生态气象:起源、概念和展望

生态气象是应人类面临的生存环境危机而兴起的地球系统科学新兴学科,已经成为大气科学的二级学科.本文阐述了生态气象的学科起源、概念、主要研究内容与特征,指出生态气象是研究生态系统与气象条件之间相互关系的科学,是地球系统多圈层相互作用的核心,服务于人与自然和谐发展;探讨了生态气象观测的主要指标与可能的业务服务产品;阐释了生态气象研究与生态文明气象保障、气象防灾减灾和应对气候变化的关系;指出当前生态气象迫切需要开展的重点研究任务:(1)生态气象长期观测联网研究;(2)基于大数据与人工智能的生态气象信息提取与分析技术;(3)生态系统对气候变化的适应性及其变化归因;(4)生态系统主要气象灾变机制及其致灾临界气象条件;(5)陆地生态系统关键物候期对多环境要素响应的生理生态机制与模拟模型研究;(6)耦合生物-物理-化学-管理过程的生态气象数值模式研发;(7)陆地生态系统变化对气候系统的反馈作用与可持续发展对策研究.     

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.     

水循环的地质演变:研究现状与关键问题

由大陆-海洋-大气之间水的3种相态(固态-液态-气态)相互转换和位移构成的水循环,是地球气候系统的主要过程之一.太阳辐射量在地球表面分布不均匀,是地表水循环的基本驱动力.水循环与碳循环密切关联,是气候系统演变中的两条主线.不同时空尺度的水循环和碳循环受天文、地质和生物因素以及它们之间相互作用的控制,揭示水循环地质演变过程及其与气候变化之间的关系,可为了解当今水文气候变化提供宝贵启示.通过水循环地质演变研究现状回顾,提出如下5个科学问题应在未来予以重点关注:(1)雪球地球时期的水循环;(2)植被起源和演化对水循环的影响;(3)深时热带辐合带(inter-tropical convergence zone, ITCZ)的演变与水循环;(4)暖室期地下水与海平面变化;(5)深时水循环中的氧同位素示踪.同时建议我国未来亟须加强的4个研究方向:(1)深时冰室期向暖室期转变中的水循环;(2)深时水循环与生态系统演变;(3)深时水循环研究方法的发展;(4)深时水循环与长周期地球系统演变的数值模型.     

神经法学:年轻的认知神经科学与古老的法学联姻

神经法学是新兴的交叉学科,它是用认知神经科学方法研究与法律有关心理与行为的神经机制,并探讨法律系统如何应对认知神经科学发展所带来的问题,主要包括:(1)如何检验当事人或证人是否说谎和是否存在错误记忆等;(2)探讨认知神经科学成果对刑事司法实践和刑事责任理论可能构成的影响;(3)对某些特殊个体未来行为的危险性作出预测,以便辅助司法实践;(4)认知操控药物与技术应用的法律管制问题.本文从上述4个方面对神经法学进行了详细介绍.神经法学的研究不仅加深了对法律行为背后心理和神经机制的理解,也对司法实践产生影响.但刚刚诞生的神经法学目前需处理好研究的中国化等问题.     

茶提取物与抗癌的实验研究

茶多酚为茶叶中的主要活性成分,也是茶提取物中的主要成分,是表现药理作用的生物活性物质。茶叶对人体健康的作用是多方面的:(1)从致突变试验发现,由于其抗氧化作用改变了致癌剂和诱癌剂的作用而达到抗突变的目的;(2)通过细胞培养,证明茶的提取物能抑制癌细胞的增殖,并有剂量-效应关系;(3)致癌基因表达研究证实,茶多酚类化合物能抑制癌基因的表达;(4)整体动物实验结果阐明,喂饲茶多酚能提高机体的免疫力,具有抗癌和抑癌作用。     

