面向可持续发展的资源关联研究:现状与展望

中国传统文化认为"金、木、水、火、土"五行相生相克,这是最早描述物质要素之间相互关联的系统性学说.在现代科学语境中,支撑和制约可持续发展的关键自然资源主要包括矿产资源、生物质资源、水资源、能源和土地资源,大致与"五行"对应.它们之间存在广泛的依赖、替代、竞争和互补关系.近10年来,全球兴起了"资源关联"(resources nexus)的研究热潮.本文对资源关联研究进行了文献计量分析,综述了常用研究方法、模型和数据,分析了资源关联的驱动力、影响因素及其对社会经济可持续发展的作用.主要发现如下:(1)日益紧密的资源关联关系对可持续发展的影响不断增强;(2)全球化驱使资源关联由区域性向全球性开放系统延伸;(3)资源关联使可持续发展目标之间既存在协同也存在冲突;(4)资源关联对社会经济可持续发展转型既有促进也有制约作用.未来可以在四方面深化该领域的研究:(1)拓展资源关联的研究范畴;(2)揭示资源关联的内在机制及其影响;(3)构建通用、开放、共享、可拓展的数据平台;(4)加强资源关联研究的可持续发展决策支撑能力.     

区域主要作物生产实体水-虚拟水耦合流动过程解析与评价

水安全是粮食安全的刚性基础.在农业生产过程中(产前、产中、产后)自然-经济-社会(三元)因素驱动下,其水资源消耗形成实体水-虚拟水(二维)嵌入转化、互为反馈、相互影响的耦合流动过程.本文基于实体水-虚拟水"二维三元"耦合流动理论,集成构建了以水量为参数的区域作物生产广义实体水-虚拟水耦合流动过程量化方法,并应用于我国"丝绸之路经济带"沿线西部六省,对其1985～2013年主要作物实体水-虚拟水耦合流动过程进行解析与评价.揭示了区域作物生产实体水-虚拟水耦合流动现象,发现六省间水资源消耗与流动存在资源与经济效益的此消彼长现象.表明以农田尺度实体节水为目标的资源单视角传统农业水资源管理理念,已不足以实现多空间尺度水资源的资源-经济同步高效利用的管理目标,而具有资源-经济-社会三重意义的区域农业全产业链实体水-虚拟水统筹管理应为有效解决思路.基于此,初步提出三点思考:(1)现代农业节水应实体水-虚拟水统筹考虑;(2)需加快突破农业生产实体水-虚拟水耦合流动量化、评价方法与调控关键技术;(3)建议基于农业全产业链视角,建立基于实体水-虚拟水二维度理论的农业水资源管理体系,确保实现各阶段水资源管理"三条红线".     

“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统的研究现状及发展趋势

发展新一代“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统是能源行业高质量发展和提高可再生能源消纳水平的必然需求,加快其发展对构建多能互补、灵活、智慧的能源系统具有重要意义.目前,我国能源系统转型与升级进程加快,能源系统多能流交织、多品位分布、多时空尺度等特征愈发突出,给能源的高效利用带来新的理论和技术挑战.为实现异质能流系统的协同发展,还需要突破单一能流系统能量转换分析的局限,从能质、能量品位的角度,解释不同能源系统间的耦合逻辑并指导能源结构优化和能量管控,解决异质能流多尺度协同响应难等问题.因此,本文以“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统的构成和特征为切入,明晰了异质能流系统基础架构及各层间的关系,阐明了按质用能思想和能量品位相匹配对构建高效能量梯级利用系统、实现能量有序按需转化的重要性,总结了异质能流系统动态响应特性与协同调控、结构优化和能量管控等研究现状和挑战,并对未来能源系统的发展提出了一些建议.     

3-α系统基态中的粒子关联

我们利用在文献[1]中提出的方法,使用了修正的Ali-Bodwer α-α相互作用,解了一个由三个α粒子组成的系统的基态问题。工作的目的是研究该三个α粒子在基态情况下的关联。没有考虑库伦力,因为它对关联的效应是不重要的。我们利用谐振子波函数     

城市水文学研究综述

城市水文学是水文学的一个重要分支,20世纪80年代正式独立成为一门学科.城市水文学发展早期重点关注城市供排水工程设计等水文计算问题.随着全球城市化进程的推进,城市水文过程演化及其伴生效应日益凸显,城市水循环机理发生了深刻变化.城市"雨岛效应"、"干/湿岛效应"等现象日益明显,城市暴雨内涝、水污染等事件频繁发生,这些新问题使城市水文学研究出现了新任务和新领域.目前城市水文学基础研究大体可分为两大主要方向:城市化的水文过程及其伴生效应识别与描述;城市水文过程机理解析与模拟计算.城市化的水文效应方面的研究较多,对"雨岛效应"产生机理的认识也较统一,但对城市"干/湿岛效应"的研究结论在不同地区并不一致.城市化伴生效应方面,近些年对水环境以及水生态效应的研究得到了重视和加强,建立了城市水质模型和生态承载力理论等.城市水文过程机理解析与模拟方面,"自然侧"的降水-产汇流研究比较系统,已建立了包括城市屋面、硬化地面、城市绿地等复杂城市下垫面的降水-蒸发-径流定量模拟模型;"社会侧"对城市用水规律和需求预测研究比较充分,然而对城市人工取用水的耗水机理研究较少.总的来看,城市水文学未来的发展需从城市耗用水机理、城市水文极端事件模拟与综合应对,以及城市群叠加水文效应的定量评估和预测等方面寻求突破.     

