机器学习和电话数据能提高人道主义援助的针对性

 

《自然》封面：肯尼亚马塔西亚村农产品摊位上的手机使用者。Nature杂志第7903期封面文章报道了从手机网络中获得的大数据是如何提高人道主义援助的针对性的。在危机期间，快速识别最需要帮助的人是一项重大挑战。研究团队使用传统的调查数据来训练机器学习算法，以识别手机数据中的贫困模式。他们的方法随后在多哥被用于分发数百万美元的新冠肺炎救援资金。研究发现，与更传统的定向方法相比，他们的机器学习方法将有需要的人错过援助的比例降低了4%～21%，这表明电话等数据源可以在危机时期加强援助分配。

 

城市街道网络的熵与未来空间导航能力有关

 

《自然》封面：芝加哥的网格状街道规划与布拉格较为无序的城市布局对比。Nature杂志第7904期封面文章报道了成长环境会如何影响我们的认知能力。研究者使用特别设计的电子游戏，测量了来自全球38个国家约39.7万人的空间导航能力。他们发现，在城市之外长大的人导航表现最好。他们还指出，在芝加哥这样拥有规律、网格化街道规划的城市中长大的人，能够在类似家乡的环境里导航，但不太擅长在街道规划较为无序的老城（如布拉格）环境中导航。研究者认为，这体现了城市设计对人类认知和大脑功能的重要性。

 

实现《巴黎协定》承诺或将升温刚好控制在2℃以下

 

《自然》封面：气候承诺。Nature杂志第7905期封面文章报道了自2015年以来各国提出的气候目标和减排情况。在2015年12月通过的巴黎气候协定中，世界各国承诺将全球变暖控制在比工业前水平高2℃，并设法将升温限制在1.5℃以内的行动。但从当时有限的减排承诺来看，实现这个目标难度不小。研究团队指出，为了将升温限制在远低于2℃或1.5℃的水平，就需要加强面向2030年的承诺，采取与这些承诺相符的行动，以及设立到21世纪中叶实现二氧化碳净零排放的长期目标。

 

哺乳动物体细胞突变率与寿命成比例

 

《自然》封面：生命的速度。Nature杂志第7906期封面文章报道了人类以外物种细胞的突变积累速度，以及这一速度如何受到生物学特征（如寿命或体型）的影响。通过对比研究16个哺乳动物物种一生中的突变积累速度，发现突变每年以大致恒定的数量增加。研究者还观察到，导致突变的分子过程在不同物种中普遍相似。至为重要的是，研究团队发现寿命和突变率之间具有很强的反相关性：活得长的物种积累突变的速度比寿命短的物种慢一些，因此到各自寿命终点时，不同物种的突变数量相差无几。

 

填补空白

 

《科学》封面：可视化数据，每条染色体从右下角开始环绕，染色体X和1到22从外向内排列（Y染色体未显示）；新完成的区域以红色突出显示。Science杂志第6588期封面文章报道了端粒到端粒（T2T）联盟的研究报告。20多年前，人类完整基因组测序成功。然而，由于技术上的限制，一些基因组区域仍是黑箱。这些研究只是开始梳理T2T参考基因组如何影响生物医学相关变异的检测，以及决定人类特征的基因组区域的进化。尽管还有很多东西有待发现，但T2T参考基因组为我们继续深入研究基因提供了另一个值得观察的基准。

 

用CDFII探测器高精度测量W玻色子质量

 

《科学》封面：W玻色子称重。Science杂志第6589期封面文章报道了W玻色子的质量检测。“标准模型”（Standard Model，SM）是一套描述强力、弱力及电磁力这3种基本力，以及组成所有物质的基本粒子的理论。另一个概念是W玻色子，它是一种携带基本自然力的粒子，也是一种弱核力的信使粒子，并和引力、强相互作用力，以及弱相互作用力构成了宇宙中的4种基本力。研究人员对W玻色子进行了一种新的精确测量，测量结果得出的W玻色子的质量为80 433.5兆电子伏特，误差幅度仅为9.4兆电子伏特，并且是一个质子质量的百分之一。

 

3D打印新工艺

 

《科学》封面：一个3D打印的玻璃微结构。Science杂志第6590期封面文章报道了采用微尺度计算轴向光刻技术的石英玻璃体积增材制造。玻璃是制造复杂微观物体的首选材料，包括用于智能手机的屏幕，以及用于分析或处理微量液体的微流体设备。但目前的制造方法往往很昂贵，并且在满足工业日益增长的需求方面的能力有限。美国加州大学伯克利分校的研究人员开发出了一种3D打印玻璃微结构的新方法。这一方法速度更快，可以生产出具有更高光学质量、设计灵活性和强度的物体。

