从科学守恒到数学不变量--一种数学文化的视角

大千世界在不断地变化着。世间万物经历着历史的变化，承受着地域的变化，既有质的变化，更有量的变化。变化是绝对的。但是，看到变化更要把握变化，人们需要找出事物变化中保持不变的规律。无论是社会科学还是自然科学，都会寻求某种不变性，在科学上称之为守恒，在数学上就是不变量。     

全球变化研究十年新进展

在简述国际全球变化研究计划体系的基础上,从全球气候变化研究、全球生态系统变化（地图和生物圈变化）研究、全球变化对人类的影响研究、人类减缓全球变化的策略研究等４个方面概括总结了国际全球变化研究的若干重要进展,并涉及到了我国在有关领域的研究情况,最后特别指出了全球变化科学是可持续发展的科学依据,全球变化科学研究在人类的发展观从工业文明的发展观向生态文明的发展观的转变中、在环境安全保护与环境外交中都具有     

电离层全球电子总含量的气候学特性分析与经验模式构建

利用120°E子午线上的GPS TEC数据, 计算了1996~2004年间的等效电离层全球电子总含量(GEC). 应用偏相关方法分析了GEC与太阳活动指数F_10.7, 以年为基频的季节因子之间的相关性, 发现GEC与F10.7, 年变化和半年变化因子之间均存在较强的相关性. 据此, 构建了一个由太阳活动指数和季节因子共同驱动的GEC经验模式, 并考察了太阳活动指数的修正对建模效果的影响. 结果表明GEC的变化主要由太阳活动周变化, 年变化和半年变化3种分量构成, 其中太阳活动周变化由太阳活动指数控制, 其变化幅度最大; 年变化与半年变化的幅度也受太阳活动指数调制, 半年变化的幅度略大于年变化幅度. 此外, 经过对比分析, 文中构建的GEC经验模型优于Afraimovich等人提出的GEC经验模型.     

太阳驱动地球环境变化研究进展

太阳是地球表层系统最重要的能量来源,地球表层环境变化记录中含有太阳辐射变化或太阳活动的印记,实际观测的太阳辐射变化却被认为不足以引起地球气候系统的剧烈变化,不同学者发展了多种物理模型来解释太阳驱动地球环境变化的机制。本文从地质记录入手,综述了太阳影响不同时间尺度气候变化的地质[CD*2]生物记录,评述了几种放大机制,发现这些物理模型在解释某种气候现象时具有很好的适用性,但在其他方面也往往存在一定缺陷。我们认为：太阳变化是驱动地球环境变化的最根本因素;地球环境变化可能直接响应太阳变化。要么太阳活动引起的辐射量变化在气候系统中的作用被低估,要么还有未被发现的新机制,未来的研究应该针对这两个问题展开。     

天文观测已检测到2002年的弱El Niño事件

利用现代空间技术观测得到的日长变化(LOD)资料, 赤道太平洋海表水温异常变化和南方涛动指数资料, 经过带通滤波得到年际变化分量, 发现2002年的ENSO事件实际上已经发生, 日长年际变化也已经检测到这次ENSO事件. 对资料进行小波分析表明, 年际变化中4~6 a的变化分量与准2 a变化在相位上不同步, 表明2002年的ENSO事件不会是一次强事件.     

天文观测已检测到2002年的弱El Nino事件

利用现代空间技术观测得到的日长变化(LOD)资料,赤道太平洋海表水温异常变化和南方涛动指数资料,经过带通滤波得到年际变化分量,发现2002年的ENSO事件实际上已经发生,日长年际变化也已经检测到这次ENSO事件.对资料进行小波分析表明,年际变化中4～6a的变化分量与准2a变化在相位上不同步,表明2002年的ENSO事件不会是一次强事件.     

