PLC的循环扫描工作过程详解 1.CPU自检阶段 CPU自检阶段包括CPU自诊断测试和复位监视定时器。 在自诊断测试阶段，CPU检测PLC各模块的状态，若出现异常立即进行诊断和处理，同时给出故障信号，点亮CPU面板上的LED指示灯。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，停止执行程序。CPU的自诊断测试将有助于及时发现或提前预报系统的故障，提高系统的可靠性。 监视定时器又称看门狗定时器WDT，它是CPU内部的一个硬件时钟，是为了监视PLC的每次扫描时间而设置的。CPU运行前设定好规定的扫描时间，每个扫描周期都要监视扫描时间是否超过规定值。这样可以避免由于PLC在执行程序的过程中进入死循环，或者由于PLC 执行非预定的程序造成系统故障，从而导致系统瘫痪。如果程序运行正常，则在每次扫描周期的内部处理阶段对WDT进行复位（清零）。如果程序运行失常进入死循环，则WDT得不到按时清零而触发超时溢出，CPU将给出报警信号或停止工作。采用WDT技术也是提高系统可靠性的一个有效措施。
2.通信处理阶段 在通信处理阶段，CPU检查有无通信任务，如果有则调用相应进程，完成与其他设备（例如，带微处理器的智能模块、远程I/O接口、编程器、hmi装置等）的通信处理，并对通信数据做相应处理。 3.读取输入 在读取输入阶段，PLC扫描所有输入端子，并将各输入端的通/断状态存入相对应的输入映像寄存器中，刷新输入映像寄存器的值。此后，输入映像寄存器与外界隔离，无论外设输入情况如何变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入端状态的变化只能在下一个循环扫描周期的读取输入阶段才被拾取。这样可以保证在一个循环扫描
地球系统的碳循环，是指碳在岩石圈、水圈、气圈和生物圈之间，CaCO3、MgCO3、CO2，、CH4、(CH2O)n(有机碳)等形式相互转换和运移的过程。 碳循环的重要性: 1、植物的光合作用驱动的碳循环不但为人类提供最基本的食物，而且是煤、石油、天然气和森林形成的前提，为人类提供在时空上可以调节的基本能源。 2、受到全球碳循环调节的大气二氧化碳、甲烷等气体，由于可以吸收由地表放射回来的长波辐射，从而使地球表面温度升高，因此，碳循环通过调节大气温室气体浓度而调节地球表面温度，使其适合生命的发展。 碳在圈层间的循环和效应： 1、大气碳库是联系海洋和陆地生态系统的纽带和桥梁，对于大气中的碳来说，岩石圈和人类活动圈是其净源，水圈和生物圈可能是源也可能是汇。 2、海洋具有储存和吸收大气二氧化碳的能力，影响着大气二氧化碳的收支平衡，有可能成为人类活动产生的二氧化碳的最主要的汇。大气二氧化碳不断的与海洋表层进行碳交换，浅层海水吸收二氧化碳并通过生物化学过程向深部转移；海洋是碳酸盐沉积的主要场所，由陆地水文系统输送到海洋的碳酸盐成分，主要在温热带海底沉积；海洋中的浮游生物通过光合作用吸收碳并且向深海和海底沉积物输送。 3、陆地生态系统是一个土壤-植被-大气相互作用的复杂系统，是全球碳循环中受人类影响最大的部分，全球碳循环中最大的不确定性主要是来自陆地生态系统。 4、地球内部的二氧化碳通过地热区、活动断裂带或火山活动不断的释放出来，直接进入大气圈或存储在沉积地层中形成二氧化碳气田；在岩溶作用中，一方面由于碳酸盐的溶解通过水从大气吸收二氧化碳，另一方面由于钙化的沉积则向大气圈释放二氧化碳。 影响碳循环的因素 一、碳循环的载体 1、生物因素 （1）动物因素 动物是排放二氧化碳的主体，当然C是组成一切生命的最基本的元素，所以地球上的碳循环无处不在，动物主要是以消费者的形式出现的，他们不但呼吸排放CO2,而且它先是使碳循环在其机体里合成葡萄糖，然后转化成身体的各个组织或排除体外的排泄物，等到他们死亡，尸体又被其他微生物分解，因此完成了碳循环中的使碳从有机界过渡到无机界（2)植物因素 植物一方面通过呼吸作用排除二氧化碳，一方面通过光合作用吸收二氧化碳，合成含碳有机物，是大自然天然吸收二氧化碳的工具，而且使他转化成生物赖以生存的能源物质 (3)微生物因素 微生物通过分解动植物尸体，把有机碳转化为无机的二氧化碳，排放到大气中 影响碳循环的主要因素包括了生物和非生物，几个方面环环相扣，缺一不可，动物作为消费者是二氧化碳的主要产生者，而植物又是转化二氧化碳的主体，微生物作为分解者去分解动植物的有机体，所以世界上才不会有堆积如山的尸体，使有机碳变成了无机碳，是碳循环过程中又以重要的因素，如果没有生产者，那么地球上的动物和有些微生物赖以生存的氧气会越来越少，二氧化碳越来越多，使全球气候变暖，改变地球环境 2、非生物因素
1．概念：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，又称为生物地球化学循环。 2．特点 (1)全球性。(2)反复利用，循环流动。
3．碳循环 (1)过程 填写图中序号表示的生物或过程： ①呼吸作用，②光合作用，③植物，④动物。 (2)循环形式 ①无机环境与生物群落之间：CO2。 ②生物群落中：以有机物形式沿食物链或食物网传递。 判断下列有关物质循环叙述的正误。 (1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物(×) (2)碳循环在生物群落内部以CO2形式循环(×) (3)化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因(√) (4)在一个池塘生态系统中就能完成物质循环(×) 临考视窗物质循环常与能量流量、光合作用、细胞呼吸结合在一起综合 命题，单独命题较少，以示意图、模式图形式出现，考查学生的获取信息、综合运用能力。 (2013·山师大附中期末)如图为某生态系统的部分物质循环简图，下列相关叙述不正确的是() A．若M表示大气中的CO2，则碳在过程④中以含碳有机物的形式传递 B．直接参与碳循环的细胞器有线粒体和叶绿体 C．能量可通过光合作用的形式输入该生态系统，也可通过热能的形式输出D．图中分解者可以促使物质和能量尽快地循环利用 [自主解答]________ 解析：本题考查生态系统的物质循环和能量流动，意在考查考生的综合运用能力。若M表示大气中的CO2，则碳在过程①②③中以CO2的形式进行传递，在过程④中以含碳有机物的形式进行传递，A正确。图中生产者通过光合作用将吸收的太阳能转变为储存在植物体内的有机物中的化学能而输入该生态系统，进入生态系统的大部分能量通过生产者、消费者、分解者的呼吸作用以热能的形式散失掉，C正确。能量流动具有单向性，能量不能循环利用，D错误。 答案： D 1．碳循环过程