 

ESCRT介导的膜修复保护肿瘤源性细胞免受T细胞攻击

 

《科学》封面：在这张高分辨率电子显微照片的数字重建图中，一个杀伤性T细胞（红色）攻击一个卵巢癌细胞（白色）。Science杂志第6591期封面文章报道了运输所需的内体分拣复合物（ESCRT蛋白）参与小膜创伤的修复，限制靶细胞溶胶对细胞毒性T淋巴细胞（CTL）分泌的颗粒酶的可及性，从而促进癌源性细胞在细胞溶解攻击下的存活。穿孔素释放后，ESCRT蛋白在靶细胞中被精确地招募到CTL结合位点。抑制癌源性细胞中的ESCRT机制增强了它们对CTL介导的杀伤的易感性，ESCRT机制对穿孔素孔的修复限制了颗粒酶进入胞浆。

 

光激发诱导化学键合实现半导体量子点3D纳米打印

 

清华大学精密仪器系孙洪波教授、林琳涵副教授课题组提出了利用光生高能载流子调控纳米材料的表面化学活性，实现基于化学键合的纳米粒子三维激光装配新技术。相关成果发表于《科学》（Science）。利用化学合成可以实现丰富多彩（不同尺寸、形貌、成分）纳米粒子的制备与精确裁制，并且这些纳米材料的晶体质量高、表面质量好，光、电、磁等多方面性能优越。然而这些化学合成的纳米粒子缺乏有效的器件化制备工艺，这成为其广泛应用的技术瓶颈。基于这项技术，研究团队展示了多种不同纳米粒子的复杂三维结构和异质结构，实现了超越光学衍射极限的高精度激光微纳制造，为微纳功能器件的制备提供了新思路。

 

硅衬底上单层WS2二次谐波高效定向性发射研究

 

中国科学院国家纳米科学中心刘新风团队与北京大学、北京理工大学研究团队合作，通过将原子级薄的二硫化钨（WS2）薄膜与硅孔阵列耦合形成法布里-珀罗（F-P）腔，实现增强的二次谐波定向发射。相关成果发表于《ACS纳米》（ACS Nano）。使用微纳结构增强单层二维过渡金属硫化物（TMDs）材料中光与物质相互作用，提高二次谐波转换效率。二次谐波方向性出射的实现，可以提高远场光束的利用率，使其能更好地应用在硅基超薄倍频器件、集成光子学等领域。研究利用硅基微结构与单层二维过渡金属硫化物（TMDs）材料耦合，实现定向发射的高效二次谐波产生，推动了硅基微结构在非线性领域的发展。

 

全钙钛矿叠层太阳能电池研究进展

 

四川大学材料科学与工程学院赵德威教授与苏州大学李孝峰教授等合作，提出了限域退火方法制备高质量钙钛矿结晶薄膜的策略，并且这一方法对于不同组分钙钛矿薄膜具有普适性，最终实现了效率超过25%的全钙钛矿叠层太阳能电池。相关成果发表于《自然·能源》（Nature Energy）。构建基于钙钛矿材料的叠层太阳能电池，突破单结光伏器件效率极限，是提升钙钛矿光伏效率的有效途径。全钙钛矿叠层太阳能电池包含不同带隙的钙钛矿吸光材料，由于不同组分会影响钙钛矿材料的结晶过程和特性，造成薄膜生长过程不可控及结晶质量较差等问题。相关研究开发了一种具有普适性的钙钛矿薄膜结晶调控方法，表现出良好的效果。

 

磺化超微孔膜实现高效率且多形式的盐差能发电

 

中国科学技术大学应用化学系徐铜文、杨正金团队在用于盐差能发电的离子交换膜方面取得新进展。相关成果发表于《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）。现阶段缺乏能同时实现高功率密度和高转换效率的膜材料，从工业废水等其他水源中提取能源的研究很少。基于此，文章报道了一种磺化的超微孔聚氧杂蒽基（SPX）离子膜，揭示了软物质限域下的离子传递特性，利用膜内亚纳米的亲水微孔实现了极高的离子选择性，提高了盐差能发电的效率。这一离子膜材料的设计理念也将盐差能发电的概念从海水-河水体系，拓展到无浓差盐溶液，甚至工业废水体系。

 

高熵超高温陶瓷基复合材料研究

 

