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  今年的诺贝尔物理学奖颁给了天体物理领域,其中一位获奖者詹姆斯·皮布尔斯在宇宙学领域做出了许多开创性工作,在宇宙微波背景辐射和宇宙结构形成方面有非常大的贡献。  笔者这篇文章的主角也将在这一领域发挥它的优势。阿里原初引力波探测计划(简称阿里计划)是我国第一个地面原初引力波探测实验,将建设一台国际一流的宇宙微波背景辐射(简称CMB)偏振望远镜,在我国西藏阿里地区海拔5250米的台址上开展对原初引力波的精确测量,探索宇宙起源。  什么是原初引力波  当代宇宙学认为宇宙始于暴胀,广义相对论预言,暴胀过程中时空剧烈的膨胀将产生原初引力波,其物理本质是暴胀过程中时空本身的量子涨落。  暴胀预言的原初扰动为高斯随机场,分布于整个宇宙当中,并不局限在某个特殊的领域,因此,原初引力波是一类背景引力波。经过近137亿年的演化,它的主要频段分布在阿赫兹到飞赫兹,属于引力波家族中频率最低的一类。它完全不同于美国LIGO(激光干涉引力波天文台)实验组探测到的来自黑洞、中子星并合产生的高频引力波。  原初引力波是检验暴胀及其他候选早期宇宙论,如反弹、循环等模型,探索宇宙起源的唯一有效途径,被誉为当代宇宙学的“圣杯”。国际上,原初引力波至今未被观测到,是宇宙学一大热点前沿。  原初引力波的探测  由于原初引力波的存在,将影响光子在最后散射面上的分布,从而会在CMB上留下特殊的印记——原初B模式偏振,因此,对CMBB模式偏振的精确测量为探测原初引力波提供了有效途径。  微波实验可以通过空间卫星、高空气球及地面微波望远镜开展观测。自1965年微波背景被发现以来,已经先后有三代空间卫星给出了精确测量,气球实验于本世纪初最先提供了大尺度上对CMB功率谱的高信噪比测量,并给出平坦宇宙的测量结果。之后的普朗克卫星对温度功率谱作了更为精确的测量。  对CMB偏振的精确测量,从而探测原初引力波是该研究领域下一个重要核心科学目标。然而,在普朗克卫星之后,目前尚未有立项的空间CMB卫星项目。而地面CMB观测,以其精度高、建设周期短、成本较低,风险小等优势将成为近期研究的主要手段。  地面CMB探测实验已经给出对微波光子偏振的精确测量。现在有一些正在开展观测的CMB实验。也有一些正在建设的天文台,均分布在南半球的南极极点和智利的阿塔卡马沙漠台址。我国的阿里原初引力波探测计划的主要科学目标聚焦于原初引力波以及检验CPT对称性。  引力波探测对环境要求苛刻  地面CMB探测对台址观测环境要求苛刻,需要极高的大气透射率。大气中所含水汽是CMB偏振观测的主要噪声来源,水汽不仅吸收CMB光子,而且在CMB观测的微波频段产生大量噪声辐射。海拔高、大气干燥是对CMB观测台址的基本要求。  基于全球大气模型及气象数据分析结果显示,地球上可以开展CMB观测的台址包括南半球的南极、智利的阿塔卡马,和位于北半球的我国青藏高原以及格陵兰岛。目前,已经完成或正在运行的以探索原初引力波为主要科学目标的地面CMB偏振实验都位于南半球的南极或智利,无法覆盖北半球天区。  我国青藏高原位于冈底斯山脉西部、喜马拉雅山脉东侧背风面,冬季尤其干燥。阿里地区地域辽阔、地貌丰富,广袤的山脊为开展微波探测提供了理想的观测条件。利用NASA气象卫星数据过去几十年积累的气象数据分析发现,阿里台址在观测季(每年10月至次年3月间)大气平均水汽含量约1毫米左右,保证了开展微波波段观测所需的大气透射率,其观测条件与智利天文台相当。  