热泵的工作原理 作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温区流向低温区。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。 热泵在工作时，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。 在运行中，蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了储水箱中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。 余热利用的强力工具--热泵 水从高处流向低处，热由高温物全传递到低温物体，这是自然规律。然而，在现实生活中，为了农业灌溉、生活用水等的需要，人们利用水泵将水从低处送到高处。同样，在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量，热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或采暖，使热量得到充分利用。 热泵的工作原理和家用空调、电冰箱等的工作原理基本相同，通过流动媒体(以前一般为氟利昂，现天上由替代氟利昂所代替)在蒸发器、压缩机，冷凝器和膨胀阀等部品中的气相变化(沸腾和凝结)的循环来将低温物体的热量传递到高温 物体中去。 具体工作过程如下：①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体。②蒸发器出来的气体媒体液压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体。 ③高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。④高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变为过热液体媒体，进入蒸发器，循环最初的过程。 基本原理 热泵热水器的基本原理：它主要是由压缩机、热交换器、轴流风扇、保温水箱、水泵、储液罐、过滤器、电子膨胀阀和电子自动控制器等组成。接通电源后，轴流风扇开始运转，室外空气通过蒸发器进行热交换，温度降低后的空气被风扇排出系统，同时，蒸发器内部的工质吸热汽化被吸入压缩机，压缩机将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体送入冷凝器，被水泵强制循环的水也通过冷凝器，被工质加热后送去供用户使用，而工质被冷却成液体，该液体经膨胀阀节流降温后再次流入蒸发器，如此反复循环工作，空气中的热能被不断“泵”送到水中，使保温水箱里的水温逐渐升高，最后达到55℃左右，正好适合人们洗浴，这就是空气源热泵热水器的基本工作原理
PLC的循环工作过程 下面艾特贸易网用一个简单的例子来进一步说明plc的循环工作过程。按钮SB1和SB2的常开触点分别接在输入模块上I0.1和I0.2对应的输入端，接触器KM的线圈接在输出模块上Q4.0对应的输出端。图1的梯形图中的I0.1与I0.2是输入变量，Q4.0是输出变量。梯形图中的I0.1与过程映像输入位I0.1和接在对应的输入端的SB1的常开触点相对应，梯形图中的Q4.0与过程映像输出位Q4.0和接在对应的输出端子的输出模块内的输出电路相对应。 图1 PLC外部接线图与梯形图 梯形图以指令的形式储存在PLC的用户程序存储器中，图1中的梯形图与下面的3条指令相对应，“//”之后是该指令的注释： A I 0.1 //接在左侧“电源线”上的I0.1的常开触点 AN I 0.2 //串联的I0.2的常闭触点 = Q 4.0 //Q4.0的线圈 A（And，与）指令表示常开触点串联，AN( And Not)指令表示常闭
触点串联，赋值指令“=”表示将逻辑运算的结果传送给指定的地址。图1-5中的梯形图完成的逻辑运算为 在读取输入模块阶段，CPU将SB1和SB2的常开触点的ON/OFF状态读入对应的过程映像输入位，外部触点接通时将二进制数1存入过程映像输入位，反之存入0。 执行第1条指令时，从过程映像输入位I0.1中取出二进制数。 执行第2条指令时，取出过程映像输入位I0.2中的二进制数，因为是常闭触点，首先将取出的二进制数取“反”，然后与I0.1对应的二进制数相“与”，电路的串联对应“与”运算。 执行第3条指令时，将前面的二进制数运算的结果送人过程映像输出位Q4.0。 在数据写入输出模块阶段，CPU将各过程映像输出位中的二进制数传送给输出模块，并由后者将数据锁存起来。如果过程映像输出位Q4.0中存放的是二进制数1，外接的KM的线圈将通电，反之将断电。图1中I0.1、I0.2和Q4.0的波形图中的高电平表示按下按钮或KM 的线圈通电，当t<t1时，读入过程映像输入位I0.1和I0.2的均为二进制数0，此时过程映像输出位Q4.0中存放的亦为0，在程序执行阶段，经过上述逻辑运算过程之后，运算结果仍为Q4.0=0，所以KM的线圈处于断电状态。在f< t1区间，虽然输入、输出信号的状态没有变化，用户程序仍一直反复不断地执行着。t=t1时按下按
平稳随机过程 ?严格平稳随机过程 ?广义平稳随机过程 ?平稳随机过程自相关函数性质?各态历经过程
1. 严格平稳（Strict Sense Stationary, SSS)随机过程定义: 随机过程X (t )的任意N 维统计特性与时间起点无关。 1111(,,,,,)(,,,,,) X N N X N N p x x t t t t p x x t t +?+?=如果X (t ) 是严格平稳的,则与t 无关。 (,)()X X p x t p x =即X(t)与X(t+?t)具有相同的统计特性。
二维概率密度 只依赖于τ，与t 1和t 2的具体取值无关。 12121212121221212 (,,,)(,,,) (,,,0)(,,) X X X X p x x t t p x x t t t t p x x t t t t p x x t t =+?+?=-?=-=ττ=-
如果X (t )是严格平稳随机过程, 则 121212121212 (,)(,,,)() X X X R t t x x p x x t t dx dx R t t ∞ -∞ ==ττ=-?()()X X X m t xp x dx m ∞ -∞==?22 2()()()X X X X t x m p x dx ∞ -∞σ=-=σ ?
