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                            II 區(qū)論文（已發(fā)表）
                        

                        
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        ZH2
    



                            
                        

                        
                            
                                
                                    Vol 9 (2)
                                        
    
                                        2024
                                    
                                

                            
                        

                    
    
                        
    







                        

                        

                        
    
                                下載
                                    
                        
    
                    
    
                    
    
                    
    


                    
    
                        
      
                            
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    中尼交通廊道318國道沿線泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集（2022年）
    A dataset of the distribution and characteristics of debris flows along the National Highway 318 in the Sino-Nepalese transport corridor (2022)
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    摘要&關(guān)鍵詞
    摘要：中尼交通廊道地區(qū)在特殊的地理地質(zhì)環(huán)境限制下，缺乏可信且較為完整的泥石流分布數(shù)據(jù)。本數(shù)據(jù)集是基于泥石流早期識別和野外實地調(diào)查，結(jié)合數(shù)字高程模型（DEM）和地質(zhì)圖，得到的1990年至2022年中尼交通廊道318國道沿線范圍內(nèi)的泥石流編目及特征信息。泥石流流域的提取主要采用ArcGIS中的水文分析方法，考慮到DEM的精度限制，結(jié)合Google Earth影像進行必要的人工校正。降水和溫度參數(shù)信息取自1980–2009年共30年的國家氣象站點實況數(shù)據(jù)內(nèi)插年降水?dāng)?shù)據(jù)和年氣溫數(shù)據(jù)，斷層分布信息來自中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布的《中國1∶50萬數(shù)字地質(zhì)圖》，地形信息來自12.5 m分辨率的ALOS DEM數(shù)據(jù)。在28.0°–29.4°N，85.1°–88.9°E范圍內(nèi)，共提取255條泥石流記錄，覆蓋面積為1660.73 km2。本數(shù)據(jù)集包含中尼交通廊道318國道沿線泥石流主要分布范圍的矢量文件、泥石流目錄矢量文件、泥石流參數(shù)特征文檔3個文件。本數(shù)據(jù)集均經(jīng)過現(xiàn)場實地調(diào)查、確認(rèn)，數(shù)據(jù)信息可靠，可作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集，應(yīng)用到該地區(qū)的泥石流研究中。
    關(guān)鍵詞：中尼交通廊道318國道；泥石流數(shù)據(jù)集；Google Earth 影像；ALOS DEM；泥石流分布；泥石流特征
    Abstract & Keywords
    Abstract:?Due to the unique geographical and geological conditions in the Sino-Nepal transportation corridor, there is a lack of reliable and comprehensive data on debris flow distribution data in the region. This dataset is compiled based on early identification of debris flows and field surveys, integrating Digital Elevation Models (DEM) and geological maps. It provides a catalog and detailed feature information of debris flows within the corridor along the National Highway 318 between China and Nepal from 1990 to 2022. Precipitation and temperature parameters are derived from 30 years (1980–2009) of interpolated data from national meteorological stations. Fault distribution information is sourced from the 1:50,000 digital geological maps published by the China Geological Survey. Terrain information is obtained from NASA's Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data, which provides a global DEM at a resolution of 12.5 m. Within the geographical coordinates of 28.0°–29.4°N and 85.1°–88.9°E, a total of 255 debris flow records have been extracted, covering an area of 1660.73 km2. We primarily employed hydrological analysis methods in ArcGIS for the extraction of debris flow basins. Considering the limitations in DEM accuracy, we made necessary manual corrections with reference to Google Earth imagery. The dataset comprises three files: a vector file depicting the main distribution range of debris flows along the National Highway 318 in the Sino-Nepalese transport corridor; a vector file containing the catalog of debris flows; and a document detailing the parameters and characteristics of the debris flows.The dataset has undergone on-site field surveys and confirmation to ensure its reliability. Therefore, it can serve as a foundational dataset applicable to debris flow studies in the region.
    Keywords:?the National Highway 318 in the Sino-Nepalese transport corridor;?debris flow dataset;?Google Earth imagery
    數(shù)據(jù)庫（集）基本信息簡介
    數(shù)據(jù)庫（集）名稱中尼交通廊道318國道沿線泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集（2022年）
    數(shù)據(jù)作者何佳璇，江玉紅
    數(shù)據(jù)通信作者江玉紅（yhjiang@imde.ac.cn）
    數(shù)據(jù)時間范圍1990–2022年
    地理區(qū)域中尼交通廊道318國道沿線（20.8°–29.4°N，85.1°–88.9°E）
    數(shù)據(jù)量386 KB
    數(shù)據(jù)格式*.shp, *.xls
    數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)址https://doi.org/10.57760/sciencedb.08013
    			http://www.ncdc.ac.cn/portal/metadata/47c65b7b-d8a1-4fee-b890-72c1a4e01d53
    基金項目第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究（2021QZKK0202）；國家重點研發(fā)計劃政府間國際創(chuàng)新合作專項（2018YFE0100100）。
    數(shù)據(jù)庫（集）組成數(shù)據(jù)集由3部分?jǐn)?shù)據(jù)文件組成：（1）Debris Flow_inventory_extent.rar是定義泥石流制圖范圍的矢量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量324 KB；（2）Debris Flow_inventory.rar是泥石流分布數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量12 KB；（3）Debris Flow_inventory_attributes.xlsx是單獨的泥石流屬性統(tǒng)計數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量50 KB。
    Dataset Profile
    TitleA dataset of the distribution and characteristics of debris flows along the National Highway 318 in the Sino-Nepalese transport corridor (2022)
    Data authorsHE Jiaxuan, JIANG Yuhong
    Data corresponding authorJIANG Yuhong (yhjiang@imde.ac.cn)
    Time range1990–2022
    Geographical scopeSino-Nepalese transport corridor (28.0°–29.4°N,85.1°–88.9°E)
    Data volume386 KB
    Data format*.shp, *.xls
    Data service system<https://doi.org/10.57760/sciencedb.08013>
    			<http://www.ncdc.ac.cn/portal/metadata/47c65b7b-d8a1-4fee-b890-72c1a4e01d53>
    Sources of fundingThe Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program (STEP) (2021QZKK0202); International Science & Technology Cooperation Program of China (2018YFE0100100).
    Dataset compositionThe dataset consists of 3 subsets in total: (1) “DebrisFlow_inventory_extent.rar”, containing vector data, with a data volume of 324 KB; (2) “DebrisFlow_inventory.rar”, containing vector data, with a data volume of 12 KB; (3) “DebrisFlow_inventory_attributes.xls”, containing vector data, with a data volume of 50 KB.
    