从开展CMB观测方面考虑,阿里地区处于最理想的中纬度区域,充分利用地球自转,可见天区覆盖接近全天的65%,利于开展大天区扫描,并能很好地与南半球已有的观测台址互补,有助于实现由地面探测CMB的全天覆盖。基于普朗克卫星已有的高频测量结果显示,北半球天区存在大片前景辐射低的干净天区。瞄准干净天区进行深度扫描,有助于率先发现原初引力波,同时覆盖部分南天,与现有南半球实验形成有力的互补,利于不同实验间的交叉检验。  观测站建设现状及未来目标  阿里计划于2014年由中科院高能物理研究所张新民团队提出,2016年正式立项。阿里计划将充分利用青藏高原的海拔优势,建成世界上海拔最高的原初引力波观测站,打开北天地面原初引力波观测的新窗口,开展对CMB偏振的精确测量,并与南半球台址在地域上形成有利的互补,成为地面CMB探测的三大基地之一。  阿里原初引力波观测站海拔5250米,经过两年多的发展,已完成台址基础建设。  阿里计划前五年(2016—2021年)将集中于AliCMBPolarizationtelescope-1号望远镜(简称AliCPT-1)的建设、观测及相关的科学研究。  AliCPT-1将采用对微波信号极其灵敏的超导边缘相变探测器(transitionedgesensor,简称TES)。TES是当前主流的CMB望远镜探测器。随着探测器技术的发展,目前科学家们已经能够将上千个TES探测器集成在一个4到6英寸的模板上,做成探测器模块,摆放到望远镜的焦平面上,来开展对微波信号的精确测量。  目前AliCPT-2号正在规划之中,为下一个五年内的主要研究目标。同时,阿里计划将研制更大口径的CMB偏振望远镜,开展更多频段的观测,其科学目标将扩展至包括中微子质量、暗能量物理本质等宇宙学领域的研究。  (作者:李虹,系中科院高能物理研究所研究员)

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  近期,习近平总书记在郑州主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会并发表重要讲话。笔者着重就黄河流域的高质量发展谈谈如下初步认识。  黄河流域有丰富的自然资源。近年来,黄河流域在生态建设、环境治理等方面取得了突破性的进展。黄河流域与黄河所经地区的战略地位是极为重要的。然而,在实现国家发展全面深刻转型过程中,黄河所经地区面临的任务颇为艰巨。既要巩固以黄土高原治理为中心的水土资源调控成果,保护正在改善中的植被生态系统,同时还要考虑黄河下游对水资源的需求,以使上中下游利益得到兼顾。  在黄河所经省区范围内,各具特色的区域经济发展,已经取得了很大成就,而且潜力很大。但是需要明确的一点是,依靠资源优势、国家支持等原有理念,实现全面深刻转型,已经不够了,应一步一步抓好高质量发展,持之以恒地治理环境、保护生态、保障黄河安全。黄河流域经济高质量发展有如下几个方面需要考虑。  黄河所经区域是新中国成立以来我国一次能源(煤炭)与二次能源(电力)最主要的生产基地与供应基地。直到今日,其煤炭产量仍然占全国煤炭总产量的70%。这个数字大约占我国一次能源生产量的40%。今后,大力促进以煤为主的化石能源的清洁高效利用,继续加强其下游转化的技术开发与应用,是实现我国能源安全、建立可持续的能源保证的重要基础。  黄河所经地区,多种工业设备制造、特大型与重型设备制造、电气工程设备制造、信息元器件与信息设备制造、新型材料研制等,均有相当优势。但值得考虑的是,全国新区新城总体上已经“饱和”,即没有足够的经济要素特别是创新要素进入新区新城。要防止热衷于铺新摊子,特别是在战略性新兴产业、先进制造业领域,考虑到黄河流域各地的基础,在政府主管部门的指导下找准方向、确定位置,有重点、有步骤地推进。  