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促使区域雾霾形成 趋势与辐射强迫变化的新机制
北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院张芳副教授与美国Texas A&M University张人一教授团队开展合作研究,揭示区域雾霾形成的新机制,与驱动我国雾霾的长期趋势和辐射强迫变化的主要原因。研究显示,近几年,我国虽然重度雾霾发生频率减少,但中/轻度雾霾仍然频频发生,这主要由于在低的SO2浓度和中等相对湿度条件下黑碳(BC)表面的催化氧化反应所引起的颗粒物快速增长所造成。新发现的这种反应机制会增强BC气溶胶对大气的加热和对地表的冷却效应,降低边界层高度,加剧雾霾的发生和发展。但同时,增强的大气加热和地表冷却效应几乎可抵消,因此对大气层顶的总辐射强迫几乎无改变。研究结果表明,近期国家对工业源减排有效的减少了空气中SO2的浓度, 但控制SO2的浓度仅减少重度雾霾的发生频率,不会根本消除重度雾霾的发生与减少轻/中度雾霾发生的频率。指出需同时控制一次排放的黑碳以及其他污染气态物(NOx和NH3等)。 该成果第一作者为北京师范大学全球院张芳副教授。参加研究的其他团队还包括中科院大气物理研究所孙业乐研究员团队等。本研究得到国家自然科学基金和科技部国家重点研发计划资助。成果于北京时间2月10日发表在美国著名科学期刊《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America,缩写PNAS)上。 由于一系列强有效的减排措施,自2013年以来我国重度雾霾(日均PM2.5>200 μg m-3)发生的频率已明显减少。但研究团队基于长期观测资料的分析显示,过去15年(2004-2018年)轻/中度雾霾(PM2.5=100-200 μg m-3 )天数平均达到全年的30%(~113天),且近几年并未呈下降趋势(2013和2018年分别达到176和227天),及重度雾霾的时有发生。如何解释这种雾霾的形成与趋势,仍然是我国研究学者所面临的具有挑战性的前沿科学问题。 本研究论文基于长期观测资料及短期强化观测、实验室烟雾箱模拟以及模型计算等多种手段和方法,从中国近几年强减排、强控制的情境下但雾霾仍然频频发生为着重点,针对我国高浓度水平的一次细颗粒物黑碳(Black Carbon, B)和气态前体物,设计并控制不同湿度条件开展了新鲜排放的BC暴露在大气中最常见的气态污染物(SO2,NO2和NH3)中的烟雾箱模拟实验,揭示BC表面催化SO2的氧化反应过程中硫酸盐的形成和增长、化学机理和影响因素。研究团队发现在极低的SO2浓度(几个ppb)和中等相对湿度(40%)下该反应就可快速生成PM2.5中的主要成分硫酸盐。进一步将实验室烟雾箱的结果应用到实际大气中硫酸盐生成的估算中,发现通过这种BC表面的催化反应途径对中/轻度雾霾和重度雾霾期间硫酸盐总量的贡献分别达到了90-100%和30-50%。此外,基于辐射传输模型模拟计算,还发现该反应机制显著增强了BC气溶胶对大气的加热和对地表的冷却效应,而这种反应机制对大气层顶的净辐射强迫的改变却很小。因此,这种新的机制不仅解释和厘清了为何在大力减排SO2的情境下,我国近几年中/轻度雾霾仍然频频发生的原因和化学机理;首次指出BC气溶胶对区域环境产生重要影响,对全球气候辐射强迫的贡献则可能微乎其微。该研究成果对我国及世界发展中国家合理制定减排措施以治理雾霾、改善空气质量及应对气候变化均具有切实有效的理论指引意义。 论文第一作者我校全球院张芳副教授多年来一直从事大气化学、大气物理以及全球气候和区域环境领域相关的研究,基于多种手段和方法(外场观测、烟雾箱实验和模型模拟等)开展大气细颗粒物(气溶胶)及其环境气候效应研究。近几年的研究主要集中在区域大气细颗粒物理化特性、二次转化和形成、老化和混合状态、吸湿核化(CCN)及其环境气候效应。相关成果发表在PNAS、Atmos. Chem. Phys.、Geophys. Res. Lett.、J. Geophys. Res.、Atmos. Environ.等领域内权威期刊等近70篇,Google 学术SCI总引1600余次, H-index 指数 19。
北京师范大学 2021-04-10
解析致病菌细胞壁成分胞壁酸翻转酶结构功能机制
