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地理地質

全球變暖背景下的陸海溫差研究

南京大學地理與海洋科學學院鄒欣慶教授課題組以海岸線為界.向陸海各緩沖200千米作為研究區.將中國海岸帶劃分為渤海.黃一東海和南海3個區域：利用ERA-Interim再分析資料和18個CMlP5氣候模式數據，分析了中國海岸帶當前（1979年-2014年）和未來（2005年-2100年）陸海溫差時空變化特征。研究成果發表于Journal of Geophysical Research：Atmospheres。1979年-2014年.陸海溫差在夏季有明顯變化.渤海和黃一東海區域以1998年為界.先下降后增加：南海區域變化趨勢與之相反。冬季整個中國海岸帶地區陸海溫差總體都呈減少趨勢。陸一海增溫速率差異和全球變暖停滯對其有顯著影響。陸海溫差空間分布還受城市化引起的地表增溫影響。

雷達遙感與影像大地測量研究進展

中南大學地球科學與信息物理學院測繪與遙感科學系朱建軍教授團隊提出了機載干涉sAR測量中殘余運動誤差的參數化建模方法，研究成果發表于IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters。由于機載SAR系統搭載的慣導系統的精度有限，導致sAR數據成像處理過程中仍然存在未補償掉的運動軌跡殘差.即殘余運動誤差。殘余運動誤差會引起InsAR干涉測量在方位向和距離向產生嚴重的相位偏差.特別是在重軌干涉測量中，因此殘余運動誤差的精確估計對于地形測繪（和地表形變監測）至關重要。分析結果表明.原始干涉圖中的相位偏差被有效糾正.而且.新方法在低相干區（特別是植被區）仍然能夠達到很好的效果。

低山丘陵高礫石含量對土壤水-氮輸移循環的影響

中國科學院南京地理與湖泊研究所朱青研究員課題組揭示了低山丘陵高礫石含量對土壤水-氮輸移循環的影響。系列研究成果分別發表于Journal of Geophysical Research和Journal of Hydrology。丘陵山區水土流失嚴重，土壤中的礫石含量很高，體積比可達30%以上。在我國.約有18%的國土面積被礫石性土壤所覆蓋。土壤中大量礫石的存在.會改變一系列關鍵地表過程.影響著流域水土資源的可持續利用和生態環境的保護與優化。研究呼吁在土壤調查和數據庫構建以及土壤水、碳和氮循環模擬的研究中引入土壤礫石的相關參數，以便更加準確地揭示和評估分布廣泛的高礫石土壤的水文和生物地球化學循環過程與污染物排放。

物種分布緯度梯度格局形成原因研究

中國科學院動物研究所喬慧捷副研究員與英國牛津大學、雷丁大學、布里斯托大學及美國新墨西哥大學、堪薩斯大學等單位開展合作研究，構建了沒有種問相互作用、進化機制極其簡單的虛擬場景.評估了環境變化對生態位寬度的緯度梯度格局的影響程度。研究成果發表于Global Ecology and Biogeography。該研究將全球陸地區域網格化并與環境空間結合.重構了物種進化的歷史和全球尺度的生物多樣性格局，利用細胞自動機（cellular automaton）算法來模擬虛擬物種的生態位寬度和分布范圍沿緯度梯度的變化趨勢。該研究重現了一些重要的生態學現象（如多樣性/環境適應能力等的維度梯度）.并在一定程度上證明了Rapoport’s Rule等假說。

東北亞地幔過渡帶二維三重震相波形模擬

中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室大陸巖石圈演化動力學學科組陳凌研究團隊與南京大學副教授王濤等合作，基于78個中國地震局固定臺站記錄的3個深源地震數據，通過二維三重震相波形模擬.獲得了東北亞地區地幔過渡帶中停滯的俯沖板片形態及其與周圍地幔的地震波速度結構信息。研究論文發表于Journal of Geophysical Research：Solid Earth。東北亞地區位于太平洋板塊俯;中至歐亞大陸之下的俯沖前緣.在這里俯沖板片深達地幔過渡帶并停滯在660千米間斷面之上。準確刻畫俯沖板片形態與速度結構對于理解板片與地幔問的相互作用、相關俯沖過程及淺表地質響應等具有重要的科學意義。