100200300400500 -4-3-2-101234Stationay Gaussian Noise 0100200300400500 -4 -3 -2-101234Non-stationay Gaussian Noise
第7节自然界中的氧循环和碳循环 1．自然界中的氧循环 消耗氧气的主要途径是等； 产生氧气的途径是。大气中的氧气的含 量会随着生物的呼吸、微生物的氧化分解和物质的燃烧 等运动而减少，但又会随植物的光合作用而增加，周而 复始地进行循环，这就是自然界的氧循环。自然界中的氧是在不断循环变化的。 2．自然界中的碳循环 自然界中的碳可以以单质和化合物的形态出现，碳在自然界中也是可以循环的。碳的循环主要通过CO2来进行的。它可以分为三种形式。 （1）是植物经作用将大气中的二氧化碳和水化合生成有机物，在一作用中又以二氧化碳返回大气中被植物再度利用； （2）是植物被动物采食后，有机物被动物吸收，在体内氧化成二氧化硪，并通过释放回大气中又可植物利用。 （3）是动植物残体被分解，以及等燃烧时，生成二氧化碳，它返回大气中后重新进人生态系统和碳循环。 3．温室效应 大气中等温室气体具有吸热和隔热的功能，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来，从而产生。在温室气体中二氧化碳占55%，其他还包括水蒸气、臭氧、氧化亚氮、甲烷、氯氟烃等。适度的“温室效应”能保证地球上的气温恒定，适于动植物生存，促进植物的光合作用。 “温室效应”加剧在一定程度上导致全球性气候变暖，产生一系列的危害。 ①；②；③；④。 （1）温室效应产生的原因。 ①矿物燃料（如煤、石油、天然气）的大量使用；②乱砍滥伐造成森林面积减少。 （2）减缓温室效应的措施。 ①减少化石燃料的使用；②开发新能源；③植树造林，严禁乱砍滥伐。 题型一自然界中的氧循环 1．氧气在自然界中存在非常广泛，并不断循环转化。请回答以下问题：（1）铁生锈、动植物的呼吸（填“是”或“不是”）缓慢氧化。 （2）下图是自然界中氧的部分循环示意图。从①～ ⑥中选择序号填空，消耗氧气的有，产生氧气 的有。 （3）将沸点不同的气体分离开来，常采用液化分离 法。如，控制温度在-183℃时，可将空气中氮气（N2） 与氧气（O2）分离。工业上分离液态空气制取氧气，该 过程属于（填“物理”或“化学”）变化。 2．自然界中氧气的主要来源是，消耗氧气的途 径有（任写一点）。从氧循环的角度分析，早晨 空气中的氧气含量比傍晚空气中的氧气含量要， 你的理由是 。 题型二自然界中的碳循环
精心整理 质量管理的工作步骤 PDCA循环是全面质量管理最基本的工作方法，此方法系由美国统计学家戴明总结出来的，所以也称戴明循环。PDCA循环，就是按照计划、执行、检查、处理这样四个阶段的顺序未进行质量管理，并且循环不止的进行下去的一种管理工作程序。 一、PDCA循环的四个阶段可以进一步划分为八个步骤： 第一步：搜集资料。 就是对工作现状进行调查研究，技师、全面、准确地搜集有关数据资料。 第二步：找出问题。 在搜集资料的基础上，把影响质量的各种因素都摆出来，加以研究，找出薄弱环节。 第三步：找出主要问题。 在影响质量的各种因素中是有主次之分的。只有抓住其中主要的影响因素，进行解剖分析，才会更加有利于改进质量。 第四步：针对主要影响因素制定措施（计划）。 制定措施要重点明确以下六个问题： 1、要达到的目的； 2、制定哪些措施； 3、措施有哪个部门来执行或在什么地方执行； 4、由谁来执行措施； 5、什么时间执行，什么时间完成； 6、怎样执行。 以上四个步骤是“P”阶段，即计划阶段的内容。
第五步：执行措施。 措施制定后，就要按既定措施下达任务，并按措施要求去执行。这是“D”阶段，即实施阶段的工作内容。 第六步：检查效果。 计划措施下发并认真执行后，还要及时对执行情况进行检查。通过检查进行比较，找出成功的经验和不足。这是“C”阶段的工作内容。 第七步：巩固措施，形成制度。 根据检查结果进行分析、比较、判断之后，对行之有效的措施要继续巩固，形成制度。 第八步：将遗留问题转入下一阶段。 以上是PDCA循环工作方法的具体化，四个阶段和八个步骤有着不可分割的连续关系。 二、PDCA循环的几个特点。 第一、四个阶段是一个有机的整体。 只有计划不去实施，等于没有计划。计划有了，也按计划做了，但不检查，也就不知道做得怎么样。，计划、实施、检查都有了，不去处理更不行，这样工作水平无法巩固提高。因此，四个阶段完成才能组成一个完整的循环。 第二、PDCA循环是一个不断前进，不断提高的运动过程。 PDCS循环的运动过程就像上楼梯一样，一步一个台阶的前进。一个循环终了，就会使工作质量提高一步；然后再进行下一个循环，再推动，再提高一步。这样循环不止，就会使工作和质量不断提高。 第三、PDCA循环是一个大环套小环，一环扣一环的制约环。 所谓大环套小环，就是说大环中有中环，中环中有小环，小环中有小小环。 这就如同中标的齿轮一样，一个齿轮的转动推动另一个齿轮前进。这些环的转