黄河所经地区的中心城市,特别是各省会城市(自治区首府),长期以来发挥了各地区经济增长的统领作用,实现了经济高速增长、成就突出。现阶段,多数大城市仍然非常有活力,如果结构调整取得实质性进展,前景依然光明,关键是不要谋求走捷径。城市发展有其自身规律,要“尊重规律、顺势而为”,对城市发展的潜力与要素支撑作出科学判断。这些大城市在过去几十年一直不停顿地搞大开发,也留下不少问题。现在一些省会城市(自治区首府)认为自身缺乏高端制造业、高端服务业及其辐射能力,没有成为跨省域的龙头城市,甚至被省(区)内非省会城市(自治区首府)在发展活力与竞争力方面赶了上来,这些省会城市(自治区首府)觉得自身发展速度上不去,就有些急躁了。  笔者认为,各地应落实好国家发展的全面深刻转型,一步一步抓好高质量发展,治理环境、保护生态,要学习上海等大城市过去20多年来在前瞻性思想指引下逐步转型发展的经验,不再搞粗放式的大开发,促进一批省会大城市(省会级大城市)联合与其具有较密切经济社会联系的城市与区域,逐步实现一体化发展,形成区域竞争优势,推动大城市区的高质量发展。  近年来正在兴起的大规划与粗放式大开发的态势值得高度警惕,主要表现为功能与目标过于宏大、离谱;通过合并行政区,组成特大城市,做大做强;产业发展单凭主观臆断,规划建议不切实际;空间结构大扩张,地域开发处处皆重点等。长此以往,高质量发展便难以落地,转型亦无法达标。  黄河所经区域是我国传统农区,现阶段具有庞大的种植业与农区畜牧业,农业商品化生产规模日渐扩大,在国家粮食安全、优质农畜产品供应与出口生产方面具有重要的保障作用。今后转型发展在加强集约型高品质的农畜产品生产方面,潜力很大。  黄河沿线地区需要做好保护耕地资源的工作。以往二十多年优质耕地消失量很大,这是很可惜的。在黄河流域范围内,生态建设与保护、水资源的合理利用需要有一盘棋的理念。  黄河中上游地区有大面积的革命老区与民族聚居地区,要着力搞好乡村振兴,稳妥推进新型城镇化,踏踏实实提高交通、饮用水、医疗与公共卫生、教育等服务水平,改善生活环境,逐步实现公共服务均等化的目标。与此同时,要比以往更注重发展中小企业与民营企业,增加就业,发展中小城镇。  最后还需说明的是,是否具有航运之利及意义的大小,是衡量今天世界上长大河流在所在国家的经济意义的基本标准。黄河没有航运之利。  以通航与通航能力以及包括铁路、公路等客货运输能力、能源输送能力等作为“纽带功能”,以拥有金融、商贸、信息、物流等作为“龙头功能”“枢纽功能”的特大城市或大城市群(有海岸带的国家,应该具有大型综合性港口及港口城市)来衡量,可以明确得出,在我国全国经济层面上,不存在“黄河经济带”。  当然,局部河段,如宁夏内蒙古河段,有以供排水及与此有关的因素作为联系纽带而形成的较小规模经济带。黄河流域及所经区域,经济发展的基本特征是各具特色的区域经济。它们分别进入国内外市场合作区也是多方向的,无须确定一个“龙头”开展大规模的龙头城市与龙头功能建设,也无须建设不必要的沿黄“纽带性”经济工程。  (作者:陆大道,系中国科学院院士、经济地理学家)