透過性攔沙壩調控泥石流研究進展

中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所周公旦研究員團隊以梳子壩為研究對象.在透過性攔沙壩調控泥石流研究中取得進展.相關研究成果發表于Landslides。透過性攔沙壩作為泥石流防治工程中廣泛使用的工程措施，具有結構簡單、施工方便、透水性好、攔排兼備等優點。研究結果表明，泥石流流態和內部應力狀態深受泥石流含水率的影響，進而呈現梳子壩對泥石流的不同調控效果。研究成果首次將梳子壩對泥石流的調控效果（物質攔截率、速度減小率）和梳子壩的結構形式（開口寬度）、泥石流的來流性質（含水率）有機耦合起來.這對科學合理的工程設計具有明確的指導意義。

倒數第二次冰消期氣候變化特征及海陸變遷對降水同位素組成的影響

中國科學院地球環境研究所蔡演軍研究員團隊聯合國內外同行，對山東上小峰洞一根涵蓋倒數第二次冰消期的石筍（SD1）進行鈾系測年和碳氧同位素組成分析.分析結果發表于Quaternary Science Reviews。季風降水對于山東半島農業生產和經濟社會的發展至關重要。與山東毗鄰的渤海和黃海海域水深不足100米.冰期一問冰期全球冰蓋的擴張與消融導致全球海平面的升降幅度能夠超過120米.這會引起山東半島的海岸線發生巨大的遷移。海岸線遷移造成的海陸格局的變化.能夠顯著改變區域下墊面狀況、粉塵輸出、季風降水及降水的氧同位素組成等，使其成為研究區域與全球環境變化聯系的關鍵區域。

地幔間斷面成因及地幔對流模式研究進展

中國科學院測量與地球物理研究所倪四道研究團隊與中國科學技術大學及國際同行開展合作.首次發現了非對稱路徑660千米間斷面散射波震相，揭示了地幔410及660千米間斷面的小尺度起伏特征.為地幔對流模式研究提供關鍵證據。該成果發表于Science。板塊構造學說是固體地球科學的基石.刻畫了巖石圈的基本運動學特征.而地幔對流理論則為理解板塊運動規律提供了動力學基礎。研究團隊基于溫度及化學成分對地幔間斷面各種橫向尺度起伏的不同控制作用.對間斷面的成因及地幔對流模式開展研究。該研究聚焦于地球內部界面起伏探測方法.提出了非對稱路徑背向散射PKP波約束小尺度起伏的新方法。人工智能

可用于癌癥診斷治療的磁性微游動機器人

哈爾濱工業大學機電學院機器人技術與系統國家重點實驗室謝暉教授團隊開展了可重構磁性微機器人群：多模態轉換、定向移動與集群作業的研究，有望為癌癥治療中高效靶向給藥和早期診斷體內成像提供有效解決方案。研究成果發表于Science Robotics。研究團隊開發了一種磁性微游動機器人，這種呈花生狀的磁性游動機器人長3微米.直徑2微米.只有頭發絲直徑的約四十分之一。該機器人可成千上萬地組隊協同作業.機器人之間通過非常小的作用力交流.自組織成一個多模態的群體.就像蟻群用觸覺或氣味交流一樣。群體可在旋轉磁場的調控下，展現出多種隨環境或任務快速響應的模態。