                                
    引  言
    中尼交通廊道連接中國日喀則和尼泊爾加德滿都，位于喜馬拉雅山區(qū)中段，印度板塊與歐亞板塊的碰撞、拼接帶內(nèi)，地形地貌及地質(zhì)條件都極為復(fù)雜，內(nèi)外動力作用強烈，并且跨越喜馬拉雅陸–陸碰撞造山帶，地形艱險，具有強地殼變形以及應(yīng)力非常集中的特征[1]。廊道跨越喜馬拉雅山南北兩坡，地形高差大，地質(zhì)構(gòu)造強烈，氣候變化劇烈，具有高寒氣候和河谷區(qū)的高強度降水[2]。區(qū)內(nèi)泥石流類型齊全，降水型、冰川型、冰水混合型泥石流均有分布。區(qū)內(nèi)318國道（日喀則到聶拉木段）是中國西部地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和對外交流的重要通道。
    目前已有的泥石流數(shù)據(jù)集主要涉及中國西北的中巴經(jīng)濟走廊地區(qū)以及四川地區(qū)等[3-5]。然而，中尼交通廊道地區(qū)在特殊的地理地質(zhì)環(huán)境限制下，缺乏可信且較為完整的泥石流分布數(shù)據(jù)，對于該地區(qū)的泥石流研究造成了諸多不利影響。
    基于此，本研究利用泥石流早期判別以及實地考察的方法，成功獲得了中尼交通廊道318國道沿線（28.0°–29.4°N、85.1°–88.9°E）的泥石流數(shù)據(jù)集。在數(shù)據(jù)集的獲取過程中，首先通過數(shù)字高程模型（DEM）對流域進行了早期判識。隨后，結(jié)合Google Earth衛(wèi)星影像以及實地考察的結(jié)果，對初步識別出的區(qū)域進行了驗證，進一步提取了泥石流的地貌特征。本數(shù)據(jù)集代表了中尼交通廊道318國道沿線1990–2022年的泥石流分布情況、地質(zhì)地貌特征和氣溫降水情況，并且所有泥石流均進行了野外驗證，數(shù)據(jù)質(zhì)量完整且可靠，因此可被廣泛應(yīng)用于該地區(qū)泥石流研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集。
    1
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                    數(shù)據(jù)采集和處理方法
    1.1
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                    數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理
    本數(shù)據(jù)集的生產(chǎn)主要基于7種數(shù)據(jù)：Google Earth衛(wèi)星影像用于泥石流早期識別；中尼交通廊道的ALOS 12.5m數(shù)字高程模型（DEM）用于提取泥石流的高程和坡度等地形信息；中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布的《中國1∶50萬數(shù)字地質(zhì)圖》用于獲取地質(zhì)斷層分布信息；國家氣象站點的降雨和溫度數(shù)據(jù)用于判斷是否存在泥石流的可能性；歷史考察資料用于規(guī)劃野外考察路線；實地考察數(shù)據(jù)用于泥石流的實地確認(rèn)。
    ALOS DEM數(shù)據(jù)是USGS（United States Geological Survey）提供的基于NASA的SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）數(shù)據(jù)制作的、覆蓋全球范圍的12.5 m分辨率DEM。
    強降水可以導(dǎo)致地表水迅速增加，有可能直接觸發(fā)泥石流，而持續(xù)的降水會導(dǎo)致土壤飽和，增加泥石流的發(fā)生概率。高溫會導(dǎo)致青藏高原的冰川和積雪融化，釋放大量水源，有時甚至可能引發(fā)冰湖潰決，從而增加了泥石流發(fā)生的可能性。降水和溫度對研究區(qū)泥石流的發(fā)生和危害具有重要的影響。因此，統(tǒng)計1980年到2009年30年的歷史站點實況數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)http://data.cma.cn/），得到中尼交通廊道各站點的年均降水量和年均溫度。利用協(xié)同克里金插值方法，考慮高程的影響，得到研究區(qū)面上分布的降水（1980–2009年，分辨率981.757 m×981.757 m）和溫度（1980–2009，分辨率981.757 m×981.757 m）數(shù)據(jù)。
