冰冻圈物理研究的新视野

冰是冰冻圈核心物质,但不同冰冻圈要素因冰的含量及其他物质组成有所不同,物理性质及各种物理过程存在明显差异。经过20世纪中后期对冰的物理性质的大量实验研究和冰冻圈主要要素物理特征的广泛调查,冰的物理性质和冰冻圈主要要素物理特征的基本概念得以明确。随着冰冻圈科学体系的建立和服务于社会经济发展的需要,冰冻圈物理研究在3个方面要着力发展:(1)提高冰和冰冻圈要素物理性质的定量刻画精度,为过程模拟、冰冻圈灾害防治和冰冻圈服务提供关键参数支持;(2)加强冰冻圈主要要素综合物理过程的模拟研究,特别是要开展实体和相似性模拟实验;(3)推进冰冻圈多模式及其与其他圈层模式的耦合研究。     

方兴未艾的冰冻圈科学分支学科——冰冻圈气候学

20世纪80年代以来,现代气候系统理论的建立和发展推动了冰冻圈科学和气候学的交叉融合,进而催生了冰冻圈气候学。冰冻圈的形成演化和地球气候有着密切关系。冰冻圈不仅是一定条件下气候的产物,其变化也影响到天气和气候,影响人类社会经济和可持续发展。冰冻圈气候学就是研究冰冻圈变化与大气圈的互馈作用及其物理机制的科学。文章从介绍冰冻圈气候学的发展历史入手,系统阐释冰冻圈气候学的基本概念和学科特点。冰冻圈气候学重点研究冰冻圈在天气气候及大气环流形成与变异中的作用、冰冻圈-大气圈相互作用的过程与机理、气候系统和冰冻圈模式的发展、气候变化与冰冻圈变化的预估,以及冰冻圈气候学对经济社会的服务功能。继续深化对冰冻圈和大气圈相互作用过程与机理的认识,推动陆地冰冻圈、海洋冰冻圈和大气冰冻圈过程参数化方案向精细化、定量化、复杂性方向发展,特别是重点考虑冰冻圈不同分量和要素非线性作用的时空尺度,发展耦合冰冻圈过程的全球与区域气候系统模式是冰冻圈气候学的未来发展趋势。     

冰冻圈灾害特征、影响及其学科发展展望

冰冻圈灾害包括陆地冰冻圈灾害、海洋冰冻圈灾害和大气冰冻圈灾害,冰冻圈灾害分布广泛,对社会造成的损失和影响巨大。气候变暖导致冰冻圈灾害的发生频率和强度越来越高,使冰冻圈及其影响地区消除贫困、气候变化减缓与适应,以及经济社会可持续发展面临严峻挑战。早期,冰冻圈灾害学主要以单灾种的致灾事件、灾害影响和防治研究为主,且多集中于雪崩、冰湖溃决和冰川泥石流灾害。20世纪80年代以来,冰冻圈灾害学研究范畴扩大,冻土灾害、海冰灾害、冰凌灾害等得到广泛关注和深入研究。近10年,伴随冰冻圈科学体系的建立、完善,冰冻圈灾害学学科体系正在孕育发展,且在冰冻圈灾害风险、影响与适应方面进展显著。基于已有研究,文章详细阐述了冰冻圈灾害学学科内涵,评述了冰冻圈灾害时空特征及其综合影响,进而提出了未来冰冻圈灾害学学科建设和发展的建议。     

冰冻圈遥感：助力“三极”大科学计划

冰冻圈遥感学是冰冻圈科学体系中的一个重要分支,也是一门新型的交叉学科。文章对冰冻圈遥感学的研究对象及基本遥感方法进行了概述,并通过典型案例介绍了冰冻圈遥感的总体进展,重点对我国冰冻圈遥感的发展现状进行了简要描述。最后对冰冻圈遥感学的发展提出了建议,探讨了冰冻圈遥感助力我国即将开展的"三极"大科学计划。     