湿地生态系统碳循环的过程 湿地碳循环主要包括2个基本过程:①植物通过绿色叶片的光合作用固定大气CO2并形成总初级生产力,此过程主要受太阳辐射、气温、水分和养分供应等因子的驱动.此过程中植物需要消耗部分光合产物为其自身生命活动提供能量,同时释放CO2.②植物死亡后其残体在微生物作用下分解转化,一部分形成转化成颗粒有机碳(particulateorganiccarbon,POC)和简单的可溶性有机碳(dissolvedorganic C,DOC),在水介质中经过微生物作用或直接氧化为CO2(HCO-3),一部分形成泥炭,逐年堆积.上层泥炭以及仍未完全分解的植物残体,继续参与以上分解转化.此过程是个复杂的生物地球化学过程,受植物残体本身性质、气候条件和周围诸多环境因素的影响.另外,对于开放或半开放的湿地系统,POC和DOC是外界与系统之间碳交换的2个重要形态,它们在湿地系统的碳收支中也具有重要意义。 一个典型的湿地生态系统至少应当具有底部土壤、水体介质和生活在介质中的有机体 ,并且具有完整的营养级结构、能量流动和物质循环链条。自然界的物质循环均由实体和过程组成 ,湿地的碳循环也不例外。一般来说 ,它一方面包含了碳库 ,另一方面又包含碳库之间的碳通量。碳库之间的碳通量变化是由许多物理、化学和生物过程引起的。作为实体的湿地碳库可以区分出3 种碳库类型 :活生物区碳库、碎屑碳库 (多由动植物残体组成) 和被溶解气体碳库 (即水溶无机碳库) 。同理 ,湿地碳循环的过程也可分为生物过程、物理/ 化学过程和分解过程(后者大部分为生物分解 ,也有小部分的物理和化学分解) 。碎屑碳库是目前湿地中最大的有机碳库 ,远远超过湿地中细菌、浮游生物、动植物区系有机碳量。 泥炭地及其他类型浅水型湿地的碳循环 泥炭地、草本沼泽和三角洲冲积湿地是几种较为常见的浅水型湿地。其中 ,泥炭地是全世界分布最广的湿地类型 ,在世界各地均有分布 ,尤其是在北半球北部的中高纬度地区。泥炭地占全球湿地面积的 50 %～70 % ,总面积达 400 万km2,碳储量为世界土壤碳储量的三分之一 ,相当于全球大气碳库碳储量的75 % (Joosten H andClarke D. ,2002)。1996 年和 1999 年的 Ramsar会议已把泥炭地列为国际重要湿地类型加以保护。据Joosten 等(2002) 估计泥炭地碳的蓄积速率为 20～30 gC·m- 2yr- 1,加拿大泥炭地包含有 200 ～450 Pg(1Pg = 1Gt = 1015g) 碳 ,拥有世界上最丰富的泥炭地资源。目前许多研究表明 ,占世界大部分泥炭地的北部地区在未来可能变得更温暖 ,同时也表明中部大陆地区变得更干旱 ,沿海地区变得更湿润 ,但存在着很大的不确定性。由于 NPP 和分解都与湿度和热量条件紧密相关 ,如果气候变化真如预料的那样 ,泥炭地的碳动态变化将会发生很大的改变。潜在变化无论是在量上还是在变化趋势上都有很大的不确定性。
质量管理的工作步骤 PDCA循环是全面质量管理最基本的工作方法，此方法系由美国统计学家戴明总结出来的，所以也称戴明循环。PDCA循环，就是按照计划、执行、检查、处理这样四个阶段的顺序未进行质量管理，并且循环不止的进行下去的一种管理工作程序。 一、PDCA循环的四个阶段可以进一步划分为八个步骤： 第一步：搜集资料。 就是对工作现状进行调查研究，技师、全面、准确地搜集有关数据资料。 第二步：找出问题。 在搜集资料的基础上，把影响质量的各种因素都摆出来，加以研究，找出薄弱环节。 第三步：找出主要问题。 在影响质量的各种因素中是有主次之分的。只有抓住其中主要的影响因素，进行解剖分析，才会更加有利于改进质量。 第四步：针对主要影响因素制定措施（计划）。 制定措施要重点明确以下六个问题： 1、要达到的目的； 2、制定哪些措施； 3、措施有哪个部门来执行或在什么地方执行； 4、由谁来执行措施； 5、什么时间执行，什么时间完成；
6、怎样执行。 以上四个步骤是“P”阶段，即计划阶段的内容。 第五步：执行措施。 措施制定后，就要按既定措施下达任务，并按措施要求去执行。这是“D”阶段，即实施阶段的工作内容。 第六步：检查效果。 计划措施下发并认真执行后，还要及时对执行情况进行检查。通过检查进行比较，找出成功的经验和不足。这是“C”阶段的工作内容。 第七步：巩固措施，形成制度。 根据检查结果进行分析、比较、判断之后，对行之有效的措施要继续巩固，形成制度。 第八步：将遗留问题转入下一阶段。 以上是PDCA循环工作方法的具体化，四个阶段和八个步骤有着不可分割的连续关系。 二、PDCA循环的几个特点。 第一、四个阶段是一个有机的整体。 只有计划不去实施，等于没有计划。计划有了，也按计划做了，但不检查，也就不知道做得怎么样。，计划、实施、检查都有了，不去处理更不行，这样工作水平无法巩固提高。因此，四个阶段完成才能组成一个完整的循环。 第二、PDCA循环是一个不断前进，不断提高的运动过程。
平稳随机过程及其数字特征