    根據(jù)地層巖性特點、構(gòu)造作用和對泥石流發(fā)育可能的貢獻，對地質(zhì)圖（1:50萬）上的地層巖性進行分級，并通過ArcGIS線密度工具計算斷層密度。
    歷史考察資料來源于中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所科研人員歷史考察累積所得部分泥石流分布數(shù)據(jù)。
    最近的實地考察確認(rèn)在2022年5月24日至6月3日進行，對中尼交通廊道318國道沿線泥石流展開了實地調(diào)查。主要考察了泥石流溝口堆積物成分、形態(tài)、層理以及流域面積、比降等內(nèi)容。
    1.2
                        ?
                    數(shù)據(jù)處理步驟
    中尼交通廊道318國道沿線泥石流分布和特征數(shù)據(jù)集生成過程主要由4部分組成：泥石流早期判識、結(jié)合影像的泥石流確認(rèn)、野外實地調(diào)查驗證、泥石流參數(shù)確定。數(shù)據(jù)處理步驟包括DEM劃分流域、泥石流流域范圍校正、泥石流參數(shù)提取。具體的泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集生成主要流程如圖1所示。
    1.2.1
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                    泥石流早期判識
     在Arc GIS中利用水文分析模塊（Hydrology）處理中尼交通廊道DEM數(shù)據(jù)，劃分流域，考慮到泥石流危害性的大小問題，最小流域面積閾值設(shè)為0.01 km2。
     基于實地考察和歷史考察資料獲取的泥石流數(shù)據(jù)特征，通過對中尼交通廊道318國道沿線劃分的不同等級流域泥石流可發(fā)性的逐級評價與區(qū)域宏觀視野下的綜合判識，充分考察大區(qū)域內(nèi)流域與泥石流災(zāi)害間的關(guān)聯(lián)性，利用可拓物元模型計算不同等級各流域泥石流災(zāi)害可發(fā)性模型等級，泥石流發(fā)生可能性等級從低到高依次為1級、2級、3級、4級、5級[6]，從而做出中尼交通廊道318國道沿線內(nèi)各不同等級流域是否泥石流的早期判識。
     中尼交通廊道318國道沿線泥石流從成因上可分為降雨型、冰川型和冰水混合型等幾類。
     冰川型泥石流由冰雪融水引發(fā)，常分布在高山峽谷冰川區(qū)，通過地理位置、冰川情況與氣溫變化判識冰川泥石流。常在每年6–8月由于持續(xù)高溫天氣，冰雪融化，形成冰川洪水，從而誘發(fā)泥石流。該類泥石流的顯著特點是物源多為磨圓度較差的冰磧物。
     降雨型泥石流由降雨引發(fā)，主要集中出現(xiàn)在5–9月的夏、秋兩季，與大氣降水（特別是大雨、暴雨、特大暴雨等）密切相關(guān)，主要分布在氣候干旱、侵蝕風(fēng)化劇烈低山丘陵地帶。該類泥石流由于規(guī)模大，持續(xù)時間長、分布地域廣、波及范圍大，常對人員和設(shè)施造成嚴(yán)重破壞，造成的直接經(jīng)濟損失常常是嚴(yán)重的、巨大的，有時甚至是不可估量的。
     冰水混合型泥石流是指在不同時段單獨或混合發(fā)生降雨型、冰川型的泥石流。因其復(fù)合原類型、類型多少以及其強度的不同等，決定了冰水混合型泥石流的特點和危害性也各不相同。
    1.2.2
                        ?
                    結(jié)合影像的泥石流確認(rèn)
     在Google Earth中導(dǎo)入泥石流早期判識結(jié)果，對照Google Earth影像，重點對判識結(jié)果等級為3–5級的高等級流域，做出是否泥石流的判斷。
     流域只要發(fā)生過泥石流事件，即被確認(rèn)為泥石流流域。其次依據(jù)相關(guān)規(guī)范[7-9]，解譯影像上各流域出口是否有泥石流堆積扇。若存在泥石流堆積扇，就認(rèn)定為泥石流；若不存在泥石流堆積扇，則需要綜合考慮多個因素，結(jié)合流域面積、流域形狀判斷流域的匯水能力，根據(jù)地層巖性、斷層密度、流域崩塌滑坡的發(fā)育情況判斷物源條件，從流域的相對高差、溝床比降判斷流域的勢能大小和勢能轉(zhuǎn)化為動能的可能性條件，從流域的降水量和溫度考慮可能的泥石流激發(fā)條件，從而確認(rèn)是否是泥石流[6]。


