是盲端、角隅等孔隙结构内油组分与CO_2混合、采出及实现CO_2埋存的基本机制，扩散可使原油采出程度进一步提高18.14%。流体密度和黏度降低能够有效增强主渗流区域内油/CO_2组分的浓度梯度，从而显著提升各组分的扩散效率，进而提高CO_2驱油与埋存效率。研究结果可为矿场CO_2驱油与埋存过程提供理论支持。

    2024年06期 v.56 26-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 2452K]

材料化学与物理

  • 基于配体工程策略定制的MOF基光催化剂研究进展

    周华晶;程心悦;仁红艳;杜文涛;张晓楠;何亮;阮铭;

    金属有机框架(MOFs)因其结构的灵活可调性在光催化领域受到广泛关注。桥接配体作为MOFs捕获光的天线在光催化中扮演着不可或缺的角色。从桥接配体与MOFs本体之间的架构关系出发，对本征MOFs的桥接配体进行功能化改性，有望实现MOFs更多样化的结构和独特的功能，进而优化光生载流子的“产生-分离-利用”途径。基于MOFs的配体工程，总结了不同配体的改性策略及其光催化反应机制，详细说明了功能调控对MOFs材料催化性能的影响，并针对该策略提出了相应的见解和展望。

    2024年06期 v.56 35-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1566K]

  • 面向MCU的轻量化极限学习机和锂电池健康状态估计

    郭肖勇;严玮演;李勇进;常淑敏;

    提出一种面向微控制单元(MCU)的轻量化极限学习机(ELM),并将其应用于锂电池健康状态(SOH)预测与估计。通过对锂电池老化数据的分析和研究，对传统的ELM算法进行了一系列的改进，以提升其计算效率降低其对硬件资源的占用。基于NASA数据集在不同型号的电池、多种编程语言与各种MCU上进行了实验。结果表明：该方法可以实现高精度、高效率的锂电池SOH估计。

    2024年06期 v.56 44-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 1194K]

  • 基于Bi_2S_3/M-TiO_2复合材料的Cu~(2+)光电化学传感器

    沈威;吴佳雯;罗燕妮;谭学才;

    采用硫化铋/多孔二氧化钛(Bi_2S_3/M-TiO_2)复合材料作为光电活性基底材料，构建了一种新型光电化学传感平台，以实现对Cu~(2+)的灵敏检测。利用电流-时间法(i-t曲线)对不同光电基底材料进行光电流测试与比较。结果表明：相较于单一的M-TiO_2,Bi_2S_3/M-TiO_2复合物表现出显著增强的光电流响应特性。利用Cu~(2+)与Bi_2S_3/M-TiO_2表面的S~(2-)反应生成CuS,进而对光电化学体系光电流强度产生抑制作用，成功开发了一种高灵敏度的光电化学传感器，用于定量分析Cu~(2+)的浓度。该传感器在5.0×10~(-10)～1.1×10~(-7) mol/L的浓度范围内表现出良好的线性响应，检测限低至1.2×10~(-8) mol/L。此传感器以其简便的操作、低廉的成本以及卓越的灵敏度，为金属离子的高效检测提供了新的依据。

    2024年06期 v.56 51-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1782K]

  • C_(0.12)Fe_(1.88)@CNTs的铁缺陷和碳空位电催化活性及其室温钠硫电池性能

    杨昌生;张海燕;

    采用低成本的二茂铁为铁源和碳源，利用快速升降温和高温热解的方法制备了一种克级规模产量的电催化剂纳米颗粒C_(0.12)Fe_(1.88)@CNTs。研究了C_(0.12)Fe_(1.88)@CNTs电催化剂作为多功能隔离层并应用于室温钠硫电池正极的电化学性能。C_(0.12)Fe_(1.88)@CNTs多功能隔离层碳空位边缘的极性碳可以多位点地吸附和锚固多硫化钠，锚固效应显著抑制多硫化物的穿梭效应；C_(0.12)Fe_(1.88)的铁缺陷与多硫化钠和硫化钠形成具有更大轨道重叠面积的d-p杂化轨道，d-p轨道杂化效应降低反应活化能；铁缺陷活性位点加速多硫化钠还原成硫化钠，降低界面处多硫化钠的浓度，更进一步抑制多硫化物的穿梭；同时铁缺陷活性位点形成Na-Fe-S键，加快氧化反应过程中硫化钠氧化生成硫单质和钠。结果表明：在0.1C电流密度下首次放电比容量为1 396 mAh/g,并在1 A/g的大电流密度下循环1 000圈后，放电比容量为486 mAh/g。该研究为低成本、高催化活性的多功能隔离层在硫正极的应用，提供了实用化的高催化活性隔离层的理论参考。