天文观测已检测到2002年的弱El Ni■o事件

利用现代空间技术观测得到的日长变化(LOD)资料,赤道太平洋海表水温异常变化和南方涛动指数资料,经过带通滤波得到年际变化分量,发现2002年的ENSO事件实际上已经发生,日长年际变化也已经检测到这次ENSO事件。对资料进行小波分析表明,年际变化中4～6a的变化分量与准2a变化在相位上不同步,表明2002年的ENSO事件不会是一次强事件。     

晚冰期我国东部大地水准面的变化及其对海面变化的影响

Mrner提出了大地水准面型海面变化的理论,引起了广泛的关注。可对于我国大地水准面的变化及其对海面变化的影响,至今无人论及。当讨论海面变化与气候变化的关系时,作者发现我国东部晚冰期海面的变化与世界气候变化不相协调。进一步与全球海水量的变化进行比较,发现两者存在一定的偏离,并且开始偏离的时间,正好对应于哥德堡古地磁极性漂移事件。因此,作者认为晚冰期我国东部大地水准面曾一度发生过变化。     

拓展与深化中国全境的环境变化遥感应用

中国幅员辽阔,仅靠局部定点环境监测,远不能满足社会需求.而对大空间范围来说,遥感是唯一可行的环境变化监测手段.虽然国内外拥有强大的卫星数据获取能力和大量的卫星遥感数据,以中国全境为对象的遥感环境变化研究并不多.本文将环境变化过程归纳为环境变化驱动力、环境变化、物质迁移与转化、物质浓度与富集度变化、人或生态系统暴露与感染变化及环境变化影响等方面内容.评估了遥感对这些环节的潜力,评述了中国环境变化遥感已取得的进展.指出遥感对于研究中国环境变化在方法体系上不但要支撑实验与观测、理解与认识,还要重视和模拟与预测的衔接从而支持环境政策研究.在应用层面,应突破常规遥感观测项目,在物种多样性、生物入侵、公众健康、空气和水质量变化监测等新的领域取得突破.在技术层面全面系统加强实用化和自动化研究.     

长江流域汛期降水年代际和年际尺度变化影响因子的差异

长江流域汛期(6和7月)降水量的变化, 不仅具有年际变化特征, 而且具有明显的年代际变化特征. 自上世纪90年代以来, 中国长江流域汛期的降水明显增多, 表明在年代际尺度上, 长江流域汛期的降水进入了一个丰沛期. 研究表明, 近年来长江流域汛期降水具有高基本态和高变化率的特征, 它是由影响年代际变化的因子及年际变化的因子共同作用结果. 利用NCAR/NCEP资料分别对这两种时间长度的大气环流进行了分析和诊断, 发现影响年代际变化的因子和年际变化的因子是不同的. 因此要预测长江流域汛期的降水量变化, 必须将年代际变化和年际变化这两种时间尺度进行分离, 清楚地认识控制或影响各时间尺度的物理因素.     

华北汛期降水量年代际和年际变化之间的线性关系

华北地区汛期(7月和8月)降水量的变化具有明显的年代际和年际两种时间尺度. 在年代际时间尺度上, 华北降水在20世纪70年代末发生突然减少. 研究了降水突然减少对应的大气环流变化以及对降水年际变化产生的影响, 发现年代际变化所提供的背景对华北降水年际变化的规律和物理机制没有影响, 华北汛期降水年代际和年际变化之间的关系是线性的.     

利用人工智能神经网络和DEM数据进行植被变化探测

适时精确的探测土地利用和覆盖变化是研究其起因、过程和效应的基础.本研究利用人工智能神经网络对两景不同时期的影像(2003和2004年)进行一次性变化探测.并且输入层中增加了DEM和坡度两个额外"波段".在选取训练样区的过程中,共选取了82个亚类型,其中36个为植被变化亚类型,46个为无变化植被亚类型.NDVI差值法被用于探测变化和无变化的区域,该方法为获取精确的和足够的植被变化类型训练样区提供有效的参考.研究结果显示利用人工智能神经网络探测变化技术所产生的植被变化图,其精度明显高于分类后比较法所产生的植被变化图精度.此外将DEM和坡度作为额外波段结合两景影像得的8个主成分作为输入层,能够有效的提高人工智能神经网络进行山区植被变化探测精度.同时在选取训练样区的过程中,将各不同的变化和无变化的植被类型根据其不同的光谱特征分成不同的亚类型进行取样,对提高人工智能神经网络进行山区植被变化探测精度有着非常重要的促进作用,此处理可以降低山区影像的地形效应.     

地球自转速率变化的实时快速预报

地球自转速率变化的实时快速预报具有重要的科学意义和实际应用价值. 然而由于地球自转速率复杂变化(或日长变化)的时变特性, 传统的线性时间序列分析方法往往难以取得良好的预报效果. 采用非线性的人工神经网络技术预报日长变化, 网络的拓扑结构由最小均方误差法确定. 考虑到日长变化与大气环流运动间的密切联系, 在神经网络预报模型中首次引入轴向大气角动量的实时预报值, 进行日长变化1~5 d的实时快速预报. 结果表明, 联合日长变化序列和大气角动量预报序列的神经网络模型, 比起单独采用日长变化资料的模型, 预报精度得到显著的提高.     