    圖1
                    ?
                泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集生成主要流程
    Figure 1  Flowchart for generating the dataset
    1.2.3
                        ?
                    野外實地調(diào)查驗證
     對所確認(rèn)的泥石流依據(jù)溝口堆積物成分、形態(tài)、層理以及流域面積、比降等進行野外實地驗證。通過驗證，中尼交通廊道318國道沿線從初步識別出的267條泥石流溝中，排除12條非泥石流溝，最終確研究區(qū)分布有255條泥石流，泥石流覆蓋的面積為1660.728 km2。
    1.2.4
                        ?
                    泥石流參數(shù)確定
     泥石流流域范圍從泥石流流出的溝口向流域上方算起。考慮到DEM的精度限制，以及ArcGIS水文分析模塊自動劃分流域在局部地區(qū)可能產(chǎn)生的錯誤，為得到準(zhǔn)確的泥石流范圍信息，需要結(jié)合Google Earth 影像對利用ArcGIS水文分析模塊自動劃分的流域進行必要的人工校正。
     利用ArcGIS統(tǒng)計分析模塊對確定的泥石流流域提取、統(tǒng)計屬性信息，具體內(nèi)容包括：泥石流溝口經(jīng)度、泥石流溝口緯度、流域面積、平均高程、相對高差、最大坡度、平均坡度、泥石流主溝床比降、地層巖性分級、斷層密度、年均降水量、年均溫度、河網(wǎng)密度。
    2
                        ?
                    數(shù)據(jù)樣本描述
    本數(shù)據(jù)集包含3個文件：1）中尼交通廊道318國道沿線泥石流主要分布范圍的矢量文件；2）泥石流目錄矢量文件；3）每條泥石流參數(shù)特征統(tǒng)計文檔。其中矢量文件的坐標(biāo)系采用GCS_WGS_1984。泥石流屬性表和分布如表1、圖2所示，每個泥石流的屬性信息包括FID（內(nèi)部ID）、泥石流編號、泥石流類型、泥石流溝口經(jīng)度、泥石流溝口緯度、流域面積、平均高程、相對高差、最大坡度、平均坡度、泥石流主溝床比降、地層巖性分級、斷層密度、年均降水量、年均溫度、河網(wǎng)密度等，并為屬性文件提供了單獨的xls格式。表1提供了屬性字段的說明。
    表1  
                    ?
                中尼交通廊道318國道沿線泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集屬性說明
    屬性名稱數(shù)據(jù)類型屬性說明
    編號字符型泥石流編號
    類型字符型泥石流類型
    經(jīng)度浮點型（單位：°）泥石流溝口經(jīng)度
    緯度浮點型（單位：°）泥石流溝口緯度
    Area浮點型（單位：km2）流域面積
    DEM_Mean浮點型（單位：m）平均高程
    DEM_Range浮點型 （單位：m）相對高差
    Slope_Max浮點型（單位：°）最大坡度
    Slope_Mean浮點型（單位：°）平均坡度
    Gbed_grad浮點型 （單位：m/km）泥石流主溝床比降
    巖性浮點型地層巖性分級
    Den_faults浮點型（單位：km/ km2）斷層密度
    Prec_Ann浮點型（單位：mm）年均降水量
    Prec_T浮點型（單位：℃）年均溫度
    Den_Rivers浮點型（單位：km/ km2）河網(wǎng)密度