功能农业关键科学问题研究进展与“十四五”发展建议

功能农业是赵其国院士在2008年提出的农业新概念,主要是指农产品的营养化、功能化,旨在解决全球性的“隐性饥饿”问题,并重点满足消费者“吃出健康”的新需求.香山科学会议第669次学术讨论会与会专家认为,历经13年的探索,功能农业已初步形成了独特的学科和科技创新体系,实现了从“0”到“1”的突破.本文扼要阐述了9个方面关键科学问题及其相关研究进展:(1)通过对全国及区域土壤中矿物质的时空分布特征,反映母质和成土过程对土壤矿物质的含量影响;(2)土壤与作物间矿物质的吸收、转化,如人工根系实验系统(ARE系统)的建立、土壤中矿物质生物有效性的评价方法,以及植物中功能成分的转化机理等;(3)矿物质和重金属密切相关的超富集植物研究;(4)功能农业生产中功能成分对生物和环境影响评价;(5)功能农业长期科学试验站的研究成果;(6)功能农产品所制备的食物在蒸、炒、煮等烹调过程中以及其他加工技术下的功能成分形态变化的相关研究;(7)在健康效应评价方面,对功能性产品对人体健康的影响及其机理,以及相关功能农产品的干预研究;(8)天然富硒营养强化项目的研究;(9)基准物质的研制情况.在功能农业新技术研发方面,概...     

数值天气预报涡度方程差分格式的守恒性和稳定性

数值天气预报中差分方法的主要问题是:(1)构思格式的原则;(2)格式对初始条件误差和计算误差的稳定性;(3)边界条件类型及其误差对局部地区预报值的影响;(4)Lorenz所指出的可预报期。作者和Morton等都研究了格式的守恒性,并把它作为加强稳定性的手段。本文则以二维涡度方程为例,比较全面地讨论了上述诸问题。     

地球内部流体的动力学过程与机制

<正> 1 现代地球科学 地球内部流体行为研究涉及到5个方面的问题:即流体在地球内部不同层位的(1)存在形式;(2)分布;(3)来源;(4)迁移过程以及(5)迁移过程中与所附存的岩石间所发生的化学的和物理的作用。这5个方面代表了地球内部流体研究的最关键性问题。地球内部流体的动力过程(dynamic processes)则主要是指第(4)和第(5)个问题。由于进行地球内部流体研究所涉及问题的广泛性和特殊性,以及进行地球内部流体研究时必须以整个现代     

我国西藏南部珠穆朗玛峰地区土壤微形态与自然地理条件

在1966—1968年珠穆朗玛峰地区综合科学考察中,我们采取土壤微形态方法,制成土壤薄片180多张,应用偏光显微镜进行研究,取得一些结果。珠穆朗玛峰地区具有许多独特的自然地理特征,其中一部分,在土壤微形态中直接或间接地也有所反映。主要有三个方面:(1) 土壤融冻与高寒气候条件;(2) 土壤的年青性;(3) 土壤的多元发生与地壳上升运动。     

近百年中国气候变化科学问题的新认识

全球和中国的气候变化问题日益受到各国政府、科技界和公众的关注.其中科学问题作为气候变化影响和对策的科学基础与支撑,得到了广泛而深入的研究,无论在国际上还是在中国都取得了重大进展.本文从全球的视野对与中国气候变化有关的6个方面的重要科学进展和新认知作了概述.它们包括:(1)近百年中国区域地表气温和大气平均气温的变化特征;(2)中国地区的水循环与区域降水变化;(3)亚洲季风的长期变化与原因;(4)海洋在近百年中国气候变化中的作用;(5)中国气候变化的原因;(6)全球与中国气候变化的预估和检验.最后,本文对未来中国气候变化研究需要加强的重点科学问题也提出了研究建议.     

红宝石光量子放大器工作参数对受激发射输出能的影响

我们试验了红宝石光量子放大器若干工作参数对输出能的影响。这些工作参数是:(1)电容量;(2)介质膜透过率;(3)宝石棒的光学质量;(4)氙灯输入能;(5)谐振腔的调整。通过这些试验,获得了输出1焦耳受激发射的结果,确定了进一步增大输出能的途径是降低操作温度,增大宝石棒尺寸。在这基础上获得了10焦耳输出的结果。     

天然条件下塔克拉玛干沙拐枣对潜水条件变化的生理响应

通过对塔克拉玛干沙漠腹地不同潜水埋深、矿化度条件下特有灌木塔克拉玛干沙拐枣(Calligonum.taklimakanensis B.R.Pan et G.M.Shen)水分生理特性的研究.结果表明:(1)潜水埋深的变动对塔克拉玛干沙拐枣的水势(清晨、午后)和蒸腾速率的影响比较明显,二者均随潜水埋深的增大而降低,气孔导度的变化主要与外界环境温湿条件相关.渗透势(ψsat,ψtlp),相对含水量和相对渗透水含量(RWCtlp,ROWCtlp)也有随潜水埋深增大而减小的趋势;(2)潜水矿化度对植物水势的影响比较显著,对相对含水量影响不显著.高矿化度对植物生产力降低的影响比较显著;(3)塔克拉玛干沙拐枣通过高蒸腾降低同化枝的温度,保持较高的体内水分含量来适应沙漠腹地干旱、高热的气候条件.另外通过自身调节甚至牺牲生产力来适应沙漠腹地的潜水状况的变化.     