可自主升級的無人駕駛平行智能測試模型

中國科學院自動化研究所與清華大學、西安交通大學人工智能與機器人研究所等單位合作，提出了一種新的圖靈測試方法來測試和驗證無人車對復雜交通場景的理解和行駛決策的能力.對構建和測試其他人工智能系統具有重要的啟發意義。研究成果發表于Science Robotics。該項研究歷經10余年.實現了一種無人駕駛測試與驗證的平行計算框架及其系統。研究團隊構建了一個人在回路的平行智能測試模型.主要通過3個步驟.使其具有在人類專家指導下自動自我升級的認知機制。該研究工作引入對抗式學習模型.以使系統能夠自動生成新的任務實例，以促使無人駕駛車輛進一步提高適應復雜環境的能力。

大腦使用其內在的活動狀態（alpha振蕩）解決視知覺模糊性證據

華南師范大學心理學院陳騏教授課題組揭示了大腦利用其內在的神經振蕩狀態解決知覺模糊性的神經機制，研究論文發表于PLOS Biology。研究團隊觀察到視覺系統中最主要的神經振蕩alpha頻段（8～13Hz）為知覺組織加工提供了時間窗：在模糊的動態視覺場景中.當大腦的alpha振蕩較慢.相繼呈現的兩幀刺激會落在同一個alpha周期內，它們會在時間上整合在一起.從而產生一種感知;當alpha振蕩較快.兩幀會落在不同的alpha周期中.它們會在空間上整合在一起.從而產生另一種感知。大腦能夠利用這種內在alpha振蕩的實時速度.來積極預測最可能的感知.在真實刺激呈現之前.就提前激活預期感知的神經表征。

人機交互與人工智能：從交替浮沉到協同共進

中國科學院軟件研究所計算機科學國家重點實驗室田豐等人在《中國科學：信息科學》上聯合發表“人機交互與人工智能：從交替浮沉到協同共進”的綜述文章。文章指出，人機交互與人工智能是智能信息時代備受關注的兩大重要研究領域。通過人機交互與人工智能發展歷程可以發現，二者的關系從過去的此起彼伏逐漸變成了當下的相互促進.基于二者深度融合的典型應用也在教育、醫療等關鍵領域不斷涌現。人機交互為人工智能提供了應用需求和研究思路.而人工智能也驅動了人機交互技術的發展和變革。放眼未來，人機交互與人工智能將保持當下這種相互促進、互相驅動的關系，更加深入地融合并協同發展。

像素級高效人手檢測研究進展

中國科學院軟件研究所武延軍團隊張立波等人在像素級高效人手檢測領域取得進展.為人手運動視頻的實時檢測估計處理提供了一種新方法.有望用于網約車、公交車等駕駛狀態實時監控，減少安全事故。相關成果發表于國際人工智能會議AAAI Conference 0n Artificial Intelligence（AAAI 2019）。研究團隊提出了一種尺度不變的全卷積神經網絡.補充加權特征融合模塊學習不同尺度的特異性.對網絡的中間層也加入了監督.以迭代的方式融合多個尺度的特征進行最后的預測.與當前最好方法相比.在保證精度的同時檢測速度更快.將單張圖像處理速度最高提升4.23倍.首次達到62.5fps。

人臉識別新突破：真實場景下的大規模雙樣本學習方法

中國科學院自動化研究所朱翔昱、雷震等研究人員提出的大規模雙樣本學習方法包括兩個方面：一是提出了一種分類一驗證一分類（CVC）的訓練策略來逐步提高實際場景中的性能.二是針對大規模分類問題提出了DP-softmax使得深度學習在超大規模類別的分類上具有可擴展性。研究成果發表于International Journal of Computer Vision。近年來得益于網絡架構、訓練策略以及人臉數據的發展.人臉識別技術取得了進步.越來越多地被推廣到安防領域.延伸出考勤機、門禁機等多種產品.產品系列達20多種類型.可以全面覆蓋煤礦、樓宇、銀行、軍隊、社會福利保障、電子商務及安全防務等領域。

