水环境监测无线网络微传感器芯片系统基础研究

面向水环境监测国家重大需求，针对无线网络微传感器芯片系统急需解决的领域前沿问题，围绕着三维微纳结构传感效应及尺度效应、敏感材料与载体相互作用机理及表面增强效应、多靶标可逆特异性响应机理与信号转换机制、能量产生及耗散机理与自循环复合换能机制等核心科学问题进行探索性研究，深入研究和认识敏感机理，探索和研究新的敏感效应和敏感方法，获得提高微纳生物化学传感器灵敏度、选择性、稳定性的科学方法与技术途径；发展微纳加工、集成与封装新方法，研制出水环境监测关键微传感单元、微弱信号检测与传输极低功耗电路、环保型长效微型电源；通过微传感单元、极低功耗集成电路、微型电源的集成，结合样品预处理微流控芯片，实现水环境监测无线网络微传感器芯片系统，突破和解决水环境现场、实时、网络化自动监测关键技术。获得一批自主知识产权和前沿性成果，造就一支具有国际水平的研究队伍，营造不断创新的环境，为使我国在传感技术领域进入国际先进和领先水平，为我国信息技术的长远发展奠定坚实的基础。     

层状金属材料断裂行为的尺度与界面/晶界效应研究

本研究采用三点弯曲实验方法系统地研究了具有不同尺度组元层和界面结构搭配的Cu/Au和Cu/Cr层状材料的断裂行为及其尺度与界面/晶界效应。研究发现,组元性质、尺度和界面/晶界结构是影响金属多层材料变形和断裂行为的主要因素。对于具有"透明"界面的Cu/Au多层材料,其变形和断裂行为表现出显著的尺度效应,而具有"模糊"界面的Cu/Cr多层材料的塑性相对较差,其变形和断裂行为没有明显的尺度效应。基于理论分析,提出了高强高韧层状金属材料的多尺度层状结构设计思路。     

电离层多尺度变化对无线电波传播的影响机理研究

1项目简介本项目属于电离层电波传播理论与应用基础研究的前沿课题,在国家自然科学基金重大项目等多个课题的支持下,致力于研究电离层多尺度变化对无线电波传播的影响机理和效应分析方法,开展了电离层媒质电磁特性的长期变化趋势、随机不均匀电离层电波传播理论,以及电离层变化对无线电系统影响的评估方法等研究,取得了重要的科学发现和创新性成果,为认识电离层多尺度变化对无线电波传播的影响机理提供了关键的传播理论基础和新的发现现象;建立了强起伏复杂随机媒质高阶统计矩求解方法,为研究电离层多尺度变化对无线电系统的影响及其对策提供了理论基础.     

既有桥梁结构监测数据采集优化、识别及安全评价技术

本文根据西部干线公路既有桥梁检测与监测的需要，结合典型桥梁结构群特点和损伤状况，研究既有桥梁结构监测数据采集优化、损伤识别与安全评价技术。包括研究开发西部典型干线公路既有桥梁结构群监测、测点优化、数据传输及其硬件系统集成技术；研究既有桥梁结构群损伤与安全评价方法和准则。在上述工作的基础上，形成既有桥梁结构监测设计与实施指南，完成两座既有桥梁结构群测试优化与安全评价的试验工程。     

基于人造规范势与光晶格中超冷原子气体的量子模拟

超冷原子体系由于其宏观量子特性和高度可调控性为人们提供了一种全新的量子体系,其新颖量子态和奇异物性的研究是国际上具有前瞻性和挑战性的前沿领域。超冷玻色和费米气体在人造规范势与光晶格中的拓扑和多体量子效应研究,不仅为精密测量和量子模拟提供了全新的视野,而且为实现各类新奇量子态并探讨其物理机理提供了基础,开辟了冷原子量子系统在拓扑量子信息与量子计算中应用的方向。     

我国能耗成效的影响因素分解研究

中国作为最大的发展中国家,在所有参与应对全球气候变化的国家中,对全球化的节能减排做出了巨大的贡献与表率。在2011至2015年我国能耗效率从2011年的1.34亿元/万吨标准煤,提高到了2015年的1.60亿元/万吨标准煤。早在2013年便提前两年完成了在全球气候谈判中设定的目标。为探究我国能耗效率变化的原因,本研究在对影响能耗效率机理分析的基础上,将能耗效率变化的原因归纳为两个因素:即结构效应、技术效应。在此基础上,引入经济学经典指数—Theil指数对能耗效率差异进行测度;并结合Theil指数的分解,实现了对能耗效率影响因素的有效描述。通过利用311家北京市重点用能单位2012-2015年的能耗数据,对北京市能耗效率差异及其影响因素分解进行实证测度。结论显示,技术效应是近年北京市能耗效率提升的决定性因素,而结构效应也开始越来越突出其对能耗效率提升的正的贡献。     

