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关键词： 环境等值线法   C-Vine Copula   非饱和土边坡   可靠指标   降雨入渗  

摘要： 鉴于土体的自然空间变异性,不确定分析方法在边坡稳定性评估中的应用日益受到关注。不确定性算法的有效阐释将有助于可靠性研究在实际工程中的应用。传统的环境等值线算法和几何可靠性算法通过直观展示二元或三元空间中可靠指标的求解过程,有效提升了可靠性研究的实用性,同时在原始空间中维持了随机变量的物理意义。然而,当面临多元变量的可靠性分析时,这两种算法仍显不足。因此,构建适当的联合分布模型,用以分析由多元观测值构成的数据集,仍然是一个具有挑战性的任务。 本文采用Pair-Copula模型构建技术来建立多元随机变量的联合分布模型。该方法是将多元Copula密度函数表达分解为多个二元Pair-Copula密度函数的连续乘积,并使用C-Vine Copula模型构建多元变量环境等值构型。进而,将可靠指标的求解过程转化为一个非线性约束优化问题,设置可靠指标的最小值作为优化目标,环境等值构型上存在满足结构极限状态方程的点作为约束条件。这种算法被称为基于C-Vine Copula环境等值线可靠性评估算法,或简称环境等值线法。该算法结合Vine Copula模型在建立多元变量联合分布模型时的灵活性,克服了传统环境等值线算法在多元变量可靠性分析中的困难,为多元变量的可靠性研究提供了一种更为实用的方法。 首先,以降雨条件下非饱和土边坡稳定性分析为案例,采用Green-Ampt边坡渗透模型,评估降雨工况下边坡的稳定性。考虑水力参数(水力模型参数a和n),土体抗剪强度参数(有效粘聚力c'和有效内摩擦角?')等几个环境变量作为随机变量,构建了多元随机变量的环境等值构型。通过构建边坡极限状态函数,基于环境等值构型采用非线性约束优化算法求出可靠指标。其次,基于国内外两个非饱和土边坡场地SWCC拟合水力参数数据集,对特定边坡进行详细的可靠性分析,并展示多元变量情况下的环境等值构型。本研究构建了二元和三元的极限状态环境等值构型,为边坡的可靠性分析提供技术支撑。最后,为验证在多元计算中所提出技术的有效性,将各案例中计算得到的可靠指标与已有的随机抽样方法(CBSM)得到的结果进行比较。研究结果表明所提出技术的合理性,并给出极限状态环境等值构型和设计点,该算法可替换常用的随机抽样方法。