平稳随机过程 粗略的说——随机过程的统计特征不随时间的推移而变化。一.严平稳随机过程 1. 定义设有随机过程{ X(t) , t ∈T}，若对于任意n 和任意t1 因此：严平稳过程的二维数字特征仅是（时间差τ）的函数 综上所述：要按上述严平稳过程的定义来判断一个过程是否平稳?是很困难的。 a)：一般在实用中，只要产生随机过程的主要物理条件，在时间 进程中不变化。则此过程就可以认为是平稳的。 例如：在电子管中由器件的颗粒效应引起的“散弹噪声”，由于产生此噪声的主要物理条件与时间无关，所以此噪声可以认为是平稳过程。 12121212 12 1 21212 2 2 2 (,)(,;)() (,)()()(,;)()()(0)(0)[()] X X X X X X X X X X X X X X R t t x x f x x dx dx R C t t x m x m f x x dx dx C R m C R m D X t τττττσ=?==??==?=?==∫∫∫∫ ∞<)]([2 t X E b)：另一方面，对有些非平稳过程，可以根据需要，如果它在所观测的时间段内是平稳的，就可以视作这一时间段上的平稳过程来处理。即在观测的有限时间段内，认为是平稳过程。 因此，工程中平稳过程的定义如下： 二、宽平稳过程1、定义 若二阶矩过程( )X(t) 满足: E[X(t)]=m x ←常数 R x (t 1,t 2)=R x (τ) ←只与时间间隔(τ=t 2-t 1)有关 则称过程X(t)为“宽平稳随机过程”（广义平稳过程）。 可见：一个均方值有限的严平稳过程，一定是宽平稳过程。反之：一个宽平稳过程，则不一定是严平稳过程。 c)：一般在工程中，通常只在相关理论的范围内讨论过程的平稳问题。即：讨论与过程的一、二阶矩有关的问题。 [课程论文] 人类活动对碳循环的影响 人类活动对碳循环的影响 摘要：随着近些年温室效应的加强及人类活动对碳循环的影响，全球碳循环体系中，已经发生了初步的变化，在地球系统中，海洋、大气和陆地以及其中的生命与非生命部分都存在着相互联系。人类正在以各种方式根本性地改变着地球的各种系统和循环。碳循环是一个极其复杂的地球化学循环过程，包括碳元素在各个储库的贮存和在不同储库之间的流通。不同时间尺度的碳的自然循环都保持着动态平衡状态。人类活动触动了这种平衡机制，成为当前全球碳循环变化的主要驱动因子。本文主要探讨碳循环的概念及其变化的原因，并对减缓碳循环变化提出展望与建议。 关键词：碳储库；碳循环；人类活动 引言： 碳元素不是地球上丰度最高的元素，但它独特的原子结构使其成为存在形式最为复杂的元素，也是地球上化合物种类最多的元素。碳元素有4个共价键，这些键很容易跟其他元素链接成长而稳定的复杂分子，以吸收、储存、交换周围环境的物质和能量。自然界的碳稳定同位素有 C和 C两种，丰度分别为98．89 和1．11 ，我们熟知的MC是碳的放射性同位素，半衰期是5 730 a。碳元素的自然赋存状态有单质和化合物，其中包括数以百万计的有机化合物。自然界中碳同位素的分馏主要有动力学分馏效应和碳同位素交换反应。从根本上影响碳同位素分馏的是生物因素。但生物过程复杂多变，难以像物理过程那样遵循一些基本原则而得出准确严谨的解释。这也正是为什么碳循环的研究要比水循环更加复杂的原因。研究自然界中碳的循环规律是揭示地球环境因子变化的重要手段。一方面，碳在自然界的物质循环过程影响着地球气候与环境的变化，CO2。在大气中含量的变化是地球气候发生改变的关键；另一方面，碳是生命物质的最基本元素之一，生命活动是碳元素在自然界进行循环的最重要影响因素。由于生命有机物质中碳元素中“轻碳”( C)比“重碳”(坞C)含量高，因此通过研究岩石中碳的同位素 第五章第三节：生态系统的物质循环 舒才有 教学任务分析： 教学目标1.知识目标 （1）以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环； （2）说明能量流动和物质循环的关系； （3）关注碳循环平衡失调与温室效应的关系 2.能力目标 （1）学会分析生态系统中碳循环的方法，并且可以运用于其他元素循环的分析； （2）通过分析“温室效应”的形成与危害，培养学生的推理，联想，思维迁移的能力； （3）利用“能量流动和物质循环的关系”教学过程，培养学生比较，归纳以及对自己所持观点的总结表达能力 3.情感目标 （1）通过学习人类对碳循环的影响以及温室效应的危害，培养学生环境保护意识 （2）积累生态学知识，形成科学的世界观 教学重点分析生态系统中的物质循环 教学难点说明能量流动和物质循环的关系 教学过程设计： 教学阶段教师活动学生活动教学意图 引入1.请学生观看视频，思考：生物死后去 哪了？ 2.看完视频，引出“循环”，并思考： 在生态系统中物质是怎样循环的呢？ 学生观看视 频，思考问 题，回答问 题。 引出“循环”， 从而引出课题 碳循环自 主 探 究 师：不同生物体所含的蛋白质核酸等化 合物的种类各不相同，但生物以及无机 环境的元素种类却具有统一性。