樟子松人工林退化原因及研究展望

气候变化对森林可持续性的影响是一个复杂过程,如何保持人工林长期稳定生长是全球性技术难题. 20世纪50年代以来,我国北方地区营造了大面积樟子松人工林,对防风固沙、保持水土发挥了重要作用,成为我国北方防沙带绿色生态屏障的重要组成部分.目前“三北”防护林工程区樟子松人工林退化较为严重,虽然已开展了大量研究,但对于樟子松人工林退化机制的认识仍然不是非常清楚.本文梳理了导致樟子松人工林退化的主要因素,提出樟子松人工林树木退化过程的概念模型,认为水力学失败和碳饥饿是导致樟子松人工林退化的两种主要生理机制;水力学失败和碳饥饿降低了樟子松抵抗病虫害的能力,而病虫害又进一步促进了水力学失败和碳饥饿的发展,直至樟子松发生严重退化甚至死亡.今后的研究应该重点关注樟子松退化的生理过程及其与病虫害的相互作用,应加强以下几个方面的研究:(1)樟子松人工林退化的多因素协同作用机制;(2)林分或景观尺度樟子松人工林退化机制;(3)樟子松人工林对环境胁迫的响应及调控机制;(4)樟子松适生范围及生态适宜性评价.     

元素的负电性

一引言化学键的生成大都是由相互作用原子的价电子重新配置的结果。这种电子重新配置的主要方式有二:(1)由某一原子把电子授予另一原子;(2)电子向一个原子移动,形成两个原子所共有的电子对,此时两个原子就被此电子对结合起来。在这些重新配置的过程中,电子与各种原子相结合的稳定程度和原子接受     

纳米尺度下润湿的分子动力学模拟

表界面润湿一直是表面科学领域的热门研究课题,了解润湿性和界面结构之间的相关性是研究表面润湿的关键.从经典分子动力学和从头算分子动力学出发,介绍了纳米尺度下的润湿,主要包括以下几方面:(1)原子尺度界面上的润湿;(2)润湿与晶格常数的关系;(3)具有地形表面的范德华(vdW)层状材料的润湿;(4)Wenzel态到Cassie态的转变机理研究;(5)氨基酸侧链疏水性的表征;(6)离子溶剂化的亲憎水性和传输选择性的微观机理.     

用电子探针研究β″氧化铝内的钠沉积

β″和β氧化铝固体电解质内的钠沉积是引起其电化学器件退化或材料损坏的一个主要原因,近年来对其沉积作用进行了研究,主要的结果是:(1)钠沉积作用在充电时,即Na~ 转变为金属原子时发生,缘起于负极——固体电解质界面;(2)当在固体电解质表面上钠原子的生成速率大于传输速率时,沉积的金属钠向固体电解质内扩展生长,钠的生长通道呈枝蔓状;(3)钠沉积使陶瓷变黑和引起电子电导;(4)在电池内沉积钠通道与正极反应剂接触并反应时,释放大量化学热;(5)陶瓷在沉积钠的张应力作用下或上述热应力的作用下而破裂;(6)某些杂质,例如硅、钾、铁等的存在可能使钠沉积作用易于发生。     

化学(物质)污染与可持续发展

一、概述 环境问题与国民经济可持续发展休戚相关。全球性十大环境问题是:(1)大气污染;(2)臭氧层耗损;(3)全球变暖;(4)海洋污染;(5)淡水资源紧缺和污染;(6)土地退化和沙漠化;(7)森林锐减;(8)生物多样性减少;(9)环境公害;(10)有毒化学品和危险废物。其中至少有7个直接与化学物质污染有关(1,2,3,4,5,9,10)。 我们正生活在一个化学品充斥的世界里面,在过去的40年,全球化学品的种类与年产量均以指数关系急剧增长,到1993年已近4亿吨。现在大约每隔不到10年产量就翻一番,而人类普遍使用的化学品大约有8万种之多,它们对提高人     