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  “在文明发展的进程中有一点始终不变——社会要进步,人类要追求更加健康美好的生活。一个民族的发展始终是与美好的人居环境相伴随的。”在12月7日召开的中国城市百人论坛冬季论坛上,97岁高龄的中国科学院、中国工程院两院院士吴良镛又谈起了他倡导了20多年的人居科学。  美好生活离不开美好人居,人居环境质量直接关系到人民群众的满意度与获得感。在上世纪90年代,吴良镛倡导人居科学,就是认识到了应将“人”作为一切研究和实践的核心。“人居科学研究人类聚落及其环境的相互关系与发展规律,是支撑‘人民美好生活’目标实现的重要科学。”吴良镛说。  人居科学以系统性和层次性的宗旨研究人类聚落及其环境的空间结构,包括五大层次,即聚落的五个尺度——全球、区域、城市、社区、建筑,以及五大系统,即构成聚落的五个要素——自然、社会、人、居住、支撑网络。  在吴良镛看来,应以此系统和层次观来认识人居环境高质量发展的内涵与方向。  中国城市规划设计研究院相关研究表明,未来我国城乡人居环境将发生巨大变化。特大城市不断涌现,集中度不断提高;城市间和区域间的区位竞争将会加剧;乡村和生态、生物多样性保护面临巨大压力;人居的协同治理将成为重要任务。  对此,吴良镛倡导“复杂问题有限求解”的方法论,即以现实问题为导向,化错综复杂的问题为有限关键问题,明确不同层次的工作重点,寻找在相关系统的有限层次中求解的途径。  “人居环境具有多层级的特征,不同层级要抓住各自层级的关键问题。”吴良镛说。  比如,全国和区域层面,人居高质量发展面对的挑战,主要是建设用地粗放低效、特大城市人口压力与综合承载能力矛盾加剧、中小城市和小城镇基础设施水平不高、自然历史文化保护不力和城乡建设缺乏特色等问题;而地方和城乡层面,人居高质量发展的目标应侧重于构建多样性人居、促进区域凝聚力及提升区域竞争力等几个方面。  吴良镛强调,不同层级之间又要相互衔接,要研究彼此之间的传导和互相制约的关系。  以整体性方法开展融贯的综合研究是人居科学的基本研究方法。吴良镛认为,面对人居环境规划建设中的复杂问题,应以整体性方法把握好规划、建设、保护、管理的科学规律,处理好各方面关系,进一步统筹各部门力量。“以人居为纲,将各领域、各层次工作拧成一股绳。”  事实上,城乡人居环境涉及的科学问题极其广泛,而生态问题可谓是其中最为严峻、最为迫切的问题。  吴良镛建议,在城乡建设中开展人居科学指导下的城乡空间整治和优化,将生态文明建设落到实处。一方面促进人居环境相对集中,另一方面重整、修复自然环境,创造优美的“山川形胜”,使得生产空间、生活空间中有更多的绿色廊道相间,既保障生态安全,又为人居提供休闲游憩的公共空间。  他还特别强调:“及早保护城市之间宝贵的绿色地带,避免城镇化无序发展带来的国土破碎,以更高的远见与更大的魄力形成全国性绿色战略体系,实现中国人居环境的可持续发展,绘制美丽中国的精彩画卷。”

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  举国体制在我国科技和经济发展过程中曾发挥了重要作用,充分体现了社会主义制度能够集中力量办大事的优越性。在不同的历史时期,举国体制承担着不同的使命,也呈现出不同的形式。党的十九届四中全会发布的《中共中央关于坚持和完善中国特色社会主义制度、推进国家治理体系和治理能力现代化若干重大问题的决定》指出要“强化国家战略科技力量,健全国家实验室体系,构建社会主义市场经济条件下关键核心技术攻关新型举国体制”。新型举国体制是将我国政治制度优势与市场机制作用结合起来的国家治理变革。在社会主义市场经济下,探索如何建立新型举国体制、提升创新治理能力,是科技界必须面对的重大课题。  举国体制以实现国家利益为根本目标  一个国家科技创新的制度安排和组织形式不仅要符合科技创新的客观规律,也要适应该国的政治经济和历史文化传统以及发展阶段的战略。中国自古以来崇尚集体主义的社会价值观和政治信仰,加上我国社会主义制度的强大政治动员能力,以及大科学发展所要求的协调统一,为中国奠定了实行举国体制的文化与制度基础。