中国科学院上海硅酸盐研究所董绍明院士团队将高熵超高温陶瓷与陶瓷基复合材料概念相结合，首次制备并报道了高熵超高温陶瓷基复合材料。相关成果发表于《复合材料B部分:工程》（Composites Part B: Engineering）。“高熵”是近年来出现的新的材料设计理论,其概念最初由高熵合金发展而来。随着高熵合金研究的不断深入，高熵的概念逐渐拓展到其他材料体系中。由于高熵效应的存在，高熵超高温陶瓷具有很多新奇的性能，使其成为超高温陶瓷领域的研究热点和重要发展方向。研究为耐极端高温陶瓷基复合材料及热结构的设计制备提供了全新的思路和解决方案。

 

促血管内皮化生物材料研究

 

华东理工大学材料科学与工程学院刘润辉教授课题组通过聚合物策略实现了选择性促进内皮细胞生长和促快速内皮化功能。相关成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）。血管内皮层作为血管的内部屏障，在许多生理和病理过程中发挥着关键的作用。然而，人工血管和血管支架植入等造成的内皮层损伤会导致平滑肌细胞的过度增殖、血小板活化等问题，最终引发内膜增生及血栓形成。因此，选择性促进内皮细胞生长和促快速内皮化是维持血管长期通畅的最有效策略之一。相关研究设计和发现了一种新的聚合物策略，实现了对内皮细胞显著的选择性和优异的促快速内皮化功能。

 

用于室温二维磁性半导体的超薄铁氧体纳米片

 

武汉大学物理科学与技术学院何军教授课题组报道了有关室温二维磁性半导体的最新研究成果。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。当前报道的二维铁磁半导体的种类相当有限，且大多具有远低于室温的居里温度和较差的环境稳定性，极大地限制了它们在自旋电子器件中的实际应用。因此，探索具有本征室温铁磁性的二维半导体材料及其简便可控的合成方法，对领域的发展具有重要意义。这项工作基于限域范德华外延技术，通过引入动力学生长来实现高质量二维铁氧体单晶的制备，其厚度最薄可至单个晶胞，具有远高于室温的居里温度和优异的环境稳定性，表现出厚度依赖的半导体特性和磁特性。

 

具有快充性能的新型电极材料

 

北京大学材料科学与工程学院庞全全团队与国内外科学家合作，在快充熔融盐铝电池领域取得重要突破。相关成果发表于《自然》（Nature）。文章报道了一种高安全不可燃、超低材料成本、可实现快充的熔融盐铝电池。研究团队通过使用一种低熔点的无机氯化物熔融电解质，成功替代了当前的离子液体，实现铝电池的高倍率运行、低电压极化及高能量效率；同时熔融盐电解质的热稳定性高，不可燃，使得电池体系具有高安全性，解决了大规模集成系统安全性方面的疑虑。另外，这一电池体系使用元素丰富的硫作为正极，在较低的温度——110℃下运行，表现出了高比容量及超快充特性。

 

全球变暖影响气候系统新认识

 

北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院杨韵等人联合中国海洋大学、国际南半球海洋研究中心（CSHOR），以及中国科学院海洋研究所合作者，报道了全球变暖减弱大西洋尼诺/尼娜变率的最新研究成果。相关成果发表于《自然·气候变化》（Nature Climate Change）。大西洋尼诺/尼娜是发生在大西洋的厄尔尼诺/拉尼娜现象，表现为夏季（6月至8月）赤道大西洋东部的海表温度（SST）异常增暖/变冷。大西洋尼诺事件不仅能够调节局地降雨，还能通过大气遥相关过程导致印度季风区雨量减少，并激发太平洋拉尼娜事件。大西洋尼诺/尼娜极大程度地影响着全球气候系统和人类社会与经济的可持续发展。

 

科学风险管理历经10年重大工程实践检验

 

中国科学院地理科学与资源研究所兰恒星课题组与合作者首次提出适用于电网重大工程的基于动力学的滑坡风险管理框架，具有动态性、交互性和可定制化特征。相关成果发表于《工程地质》（Engineering Geology）。风险管理是进行安全防控和重大决策的有效手段，当前的滑坡风险管理在考虑动力学过程方面存在不足。这一风险管理框架在国家重大工程“川藏联网”的灾害风险管理中得到应用。“川藏联网”是我国首个进藏的特高压电网工程，可以实地验证风险评估结果，制定风险控制措施，有效避让和缓解滑坡风险。2012年至今，滑坡风险管理框架支持了“川藏联网”重大工程建设和运营的“零死亡、零伤残、零缺陷”。

 

中国生态系统管理对减缓气候变化的贡献

 