    2024年06期 v.56 58-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 2405K]

  • 排放控制区巡检作业中异质无人机与无人艇协同调度的双层规划

    胡志华;牛雅凡;

    为提高无人机巡检船舶尾气排放效率，考虑了异质无人机与无人艇协同调度路径规划问题，采用双层规划模型解决无人机与无人艇配置和路径优化问题。上层模型利用改进的自适应模拟退火算法求出无人机与无人艇配置方案；下层模型以最短无人机飞行总时间为目标，结合无人机、无人艇和船舶实时动态性特征，利用改进的遗传算法求出无人机检测序列与飞行路径和无人艇航行路径。算例实验结果表明：异质无人机与无人艇协同调度相较于固定配置下同质无人机与无人艇在飞行总时间上平均减少24.98%,无人机成本平均减少23.57%,无人艇成本平均减少42.20%;无人机速度每提升15 km/h,飞行总时间平均减少23.02%,无人机成本平均增加26.45%;无人艇速度每提升5 km/h,无人艇成本平均增加37%。

    2024年06期 v.56 65-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1496K]

生态环境

  • 广东省生境质量时空格局演变及其影响因素研究

    孙彩歌;欧阳茜如;刘永欣;吴林霖;

    为深入探究大区域尺度生境质量的时空演变特征及其影响因素，结合土地利用/覆盖数据、气象数据和社会经济等多源数据，利用InVEST模型和空间自相关分析方法，对2000—2020年广东省生境质量进行了量化评估和时空演变特征分析，并引入地理探测器探究自然因素和人为因素对广东省生境质量的影响。研究结果表明：(1)广东省生境质量表现为由中心向外部逐渐增高、由沿海向内陆纵向升高的空间分布格局，具有显著的空间正自相关性，冷热点空间分布差异明显。(2)2000—2020年，广东省生境质量呈现“先减后增再减”的波动变化，生境质量在珠三角地区呈现中位下降态势，在北部生态发展区呈现高位下降态势，在沿海经济带东翼和沿海经济带西翼呈现低位上升态势。(3)不同影响因子对广东省生境质量的解释力q值由高到低排序为：人口密度、NDVI、GDP、道路密度、高程、坡度、年降水量、年平均气温，且影响因子间存在着交互增强的效应。

    2024年06期 v.56 76-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2250K]

  • 基于OMI数据的河南省臭氧时空特征与影响机制研究

    李治国;田琴;李聪颖;陈施羽;韩雪姣;高湘泉;吴澜;

    中国中部地区在快速工业化和城市化过程中，臭氧污染问题日益突出，已对区域内人类健康和生态系统造成严重威胁。为弥补对华中地区臭氧(O_3)污染动态的认知不足，利用OMI臭氧遥感数据，提取并分析了2010—2020年河南省的臭氧柱浓度数据，探究近11年来河南省的臭氧总量的时空分布特征及其影响机制。研究结果表明：(1)近11年来，河南省的臭氧总量整体呈下降趋势，但在2014、2018、2020年出现短暂回升。臭氧总量的年际空间分布整体呈现北高南低的格局。(2)河南省的臭氧柱浓度的月均值呈明显的周期性变化，每年最高值通常出现在3—4月，最低值通常出现在10—12月；臭氧柱浓度的季均值由高到低依次为春季(320.29 DU)、夏季(301.25 DU)、冬季(293.60 DU)、秋季(280.38 DU)。(3)结合气象要素(如气温、气压和日照时数)、后向轨迹模型以及潜在源区分析，发现河南省臭氧污染的成因和主要来源呈现显著的季节性差异：春季主要受来自西北和西南方向的甘肃省和四川省等地的污染物输送影响；夏季主要受来自东北方向的山东省及近海区域的污染物输送影响；秋冬季主要受来自西部的甘肃、青海、河南省等地的污染物输送影响。研究结果揭示了河南省臭氧污染的时空分布特征，阐明了关键传输路径和主要污染源，可为区域大气污染防控策略的制定提供科学依据。

    2024年06期 v.56 89-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 3473K]