康德图型法的拓扑结构意义

本文从康德的时间出发，认为康德的同时主要方面不是主观的牛顿式的绝对时空，而是“流变”时空。并由此认为康德的图型法是从“流变”出发去寻找不变的结构；这一思想与现代拓扑学从“流变”中去寻找拓扑不变量的思想完全一致。并指出了这种一致性对于哲学发展的重大意义，重建形而上学，为理性主义而后非理性主义、科学理性和价值理性的统一指明方向。     

可供性测量蕴含的“尺度转换”及其科学意义评析

在生态学尺度问题中,可供性(affordance)概念蕴含着科学心理学测量环境的尺度转换问题。经历了三次阶段性的发展:(1)从外在测量转换到内在测量,确立了生态心理学定量研究的科学原理;(2)从内在测量深入到以身体的几何变量作为尺度测量可供性,定量分析这个比值和知觉判断之间的相关性;(3)从身体尺度转向动作尺度测量可供性,包括:从身体的几何变量转向动力学和运动学变量测量,从以个体为单位转换到以动作协同要素为单位测量可供性。     

中国近海碳收支、调控机理及生态效应研究进展

973计划“中国近海碳收支、调控机理及生态效应研究”(2009 CB421200)项目自2009年正式启动以来,围绕核心科学问题及目标,在中国近海碳通量季节和年际尺度上的分布格局及其变化、碳源汇格局的主要控制过程与机制、海洋酸化生态效应及历史重建、碳循环及海洋酸化生态效应变化趋势等方面取得了一系列重要进展.本文根据该项目部分已发表的研究成果对上述各方面诸多重要研究进展进行了概略性介绍.     

工业生物过程优化与放大研究中的科学问题——生物过程环境组学与多尺度方法原理研究

本文首先通过实例阐述了基于生物反应器生物过程多尺度分析的过程优化技术和基于细胞生理特性与生物反应器流场特性研究相结合的生物过程放大技术原理和应用方法,并根据生物过程环境对生物细胞生理特性的影响,提出把环境组学作为系统生物学研究的一部分,用系统生物学的方法对生物过程开展全域性（global）研究,即基于生物过程信息处理的生物过程系统工程研究,以期进一步推动我国生物反应器生物过程优化与放大研究的深入开展。     

区域大气污染物总量控制技术研究

文章分析了我国的大气环境问题和特征,剖析了大气污染的成因;重点介绍了区域大气污染物总量控制技术,大气污染物排放清单的编制技术,多尺度的空气质量模拟技术,基于现代控制理论的大气环境容量优化技术,基于环境容量和排放绩效的总量分配技术,多种总量监控方法,科学有效的总量控制管理机制和规则等的关键技术、技术突破和主要研究与理论创新;紧密结合国家空气环境质量管理和大气污染控制的需要,提出了我国的大气环境管理、政策与大气环境研究的建议。     

北半球千年尺度气候高分辨率数据集研制及可靠性研究

过去千年半球尺度高质量气候环境数据是揭示全球增暖机理、预测预估未来情景及影响的重要基础;利用代用指标,研制北半球千年尺度气候高分辨率数据集,评估其可靠性一直是全球变化研究关注的核心内容之一。本文简述了开展北半球千年尺度气候高分辨率数据集研制及可靠性研究的必要性、紧迫性和发展动向;分析了其研究现状和存在问题;阐述了下一步的研究目标、思路和需解决的关键科学与技术问题,以及主要研究内容,包括:代用指标物理意义诊断与数据挖掘技术研发、气候与海平面、冰雪、土地利用与动植物分布变化数据集研制等4个方面;并对预期产出及意义进行了简要展望。     

多塔连跨悬索桥结构体系与结构性能研究

传统悬索桥都是双塔结构，其材料选择、主缆和加劲梁结构形式、结构静动力计算以及施工方法等，大多都是围绕双塔展开的。多塔悬索桥是在传统两塔悬索桥的基础上，通过增设一个或多个中间塔的方式，实现多主跨连续布设的悬索结构。由于中间塔的力学特性与边塔截然不同，存在“中塔效应”，即因设置中间塔导致结构整体纵向刚度降低，     

全球变化对生态系统服务的影响

全球变化通过改变生态系统结构和功能,显著影响了全球生态系统服务的提供,严重威胁了人类的生存环境及社会经济的可持续发展。在综述全球变化对生态系统服务研究的基础上,研究以"压力—状态—响应"框架为主线,主要内容包括:(1)通过对过去30年全球变化背景下主要生态系统的变化及驱动机制分析,揭示全球气候变化对生态系统的影响与作用机理;(2)发展和完善多因子、多元素耦合的生态系统机理模型和全球尺度的生态系统服务评估方法,揭示气候变化对生态系统生产力与碳固持、水源涵养、土壤保持等生态系统主要调节服务的影响机制和效应;(3)在此基础上综合分析全球变化背景下的环境要素特征与生态系统功能和服务,形成面向全球变化的生态功能区划方案,并根据未来气候变化情景下的生态系统服务提供能力,提出适应性管理对策。研究结果对于我国减缓和适应全球气候变化以及提高国际学术影响力具有重要意义。     