可见生 态系统中参与循环的物质应该是一些化 学元素。 师：细胞中最基本的元素是什么 师：那我们今天你就以碳循环为例，来 探究生态系统的物质循环过程。 师：我想请一位同学来回答几个小问 题。 师：生态系统由哪两部分构成？ 师：无机环境中碳的存在形式是什么？ 师：碳在生物群落中主要存在形式是什 么？ 师：同学们对基础知识掌握的很好。接 下来请同学们以小组为单位，探究这些 含碳物质是通过怎样的途径构建起碳循 环的？要求以草原生态系统中具体生物 和物质为例，并用文字和箭头表示。时 间3分钟，开始。 （师巡回指导） 师：好，时间到。我发现同学们很有创 造性和逻辑性，都完成的不错。我们请 同学上来展示你们小组的成果。 师：很好。刚才这位同学构建的循环是 否合理完善呢？我们再请一组同学来点 评一下。 学生思考回答 问题 生：碳元素 生：生物群落 和无机环境 生：二氧化碳 生：有机物 学生上台展示 并讲解循环图 学生互评，补 充循环图 学生通过合作学 习，小组探究， 理解碳循环的过 程 成 果 优 化 师：通过同学们的探究，碳循环的过程 已经大致出来了。为了同学们更好的理 解和应用，我们一起来把这个过程再简 化一下，并明确途径。 师：首先，无论是草还是其他植物，他 们在生态系统中的成分是什么？ 师：这些动物是什么成分？ 师：微生物在生态系统中是？ 师：剩下的就是无机环境中的CO2 师：接下来，我想请一位同学配合老师 一起来确定这四者间进出的途径。 师：大气中的CO2和生产者之间分别通 过什么途径进出？ 师：生产者的含碳物质通过什么途径进 入消费者？ 思考回答碳循 环途径 生：生产者 生：消费者 生：分解者 生：光合作用 和呼吸作用 生：食物链 学生对知识理解 后的应用以及归 纳总结学习成果 和解题方法 土壤侵蚀对陆地生态系统碳循环的影响过程与机理 碳是地球上储量最丰富的元素之一，它广泛地分布于大气、海洋、地壳沉积岩和生物体中，总的来说，地球上主要有大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库以及岩石圈碳库四大碳库，并在各大碳库之间不断循环变化。碳是有机化合物的基本成分，是构成生命体的基本元素，碳循环还与生命活动紧密相联。亿万年来,在地球的生物圈和大气圈中,碳通过生命的新陈代谢，往复循环，生生不息。无疑，碳在各种生态过程以及人类活动过程中的重要角色决定了其成为最佳研究载体的地位。 碳的蓄积、储量、潜力甚至受人类活动的影响程度在不同生态系统中都存在较大差异。陆地生态系统包括农田生态系统、湿地生态系统、森林生态系统、草地生态系统以及荒漠湿地系统。在陆地生态系统中,大部分碳主要蓄积在森林之中,它们主要以2种形式储存:一是以树干、树枝、树叶和树根等生物量的形式储存；二是以土壤有机碳的形式储存。在农田生态系统中,碳的储存主要是以地表以下植物有机质和土壤蓄积的形式,大部分具有很高的碳年吸收率,农田生态系统吸收的大部分碳通常以农产品及其副产品或废弃物的形式运走或很快释放到大气中。当然下一个作物生长季,碳又被蓄积,如此循环往复。当前,农业土壤经常是一个净碳源,然而如果通过良好的农业措施,如免耕、休耕等,又可以减缓农田碳源的排放,甚至变源为汇。草地生态系统中的绝大部分碳储存在土壤中。这些碳蓄积长期处于稳定状态,但也受人类活动及外来扰动的影响,如果载蓄量超过其承载能力,或者火灾频发,都会使碳大量丢失。湿地生态系统中的碳几乎全部作为死的有机物存储在土壤中,且受人类活动的影响很大,如排水可使碳释放,而造林又可以抵消其排放。在副极地附近的湿地,由于全球气候变暖造成的永冻土融化也可能使土壤碳释放进入大气 陆地生态系统碳循环过程是指植物通过光合作用吸收CO2，将碳储存在植物体内，固定为有机化合物，形成总初级生产量，同时又通过在不同时间尺度上进行的各种呼吸途径或扰动将CO2返回大气。其中一部分有机物通过植物自身的呼吸作用(自养呼吸)和土壤及枯枝落叶层中有机质的腐烂(异氧呼吸)返回大气，未完全腐烂的有机质经过漫长的地质过程形成化石燃料储藏于地下；另一部分则通过各种(包括人为和自然的)扰动释放CO2，形成大气——植被——土壤——岩石——大气的碳库之间的往复循环过程（如图1所示）。 课程论文 ﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡ 题目：生态系统的物质循环 课程：环境生态学 姓名： 学号： 专业： 教师： 时间：2014年6月1日 生态系统的物质循环 一、引言 生命的维持不但需要能量，而且也依赖于各种化学元素的供应。生态系统从大气水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收进入生态系统，被其他生物重复利用，最后，在归入环境中，这个过程称之为物质循环或生物地球化学循环。在生态系统中，能量不断流动而物质不断循环，这两者是生态系统中两个基本过程。正是这两个过程，使生态系统的非生物和生物成分组成了一个完整的功能单位。 