可以说,没有举国体制,就很难迅速构建国家科技发展体系,也很难取得“两弹一星”等国家重大国防和科技工程的成功。这种组织制度和运行机制适应了我国在国家建设初期资源匮乏、资金短缺、工业基础薄弱、优秀人力资本短缺的初始条件,充分发挥了国家的资源动员优势和集中力量办大事的制度优势。  举国体制以实现国家利益为根本目标,以国家意志支配科技活动的过程和方向,以公共财政的支持为主要手段,为科技创新提供适宜的规则体系、组织构架和各类资源保障。在国家资源紧缺的条件下,科技举国体制通过高度计划、将稀缺资源集中到战略目标领域进行“科技攻关”或“科技会战”,可实现组织的协同作用,提高资源的使用率,发挥局部规模效应,并取得重大科技突破。举国体制成功的首要条件就是国家动员和调动科技资源的能力,其次是多种创新主体协同攻关的组织协调能力。因此,举国体制既是一种工作机制,更是一种政治实力。从中国重大科技项目发展状况来看,每一次重大科技项目的突破都离不开举国体制的作用。例如,《1956—1967年科学技术发展远景规划纲要》的顺利实施,就是以国家统一目标为导向,在极短时间内从各个部门抽调精英,相继成立多个大院大所,开展重大科技工程项目的攻关任务。正是依靠科技举国体制,中国才能在此前整体科技、经济条件较差的情况下,取得人工合成胰岛素等重大科技成就。经济合作与发展组织(OECD)2008年在对中国创新体系评价的报告中也指出:中国擅长调动各种资源,推动科技以前所未有的规模和超常规的速度发展。  传统举国体制在取得显著成效的同时,也存在一些不足,主要是过于依靠政府力量调配资源,其主要目标是把产品造出来,实现从无到有的突破,而不考虑市场盈利能力和市场竞争力。这种体制安排在产品层面的创新容易成功,但是也导致在一些领域内形成了组织严密、管理僵硬、链条分割的封闭系统,对市场需求和变化不够敏感,加剧了科技与经济的脱节。随着改革开放的深入推进,我国经济运行机制和科技进步动力机制已经发生了深刻变化。技术和产品处于开放的竞争市场,消费者和企业更关注商品的价值,而不仅仅是产品本身。因此,市场经济的科技体制不可能完全照搬计划经济下的举国体制,不能再沿用传统举国体制不计成本的资源配置方式,否则新技术和产品由于成本过高而无法在市场上生存。  寻求更高效的科技创新组织方式  2013年,党的十八届三中全会发布的《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》提出,“使市场在资源配置中起决定性作用和更好发挥政府作用”,这一表述表明了国家角色的深刻变化。在社会主义市场经济下,国家不再运用直接的行政手段来调配资源和推进科技进步,而是更多运用市场机制和相应的激励手段,在微观运行机制上更加尊重市场主体的自主性。在市场经济中,传统举国体制的一些组织方式和运行机制已不能适应当前科技经济快速发展的需要,因此一些人认为科技举国体制的基础已经不复存在。但是事实证明,举国体制中的合理要素仍有价值,只不过内涵和形态在新时代发生了变化。  改革开放以来我国科技经济快速发展,经济总量和研发投入已位居世界第二位,但是我国整体科技发展水平仍然较低,创新主体的技术能力和动力仍然不足。习近平总书记在2014年两院院士大会上曾强调:“只有把核心技术掌握在自己手中,才能真正掌握竞争和发展的主动权,才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。”探寻适合我国特定时期的科技发展模式、寻求新时期我国科技发展的路径,已成为建设创新型国家的重要任务。在事关整个国家公共利益、国防安全、民族声望、国际地位的战略必争领域,仍要发挥国家的宏观作用和体制优势。