产业结构与技术结构的关系——对英国工业革命的考察

本文通过对英国工业革命的历史考察，从结构分析入手，提出了核心结构，外围结构，基础结构的产业结构划分方法，从结构的功能耦合出发，揭示了工业革命中技术革命发展的阶段性以及技术结构与产业结构的内在联系，这种历史研究对于我们今天所处的社会转型时期的产业结构调整仍然具有启示意义。     

能源领域过程工程的多尺度模拟及分析

目前商业模拟软件多采用单一尺度的方法预测反应设备中的多相、多过程耦合问题时存在严重的误差。例如，当模拟循环流化床装置时，商用计算流体力学（CFD）软件严重高估物料循环通量，误差可达一个数量级。这样的模拟结果将会使操作者误判反应器的操作状态，相应的调控将产生错位。对此，近年来发展的多尺度方法及其模拟技术为解决预测准确性问题提供了可能。多尺度方法将实际过程先进行尺度分解，然后建立不同尺度上的物理模型，最后再用微观尺度封闭介观结构尺度行为，或者直接建立模型（或稳定性条件）关联不同尺度的行为。中科院过程所在多尺度研究领域具有二十年的积累，提出了以稳定性条件为特征的EMMS多尺度模型，以虚拟粒子为特征的微观尺度PPM模型，以图形卡GPU为平台的异构并行计算模式等等，并在不同层次和尺度的模拟方法上（如DEM、MD、CFD、LB等）皆有长期积累。     

“环境诱发情绪异常”神经机制的多尺度成像方法研究

人类情绪会受到外界环境特别是光环境的影响,如光照周期长短的变化会导致季节性情感障碍患者出现忧郁或躁狂的症状,因此环境诱发的情绪异常也逐渐成为广泛关注的科学问题。本项目围绕视觉细胞感知外界光环境变化与大脑皮层下与情绪相关的核团间直接投射神经环路的结构与功能这一关键科学问题,基于同步辐射、稳态强磁场等大科学装置,发展从活体、器官、组织、细胞、分子等多尺度、多维度成像及数据整合方法,并应用这些方法解释视网膜直接投射至情绪相关核团的直接神经环路,为"环境诱发情绪异常"分子机制、疾病诊疗提供科学依据。项目研究进展包括:(1)研制了小动物活体成像的系列线圈;建立了优化弛豫、扩散检测等 MRI方法;建立了多模态影像数据处理的软件工具包;开展了情感障碍模型大鼠 MRI的研究。(2)升级和完善了多种显微成像技术,包括超分辨 STED 系统、软 X 射线相干衍射实验平台与光电关联成像技术;利用电镜成像技术解析了多种超微结构;筛选了可作为X射线敏感探针的纳米材料并在细胞成像中应用。(3)建立了基于真空紫外光源的质谱成像系统;构建了抑郁症小鼠模型;完成了小鼠脑片的初步成像;搭建了基于荧光寿命检测的显微成像设备;鉴定了近红外视觉相关神经环路。(4)建立了复杂生物体系的多尺度理论模型和计算方法;开发了复杂生物体系光谱模拟方法;建立了多尺度实验数据集成分析方法;研发了多模式成像探针。     

大学教育与国家人力资本积累——基于probit模型的问卷调查研究

在第一手数据的基础上,本研究运用probit模型探索了大学教育对于文化资本、经济与教育资本、社会资本、认知资本和抱负资本等五类人力资本的积累效应。本文在大学教学、大学管理、科学研究、大学氛围、努力程度、父母影响、就业压力等七个维度识别出了16个显著影响积累效应的微观变量,并计算了这些变量对于国家人力资本积累的边际效应。     

心理韧性的耗散结构系统解读

心理韧性是一个复杂的动态系统,它与耗散结构呈同态象,具备生成耗散结构的条件,耗散结构系统的自组织进化原理能够进一步推断出心理韧性的自组织发生机制;而简单变量关系不能描述和推断心理韧性的非线性动态过程,动物模型的分子生物学研究也无法直接演绎作为社会人的心理韧性的发生、发展机制。只有耗散结构系统的自组织原理,才能在方法论方面为心理韧性的研究范式提供启示。     

调控染色质高级结构的蛋白质机器的系统鉴定与机制研究

染色质高级结构及功能研究是当前生命科学领域的国际前沿热点。染色质高级结构决定了基因的正确表达,其异常通常伴随着发育畸形和癌症发生。迄今为止,染色质高级结构如何建立和维持、如何行使功能、其动态变化及其与基因、细胞功能的关系尚不清楚。本项目整合团队在染色质高级结构蛋白质机器的功能基因组学、染色质高级结构蛋白质机器的功能动态调控以及染色质高级结构蛋白质机器的结构与组装方面的优势,围绕"染色质高级结构的调控及功能"这一关键科学问题,从3个角度深入研究拓扑相关结构域的形成与功能相关的蛋白质机器,包括调控染色质高级结构蛋白质机器的系统鉴定、单细胞和全基因组水平上染色质高级结构动态调控的机理研究、染色质高级结构对基因和细胞功能调控的结构基础和分子机制。