冰冻圈化学：解密气候环境和人类活动的指纹

冰冻圈化学是一门新兴学科,是冰冻圈科学的重要分支。自工业革命以来,人类活动排放的污染物深刻影响了冰冻圈的化学成分,而全球变暖导致的冰冻圈快速退缩,也影响到冰冻圈乃至全球的生物地球化学循环,并产生了显著的气候和环境效应。文章介绍了冰冻圈化学在冰冻圈科学体系中的定位,构建了冰冻圈化学的学科框架;通过举例阐明冰冻圈化学与气候和环境变化及人类活动的联系,特别是冰冻圈化学在全球变化研究中的作用;对当今冰冻圈化学相关研究热点进行了回顾和展望。冰冻圈化学研究的不断深入,将为应对人类所面临的气候和环境问题提供重要科技支撑。     

冰冻圈人文社会学的重要视角：功能与服务

冰冻圈与人类社会(人类圈)息息相关,随着全球变暖和冰冻圈普遍退缩,冰冻圈对人类社会的致利和致灾效应均在发生深刻的变化:一方面,冰冻圈灾害以频发的极端事件加剧呈现;另一方面,冰冻圈服务能力整体将不断减弱乃至丧失。文章在介绍冰冻圈核心区及其主要影响区域的人文社会特征基础上,对冰冻圈功能与服务及其价值理论进行论述,并以全球高山"水塔"的重要性和极地系统变化为例阐述冰冻圈功能和服务变化及其影响,最后进一步讨论了提升冰冻圈影响区社会生态-系统恢复力的路径。     

冰冻圈工程学助力互联互通基础设施建设

冰冻圈与气候变化、人类工程活动和社会经济发展具有极为密切的关系,冰冻圈变化及其引发的冰冻圈灾害使寒区工程建设和安全运营面临着巨大的挑战。冰冻圈各要素对重大工程影响具有显著不同的特点,冰川、积雪、海(河、湖)冰等主要以灾害方式影响重大工程的建设、安全运营和服役性。冻土作为工程构筑物的特殊地基土,冻融灾害和冻土热力学稳定性变化均会直接影响工程的稳定性。随着全球气候环境变化,冰冻圈各要素变化及其水文、生态环境、地表过程等变化均对重大工程产生显著的影响,需加强重大工程建设和安全运营与环境因素变化之间关系研究,重大工程安全保障技术也需更加综合地考虑气候和环境变化的影响。因此,气候和环境变化将成为未来冰冻圈区重大工程建设、安全运营和工程服役性必须考虑的重要因素。同时,"一带一路"基础设施建设不仅给冰冻圈工程学带来机遇,而且也使其面临更大的挑战。     

冰冻圈科学体系的建立及其意义

冰冻圈是气候系统五大圈层之一,其存在和变化对大气、水资源和水循环、生态系统、陆地和海洋环境以及社会经济可持续发展具有重要影响,在地球系统中扮演重要角色。从冰冻圈形成和变化机理与过程,与大气圈、水圈、生物圈和岩石圈相互作用,到冰冻圈变化的影响和适应,以及区域和全球经济社会的服务功能等的集成,发展成一门新兴交叉学科——冰冻圈科学。冰冻圈科学体系的建立和发展,与"未来地球""地球委员会"等倡导的方向相一致,具有国际前瞻性。     

冰冻圈水文学：解密地球最大淡水库

冰冻圈水体以固态存在,固态水融化后在流域、区域乃至全球尺度上影响水文、水资源和水循环。文章从水文学视角,重点从冰冻圈水文功能、融水径流过程及其影响、冰冻圈水文生态与环境效应等方面介绍冰冻圈水文研究的内容和最新进展。冰冻圈水文功能主要表现在水源涵养、径流补给、水资源调节3个方面。在气候变暖的背景下,冰冻圈水文过程已经发生了显著变化,冰川消融期提前,冰川融水径流增多;融雪期提前,多年冻土退化导致冬季径流增加,对流域径流的年内调节能力增加。预估未来气候变化情景下,冰川融水持续减少,其变化对我国西北地区的水资源管理带来更大挑战。冰冻圈水文过程变化也对寒区生态系统和生态工程、洪水灾害及可持续发展、乃至地缘政治有重要影响。     