在此背景下,中央重提科技创新“举国体制”,就是要探索适合我国转型期科技创新的制度安排,寻求更高效的科技创新组织方式。建立社会主义市场经济条件下的新型举国体制,发挥社会主义集中力量办大事的制度优势,就是应对当前和今后严峻环境的有效手段。正如习近平总书记在会见嫦娥四号探月任务参研参试人员代表时所指出的,“这次嫦娥四号任务,坚持自主创新、协同创新、开放创新,实现人类航天器首次在月球背面巡视探测,率先在月背刻上了中国足迹,是探索建立新型举国体制的又一生动实践”。  新型举国体制最显著的特征在于正确处理政府与市场的关系。在配置资源方面,单纯的政府或市场方式都有其局限性。新型举国体制要避免从传统“政府强力主导、忽视市场作用”,走向“完全依赖市场、不要政府介入”的另一极端。在新型举国体制中,政府与市场不是非此即彼的对立关系,而是要相互依存、互为补充。与传统举国体制相比,新型举国体制既要贯彻国家意志,聚焦国家重大战略需求,把创新资源优先配置到合适的领域,高效组织科研活动协同攻关,实现国家战略目标,也要维护和激发各类创新主体的活力,发挥市场在科技资源配置中的决定性作用。新型举国体制要从行政配置资源为主向市场配置资源为主转变,从产品导向向商品导向转变,从注重目标导向向目标与效益并重转变,达到传统举国体制无法实现的投入低、效率高、效益好的效果。  加快构建新型举国体制刻不容缓  当前新科技革命和产业变革正在加速推进,国际竞争更加激烈。为了使我国在关键核心技术领域掌握主动权,需要从以下几个方面加快构建新型举国体制。  明确新型举国体制的范围。在科技创新中,应该区分创新活动的层次和领域,尊重不同类型科技活动的自身特点,合理地发挥市场和政府的作用。新型举国体制发挥作用的范围应该是事关国家安全、长远目标的重大领域,包括战略性科技创新项目或工程,而不是取代那些适宜分散式资源配置的科技创新项目。  实现创新治理范式的转变。科技治理体系要从政府作为唯一管理者向多元主体共同参与治理转变,政府要从资源管理为主向多手段治理转变。在战略领域探索建立政府主导,企业家、科学家、公众良性互动,国家与企业、社会力量各司其职、密切合作的创新模式,实现政府主导与市场驱动的结合。  构建合理的创新组织体系。在事关国家安全的战略领域强化国家战略科技力量,加快推进国家实验室体系建设,提升我国战略安全领域核心竞争力。发挥中国科学院重大科技基础设施集聚、学科门类齐全、领域交叉融合等综合集成优势,稳定支持一批肩负国家使命的科研团队。在关键核心技术领域建立(产业)技术联盟,加强政产学研协同创新。  建立高效的创新运行机制。借鉴国家科技重大专项经验,在关键核心技术领域建立国家科技宏观决策机制;在资源配置中建立跨领域、跨部门统筹机制,以及多元融资机制;在项目攻关中探索高效研发组织机制、完善责任机制;在事中和事后建立合理绩效评价机制;建立与国际规则和市场机制接轨的政府采购政策等。  加强对科研人员的激励。新型举国体制要平衡国家使命与个人获得感,兼顾各方利益分配和诉求,尊重人的创造价值,激发各类主体和人才的主动性、积极性和创造性,宣扬新时代爱国奉献精神和价值导向,帮助科研人员在推进国家科技进步中实现人生价值。  (作者单位:中国科学院科技战略咨询研究院)