关键词： 飞鸟   目标散射特性   雷达散射截面   扑翼频率   特征提取  

摘要： 鸟击事件对航空安全、国防安全、生态环境以及生物多样性等造成了严重的威胁。雷达探测鸟类相比于传统的方法具有精度高、大面积监测以及非入侵式监测等优点。因此,采用雷达探鸟以预防鸟击一直是业界努力的方向。雷达探鸟的主要步骤首先获取鸟类目标的雷达散射截面（Radar Cross Section,RCS）,并从中提取相关特征进而分析鸟类的生理及运动等特征。本文主要研究飞鸟不同扑翼频率下的动态电磁散射特征提取,研究这些特征与飞鸟扑翼频率的定量关系。本文的主要工作内容如下: （1）针对测量实验需耗费大量人力、物力、时间等问题,提出了一种飞鸟动态RCS建模方法。该方法首先利用雷达和目标坐标的定义,建立了两个坐标系间的变换关系,并求解目标的姿态角;其次是设定飞鸟扑翼从2Hz到20Hz的10组动态扑翼变换姿态;最后设定飞鸟运动航迹,并结合坐标系转换得到的姿态角以及飞鸟扑翼姿态变换序列,利用样条插值方法获得飞鸟不同扑翼频率下的动态RCS。利用统计参数对比不同飞鸟扑翼频率动态RCS的差异,发现直接从飞鸟动态RCS数据中提取的统计特征,它们的差异较小且没有明显的随扑翼频率变化的规律,统计参数无法反映出由扑翼频率因素带来的动态RCS变化特征。 （2）针对鸟类目标雷达探测过程中存在的目标散射特性弱、可识别特征较少以及统计特征难以表征等问题,提出了一种基于离散小波变换（Discrete Wavelet Transform,DWT）与奇异值分解（Singular Value Decomposition,SVD）相结合的动态电磁散射特征提取方法。该方法首先将飞鸟目标动态RCS进行离散小波变换,得到近似系数和细节系数,再将分解得到的这些系数进行单支重构组成特征矩阵。然后,采用奇异值分解方法对特征矩阵进行分解并提取奇异值作为飞鸟动态电磁散射特性的量化描述子。实验结果表明,利用该方法所提取的特征值与飞鸟扑翼频率之间呈现出正相关的关联模式,提取的特征量能够很好地反映飞鸟运动特性。 （3）飞鸟的扑翼频率与其动态RCS数据的特征之间的定量关系尚不清楚,这给飞鸟探测带来了挑战。鉴于此,我们提出了一种基于最小二乘多项式拟合的飞鸟扑翼频率估计方法,该方法利用最小二乘多项式对飞鸟动态电磁散射特征数据和扑翼频率进行拟合,采用平均绝对误差（Mean Absolute Error,MAE）、平均相对误差（Mean Relative Error,MRE）、均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）、误差平方和（Sum of Squares due to Error,SSE）、决定系数（Coefficient of Determination,R2）五个评价指标来验证估计的精度,并探索使拟合曲线与数据点之间的误差最小的最优阶数。实验结果表明,该方法构建的相关模型能够有效地估计飞鸟扑翼频率,且使用三次多项式得到的估计结果误差最小,拟合精度最高,是最优阶数。

关键词： 微扰QCD方法   衰变分支比   Bc介子   准两体衰变   共振态粒子  

摘要： 自提出夸克模型以来,对于由夸克构成的强子弱衰变及其内部结构和分类一直是物理学家研究的重点内容和热门课题。尽管标准模型理论取得了巨大的成功,但仍然存在着一些无法解释的实验现象。随着对标准模型理论更深入的研究,人们迫切希望通过寻找新物理存在的迹象来进一步发展和完善标准模型理论。B介子衰变无疑提供了寻找新物理的理想场所。在理论方面,理论学家提出了许多有关B介子弱衰变的研究方法。如简单因子化方案,推广因子化方案,QCD因子化,微扰QCD方法等等。过去的两个B介子工厂Belle和BaBar已经收集了许多关于B(s)介子衰变的事例,相关理论的研究也取得了很大的成就。而对于Bc介子的研究相对欠缺,Bc介子是反底夸克和粲夸克组成的最低束缚态介子。由于它的两个组成夸克都很重,可以单独衰变,因此预计会有非常丰富的衰变道种类和相当大的分支比。这将为研究重味物理的弱衰变提供一个独特的平台。在B(c)介子的三体衰变中,蕴含着丰富的物理内容,包括抽取CKM矩阵弱相角、探测中间共振态粒子结构、研究大的局域CP破坏等。目前对于Bc介子的三体衰变理论研究还比较有限,原因在于三体衰变内部包含了非常复杂的动力学过程。但是如果末态中有两个粒子来源于同一个中间共振态,它们共线运动,那么我们可以通过引入两介子分布振幅,将复杂的三体过程演化为一个准两体过程。基于这个思想,我们将在微扰QCD方法下研究一些包含中间共振态K*(892),K0*(1430,1950)的Bc介子准两体衰变。 本文主要分为以下六个章节。第一章为绪论,这里面主要介绍了 B介子物理以及B介子准两体衰变相关的一些基本概念。第二章简要介绍了 B介子衰变相关强子矩阵元的各种计算方法。我们在第三章介绍了 pQCD方法的理论框架,这里面包括了因子化定理、kT因子化、Sudakov因子和阈值重求和等。在第四章和第五章分别阐述了pQCD方法在处理准两体衰变中的应用,其中第四章详细计算了准两体衰变Bc→K*(892)h→Kπh(h=D,Ds,K,π,η,η')的分支比与直接CP破坏,第五章对准两体衰变Bc→K0*(1430,1950)D(s)→KπD(s)的分支比与直接CP破坏展开了仔细研究。我们运用窄宽度近似,计算得到的两体衰变Bc→K*(892)h分支比与此前其他作者在两体框架下得到的结果相对比,发现在误差范围内一致。在直接CP破坏方面,我们发现衰变道Bc+→D0K*+,Ds+K*0具有较大的CP破坏。我们计算的结果为-14.6%和1.07%,与如基于GW近似的贝特-萨佩特(Bethe-Salpeter)方程(Salpeter方法)和相对论组分夸克模型(RCQM方法)给出的结果较为接近。第五章我们在计算衰变道Bc→K0*(1430,1950)D(s)→KπD(s)时,对于标量粒子K0*(1430,1950)中类时形状因子的模型描述,我们采用了两种模型,分别是来自于LASS实验组的模型(简称LASS形式)和在处理两体问题时具有很高准确性的Breit-Wigner模型(简称RBW形式)。两种模型的区别主要体现在了是否考虑非共振态的贡献。我们运用窄宽度近似,通过和其他作者的两体框架下结果进行对比。发现采用LASS形式来描述共振态粒子更准确。两种方法下的准两体衰变分支比都非常大,在10-4～10-6之间。对于同一个衰变道而言,采用不同模型计算的差距可以达到一个数量级。在涉及标量介子K0*(1950)的衰变道时,我们还计算了该介子在不同宽度下的分支比和直接CP破坏的结果。可以为后续的试验结果和理论计算提供参考。本文第六章是结论与对未来的展望。