二、摘要 生态系统中表征物质循环的两个概念是库和流通率，他们分别体现了生态系统中物质循环物质的量和物质循环的快慢。生物化学循环是指化学物质在生物圈中的生物部分与非生命环境之间的转移、转化等往返过程。可分为三大类型，即水循环、气体型循环和沉积型循环。其中水循环、碳循环、氮循环和有毒物质的循环是生态系统中典型的物质循环。 三、关键词 库，流通率，水循环，碳循环，氮循环，有毒物质循环 四、正文 （一）物质循环在生态系统中的重要性 在生态系统中不仅随时随地的进行着能量的转换和流动，而且无时无刻不在进行着物质的循环。生态系统中的一切生物，无论植物、 动物、还是微生物，都是有运动中的物质构成。这所有的生物都是地球长期演化的产物。根据元素在生物体中的含量将元素分为大量元素和微量元素。大量元素包括（含量超过生物体干重1%以上的）：碳、氧、氢、氮和磷等。（含量占生物体干重0.2～1%之间的）硫、氯、钾、钠、钙、镁、铁和铜等。微量元素包括（含量一般不超过生物体干重的0.2%）：铝、硼、溴、铬、钴、氟、镓、碘、锰、钼、硒、硅、锶、锡、锑、钒和锌等。这些元素在生态系统中的循环使生态系统的物质循环具有以下作用：①完成了生物体及非生命环境的物质更新。②完成生态系统中物质的再聚集与再分布。③为物种的不断进化提供条件。④维持大自然相对的稳态。 （二）物质循环的模式 生物地球化学循环可以用“库”(pools)和“流通”(flux rates)两个概念加以描述。库：由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的，如在一个湖泊生态系统中，水体中磷的含量可以看成是一个库，浮游植物中的磷含量是第二个库。这些库借助有关物质在库与库之间的转移而彼此相互联系。流通率：物质在生态系统单位面积(或单位体积)和单位时间的移动量就称为流通率。周转率(turnover rates)：就是出入一个库的流通率(单位／天)除以该库中的营养物质总量。周转时间(turnover times) ：就是库中的营养物质总量除以流通率。周转时间表达了移动库中全部营养物质所需要的时间。 生物地球化学循环在受人类干扰以前，一般是处于一种稳定的平 自 循环： ◎ 吴溪 封面故事ocean world 24 OCEAN WORLD 哲学家早有关于“物质运动和变化”的表述——日月更迭，寒暑交替，万物化 育，生生不息。要了解物质的流动性非常容易，以一个人类肉眼看不见的碳原子为例：这一刻，它是你头发中角蛋白的一个碳原子；前一刻，它可能属于一块蛋糕，你吃了蛋糕，于是碳原子便来到你身上；再向前追寻，这个碳原子很可能属于海洋中的某个碳酸氢根离子……如此，小小的碳原子流动起来。事实上，碳、氮、磷和水这些与生命活动相关的物质均以多种形式（生物或非生物的，原子、分子或生物大分子）存在于地球之上。这些物质时时处于流动状态，构成了生物地球化学循环——它们既进入了生物化学系统，又进入了地球化学系统。 在地球上，碳、氮、磷和水是许多生命活动的必需物质，它们都有一个非生物的“库”。例如，自然界中最大的“氮库”是大气中的氮气，但是氮气并不能直接被生物体所利用，必须通过固氮细菌将其转化为氨或硝酸盐后，才能被生物所利用。这个过程使“氮库”与生物圈联系起来，形成了氮的生物地球化学循环。同样，碳、磷和水的“非生物库”也以各自的方式与生物圈进行着密切的“交流”。 碳循环 碳是构成有机化合物的基础元素，地球上碳元素的分布非常广泛。所有的有机物都含有碳元素。碳以它独特的方式，在它的生物库和非生物库中循环流动，构成了地球上的“碳循环”。在地球的大气圈(atmosphere)、水圈(hydrosphere)、岩石圈(geosphere)、生物圈(biosphere)中，碳元素以不同的形式存在。这四者是地球上碳的“贮存库”，存在于其中的碳时时处于运动之中，在不同的“贮存库”中进行循环流动。 大气圈中的碳 大气圈中碳的主要存在方式是二氧化碳。随着现代社会的发展，甲烷、氯氟烃等也成为大气中不可忽视的含碳气体。 碳以不同的方式、途径进入大气：植物和动物的呼吸作用——此过程消耗氧气，有机分子（如葡萄糖）被分解并释放出能量，产物则为二氧化碳；动植物尸体的腐败——动植物死亡后，细菌、真菌等微生物会将它们的尸体分解，其中的含碳化合物也发生降解，有氧条件下产生二氧化碳，无氧条件下产生甲烷；有机材料的燃烧——最值得关注的是煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧，这个过程将曾经深埋于地下的化石燃料中的碳最终释放出来；海水中溶解的二氧化碳重新回到大气；火山活动等释放的气体，主要包括水蒸气、二氧化碳和二氧化硫。 另一方面，碳通过以下几种方式脱离大气：植物的光合作用——植物捕获和利用太阳能、将无机物（二氧化碳和水）合成为有机物（如葡萄糖）、释放氧气的过程；海洋对大气中二氧化碳的吸收——在两极地区，因为海水的温度较低，吸收作用更为 《生态系统的物质循环》教案 一．