中国科大陈宇星教授、周丛照教授和孙林峰教授课题组合作阐明了金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)胞壁酸(WTA)翻转酶TarGH转运WTA的机制和TarGH特异性抑制剂Targocil的抑制机制。该研究成果在线发表在微生物领域专业杂志mBio上。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是主要的临床致病菌之一,其引发的感染难以治愈甚至可能致死。由于近年来抗生素滥用,出现了对所有的β-内酰胺类药物都具有抗性的MRSA菌株。研究表明S. aureus细胞壁主要成分WTA是引起耐药性的关键因素之一。在革兰氏阳性菌中,WTA是一类共价连接在肽聚糖上的阴离子多聚物。WTA在细菌分裂、生物膜形成、宿主定殖以及细菌感染等过程中起着重要作用。因此,WTA合成路径中的关键酶是新型抗菌药物的重要靶点。在S. aureus中,WTA合成前体是N-乙酰葡糖胺修饰的多聚核糖醇长链,其通过共价键连接在锚定在细胞膜上的脂质载体Und-PP上。该Und-PP连接的多聚核糖醇长链前体先在细胞内完成合成,最后通过ABC转运蛋白TarGH翻转出细胞膜。作为最具潜力的抗生素靶标之一,TarGH及其抑制剂得到广泛研究。先导化合物小分子Targocil是近期被鉴定出来特异性抑制TarGH效率较高的抑制剂,但是其抑制的分子机制并不清楚。为阐明TarGH转运WTA的机理以及Targocil的抑制机制,作者用冷冻电镜方法,解析了金黄色葡萄球菌WTA翻转酶TarGH的同源蛋白,来自Alicyclobacillus herbarius菌的TarGH结构。其同源性为50%。TarGH结构总体分辨率为3.9 Å,其核心结构区域分辨率达到3.6Å。由于未结合ATP,TarGH结构处于开口朝向细胞内的构象状态。基于结构,作者计算出了底物转运通道,通过对组成通道的氨基酸残基性质分析并结合生理实验,阐明了底物特异性识别机制。通过结构比对作者提出TarGH及其同源蛋白利用“曲柄连杆”原理来实现底物转运的分子机制。具有类似结构特点的ABC转运蛋白都可以利用这一机制通过相对微小的总体构象变化转运较大的底物。作者进一步通过生化实验和计算机模拟确定了Targocil结合TarGH的精确位点,并阐明了其抑制TarGH转运胞壁酸的分子机制。
中国科学技术大学 2021-04-10
发现太阳大气中磁通浮现时期的磁绳形成机制
利用磁场外推发现90%的事件在耀斑发生前存在磁绳结构,并且磁绳的三维结构比理论模型复杂得多。进一步的研究发现,当磁绳的torus不稳定性参数(即衰减因子)大于1.3或者kink不稳定性参数(即磁力线缠绕度)大于2时,90%以上的事件是爆发型耀斑;而且在所有事件中,利用以上两个参数可以成功判断70%耀斑事件的类型。因此,这两个参数及其阈值可以为预报耀斑是否爆发提供重要参考。  大气科学学院周振军副研究员及合作者通过分析2010年7月至2013年2月的16个失败太阳暗条爆发的磁场和三维爆发形态,给出了控制磁绳爆发的关键参量,除了经典的衰减因子以外,暗条顶部的旋转也是其中的一个重要影响因素。通过构建衰减因子和旋转角度的相空间分布,他们发现达到或超过衰减因子之后,所有的爆发都具有强的旋转(50°到130°)。这种旋转可能引发内部或者外部的磁场重联,进而破坏磁绳的结构,并最终导致失败爆发。这一成果说明磁场重联在决定磁绳是否爆发中起到了重要作用,突破了原有的单一控制因素决定磁绳爆发的理论。
中山大学 2021-04-13
揭示自噬调控植物根分生组织活性的新机制
该研究发现,植物根尖特异的组成型自噬通过ATG8蛋白与过氧化物酶体跨膜转运蛋白ABCD1相互作用,调控过氧化物酶体的稳态及其介导的细胞内活性氧和生长素水平,参与应答高浓度葡萄糖信号及抑制根分生组织活性(见图1)。这一新发现为解析能量代谢与自噬之间的调节关系、丰富植物细胞葡萄糖信号转导通路等提供了重要的分子证据。 地上部产生的葡萄糖通过长距离转运,能够作为信号分子调节地下部根的分生组织活性来抑制根的伸长生长,但具体的作用机制还不清楚。 发现拟南芥根中组成型自噬位于葡萄糖受体HXK1和能量信号受体KIN10下游响应葡萄糖信号,并通过与ABCD1互作调节过氧化物酶体的功能,同时影响根中活性氧平衡和生长素水平,进而维持葡萄糖对根分生组织活性的调控。该研究首次揭示了自噬调控根分生组织活性的重要生物学功能,对于深入理解葡萄糖信号通路和自噬通路的相互对话具有重要的科学意义。
中山大学 2021-04-13
多铁BiFeO3薄膜反铁磁序应变调控机制
BiFeO3薄膜反铁磁序的研究是理解磁电耦合效应和实现电场控制磁性的前提,然而观测反铁磁结构实验手段有限,薄膜中多个铁弹畴的存在进一步使其分析更为困难。因此,BiFeO3薄膜反铁磁结构及其应变调控的物理机制一直还存在争议。 研究发现应变可大幅度调控反铁磁磁矩朝向,且在大的拉应变作用下反铁磁磁矩朝向与铁电极化的垂直关系被打破,结合第一性原理揭示应变对反铁磁序的调控是由Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用和单离子各向异性间相互竞争导致;该工作打破了之前一般认为的Bi