摘要： A primary focus of modern condensed matter physics concerns the study of strongly correlatedmaterials in which enhanced electron interactions give rise to emergent phenomena, suchas high-temperature superconductivity. The strong electromagnetic coupling between electronsand photons makes x-rays a highly sensitive probe for investigating the emergent properties ofthese materials. The advent of modern synchrotron light sources significantly enhances thesecapabilities through the production of high-brilliance x-ray beams that offer full control overthe incident photon energy, thereby enabling the detection of signals emanating from phases inwhich only a small number of valence electrons contribute to the scattering signal via resonantenhancement. This dissertation demonstrates how these synchrotron-based x-ray scattering andspectroscopy techniques can be utilized to study a wide range of material characteristics andelectronic properties in modern condensed matter systems. The x-ray techniques are appliedto the characterization of two strongly correlated systems, PrxY1−xBa2Cu3O7 and FeGe. InPrxY1−xBa2Cu3O7, x-ray absorption spectroscopy and resonant inelastic x-ray scattering areused to elucidate the effects of the substituted Pr ion on the electronic structure, non-resonantinelastic x-ray scattering techniques are employed to determine the shape of the active Cu 3dorbital hole that is responsible for the anisotropic behavior observed in transport measurements,and resonant elastic x-ray scattering techniques are used to investigate a novel three-dimensionalcharge order that is stabilized by the Pr substitution and is demonstrated to compete directlywith the high-temperature superconducting phase. Resonant elastic x-ray scattering techniquesare further utilized to probe the role of the Ge honeycomb lattice in the formation of chargeorder in the kagome metal FeGe, which is supported by density-functional theory *** and controlling the correlated phe