光照对昼夜节律与警觉度的影响

近年研究发现,光照可以显著影响人类健康.光敏感视网膜神经节细胞的发现将研究者的关注点从传统的视觉信息传导通路转移至非自觉视觉信息传导通路——即将光照信息传递到非形觉相关的大脑功能区,如下丘脑视交叉上核,进而调解昼夜节律、神经内分泌等生理功能.这条通路生理功能的发挥与光照强度、性质、时间等有着密切联系.年龄相关性因素对实际入眼光照产生各方面的影响.随着不断深入研究光照对下丘脑视交叉上核昼夜节律调节作用,学者开始关注光照对警觉度的影响.我们根据国内外最新研究进展及课题组的研究成果:(1)对比了传统的自觉视觉信息传导通路与非自觉视觉信息传导通路,总结了下丘脑视交叉上核在哺乳类动物生理及行为节律调控中的重要作用;(2)汇总了光照强度、作用时间、波段等因素对非自觉视觉信息传导通路功能的影响——调解昼夜节律、认知功能、警觉度;(3)分析了老龄化群体入眼光照减少的原因、产生的后果、以及白内障摘除手术的益处;(4)总结了脑电图技术作为一种评价警觉度的指标如何客观地反映光照对非自觉视觉信息传导通路的调解作用.     

多巴胺对创造性的影响及其大脑机制研究进展

创造性作为人类的一种高级认知能力对推动社会发展和科学进步有重要的作用,而多巴胺作为一种重要的神经递质对人类的认知活动起着重要的调节作用.当前关于创造性能力和多巴胺的关系探讨也越来越热,但是二者之间的关系及其作用机制还不甚明晰.因此,本文从多巴胺的视角对创造性的研究进行了梳理评述,主要包括:(1)从行为研究来看,运动和积极情绪等可以促使大脑中多巴胺的分泌,从而提升创造性表现;(2)从生理研究来看,用来治疗帕金森病的多巴胺激动剂能够增强患者的艺术创造性,而用来治疗精神分裂症的多巴胺拮抗剂则会抑制创造性产生;(3)从神经科学研究来看,与创造性相关的脑区包括了黑质-纹状体通路、中脑-边缘系统通路和中脑-皮质通路这3条重要的多巴胺奖赏神经环路;(4)从遗传研究来看,作为多巴胺重要遗传基础的儿茶酚胺氧位甲基转移酶(COMT)与创造性潜能有关.总之,本文通过对大量研究的整合分析,从多巴胺的角度对创造性的认知神经机制进行系统梳理,并就该领域当前研究的不足和未来趋势进行了总结和展望.     

北冰洋马克洛夫海盆现代浮游有孔虫深度分布及其生态与氧碳同位素特征

北极地区对气候变化极为敏感,并通过海冰覆盖程度体现非常明显的放大效应.过去几十年的观察证明,北冰洋海冰正在加速后退和变薄,对全球气候的反馈和影响已成为当前气候变化研究的重大课题.浮游有孔虫钙质壳作为远洋沉积物的主要组成成分,也是古海洋重建的重要工具,但北冰洋海区因材料所限研究程度很低.本次工作通过对中国第4次北极考察在北冰洋马克洛夫海盆(Makarov Basin)浮游拖网取得的现代有孔虫样品的分析,解释现代浮游有孔虫组合及其稳定同位素组成所传达的生态信息,并建立主要属种分布与环境之间的相关关系.获得如下认识:(1)马克洛夫海盆150μm的浮游有孔虫组合以极地种Neogloboquadrina pachyderma(sinistral coiling)占绝对优势;(2)浮游有孔虫主要生活在水深50~100 m的上部盐跃层中,其次是100~200 m水层;(3)盐跃层中温度的变化会影响到浮游有孔虫的绝对丰度和在水柱中的分布,盐跃层更暖的环境更有利于浮游有孔虫的发育;(4)在100~200 m水深间隔,N.pachyderma(sin.)壳体较轻的?18O值(2.11‰)应与海冰冻结时析出的轻同位素卤水有关,而水深50~100 m处较重的?18O值(1.68‰~2.68‰,平均2.27‰)可能是受表层海冰融化形成的含较重氧同位素的低盐水影响.