    圖2
                    ?
                中尼交通廊道318國道沿線泥石流分布
    Figure 2  Debris flow distribution along the National Highway 318 in the Sino-Nepalese transport corridor
    3
                        ?
                    數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估
    中尼交通廊道318國道沿線泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制包括兩個方面的控制：泥石流判識的質(zhì)量控制和泥石流流域范圍準(zhǔn)確性的質(zhì)量控制。
    對遙感影像解譯出的泥石流，全部進行了野外實地調(diào)查確認(rèn)，圖3為泥石流遙感識別野外實地驗證的一個實例，泥石流判識準(zhǔn)確率為95.51%，結(jié)果質(zhì)量可靠。


    圖3  
                    ?
                野外實地確認(rèn)泥石流
    Figure 3  Field verification of debris flow
    A為遙感識別泥石流流域；B為現(xiàn)場調(diào)查照片；Picture A depicts the remote sensing identification of a debris flow catchment; picture B displays the on-site investigation.
    在Google Earth環(huán)境下，基于Arc GIS水文分析模塊自動提取的泥石流流域，對照Google Earth影像，對中尼交通廊道318國道沿線泥石流點的流域范圍逐條進行人工校正，解決由于自動化處理導(dǎo)致的部分泥石流流域劃分不準(zhǔn)確以及基于像素處理導(dǎo)致邊界不平滑的問題，從而保證了本數(shù)據(jù)集有較高的可信度。圖4為兩條泥石流流域范圍自動提取和經(jīng)人工校正的前后對比。