关键词： 非线性光学   密度泛函理论   碳纳米环   电荷转移   吸收光谱  

摘要： 近年来,环状π共轭结构,特别是碳纳米环,因其独特的弯曲共轭结构和卓越的光电性能,在有机电子学、有机光电器件、生物成像和超分子化学等领域展现了巨大的应用潜力。随着非线性光学（NLO）材料的不断进步,设计高性能的二阶NLO材料是目前研究的焦点。探寻提升NLO性能的有效途径,仍是面临的关键问题之一。本论文致力于探究新颖的环状π共轭结构,采用密度泛函理论（DFT）评估这类化合物的二阶NLO响应。目标在于筛选出具有卓越第一超极化率的几何结构,并从理论层面阐明环状π共轭结构的电子结构与NLO性质之间的联系。通过深入探究环状π共轭结构,期望为高性能二阶NLO材料的实验合成提供坚实的理论基础。 本论文采用量子化学方法计算了环状π共轭结构的基态和激发态性质,包括基态几何结构、第一超极化率(βtot)、激发态参数和吸收光谱等。我们通过计算不同结构的第一超极化率,深入分析其机理。研究工作涵盖以下三个方面: （1）设计不同尺寸的D-π-A型碳纳米环（D-CM2Pn P-A,n=4,6,8,10,12）。研究发现D-CM2P4P-A到D-CM2P12P-A的βtot值逐渐增加。主要跃迁轨道表明,碳纳米环尺寸增大,伴随着电荷转移逐渐增强。本章说明尺寸效应和增加电荷转移通道是有效调控NLO响应的有效途径,为D-π-A型碳纳米环的结构-NLO性质提供了有价值的见解。 （2）设计有趣的π共轭双碳纳米环结构,命名为[8]CPP-[10]cyclacene。双碳纳米环在施加外加电场后,刺激诱导方向性电荷转移,呈现独特的光电性质。探究[8]CPP-[10]cyclacene三个特定方向的外加电场效应,即垂直于[8]CPP单元（Fy）、垂直于[10]cyclacene单元（Fz）和平行于双环直径（Fx）。相比Fy,[8]CPP-[10]cyclacene在Fz下显著地增强βtot值。结果表明,水平方向外加电场的方向能够更有效调控双碳纳米环的NLO性质。 （3）设计一系列三角形碳纳米环,将硼/氮掺杂的Phenalenyl（B/N-PLY）单元引入碳纳米环中,命名为B_nN3-n-CPLY3（n=0,1,2,3）。这些碳纳米环具有适当的空腔和形状互补性,以包裹富勒烯(C60),形成超分子化合物B_nN3-n-CPLY3@C60（n=0,1,2,3）。我们采用DFT深入探究碳纳米环和超分子化合物的几何结构和电子性质。研究发现,自组装策略有效地提升了超分子化合物的二阶NLO响应。通过吸收光谱分析,发现B_nN3-n-CPLY3@C60（n=0,1,2）的吸收峰与主客体间的相互作用有关。这些发现强调了超分子化合物的重要性,突显B_nN3-n-CPLY3@C60在光电应用中的潜力。

摘要： This thesis aimed to develop a simple and compact system that enables high-sensitivity dual-comb spectroscopy measurements over a wide spectral range in the infrared. Such measurements are suited for detecting low-concentration gases in multi-species gas samples. However, a major challenge stems from a trade-off between instantaneous broad spectral coverage and the need for high sensitivity. Current state-of-the-art dual-comb spectrometers in the mid-infrared often face limitations such as low power per comb line, high relative intensity noise, or the low saturation and high-noise level of mid-infrared photo-detectors. Moreover, the frequency and phase noise performance of these systems often necessitates stabilizing the optical frequency combs, which adds complexity to the system. This thesis addressed source-related challenges by a free-running wavelength-tunable single-cavity dual-comb optical parametric oscillator which is pumped by a powerful and low-noise single-cavity solid-state laser. To find an ideal cavity configuration, various optical parametric oscillator architectures were investigated: (i) a ring-cavity with counter-propagating resonant beams; (ii) two cavity configurations of a spatially-multiplexed single-cavity optical parametric oscillator, where the two resonant beams take a different path through the cavity. A comparison of the two spatially-multiplexed configurations, shows which steps improved the performance of the optical parametric oscillator. The thesis also includes the implementation of a cavity length stabilization scheme where the depleted pump pulses serve as the error signal. Constraints on the sensitivity due to available mid-infrared detector technology are overcome by a background-free up-conversion detection scheme utilizing the optical parametric oscillator as a transceiver. This unique system design enabled record-high sensitivity with a comb-based spectrometer suitable for measurements under ambient pressure conditions. The a