用量子計算方案實現Hopfield神經網絡“聯想記憶”功能

上海交通大學金賢敏教授團隊基于三維光子集成芯片，在實驗上通過量子隨機行走成功演示Hopfield神經網絡“聯想記憶”功能，相關研究成果發表于Physical Review Applied。量子信息科學與人工智能技術不斷取得了諸多改變傳統信息科學的進展。量子信息科學以量子物理基本原理作為依托.結合數學、信息科學、光電工程等學科，有望為信息安全和計算機的絕對計算能力帶來了革命性的提升;同時.作為人工智能研究領域中一個極其重要的研究分支.在大數據時代背景下.機器學習能有效地抽取信息.在信息技術、社會科學等多個領域中展示出解決實際問題的巨大潛力。這兩個前沿領域的交叉研究是近年熱點方向。

實現動物裸眼紅外光感知和紅外圖像視覺能力

中國科學技術大學生命科學與醫學部薛天教授研究組與美國馬薩諸塞州州立大學醫學院韓綱教授研究組合作，結合視覺神經生物醫學與創新納米技術.實現動物裸眼紅外光感知和紅外圖像視覺能力。該研究成果發表于Cell。在生物進化歷程中沒有出現任何基于感光蛋白的能夠感知超過700納米的紅外光的動物感光細胞.更無法在大腦中形成紅外光圖像視覺（個別動物如部分蛇類的紅外線感知能力是通過溫度感知實現的）。科學家嘗試利用一種可吸收紅外光發出可見光的上轉換納米材料.導入動物視網膜中以實現紅外視覺感知。體外感光細胞單細胞光電生理記錄證實這種納米材料確實可以吸收紅外光后激發小鼠視桿細胞電活動。新型材料

輕質、高強以及缺陷不敏感的熱解碳納米點陣

清華大學航天航空學院李曉雁課題組與浙江大學及美國布朗大學、加州理工學院合作.制備實現了同時具有超輕、高強度、大變形、缺陷不敏感的熱解碳納米點陣。研究論文發表于《美國國家科學院院刊》（PNAs）。研究團隊制備出了同時具有超輕、高強、大變形和缺陷不敏感的微納米力學超材料。這些新型熱解碳納米點陣展示了前所未有的力學性能：不僅具有超低的密度，而且具有超高的強度和比強度以及奇特的缺陷不敏感性。這些優異的力學性能主要歸功于：對于點陣幾何結構的拓撲優化設計;將結構中桿件的特征尺寸控制在了納米量級;采用高溫熱解方法獲得了優質的熱解碳材料。

綠色可回收塑料

北京大學化學與分子工程學院呂華課題組從膠原蛋白中廣泛存在的天然氨基酸4-羥基L-脯氨酸（4-HYP）出發，制備了一系列橋環內硫酯（NR-PTL）單體，用廉價催化劑與溫和條件實現了其可控聚合.制備了分散度小（通常低于1.15）.分子量可控（最高達259kg/mo1）的聚硫酯高分子（PNR～TE）。研究論文發表于Journal of the American Chemical Society。合成高分子如各類塑料制品在過去半個世紀為社會發展與生活便捷做出了巨大貢獻。該系列聚硫酯在常規環境中極為穩定而在弱堿稀溶液中可以完全化學解聚.100%產率回收得到純凈的內硫酯單體。

超柔性納米發電復合材料

上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室郭益平教授和劉河洲教授課題組在超柔性納米發電復合材料領域取得的重要進展.研究成果發表于Nano Energy。利用具有層次結構的電子級玻璃纖維布材料體系為基底.通過浸漬的方法在其上沉積具有層次結構的納米壓電發電材料。制備的壓電纖維布復合材料中每根纖維表面都包裹了一層納米級厚度的PZT材料，每根纖維之間的PZT之間互相連接，形成了一種類似于玻璃纖維布的多層次結構。電子級玻璃纖維布本身所具有的宏觀超柔性和微觀剛性給予了這種壓電纖維布具有高效的能量傳遞、轉換及超柔性。這種壓電纖維布可以實現插指電極掩膜設計和上下柔性電極貼合封裝設計。