冰冻圈微生物：机遇与挑战

近年来,冰冻圈微生物的研究受到广泛重视。冰冻圈的低温和严酷的生存条件,选择了具有独特适应性和多样性的微生物,这些微生物是地球生命系统和生物多样性的独特组分。冰冻圈微生物大多为冷适应微生物;其中,有许多新微生物类群,是极其重要的物种和基因资源。嗜冷微生物是揭示生物冷适应机制的模式生物,其细胞及细胞组分在低温生物工艺上显示出巨大的应用价值。冰冻圈中也封存着一些古老的未知致病性微生物。冰冻圈是地球上对气候变化最为敏感的圈层,地球的升温正加速冰冻圈的退化和消融,冰冻圈微生物赖以生存的生境正在消失,且伴随着微生物的释放。这些微生物的释放可能是人类面临的不可预知的威胁。因此,亟待开展冰冻圈微生物调查与研究,探讨其对全球变化的响应及其适应机制。     

从新冠病毒疫苗研发看我国战略科技力量建设

强化战略科技力量是实现科技自立自强的关键。我国新冠病毒疫苗研发取得阶段性胜利与国家战略科技力量有着密不可分的关系。文章从国内外新冠病毒疫苗研发现状入手,通过分析我国新冠病毒疫苗研发科研攻关的成功经验,进一步深入思考和探索我国战略科技力量的使命定位、顶层设计、强化方式,并就进一步强化我国战略科技力量提出相应的政策建议。     

美国国家科学基金会对融合研究的资助及启示

融合研究是促进科学技术发展的新范式,不仅会促进科学技术取得突破性发展,而且是解决21世纪人类面临宏大挑战的一种重要途径。文章考察了融合研究的内涵和特点,以及美国国家科学基金会(NSF)融合研究的概念;根据NSF十大投入计划和新的战略规划(2018—2022年),指出发展融合研究在NSF中的战略地位;分析NSF支持融合研究的基础和融合项目的特点,并对第一批融合项目的实施作了介绍;总结出NSF支持融合研究可供借鉴的若干结论,并对我国发展融合研究提出若干建议。     

建设生命健康科技强国的路径思考

科技强国战略为中华民族的伟大复兴指明了方向和道路。文章结合中科院"干细胞与再生医学研究"战略性先导科技专项在执行过程中的经验,从科研规划与决策、科技管理、成果转移转化、营造科研创新环境等几个方面阐述了关于建设生命健康科技强国及其实现路径的体会,期望与广大科技工作者一起为我国未来科技强国建设作贡献。     

异质性科技金融﹑国际创新合作与中国经济高质量发展

在高质量发展背景下,中国需着力提高全要素生产率﹑推动全社会技术进步,而具有不同特性且数量持续增长的风险投资﹑科技信贷和公共财政在中国科技创新中扮演着不同的角色并存在异质性的作用,有必要进一步探明异质性科技金融和国际创新合作在中国经济高质量发展中所扮演的角色,为明确推动中国经济高质量发展的实现路径提供参考。借鉴双元创新理论构建理论概念模型,并将国际创新合作作为调节变量,应用有调节的中介效应模型,采用计量经济学方法实证探讨异质性科技金融在中国科技创新中的角色,以及比较风险投资和科技财政等不同科技金融工具的作用大小,以揭示中国经济实现高质量发展的运行机制。主要发现：异质性科技金融中,风险投资的作用最大;中国自主创新对全社会技术进步的作用显著为正;国际创新合作正向调节国外技术引进推动中国全社会技术进步的过程,当国际创新合作程度很低时,技术引进对全社会技术进步的作用方向为负。基于研究发现,提出建议：改革创新融资方式,大力培育风险投资市场;将经济高质量发展的立足点始终放在中国科技的自立自强上;坚持对外开放战略,积极推动国际创新合作;加强技术引进的创新绩效考核。