全球变暖下极端降雨响应的区域特征研究

极端降雨天气常导致洪涝和泥石流等重大气象灾害，给人身安全、社会经济和生态环境带来极大影响。近年来在全球暖化的气候背景下，全球范围内很多区域的强降雨等极端天气的发生概率或强度也显著增加，对社会的灾害应对能力提出了严峻的挑战。极端降雨的气候响应有着很强的区域特征（图1），理解这些区域特征至关重要。 研究使用一种新颖的分析方法将极端降雨气候响应分解为干动力学部分（大尺度扰动强迫）和湿动力学部分（小尺度对流的潜热反馈），并且通过一个理论模型将干/湿动力学耦合起来。对多模式模拟结果的集成诊断分析发现：干动力部分在低纬度地区显著减弱、在中高纬度地区增强；湿动力部分则是低纬度增强，随着纬度的增加增幅减小。研究进一步为湿动力学部分构建了一个理论模型，使用一个简单的方程揭示了潜热反馈和大气水汽之间强的非线性关系。此理论模型很好的解释了全球增暖下大气水汽的增多和静力稳定度的变化导致的极端降雨中对流潜热反馈的变化（图2）。研究结果为极端降雨气候响应的区域特征提供了定量直观的解释，系统阐明了造成极端降雨气候响应分布特征的机制，有助于改进极端降雨的气候预测。

北京大学 2021-04-11

可应用于极端环境下的柔性纳米电缆

发展了一种Si-Mn-O玻璃态物质中控制Si-Mn形核、生长的动力学方法，实现了毫米级长度的Mn5Si3 @SiO2柔性纳米电缆（图1）。单根纳米线中，不论壳层厚度、还是电芯尺寸均表现出令人吃惊的均匀性（尺寸波动<4%），同时展现出极好的柔性与自支撑特性，不同弯曲程度下电阻几乎没有任何变化。统计电阻率数值为1.28 - 3.84×10-6 Ωm，最大耐受电流为1.22 - 3.54×107 A cm-2，分别为同等测试条件下同等尺寸银纳米线的10倍与1/3。这样一根导线在300℃的温度下，24小时的测试时间内，电阻率保持不变，证明其能够长时间在高温环境中正常工作。

中山大学 2021-04-13

恶劣天气下激光助视距离选通夜视成像装置

Ø  成果简介：激光助视距离选通夜视成像技术利用近红外脉冲激光照射目标场景，并在目标场景反射光到达光电成像系统时将成像系统选通开启，可有效滤除照明路径上的后向散射，大大提高了光电成像的图像信噪比和对比度。主要用于恶劣气象(黑天、雾/霾、雨/雪等)条件下的远距离光电成像观察，较传统工业摄像机模式具有更远的观察距离和图像清晰度。本项目在军口十五预研距离选通成像关键技术和863计划脉冲激光距离选通成像系统集成与精密控制电路研究的基础上，进一步研究解决了大功率半导体激光器的高速脉冲发射、

北京理工大学 2021-04-14

恶劣天气下激光助视距离选通夜视成像装置（产品）

成果简介：激光助视距离选通夜视成像技术利用近红外脉冲激光照射目标场景，并在目标场景反射光到达光电成像系统时将成像系统选通开启，可有效 滤除照明路径上的后向散射，大大提高了光电成像的图像信噪比和对比度。 主要用于恶劣气象(黑天、雾/霾、雨/雪等)条件下的远距离光电成像观察， 较传统工业摄像机模式具有更远的观察距离和图像清晰度。本项目在军口十五预研距离选通成像关键技术和 863 计划脉冲激光距离选通成像系统集成与 精密控制电路研究的基础上，进