中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室傅伯杰院士团队评估了中国生态系统管理对减缓气候变化的贡献。相关成果发表于《自然·气候变化》（Nature Climate Change）。通过保护、恢复和管理森林、草地、湿地和农田生态系统，可以增加固碳和减少温室气体排放，从而提升生态系统的净碳汇能力。通过对过去20年（2000—2020年）生态工程及措施实施的范围、规模、速度、效率进行系统性评估，对未来10年（2020—2030年）和未来40年（2020—2060年）生态系统管理各路径可实施的最大规模（考虑农田红线、树木存活率等限制因素）及其减缓潜力进行了估算，并估计了不同成本阈值内可以实现的最大缓解潜力的比例。

 

温室气体减排是来自结构效应还是技术效应？

 

大连理工大学经济管理学院孙晓华教授等人基于经济合作与发展组织（OECD）国家细分工业行业数据，采用指数分解方法对各国工业温室气体（GHG）排放的影响因素进行了比较分析。相关成果发表于《生态经济学》（Ecological Economics）。在过去20年中，作为世界经济的重要组成部分，OECD在促进绿色增长方面发挥了至关重要的作用，并在节能减排方面取得了丰富的经验。研究结果发现OECD整体的温室气体排放减少主要来自结构效应，具体各国温室气体排放变化的驱动因素存在异质性。此外，严格的环境监管与较高的研发强度有利于产业结构优化和技术进步，而可再生能源消费则具有非线性影响。

 

我国清洁空气行动的碳减排协同效益

 

清华大学地球系统科学系（以下简称“地学系”）张强课题组报道了2013—2020年中国清洁空气行动的二氧化碳减排协同效益。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。文章回顾和梳理了2013年《大气污染防治行动计划》实施以来，中国清洁空气行动中落后产能淘汰、工业燃煤锅炉整治、民用散煤清洁化替代、“散乱污”整治，以及淘汰黄标车及老旧车辆这5项协同减排措施。研究在自主研发的中国多尺度排放清单模型的基础上进一步构建措施级别协同减排效应评估技术，并根据各省实际落实情况量化了各项协同减排措施带来的能源供应和消费结构变化，最终核算出清洁空气行动产生的碳减排协同效益。

 

盐碱地变绿对地表温度影响的遥感多尺度评估

 

中国科学院东北地理与农业生态研究所于灵雪等人以吉林省西部大安市为研究区，利用卫星图像和无人机图像，获得了盐碱地和水田地表温度的多尺度数据，分析了盐碱地和水田在一年中不同月份和一天中不同时间的地表温度变化特征，并采用“空间代时间”的方法评估了盐碱地种稻对局地地表温度的影响。相关成果发表于《遥感》（Remote Sensing）。盐碱地种稻导致的反照率减小和升温效应与蒸散增强引起的降温效应的权衡决定了盐碱地种稻对地表温度影响的季节差异；水稻田蒸散的日变化特征和夜晚稻田的蓄热作用是盐碱地和水稻田地表温度昼夜差异的主要原因。

 

塔里木河流域农业能源消费碳排放研究

 

中国科学院新疆生态与地理研究所陈亚宁研究员团队基于“人水关系”定量评估了1989—2018年塔里木河流域农业能源消费碳排放的发展趋势，并从不同时期探究了农业能源消费碳排放的主要驱动因素，预测了未来农业能源消费碳排放的发展趋势。相关成果发表于《应用能源》（Applied Energy）。节水措施有助于减少能源消费碳排放并降低气温增高风险。依据预测结果，塔里木河流域农业能源消费碳排放量将在2030年前后达到峰值。虽然塔里木河流域农业能源消费碳排放量逐年增加，但随着水资源利用效率的不断提升，以及经济与生态环境的解耦效应，农业能源消费碳排放将实现碳达峰，并在合理调控下实现碳中和。

 

疏勒河中下游土地荒漠化敏感性评估

 

中国科学院西北生态环境资源研究院王振亭研究员团队集成多源GIS与遥感数据，识别荒漠化敏感区，引入变异系数法确定荒漠化敏感性的主要影响因素。相关成果发表于《中国沙漠》。疏勒河中下游地处极端干旱区，有限的水资源构成了自然环境极端脆弱的绿洲-荒漠生态系统，这一生态系统稳定性低且对外界干扰反应敏感。近几十年来受气候变化和人类活动影响，荒漠化日益加剧，对当地居民的生存和发展产生严重不利影响。研究表明，从绿洲内至绿洲外荒漠化敏感性逐渐升高，大致呈层状分布，表明人类活动对荒漠化影响显著，建议加强和巩固绿洲外围的防护体系建设。

（本栏目责编：黄雪霜）