信息经济

现在美国有一半劳动力从事信息处理,我们可以开始看到某些即将出现的变化,专家们说,这些变化可能超过工业革命带来的变化。     

不同时期地球低阶重力场系数J2变化的特性分析

基于1984年1月至2010年12月共27年的Lageos1和1992年10月至2010年12月共18年的Lageos2激光卫星最新观测数据,应用高精度的卫星观测拟合卫星统计动力学轨道方法反演地球低阶重力场系数2J的变化,分析其不同时期的季节和长期变化特性.结果表明2J变化包含明显的周年、半周年和长期变化信号.通过采用不同数据段拟合得到的2J变化周年和半周年振幅和相位结果较稳定,利用全部数据段得到的2J周年振幅以及相位分别为2.51010,127°,半周年振幅和相位分别为0.941010,213°.对于长期变化,全部数据段拟合得到的长期变化为2.21011a1,然而不同数据段得到的结果因为受到几年尺度的异常变化影响会有所不同,例如"1998异常".最新的数据分析表明2007~2010年期间又可能有明显的异常变化,虽然对应这一变化的地球物理解释目前尚不清楚,但从实测角度监测地球"胖瘦"提供观测约束具有重要意义.     

基于重力数据的2022年青海门源MS 6.9及四川泸定MS 6.8地震预测

2022年,中国大陆西部地区接连发生多次6级强震.1月8日青海门源M_S 6.9和9月5日四川泸定M_S 6.8左旋走滑型地震均造成了显著的财产损失,后者更造成了百余人伤亡.地震前,依据中国地震局在两震中周边地区观测的重力数据获得了区域重力变化.结合此前多个典型地震前重力变化,该变化可能表明2021、2022年在青海门源、四川泸定及其附近地区会发生强震.两次地震实际震中与不同年度预测的地震危险区中心距离均不超过55 km.这两次地震前地表重力正、负变化均围绕震中相间出现,重力变化总体呈现四象限分布特征,且震中破裂区处于重力无变化区域.两次地震前重力变化与震源机制对比表明:四象限重力变化分布的正变化区对应于震源机制显示的压缩区、重力负变化区对应于震源机制显示的膨胀区.该发现有助于地震前兆理论的发展.     

流感病毒的变异

由于流感病毒能象变色龙一样变化无常,研究人员为对付新型流感必须不断地研制新型药物和疫苗。一般来说,流感病毒的变化很微小,这种变化每若干年发生一次,通常只导致病毒外壳的细小变化。对这种微小的变化,人体免疫系统能够识别并常能进行有效的抵抗。但是每隔10～20年的时间,病毒会发生一次较大的变化——     

DNA诊断学

人们发现许多疾病与生物体内遗传物质DNA的变化有密切关系。通过检测DNA的变化来诊断与这些变化相应的疾病,便是DNA诊断学的研究目的。     

中国对地观测卫星及其应用

地球自诞生以来，物理结构及其环境发生了许多重大的变化。地球的演化过程发生在各个时间尺度和空间尺度上，只有连续不断地从宇宙对地进行观测．捕捉各种变化信息，才有可能从整体上揭示地球环境变化的规律性，进而预测地球未来的变化。     

GPU-CA模型及大尺度土地利用变化模拟

在全球变化研究中,对省和国家尺度的土地利用变化过程进行模拟具有重要的意义.但大尺度的土地利用变化模拟存在数据量大、计算复杂、计算时间长等难点,由于计算能力和传统基于CPU计算模式的制约,在普通计算机中难以执行这样的模拟.把最新发展的GPU高性能计算技术与元胞自动机(CA)模型相结合,提出了GPU-CA大尺度土地利用变化模拟模型,并将其应用到省级尺度的土地利用变化模拟中.介绍了模型的问题映射、需解决的关键技术问题和计算的流程,并分析了GPU-CA模型在计算性能上的优势.通过全广东省的土地利用变化模拟,对GPU-CA模型进行了验证.实验表明,GPU-CA模型可以将原有一般CA模型的运行效率提高30倍以上,能够有效地应用于省和国家级的土地利用变化模拟,为全球变化模型提供重要的地表景观变化信息.