2021年诺贝尔物理学奖：复杂系统科学的新纪元

2021年度诺贝尔物理学奖授予3位科学家，以表彰他们“对理解复杂物理系统的开创性贡献”。真锅淑郎(Syukuro Manabe)和克劳斯?哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)共同分享了1/2的奖金，获奖理由是“对地球气候建立物理模型、量化可变性并可靠地预测全球变暖”。乔治?帕里西 (Giorgio Parisi)获得另外1/2的奖金，获奖理由是“发现从原子到行星尺度的物理系统中无序和涨落之间的相互影响”。文章介绍了这几位科学家的工作以及他们的贡献。     

改进的主峭度分析算法及其在高光谱图像小目标检测中的应用

由于高光谱图像维数较高,因而在利用高光谱图像进行目标检测之前会先进行数据降维。主成分分析变换和最大噪声成分变换是高光谱图像处理领域最为经典和常用的两种降维方法。它们以图像的方差和信噪比为指标进行降维,是基于二阶统计信息的方法。小目标由于其本身的特点可能会被经过该类方法降维后舍弃掉,而基于高阶统计特性的主峭度分析算法能够很好的解决这类问题。该方法能够提取基于二阶统计信息进行降维后无法保持的小目标信息,从而有效的检测到小目标。但主峭度分析算法的收敛速度较慢、计算时间较长,因而本文提出了一种改进的主峭度分析算法,改进的主峭度分析算法可以提高算法的收敛速度、减少算法的迭代次数。仿真实验表明,改进的主峭度分析算法能够缩短计算时间,提高算法的收敛速度。     

超长波天文观测微卫星宽带有源天线设计

月球轨道超长波天文观测微卫星(path finder of discovering the sky at the longest wavelengths,DSL-P)是国际首次开展绕月轨道超长波干涉技术验证实验。DSL-P工作频率1~30 MHz,其关键技术之一为宽带有源天线。介绍了DSL-P宽带有源天线的方案,重点分析其噪声特性,通过仿真和测试获取有源天线的噪声性能,分析宽带有源天线对系统设计指标的满足度。研究表明,用于超长波观测的宽带有源天线并不是传统意义上的被动天线和前置放大器的组合,其主要作用是阻抗匹配,并可兼顾噪声要求。     

横断山地水土要素时空分布格局与耦合特征

水土要素耦合是影响横断山地资源环境安全、防灾减灾及生态环境保育的重要因素。根据横断山地地理环境与水土要素构成特征,构建了面向农业生产空间的水土要素耦合指数,利用多源空间数据计算得到了横断山地时间序列月、年水土要素耦合指数值。研究表明:横断山地水土要素耦合格局受宏观气候-地貌格局控制,西南季风、东南季风以及横断山地纵向岭谷的"阻隔-通道"作用造就了横断山地3个水土要素耦合明显分异的区域;地形起伏度、海拔、坡度和坡位等地形指标对水土要素耦合指数都有明显影响,在微观尺度上坡度对水土要素耦合的影响最大;受两大季风气候进退、水热时空匹配、气候-植被耦合作用的影响,横断山地水土要素耦合指数年内分异明显,在6月份水土要素耦合指数最高,在年际尺度上近15年来横断山地水土要素耦合指数无明显变化趋势,以年际波动为主。本文初步揭示了横断山地耕地的水土要素耦合时空格局特征,对横断山地的水土要素调控及国土空间功能优化管理有参考意义。     

中国典型山地土地利用变化与资源生态效应

山区是土地分布最为复杂的区域,同时也是重要的生态屏障。山区土地利用的空间格局及动态变化都将影响山区生态功能的发挥,因此明晰山区土地的空间异质性特征及其相应的资源生态效应是山区可持续发展的关键。基于中国太行山区、横断山区以及黔桂喀斯特山区等三个典型山区,明确了其土地在垂直及水平方向的空间异质性特征,评估了典型山区产水量、土壤保持、碳储量以及生境质量等生态系统服务,并以中国山地为对象,分析了近30年来植被的变化趋势及其影响因子。     