编者按

<正>能源安全是我国经济社会健康发展和国防安全的基本保障.近年来,能源供需矛盾日益突出,供需缺口逐年增加.而我国在相当长时间内将还是主要依赖化石能源,因此,国家力推"节能优先"的能源发展战略.据测算,我国工业余热资源占我国总能耗约30%.实现余热有效利用对我国工业节能具有重要的意义.锅炉是能量传递与转化系统中最基本的设备.按照国家质量技术监督局发布的《烟气余热资源量计算方     

可见光光催化研究新进展

随着社会经济的发展, 人们对于能源和生态环境越来越关注, 解决能源短缺和环境污染问题是实现可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的迫切需要. 光催化材料在解决能源和环境问题方面有重要的应用前景. 光催化材料能有效利用太阳能, 光解水制氢, 氢能源是目前最理想的能源, 其最终产物是水, 不产生污染; 与传统治理环境的方法相比, 光催化材料能将有机污染物分解成二氧化碳和水, 具有成本低, 高效, 不产生二次污染等优点. 虽然光催化研究已进行了若干年, 但仍存在着光转换效率低、稳定性差和光谱相应范围窄等问题, 因此加强光催化材料的基础研究意义十分重大.     

纳米结构的过渡金属氮化物复合物储能材料

日益凸显的能源安全与气候变化问题引发了人们对可再生能源的不懈追求,从而带来储能电池的革命性发展.高性能储能电池应该具有高能量密度、高功率密度、高安全性能、长使用寿命等诸多特征,这就要求人们研究开发新型电极材料.近年来,纳米材料以其独特的表面效应、小尺寸效应以及量子尺寸效应从而产生强大电荷储存能力引起人们的广泛关注.本文综述了近年来本课题组在过渡金属氮化物纳米复合材料用于储能领域的研究进展,基于电子和离子混合传输理念和有利的电荷跃迁界面,阐述了其在高性能锂离子电池和超级电容器等方面的应用.     

山地水土要素耦合效应及土地利用的优化配置

针对已有水土要素的耦合研究多强调水土资源的匹配及其对资源开发的影响,而较少关注水分的有效性和土壤养分对生态过程的影响,论文提出了“格局-效应-土地利用优化”的水土耦合研究框架,以水、土要素和其他环境因素的综合作用为基础,在同时考虑经济、社会和生态因素的约束下,对土地利用优化配置过程中的不确定性和风险性进行评估,并考虑土壤、坡度、土壤水、温度等约束因子,协调生态系统服务的权衡关系,对山地垂直带土地利用方式进行优化,提出 水土资源高效利用和生态系统服务提升的途径,为变化环境下的生态功能保育提供科学依据。最后,对水土要素耦合的生态与环境效应及土地利用优化配置的优先研究方向给出建议。     

电润湿在微纳能源利用系统中的应用

电润湿已广泛应用于微流系统、电子变焦微透镜、电子纸、电润湿显示器中.本文重点关注电润湿在新兴的微纳能源转换和利用系统中的应用,沿着"基础理论-应用基础-应用"的思路对电润湿的研究现状进行梳理,首先介绍电润湿的基础理论及其目前仍面临的瓶颈问题,其次从材料、结构及复杂条件下特殊现象角度综述电润湿在应用过程需要解决的关键基础问题,最后总结电润湿在新兴的微纳能源转换和利用系统,包括微通道系统、电子冷却、相变换热和太阳能光电系统中的应用.     

天然气耦合煤炭的低碳能源系统:中国向低碳能源过渡时期的解决方案?

基于我国向低碳能源过渡时期所面临的以高碳能源为主的能源结构与绿色、低碳发展迫切需求之间的巨大矛盾,本文根据绿色碳科学的概念,提出了"天然气耦合煤炭的低碳能源系统"的设想,即根据我国煤层气、页岩气、致密气等天然气资源和煤炭资源地理分布的一致性,就地利用低碳高氢的天然气与高碳低氢的煤炭耦合制合成气,取消水煤气变换装置,提高系统的碳效和能效,使得碳氧化生成CO2反应发生于能源使用过程而非能源工业自身,最终实现二氧化碳的减排,使其成为近期我国向低碳能源过渡时期最有可能实现的低碳能源战略解决方案.在此基础上,构建了集成煤-天然气制油系统(CGTL)、集成煤-天然气制甲醇-MTG制汽油系统(CGTG)和集成微藻生物质-煤-天然气制油系统(BCGTL),并对其进行相应技术评价.     