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  黄土高原气候受亚洲夏季风和冬季风交替控制,分为明显的干季和湿季。  该地区冬春季非常干燥,而在夏秋季降水较为集中。极端情况下,降水在一年内分配不均就容易形成旱涝灾害:降水极少的时期容易导致干旱,而降水极多的时候容易导致洪涝灾害。  旱和涝是黄土高原地区最主要的自然灾害,对该地区人民的生产和生活造成威胁。  因此,了解该地区旱涝灾害发生规律,并提前做好应对措施,是降低旱涝灾害损失的重要前提。  然而,我们对旱涝灾害开展气象观测的历史非常短暂,目前尚难以从观测记录中得出关于旱涝灾害发生规律的正确认识。  中国丰富的历史典籍和地方志中都有关于气象、气候和灾害等的记载,挖掘这些信息可以获得过去旱涝灾害发生的一些规律性认识。  其实,科学家早就注意到历史文献在古气候研究中的宝贵价值,并开始了大量探索。竺可桢先生从上世纪20年代开始探索利用历史文献去研究中国历史时期的气候,70年代利用历史文献资料恢复了中国近五千年来气候变迁历史,他是我国历史气候学当之无愧的奠基人。张德二先生利用历史文献资料对全国气候变化进行了系统的研究,执笔出版《中国近五百年旱涝分布图集》,主编《中国三千年气象记录总集》等,可以说,她是我国利用历史文献研究过去气候变化集大成者。1994年,袁林教授基于几百种可信的历史文献,系统总结了西北地区多种灾害的历史,出版了《西北灾荒史》一书,为研究自然灾害发生规律提供了宝贵的资料。  尽管历史文献提供了丰富的信息,但利用历史文献开展旱涝灾害规律研究仍存在两个方面的难点:一是旱涝灾害发生具有地点上的随机性;二是气象灾害研究与气候变化研究的关注点不同,不能照搬历史气候学的研究方法。  旱灾通常可能发生在一个较大的范围内,而洪水灾害通常只发生在一个较小的流域内。即使在一个小流域内,洪涝灾害的发生仍具有地点上的随机性。例如,在一个确定的流域内,洪涝可能某一年发生在某一个地点,另一年又发生在本流域的另一个地点或是几个地点,甚至是发生在全流域内。所以如果仅选择一个地点开展旱涝灾害研究,则很可能反映不了旱涝灾害发生的真正规律。  历史气候学研究过去气候的干湿变化通常采用“五级分类法”(即“极湿、较湿、正常、较干、极干”五个等级)来评价每个地点的每年干湿状态。对于一个有明显干湿两季的地区,可能在年内总降水量不变的情况下,因为降水年内季节分配不均导致既出现旱灾也出现涝灾的情况。历史气候反映的是气候的平均态,而旱涝灾害反映的是降水的季节差异,或是降水的极端状态。因此,在历史气候学的五个等级中可能都存在旱涝灾害,也可能都不存在旱涝灾害。  为了解决这两个难点,必须建立一套有效的方法。  最近,中国科学院地球环境研究所研究人员提出一套利用灾害空间影响范围来表示流域内某一次旱(涝)灾害强度的方法。他们选择泾河中游地区10个县区,对过去300多年来旱涝灾害规律进行了研究。他们利用袁林的资料,分别统计流域内每一个地点每年发生旱灾和涝灾的情况,利用流域平均值代表本年这次灾害的影响程度。  他们的研究发现,泾河中游地区过去历史文献记录的旱涝灾害具有以下两个特点:一是旱涝灾害在发生时间上具有同步性,即历史上发生旱灾多的时期也是发生洪涝灾害多的时期;二是旱涝灾害的发生对温度变化有非常敏感的响应。尽管不是每一年都对应这种同步性,但总体上可以看出,旱灾多发的时期也是涝灾多发的时期。  事实上,在过去304年的记录中,许多站点都有同时发生旱涝灾害的记录。10个站点在这304年中,有8个站点记录了至少有一次在同一年中既发生旱灾又发生涝灾的情况,最多的灵台县记录了33次。这说明该地区旱涝同年发生具有一定普遍性。  旱涝灾害的发生对温度变化也有响应。把旱涝灾害变化序列同反映温度变化的曲线以及反映太阳活动变化的曲线放在一起,可以发现,旱涝灾害对温度变化具有较好响应:温度较低的时期,旱涝灾害发生频次较少,而在温度较高的时期,旱涝灾害发生频次较高。