哈尔滨工业大学 2021-04-14
江苏地区烟粉虱的暴发成灾机制及可持续控制技术
该成果从烟粉虱的越冬、田间扩散、暴发机制、田间种群动态等方面研究江苏地区烟粉虱种群的形成规律及成灾机制,提出了烟粉虱的控制策略、用药原则和控制技术。研究成果在江苏推广应用,可使化学农药用量减少 10~15%,取得了显著的经济效益和社会效益, 2012 年获全国商业科技进步奖二等奖。
扬州大学 2021-04-14
一种基于自适 应调整策略的DRX 机制通信方法
项目简介: SG 网络系统下, 机器类通信 (Machine Type Comm unication-MTC) 变得
西华大学 2021-04-14
中国农大孙文献教授团队揭示稻曲病菌致病新机制
该研究以稻曲病菌富含半胱氨酸蛋白SCRE6为研究对象,证实了SCRE6是稻曲病菌中发挥重要毒性功能的效应蛋白;通过生化实验揭示了SCRE6是一个以水稻免疫负调控因子OsMPK6(Mitogen-Activated Protein Kinase 6)为靶标的酪氨酸蛋白磷酸酶。
中国农业大学 2022-05-31
高频双偏心声波振动钻进驱动器及其减振结构    
本专利涉及一种高频双偏心声波振动钻进驱动器,属于环境钻探技术领域和工程装备技术领域。包括:1.利用充气式隔振器,分别斜向布置于振动体的斜上方和斜下方,使振动能量转化为气体热能散发到大气中,从而达到减振目的;2.减振箱体利用一体化冷轧制造工艺可以避免应力较为集中的焊缝,且类椭圆形结构可以起到缓冲减振作用,增加使用寿命;3.通过控制使两偏心轴保持同步反向运动,具有换向作用的轮系结构强制使两偏心轴同步反向运动,最大化的保证偏心运动产生的水平激振力相互抵消。4.在振动钻机上加装法兰连接件和多级螺纹结构,增大了螺纹寿命、强度,以及钻具级配需要。
中国地质大学(北京) 2021-02-01
欠驱动非线性桥式吊车自动控制系统设计
项目的背景及目的 桥式吊车是一种十分常见的装配运输工具,在港口、仓库、建筑工地等场所得到了广泛的应用,当前,对于桥式吊车主要还是通过有经验的工人来进行操纵的,存在着培训周期长,劳动强度大,工作效率低,安全性不高等缺点。为此,设计一套操作方便的吊车自动控制系统,可以提高吊车系统的工作效率与安全性能, 并将工作人员从当前这种艰苦的工作环境中解放出来。 技术原理与工艺流程1)桥式吊车自动控制系统设计 桥式吊车自动控制系统主要包括三个部分:吊车控制单元,工作空间监控单元,和操作单元。控制单元是整个系统的核心部分,它主要负责吊车的作业控制。该单元接收来自操作员的命令,还接收来自工作环境监测单元的环境信息,从而实现自动避障或紧急制动。监测单元主要由多个CCD摄像头和图像处理器构成,主要包括两方面功能:将采集到的环境图像实时地传输到操作单元;对环境信息进行处理,得到障碍位置信息传输给控制单元以实现自动避障。操作单元是桥式吊车自动控制系统的人机接口。 2)桥式吊车实验平台 桥式吊车实验平台主要由机械主体,驱动装置,测量装置和控制系统四部分组成。机械主体是指桥式吊车的机械部分。驱动部分根据控制量来为机械部分提供相应的力/力矩,从而实现对负载的安全、平稳运送。控制系统的控制命令是跟据吊车系统的动力学模型以及实时状态反馈来在线计算的,而实时状态的反馈则通过测量部分(主要包括编码器等传感元件)来完成。 主要技术性能指标Ø 桥式吊车自动控制系统桥式吊车实验平台主要技术指标:l  负载定位精度:5mm。l  负载摆角抑制:-10度~10度。l  具有负载紧急制动能力。l  友好的人机界面。Ø  桥式吊车实验平台主要技术指标:l  外形尺寸:2m×1.2m×0.5m。l  控制周期:<1ms。l  控制方式:力控制。    技术水平及用途 本项目得到天津市自然科学基金项目支持,应用行业  1.运输 2.工业 3.建设。本项目的应用可以提高桥式吊车系统的工作效率与安全性能, 既可将工作人员从艰苦的工作环境中解放出来,又可以增加桥式吊车在危险、极端环境下的作业能力。此外,本项目所设计开发的桥式吊车实验平台,也可以用于各大高校研究所进行非线性欠驱动系统教学、科研的平台。 应用前景分析及效益预测本项目的研究成果,可以有效地提高桥式吊车系统的装运效率,减小系统操作复杂度,降低劳动强度,增加系统的安全可靠性。从而将科学技术转化为生产力,创造出良好的经济效益。同时,随着素质教育的进一步深化,各大高校正不断地寻求良好的实验平台以提高学生的动手能力和学习兴趣,桥式吊车作为一种典型的欠驱动非线性系统是一个很好的研究对像,因此,项目组所设计开发的桥式吊车实验平台在教学、科研上也有广阔的应用前景。
南开大学 2021-04-11
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