    圖4
                    ?
                泥石流流域校正前后對比
    Figure 4  Comparison before and after debris flow watershed correction
    4
                        ?
                    數(shù)據(jù)價值
    中尼交通廊道318國道沿線泥石流災(zāi)害極為發(fā)育，受區(qū)域自然環(huán)境條件、過去災(zāi)害基礎(chǔ)調(diào)查缺乏和科技投入不足等因素的限制，泥石流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)極為有限。本泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集是中尼交通廊道318國道沿線最新的泥石流編目數(shù)據(jù)，較完整掌握了中尼交通廊道318國道沿線泥石流分布情況。
    本數(shù)據(jù)集基于歷史資料收集、野外實地調(diào)查和Google Earth遙感影像數(shù)據(jù)，完成了中尼交通廊道318國道沿線泥石流的判識、泥石流特征參數(shù)的提取，進行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制。可作為中尼交通廊道區(qū)域泥石流研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集，為區(qū)域不同類型泥石流判識、危險性評估、風(fēng)險評估、發(fā)展趨勢研究提供重要參考。
    5
                        ?
                    數(shù)據(jù)可用性聲明
    由于資助本研究的項目尚未正式驗收，所以數(shù)據(jù)將在項目完成驗收，即2024年7月19日之后開放訪問。保護期內(nèi)暫不提供數(shù)據(jù)訪問。保護期過后，可通過科學(xué)數(shù)據(jù)銀行（http://www.doi.org/10.57760/sciencedb.08013）和國家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.ncdc.ac.cn/portal/metadata/47c65b7b-d8a1-4fee-b890-72c1a4e01d53）訪問和下載本數(shù)據(jù)集。
    致  謝                                                             
    感謝Google Earth提供影像數(shù)據(jù)，以及USGS提供DEM數(shù)據(jù)。
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    數(shù)據(jù)引用格式
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                                        稿件與作者信息
                                        
                                            
                                        
                                        
                                            
                                        
                                    
    
                                    
    
                                        
                                            
    論文引用格式
    何佳璇, 江玉紅. 中尼交通廊道318國道沿線泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集（2022年）[J/OL]. 中國科學(xué)數(shù)據(jù), 2024, 9(2). (2024-04-17). DOI: 10.11922/11-6035.ncdc.2023.0004.zh.
    何佳璇
    HE jiaxuan
    主要承擔(dān)的工作：數(shù)據(jù)處理、部分?jǐn)?shù)據(jù)質(zhì)量控制及文章撰寫。
    何佳璇（1998—），女，在讀碩士生，研究方向為泥石流活動趨勢預(yù)測。
    江玉紅
    JIANG Yuhong
    主要承擔(dān)的工作：部分?jǐn)?shù)據(jù)采集、部分質(zhì)量控制。
    yhjiang@imde.ac.cn
    江玉紅（1977—），男，博士，副研究員，研究方向為泥石流判識、監(jiān)測預(yù)報及風(fēng)險評估。
    第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究（2021QZKK0202）；國家重點研發(fā)計劃政府間國際創(chuàng)新合作專項（2018YFE0100100）。
    The Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program (STEP) (2021QZKK0202); International Science & Technology Cooperation Program of China (2018YFE0100100).
    

                                        


                                        
    

    
    
    出版歷史
    
    
    

        

        
            
    
            II區(qū)出版時間：2024年4月17日
            （
            版本ZH2）
    
        

        

    
        

        

        


        
        

        

        

        

        

    
    

    



                                        
                                    
    


                                
    


                        
    

                    
                
    

            
    
            
        
    
    
    


    
    
    
    
    
        
    
        
        
    參考文獻列表中查看
    
    
    
    
    
    
        
    
    
    

    
    
    
    
    
    
        
    
            
    
                
    
                    
                    
    中國科學(xué)數(shù)據(jù)
    
                    
    csdata
    
                    
                
    
                
    
                    
    
                        


                    
    
                    
      
                        

                        
      
                        
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