关键词： 青少年   自然联结   不确定性容忍度   主观活力   社交焦虑  

摘要： 过去几十年来,随着城市的扩张和科技的普及,青少年们与自然的接触明显减少。他们更多地沉浸在城市的混凝土丛林和虚拟的网络世界中,而远离了自然的美妙与宁静。研究表明,自然环境对情绪有调节作用,在自然环境中人们更容易感受到内心的平静与放松,从而减轻压力和焦虑。然而,与自然的联系减少会削弱这种调节作用,增加心理健康问题的风险,使得青少年们更容易感到焦虑、压力和孤独,给他们的生活质量、学业成绩以及社交功能均带来了负面影响,继而引发或加重社交焦虑等心理健康问题。并且,青少年面临的压力和人际关系变化可能增加不确定性,而个体的不确定性容忍程度会影响其处理社交焦虑的能力。此外,高活力可能降低对威胁和压力的敏感性,有助于积极应对挑战,从而减轻社交焦虑。所以,深入研究青少年自然联结对社交焦虑问题的影响,探讨其成因和缓解途径,对于提升青少年心理健康水平具有重要意义。因此,本研究旨在考察青少年自然联结、不确定性容忍度、主观活力和社交焦虑四者之间的关系,并探究有效的干预策略。 研究一使用《自然关联性量表》、《简版无法忍受不确定性量表》、《主观活力量表》和中学生心理健康诊断测验对某高中512名学生进行问卷调查,探讨青少年自然联结与社交焦虑的关系及其作用机制即不确定性容忍度、主观活力的中介作用,结果显示:(1)社交焦虑与不确定性容忍度、主观活力、自然联结呈负相关关系。(2)不确定性容忍度与主观活力、自然联结呈正相关;(3)主观活力与自然联结呈正相关;(4)不确定性容忍度、主观活力在青少年自然联结与社交焦虑的关系中起并行中介作用。 研究二在研究一的基础上设计团体辅导方案,通过提高青少年自然联结程度、降低不确定性容忍度、提高主观活力,以期降低青少年社交焦虑水平。研究招募了20名学生随机分为实验组和对照组,仅对实验组学生进行干预。研究发现:实验组在自然联结和主观活力方面表现出明显改善,尤其在提高自然联结程度和一定程度上改善社交焦虑水平方面表现出色。综合而言,团体辅导在降低青少年社交焦虑方面具有积极作用,尤其在提高自然联结与主观活力水平方面表现良好。 本研究的结果为理解青少年社交焦虑提供了重要线索,揭示了青少年自然联结与社交焦虑的关系及不确定性容忍度、主观活力在其中的作用,研究发现丰富了相关理论,也为自然联结、社交焦虑的干预提供了有效的、可操作的干预方案。