锁固段损伤过程中的能量转化与分配原理

锁固段是主控构造地震产生的地质结构，研究其损伤过程中的能量转化与分配原理，可加深对其损伤行为和能量演化机制的理解.基于能量守恒原理，阐明了受载锁固段内裂纹扩展时储存弹性应变能的转化与分配关系，提出了锁固段破裂事件的地震波辐射能计算公式.据此，在孕震断层多锁固段脆性破裂理论框架下，推导了主震判识的震级准则，论证了锁固段累积Benioff应变比与剪切应变比的等效性，提出了锁固段破裂事件的震源参数计算方法.实例分析表明，该方法可靠.该研究成果在主震判识、震源参数估算与复核等方面具有良好的应用前景.     

中国山区国土空间特性与区域发展

中国是一个多山的国家,其地理空间的差异性与山地有着诸多联系,甚至是必然性的联系。山地的纵横分布构成了独特的地域空间,导致陆地表层过程的复杂性与分异性凸显,对自然系统和人文社会的演进都产生了不同程度的影响与制约,进而关联到山区国土空间开发格局变化及其可持续发展。充分认识中国山区国土空间特性,对因地制宜地促进山区经济社会发展具有全局性意义,是确保绿水青山本源、维系国家可持续发展战略的重要基础。     

基于深度学习的图像超分辨率重建方法综述

图像超分辨率重建(super-resolution, SR)是指从观测到的低分辨率图像重建出相应的高分辨率图像,在目标检测、医学成像和卫星遥感等领域都有着重要的应用价值.近年来,随着深度学习的迅速发展,基于深度学习的图像超分辨率重建方法取得了显著的进步.为了把握目前基于深度学习的图像超分辨率重建方法的发展情况和研究热点,对一些最新的基于深度学习的图像超分辨率重建方法进行了梳理,将它们分为两大类(有监督的和无监督的)分别进行阐述.然后,在公开的数据集上,将主流方法的性能进行了对比分析.最后,对基于深度学习的图像超分辨率重建方法进行了总结,并对其未来的研究趋势进行了展望.     

准噶尔盆地石炭系火山岩优质储层特征及主控因素

针对准噶尔盆地石炭系火山岩储层非均质性强、优质储层特征及控储机理认识不清的问题,选取盆地内在石炭系火山岩钻井中,试油结果显示日产油达到10 t/d或日产气达到5×104m3/d以上的135口工业油气井作为研究对象,通过对录井、测井、试油资料的系统分析,利用岩芯观察、薄片鉴定、测井响应、物性实验数据等对石炭系火山岩优质储层进行综合研究.结果表明:石炭系优质火山岩储层岩性变化较大,主要以溢流相的基性玄武岩、中性安山岩和爆发相的凝灰岩、火山角砾岩为主;储集空间主要为次生溶蚀空隙和裂缝,原生孔隙较少.在此基础上提出了准噶尔盆地石炭系火山岩优质储层形成的"三元控储"模式:岩性-岩相控制了原生空隙的发育和储集体的规模、岩石-流体相互作用控制了次生孔隙的形成与演化、构造-应力耦合控制了储层的有效性.     

蓝藻氢代谢相关酶的研究进展

化石能源的不可再生性以及其对环境的影响,使得探索新能源代替传统能源尤为重要.氢气具高效、环保、可再生的特性,是一种理想的能源.相比许多其它氢气制备方法,生物产氢不仅可以大规模、低成本,而且可减少环境污染,节约不可再生资源,因而越来越受到瞩目.蓝藻是一类良好的生物制氢材料,其氢代谢由固氮酶和氢化酶共同完成.固氮酶复合体由固氮还原酶和固氮酶组成,氢气是固氮过程中的副产物,可以被吸收氢化酶氧化.双向氢化酶既可以吸收氢也可以释放氢气.研究这两类酶的分子生物学特性,对生物产氢的发展有重大意义.