陆海统筹研发碳汇

人类活动引起的大气CO_2浓度增加正在加剧全球气候变化,因而全球碳循环和碳汇研究广受关注,它不仅是科学问题,也是关乎经济和社会发展的问题.碳汇研究涉及大气、陆地、海洋等各圈层.陆地向海洋输出的碳通量,与陆-气界面、海-气界面相当;但大部分陆地上形成的有机碳,在输入河流和近海时发生了改变,不仅无法形成碳汇,反而引发河口碳源效应.因此,系统开展陆海统筹协同研究,对于全面认识碳汇形成过程与调控机制十分必要.新近提出的"微型生物碳泵(microbial carbon pump,MCP)"理论为开展陆海统筹研发碳汇奠定了基础,可望以MCP为突破口,通过学科交叉研究和"产、学、研、政、用"结合,实现协同创新,为发展低碳经济提供科技支撑.     

植物转基因技术

人口、资源、环境一直是人类生存与发展所面临的主要问题.近年来,由于人口增长、气候变化、金融危机等因素,出现了全球性的粮食短缺,主要农产品价格快速上涨,在世界范围内造成了粮食危机与恐慌.     

页岩微裂缝内气-水两相流动规律

气-水两相流动广泛存在于页岩气藏压裂液返排及页岩气生产阶段,直接决定页岩气藏压裂及开发效果.页岩微裂缝是储层流体运移的主要通道.然而由于物理实验尺度及精度的限制,准确模拟页岩微裂缝中的气-水两相流动存在巨大挑战.为探究页岩微裂缝中气-水两相流动规律,本文系统考虑了气-水两相流体多重微尺度效应,包括:(1)气相滑移;(2)水相滑移及边界层黏度变化;(3)气驱水条件下,存在沿壁面流动的水膜.建立气-水两相流体微尺度流动模型,采用侵入逾渗判断两相分布,求解真实页岩微裂缝内气-水相对渗透率,并验证模型的正确性.研究结果表明,微裂缝开度小于3μm时,微尺度效应影响不可忽略;微裂缝开度及水膜对气-水相对渗透率的影响均取决于各相流体所占流动空间的相对大小;气藏开采过程中压力降低,导致气相表观渗透率升高及微裂缝开度减小,均会造成气相相对渗透率减小;水膜的存在对气相流动能力造成影响的微裂缝开度界限为0.65μm.该研究揭示了页岩微裂缝内气-水两相流动规律,为评价页岩气井压裂及生产效果提供了理论基础.     

广域网视角下的城市能量系统及其规划

城市是国家能源网络中的重要节点,其内部又包含多个层次的能源生产-转换-输配-存储-消费子系统.在多能互补集成优化理念引领下,将特定范围内多类供用能子系统统筹规划,构建综合能源系统的理论和方法引起了广泛关注.对于庞大而又复杂的城市供用能网络,探明其内部的层次结构及其与非能源系统间的交互关系,并将其分解为多个适于分析的子系统,是对其进行规划优化的前提.为此,本文从能源链条的终端用户出发追溯至能源资源获取,结合我国城乡规划建设模式和空间层次,梳理了整个能源供需链条和能流网络的自身结构.借用一次和二次能源市场的概念阐述供应侧与需求侧能源规划的区别与联系,基于规划对象和内涵的差异,提出了双层四阶段的城市能源规划体系.结合各类能源梯级转化和能量转移规律,剖析了城区各能源局域网间的相互关系,根据个体-部分-整体生成关系,提出了支撑城市供用能系统规划的基础信息系统框架.结合城市能流网络自身特性和既有研究进展,给出了城市能源系统深度集成优化面临的体制和技术障碍.     

潮滩生物-物理互馈机制与系统稳态效应研究进展

潮滩是海岸湿地系统的重要组成部分,在维持海岸生态系统健康、抵御海岸自然灾害、蓝碳固存等方面发挥着重要作用.潮滩为多种生物提供适宜生长环境的同时,不同类型生物也通过改变水、沙过程影响潮滩地貌演化与系统稳态.本文归纳了盐沼植被、底栖微藻对潮滩水动力、泥沙运动过程的生物-物理效应,提出了描述潮滩生物与泥沙在时间、空间尺度上反馈过程的概化动力学模型,分析了生物-物理互馈时间累积驱动下潮滩系统双稳态及稳态突变理论特性,总结了潮滩生物与周围物理条件空间自组织作用下的地貌形态形成机制,探讨了潮滩系统层面的连续性现场观测、生物种间作用对生物-物理互馈过程的调节,以及外界扰动下潮滩生物地貌系统稳态突变阈值定量模拟等方面仍面临的科学问题.     