北京理工大学 2021-04-14

在高温热泉极端环境烷烃代谢的微生物进化与起源

滇藏热泉生态系统中蕴含着丰富的微生物资源，包含大量的系统发育位置未知且功能奇特的神秘、新颖的微生物类群。课题组结合宏基因组学测序技术和生物信息学手段从中重构出14个具有甲烷/烷烃代谢能力的微生物基因组（图1），其系统发育多样性极高且独特，广泛分布于韦斯特古菌门、哪吒古菌门(Nezharchaeota)等TACK超级门中。值得一提的是，该课题组首次于奇古菌门(Thaumarchaeota)中发现其具有产甲烷功能。此前，奇古菌门以其好氧氨氧化能力而为众人所熟知，而课题组首次对其厌氧状态下产甲烷能力的发现表明我们目前对此门认知的局限性，神秘的自然界或将远远超出我们的认知。此外，组学技术的发展或将指引我们对其进化历史进行更全面的认知。课题组对这些未知生命的代谢特征进行了揭示，并发现除却传统的氢营养型产甲烷菌外，还有多种氢依赖的甲基营养性产甲烷菌，他们可吸收热泉生态系统中多种甲基底物以完成甲烷的产生（图2）。通过进化基因组分析，课题组还对古菌祖先的进化起源进行了推测，研究发现对于具有产甲烷能力的微生物类群，其甲烷代谢关键基因mcrABG相对较为保守，并无明显的水平基因转移时间发生；而对于烷烃氧化的微生物类群，水平基因转移对其多样性塑造有着深远影响。基于甲烷代谢基因的保守性，课题组对其祖先序列进行了序列重构，从而来推测祖先序列的最适生长温度，结果表明具有mcrABG标记基因的微生物类群或起源于高温生境（图3）。另外，由于 TACK和ASGARD超级门中，以及广古菌门中大部分支系均具有甲烷/烷烃代谢能力，且相应微生物相比其它同支系微生物有着更为悠久的进化历史，因此，课题组猜测地球早期生命中，古菌的祖先或具有甲烷和烷烃代谢能力。

中山大学 2021-04-13

关于发布极端条件电磁能装备科学基础重大研究计划2022年度项目指南的通告

国家自然科学基金委员会现发布极端条件电磁能装备科学基础重大研究计划2022年度项目指南，请申请人及依托单位按项目指南中所述的要求和注意事项申请。

国家自然科学基金委员会 2022-10-14

生科院钟伯坚研究组揭示南极嗜冷绿藻基因组水平适应极端环境的分子机制

我校生命科学学院钟伯坚教授研究组联合自然资源部第一海洋研究所等科研单位，对南极海冰生态系统特有的南极衣藻进行了基因组适应性进化研究，为理解南极植物适应极端环境的分子机制提供崭新的思路。 该研究利用三代PacBio测序、二代Illumina测序、10× Genomics和高通量染色体构象捕获技术（Hi-C）获得了南极衣藻高质量的全基因组序列，其基因组总长度为541.86Mb（Scaffold N50达到19.23Mb）。南极衣藻基因组是目前已知最大的绿藻基因组，其基因数目也是绿藻基因组中最多的，共编码19870个基因。基因组结构分析发现重复序列占其基因组序列的63.78%，重复序列含量为已发表绿藻基因组中最高。转座元件（TE）是基因组重复序列的主要组成部分，占整个基因组序列的40.67%。分析表明南极衣藻的反转录转座子发生了明显的扩张，是造成其基因组增大的主要原因。 本研究估算了南极衣藻的分化时间大约为34个百万年，与德雷克海峡开放导致南极极端低温形成的时期一致，推测南极衣藻的起源与南极极端低温的形成有关。研究发现南极衣藻通过水平基因转移的方式获得了冰结合蛋白，该蛋白可以与小的冰晶结合，具有抑制冰结晶和生长的功能。通过进一步的功能实验证实了南极衣藻中的冰结合蛋白具有提高生物抗冻能力的作用。因此，推测冰结合蛋白的获得对南极衣藻避免冰冻损伤和适应海冰中极端低温的环境十分重要。

南京师范大学 2021-02-01

北京大学物理学院极端光学研究团队在非厄密拓扑光学研究取得重要进展

北京大学物理学院、纳光电子前沿科学中心、人工微结构和介观物理国家重点实验室“极端光学团队”胡小永教授和龚旗煌院士等在非厄密拓扑光子学研究中取得重要进展：发展出一种研究新型增益-损耗畴壁拓扑光学体系的有效哈密顿量新方法，揭示了由增益-损耗畴壁诱导的拓扑态的产生机制。

北京大学 2022-08-26