新型水凈化過濾紙

中國科學院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究員帶領科研團隊.在羥基磷灰石超長納米線應用于環境保護領域研究工作的基礎上，以具有良好生物相容性的羥基磷灰石超長納米線作為主要構建材料.與天然植物纖維復合.研制出新型水凈化過濾紙.相關研究結果發表于ACS Applied Materials&interfaces。新型水凈化過濾紙的純水通量隨著羥基磷灰石超長納米線含量的增加而提高.與高打漿度植物纖維過濾紙（添加聚酰胺環氧氯丙烷樹脂）相比純水通量可提高約3200倍。新型水凈化過濾紙可應用于微米顆粒、納米顆粒、細菌等污染物的高效過濾和去除，其去除效率可達到或接近100%。

有機小分子致介孔沸石材料

北京大學深圳研究生院洪梅副教授、上海大學劉軼教授和廣東省納米微米材料研究重點實驗室科研人員合作，提出了一種有機小分子致分子篩晶內介孔的新機理.研究成果發表于Chemistry of Materials。沸石分子篩由于具有均一的微孔結構.內在可調的酸性.良好的水熱穩定性以及擇形選擇性。研究人員提出有機小分子致介孔的機理：首先有機小分子在合成液中去質子化形成穩定的有機負離子，該有機負離子通過親核進攻使骨架si-o和AI-o鍵斷裂.同時反應液中的鈉離子與有機負離子通過靜電作用進行自組裝形成團簇.從而產生尺寸遠大于有機小分子的介孔孔道。

具有超高電導率的砷化鈮納米帶

復旦大學修發賢教授團隊與中國科學院強磁場科學中心、南京大學等研究人員合作.開展外爾半金屬砷化鈮納米帶中的超高電導率的相關研究.研究論文發表于Nature Materials。研究團隊基于費米弧這個低散射率機制.制備出了具有超高電導率的砷化鈮納米帶.而且費米弧這一特性即使在室溫也仍然有效。這一發現為材料科學尋找高性能導體提供了新思路。導體是集成電路制造中不可或缺的材料之一.廣泛用于元器件間的互連、構成電感元件等。隨著集成電路的特征尺寸越來越小、集成度越來越高、器件之間的相互連接越來越密集.尋找超高導電材料成為人們研究的一個重要目標。

高性能石墨烯陰極防腐涂層

中國科學院寧波材料技術與工程研究所先進涂料與黏合劑團隊針對石墨烯/聚合物復合防腐涂層破損后會加速金屬基體腐蝕這一隱患.分別采用生物質呋喃環氧單體通過DA反應對石墨烯進行表面封裝.實現了石墨烯/環氧涂層的長效防腐。研究成果發表于Carbon。由于存在活性鏈段.FmG可有效提高與環氧基體之間的界面相容性.改善涂層致密性.并極大地增強氧氣或水蒸氣等物質透過涂層的“迷宮”效應.延緩涂層的失效。電化學測試表明.FmG材料具有優良的防護性能.復合涂層電阻相對空白涂層增加了3～4個數量級。結合機理研究.表明采用絕緣改性“鈍化”石墨烯也可以有效地抑制“陰極腐蝕促進活性”。

納米金屬機械穩定性的反常晶粒尺寸效應

中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心盧柯院士、李秀艷研究員等人帶領合作團隊.發現納米金屬機械穩定性的反常晶粒尺寸效應。研究論文發表于Physical Review￡etters。研究發現對于塑性變形制備的納米晶cu、Ag、Ni樣品.準靜態拉伸變形時.隨著晶粒尺寸從亞微米減小至納米量級.晶界遷移先逐漸增強.而當晶粒尺寸小于臨界值時.晶界遷移逐漸受到抑制。采用合適退火工藝對Cu中臨界尺寸附近未發生機械弛豫的納米晶進行熱處理.使其晶界發生熱弛豫.同時保持晶粒尺寸基本穩定.在后續進一步拉伸變形過程中其晶界遷移明顯受到抑制.晶粒表現出更高的機械穩定性。