关键词： 黑碳气溶胶   老化过程   分形维数   光学性质   直接辐射效应  

摘要： 黑碳气溶胶是重要的气候强迫因子,对地气系统能量平衡有重要影响。目前对于黑碳气溶胶的辐射强迫评估还存在较大的不确定性,这种不确定性主要来自于地球系统模式中对黑碳老化过程的理化性质及光学性质进行了不完善的简化处理。实验室研究、外场观测和数值模拟的黑碳吸收增强系数存在2～3倍的差异,研究发现黑碳气溶胶形貌特征可能是造成差异的一个重要原因。黑碳气溶胶的分形维数、电迁移率粒径、有效密度和包裹程度等参数定量反应了老化过程的形貌特征,这些形貌参数受到排放源和气象条件的影响存在显著的区域性差异。为了表征黑碳气溶胶形貌特征在老化过程中的演变,量化形貌特征对光学性质及吸收增强的影响,更好地理解黑碳气溶胶直接辐射效应不确定性的物理机制,本文从准实际大气烟雾箱的观测实验出发,结合形貌参数和光学性质的数值模拟,研究老化过程中光学性质的变化规律,并在此基础上应用到大气辐射传输模式和中尺度区域模式中,对直接辐射效应进行评估,得出以下主要结论: （1）老化过程中形貌参数的连续变化特征及数值模拟结果评估 本文分别使用核壳模型和分形结构对烟雾箱实验观测到的老化过程进行数值模拟,通过定义分形结构和包裹球体的电迁移率粒径之比来表征黑碳小球被包裹的程度,引入反应分形结构不规则程度的分形维数（D_f）,建立了包裹物厚度和分形维数的定量关系,以厚度比0.5为临界值,分形维数在半包裹和全包裹状态的变化区间分别为1.8≤D_f<2.2和2.2≤D_f<2.8。结合三组控制实验对两种模拟结果的有效密度进行定量验证后发现,分形结构和烟雾箱实验表现出一致的变化趋势,从模拟偏差量来看,外混合比内混合偏大,最大可达到13.71%,内混合阶段则降低至6.83%。核壳模型则无法从形貌参数上定量反应老化过程的演变特征,同时核壳结构对有效密度的高估达到了接近5倍。 （2）吸收增强的数值模拟和基于老化过程的核壳模型修订关系 本文分别从复折射指数、分形结构、包裹物厚度和波长对整个老化过程的光学性质进行了数值模拟,发现对于外混合状态而言,复折射指数的影响作用远大于形貌参数,带来的计算偏差最大接近±20%,在对复折射指数的经验值进行修订后,核壳模型和多球叠加T矩阵的质量吸收系数模拟偏差降低至1%。 内混合状态以厚度比0.5为临界值,核壳模型和多球叠加T矩阵的吸收增强变化呈现出显著差异。在405nm和532nm半包裹阶段核壳模型分别高估了7.91%和21.39%,全包裹阶段却低估了19.07%和11.21%,而多球叠加T矩阵把405nm的两个老化阶段计算误差分别降低了5.75%和9.30%,532nm降低了14.03%和4.93%,并对吸收增强浮动区间的模拟结果和观测保持一致,在老化过程中的吸收增强系数最大可以达到2.63,核壳模型则维持在2.0附近。从分形维数和厚度比共同影响吸收增强的机制来看,厚度比对分形维数所造成的吸收增强不确定性起放大作用。 本文分别对紫外和红外波段建立了核壳模型的修订关系式,并通过查表法、线性拟合和直接拟合来实现。查表法以分形维数和包裹物厚度比共同作为输入参数,线性拟合只需要以包裹物厚度比作为输入量,在紫外波段,半包裹和全包裹阶段的拟合系数分别为0.34和-0.54,红外波段则分别为0.52和-0.43。直接拟合法以烟雾箱实验模拟的光学性质为因变量,比前两种方案更依赖于观测实验的局地性。 （3）灰霾重污染期间基于老化过程的光学性质对直接辐射效应和气象要素的影响 本文通过在大气辐射传输模式中引入灰霾重污染期间的黑碳质量浓度廓线,利用基于老化过程的光学性质计算方法,对质量浓度、老化过程和光学性质算法对直接辐射强迫的综合影响进行评估后发现,两种数值算法在整个老化过程中引起的直接辐射强迫偏差的变化范围是-1.07～0.82w/m2。对浓度在边界层内部均匀分布的暖季而言,在老化过程初始阶段大气加热率从近地层到边界层顶增加了0.02k/d,而对于浓度随高度指数衰减的冷季,则下降了0.06k/d。老化过程进一步加剧了近地层和边界层顶的加热率偏差,核壳模型在暖季和冷季的偏差量分别为0.05k/d和0.1k/d,分形结构则为0.07k/d和0.1k/d。 基于老化过程修订光学性质的关系式能显著降低WRF-Chem模式在吸收光学厚度方面的模拟偏差,对于本地排放的灰霾重污染最强时段,这种改进效果更加明显,修订后的吸收光学厚度和观测结果基本一致,数值为0.08和0.06,而核壳模型则高估了一倍以上。对于大气边界层的垂直结构而言,修订方案对温度廓线的改进主要表现为,对近地层产生增温作用,中高层则为降温作用,近地面增温可达0.4～0.5℃,而中高空降温可达0.1～0.2℃,高度临界点为0.4～0.5km。 综上所述,本论文通过数值模拟研究,获得了老化过程对于黑碳–辐射–气象场相互作用影响的新认识,这对进一