  • 基于交通轨迹数据的交通碳排放数据构建与特征识别——以深圳市为例

    曹峥;曹烨;吴志峰;

    汽车碳排放(即汽车消耗能源排放的CO_2)占总碳排放的25%,对于局地生态环境产生重要影响。然而，无论是以统计年鉴数据为依托的汽车碳排放估算方法还是以数值模式为主的碳排放模拟方法，其时间空间分辨率均较差，精度也有待提高，无法满足现有研究的需求。因此，文章以深圳市为研究区，提出一种顾及时空非稳态的交通碳排放反演方法。其具体步骤包含：(1)将道路区分为城市中心道路、郊区道路及高速公路；(2)在典型道路上选择高峰时段与非高峰时段开展实测实验，获得汽车碳排放系数；(3)结合实测数据，利用随机森林方法，建立汽车碳排放与道路建成环境、时间标签等变量之间的关联；(4)结合轨迹数据，实现研究区域内高精度交通碳排放数据集的构建。最后，探讨交通碳排放时空变化特征，挖掘其与城市功能区之间的关联。结果显示：(1)研究区域内日均汽车碳排放介于2.2×10~4～3.0×10~4 kg之间；(2)汽车碳排放具有明显的时空分异特征，工作日的日均排放量为2.4×10~4 kg,休息日的日均排放量为2.9×10~4 kg;(3)深圳市的汽车碳排放高值区位于该市的西南部，即南山、宝安、福田区，且此区域的聚类类型为高-高集聚。研究表明交通轨迹数据可以为大范围汽车碳排放计算提供数据基础，顾及时空非稳态的交通碳排放反演方法可以有效提升汽车碳排放数据的时空精度且准确度较高。

    2024年06期 v.56 102-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 3047K]

生物学与生物工程

  • 白刺花总碱对大鼠跟腱损伤的修复作用

    邓斌;罗健菱;鞠志刚;刘帅;许宗仁;胡成刚;

    为探究白刺花提取的生物总碱(The total alkaloid of Sophora Viciifolia, SVA)对损伤肌腱的修复机制，采用SVA处理大鼠的损伤跟腱，利用跟腱功能指数(Achilles Functional Index, AFI)和组织学评分分析SVA对大鼠跟腱损伤修复的影响。结果表明：SVA显著增加了大鼠的AFI;组织学评分显示SVA处理组肉芽组织、粘连和瘢痕的形成减少；苏木精-伊红(Hematoxylin-eosin staining, H&E)染色结果显示SVA处理组的炎性细胞浸润减少；Masson染色证明SVA处理组比对照组含有更加丰富的胶原纤维；免疫荧光和分子对接等实验证实SVA可以抑制损伤跟腱炎症和血管新生标志因子的高表达，而且在损伤后第14 d加入SVA作用的效果优于在损伤后第7 d加入SVA的效果。研究证明了SVA可以通过调控炎症和血管新生信号通路来促进损伤跟腱的修复。

    2024年06期 v.56 112-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1515K]

  • 姜黄素对斑马鱼卵巢衰老的影响

    陈伟庭;祝浈浈;杨燕君;彭嘉乐;莫桃;黄雅枝;赵祎帆;范玉琴;

    姜黄素具有抗氧化、抗炎等功能，能在一定程度上延缓机体的衰老进程。为进一步探究姜黄素在卵巢衰老方面的作用，利用斑马鱼为卵巢衰老模型，采用喂食的药物处理方法，对其持续处理1个月。药物处理的同时开展产卵功能的检测，直至药物处理结束。此外，对卵巢的组织学变化进行分析，并检测了生殖轴中相关基因的表达。实验结果显示：(1)4 mM和8 mM浓度的姜黄素处理，可在一定程度上提高衰老卵巢的产卵数量；(2)8 mM药物处理组的卵母细胞的受精率和受精卵的存活率得到较为明显的提高；(3)卵巢组织学检测表明8 mM药物处理组的卵巢处于较为健康的状态；(4)8 mM的姜黄素处理提高了gnrh3的表达，同时抑制了gh的表达；(5)卵巢中的arom基因的表达在4 mM和8 mM的药物处理组中都呈现下调趋势。本研究结果提示姜黄素可能通过调节生殖轴中的相关基因表达，改善了卵巢的健康状态，在一定程度上延缓了卵巢的衰老。

    2024年06期 v.56 121-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1600K]