教学目标 1. 知识目标： （1）理解生态系统物质循环的概念； （2）识记、应用碳循环的过程； （3）比较得出能量流动与物质循环的关系。 2. 能力目标： （1）学会分析生态系统中碳循环的方法； （2）通过分析“温室效应”的形成与危害，培养学生的推理，联想，思维迁移的能力； （3）利用“能量流动和物质循环的关系”教学过程，培养学生比较，归纳以及对自己所持观点的总结表达能力。 3. 情感目标： （1）通过学习人类对碳循环的影响，培养学生环境保护意识 （2）积累生态学知识，形成科学的世界观 二．教学重点：碳循环的过程 三．教学难点：能量流动和物质循环的关系 四. 教法与学法 教法：课前导学、启发式讲解、分析与归纳 学法：课前预习、质疑讨论、反馈矫正、迁移创新 五. 课时安排: 1课时 六．教学过程 1. 复习提问 (1)地球上最大的生态系统是什么？ (2)生态系统的组成成分？ (3)输入生态系统的总能量是什么？ (4)能量流动的特点？ 2. 引入新课 生态系统依靠太阳不断提供能量，而生态系统中的物质却都是由地球提供的。讨论：生物为维持生命每天都要消耗大量的物质，如氧、水、氮、碳和许多其他物质，为什么这些物质亿万年来没有被生命活动所耗尽？（因为这些物质可以 被循环利用） 碳是构成生命有机体的重要元素之一，没有碳就没有生命。——碳循环 3. 碳循环 出示“碳循环模式图”投影片。 (1)知识背景：光合作用 )(22 O CH CO ???→?光合作用 呼吸作用 22)(CO O CH ?? ?→?有氧呼吸 (2)分析碳循环模式图，思考如下问题： ①碳在无机环境中的存在形式？ CO2和碳酸盐 ②碳由无机环境进入生物群落的途径？ 绿色植物的光合作用（主要），化能合成作用 ③碳由无机环境进入生物群落的形式？ CO2 ④碳在生物群落内部的传递形式？ 含碳有机物； 传递渠道? 食物链（网） ⑤碳返回无机环境的途径：a.生产者、消费者的呼吸作用 b.微生物的分解作用 c.化石燃料的燃烧 ⑥碳由生物群落回到无机环境的形式？ CO2 ⑦碳在无机环境和生物群落间循环的主要形式？ CO2 [师生归纳] 4. 物质循环 （1）提问：①我们所讲的碳循环是指在什么之间进行循环？（生物群落与无机环境之间） ②除了碳以外，还有没有其他物质能在生物群落与无机环境之间循环？（了解氮循环和水循环，理解物质循环发生在生物群落和无机环境之间） 动物、植物、微生物呼吸作用 光合作用、化能合成作用 无机环境（CO 2） 生物群落（有机物） 以海洋为例介绍碳的循环过程 摘要：本文主要介绍了碳循环及碳循环的过程，以海洋为例概述了海洋碳循环在全球气候变化过程中的重要作用，海洋CO2的分布特征，并进一步介绍了南北极海区碳循环的一些概况。 关键字：碳循环、碳循环的过程、海洋碳循环、南北极海区碳循环 引言 自工业革命以来，人类活动使得大气中CO2浓度一直在持续增加。可以预见在未来相当长的时间内，大气CO2浓度还会不断增加。在过去的42万年中，大气CO2浓度从未超过目前的大气CO2浓度，在20世纪中大气CO2浓度的增加是前所未有的。估计到21世纪中叶，大气中CO2将比工业革命前增加1倍。大气CO2浓度的增加对全球变化的影响已引起了广泛的注意，该报告指出，工业革命以来的全球气温已增加了约0.6℃，这主要是由于大气中人为温室气体(如CO2、CH4、N2O、CFCs)浓度增加所致，其中CO2的作用居首位。初步预测，21世纪全球增暖将超过过去10 ka来自然的温度变化速率。为了准确评价和预报未来的气候变化，正确认识碳循环显得十分重要。 一、碳循环 地球上有五个碳库，最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，但是这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。还有三个碳库：大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换,容量小而活跃，起着交换库的作用。碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在,在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，在水圈中以多种形式存在，在生物库中则存在着几百种被生物合成的有机物。根据生态学原理,一个系统中的自然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最大化,而非自然过程总是降低或破坏生态系统的稳定性,增加系统的不确定性。显然,大量开采化石燃料以及开采森林等活动都是非自然过程。这些活动导致了大气二氧化碳浓度的不断上升。鉴于大气二氧化碳上升可能引起的严重生态后果,科学家对于全球碳循环进行了广泛的研究。具体内容包括人类活动对碳循环的影响
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