我国典型区域二氧化碳和细颗粒物精细化协同减排路径

随着碳达峰、碳中和目标的提出,我国环境保护进入减污降碳协同治理新阶段.目前研究主要探寻空气质量政策或气候政策对二氧化碳和细颗粒物的减排效益.而从二氧化碳和细颗粒物排放终端能源消费重点行业、主要能源以及主导因素等角度出发,来探究我国典型区域协同减排路径精细化方法的研究则鲜见报道.本研究基于2000～2020年我国京津冀、长江三角洲、珠江三角洲典型区域能源消耗数据,首先探明了3个典型区域二氧化碳和细颗粒物终端能源消费的重点排放行业均为工业;并进一步甄别了终端能源消费重点行业中PM_2.5排放主要能源为煤类能源,而CO₂排放主要能源由煤类能源逐渐转向煤、气类能源,但煤类仍为主导地位;随后使用因素分解模型解析了能源强度、技术进步等主导因素对单位国内生产总值的二氧化碳以及细颗粒物的影响效应;最终利用能源-环境核算预测模型,基于上述研究识别的终端能源消费重点行业、主要能源以及主导因素进行情景分析,旨在判断典型区域不同情景下碳达峰情况,进而寻找协同减排最优路径.结果发现,“技术进步”因素在前期减排效果最好;“能效提升”因素的减排效果在长时期碳污协同减排将起到...     

三元配合物中配体取代基团的电子效应——I.锌(Ⅱ)、镉(Ⅱ)-氮杂芳香碱-取代水杨酸体系

对于在某些过渡金属三元配合物中配体间π电子转移的协作效应已有不少研究.它对配合物稳定性的影响十分显著,如当氮杂芳香碱(2,2′-联吡啶、邻二氮菲)和邻苯二酚、草酸等“氧-氧”型配体同时配位在过渡金属离子上可形成十分稳定的三元配合物,表现出强的π电子协作效应.配体取代基团的电子效应也已进行了许多工作,但设计一系列具有不同取代基的配体,从而可以调节其电子给予能力,系统研究“协作效应”的规律尚不多.本文选择了以     

纵向岭谷区高速公路对沿线土壤-植物系统的影响

以纵向岭谷区云南省境内的大理-保山高速公路沿线作为案例研究区,从土壤养分、土壤重金属、土壤水分、土壤酸碱性、植物养分、植物重金属和植物多样性等7个指标入手,分析公路对沿线不同土壤-植物系统的影响,利用样点与参照点的对比分析公路对单个指标的影响,利用相关性分析,分析公路与各类指标之间的联系,最后利用灰色关联分析,比较公路对3种土壤-植物系统影响范围和强度.分析结果表明:在高速公路的影响范围内,对于公路的干扰,各类指标的表现形式不同.公路建设造成了土壤和植物中的重金属积累,而且这种积累在农田系统中表现的最为明显,公路带来了土壤的微碱化,这种效应在灌草丛系统中表现的最为明显.对林地和灌草丛系统来说,公路是影响沿线土壤重金属、土壤水分、植物重金属、植物多样性这四类指标分布的主要因素,对农田系统来说,公路是影响农田的土壤重金属和植物重金属的分布的主要因素;与公路没有显著相关性的指标,公路通过土壤-植物系统内各指标形成的影响链间接起作用.总体对比3种土壤-植物系统,高速公路对林地和农田的影响多集中于距公路10m以内的地带,对灌草丛的影响多集中于距公路30m左右的地带.     

“基因-脑-环境-行为”框架下创造力与精神疾病的关系及大数据背景下的研究展望

创造力是人类心理机能的高级表现.迄今为止,已有相当多的证据表明高创造力人群罹患精神疾病(尤其情感障碍和精神分裂症谱系疾病)的风险高于一般人群.探索创造力和精神疾病的关系进而探讨创造力的本质和个体心理机制成为创造力研究的热点之一.但时至今日关于两者关系的认知神经机制和基因机制尚未完全明晰.本文结合行为、神经影像学和遗传学的研究证据,梳理和评述了有关创造力和精神疾病关联的实证研究和若干理论观点,系统探讨了创造力和精神疾病的深层关系.未来研究应加强创造力与精神疾病关系的理论整合与构建,并利用影像遗传学方法及大数据方法,在"基因-脑-环境-行为"的框架下,从微观、中间和宏观层次开展多层面、多学科的交叉整合研究,同时加强对亚临床人群的多中心联合、大样本研究并尝试纵向研究设计,以更深入地对创造力与精神疾病的关系、影响因素及深层生物学机制进行探索.