值得一提的是,“蒙德极小期”(公元1645-1715)是太阳活动最弱的时期,也是小冰期(LittleIceAge,15世纪初开始到20世纪初结束)的最冷时期,在这一时期泾河中游的旱涝灾害均较少。而在世纪中叶,如1750年前后、1850年前后、1950年前后全球温度相对较高,泾河中游地区的旱涝灾害发生频次也较高。1950年以后,通过日降水数据计算出的旱涝情况也随着温度升高呈现频次增加、强度加大的趋势。  那么,问题来了。如果黄土高原地区旱涝灾害的发生响应温度变化,在未来全球增温的背景下,该地区旱涝灾害是否也会频次增加、强度加大呢?  研究人员利用泾河中游地区九个气象站点的日降水数据计算了过去几十年旱涝情况,将每十年旱涝次数相加,得出反映十年尺度旱涝变化的趋势。结果显示,每十年旱涝数量与温度变化趋势基本一致。  因为在过去300多年中人类活动对气候的影响还没有像今天这样显著,气候变化基本上是自然变化为主的。而当代全球增温被认为是人为排放大量温室气体导致的,人类活动已经在很大程度上导致了预测未来的不确定性。  但无论如何,该地区旱涝灾害对温度变化确实有明显的响应,如果未来全球增温趋势继续,那么根据温度变化(或是太阳活动的变化)的趋势,提前采取应对措施、降低灾害损失是必要的。  (作者单位:中国科学院地球环境研究所)

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  20世纪初期以来,科学研究的范式发生了重要变革,物质结构、宇宙演化、生命起源、意识本质等基础前沿科学领域的研究越来越倚重精度高、功能强、用途广的重大科技基础设施。重大科技基础设施作为科学技术发展的重要物质载体、重要手段和研究平台,对越来越多的学科领域产生着深刻的影响,对满足国家重大战略需求发挥着越来越重要的作用。它是探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革的国之重器,也是体现一个国家科技创新能力和综合国力的重要标志。  1984年10月,北京正负电子对撞机建设工程开工建设,开启了我国重大科技基础设施建设和发展的新历程。几十年来,中国科学院先后建成了长短波授时系统、兰州重离子加速器、“神光”装置、合肥同步辐射装置、遥感卫星地面站、上海光源、全超导托卡马克核聚变实验装置、散裂中子源、500米口径球面射电望远镜等重大科技基础设施。  到目前为止,我国的重大科技基础设施共有50余个。中国科学院作为国家战略科技力量,在我国重大科技基础设施建设运行中发挥着核心骨干作用。  目前,中国科学院负责运行、建设和立项中的重大科技基础设施30余项。从世界上最大的射电望远镜,到世界第四的散裂中子源,再到亚洲第一个P4实验室,中国科学院已经形成较为完善的重大科技基础设施体系,并已经在北京、上海、安徽合肥、粤港澳大湾区等地区形成了重大科技基础设施集聚区。在建设管理过程中,中国科学院培养了一支经验丰富、素质过硬的工程建设、科学研究和管理专家队伍,为在新的历史起点上加快我国重大科技基础设施建设奠定了坚实的基础。  2016年,党中央、国务院召开“科技三会”,习近平总书记在会上发出了向世界科技强国进军的号召,明确了科技创新“三步走”战略。面向新时代,推动更多满足国家战略需求、支撑科学前沿研究的重大科技基础设施建设,将有力支撑我国在重大创新领域取得一批源头创新成果和关键核心技术突破,在提供高质量科技供给中发挥基础性、关键性作用。  时值新中国成立70周年、中国科学院建院70周年,中国科学院条件保障与财务局与《中国科学院院刊》合作组织策划“大国重器——中国科学院重大科技基础设施建设与发展”专刊,再次梳理中国科学院重大科技基础设施基本情况与最新进展,以期向读者分享重大科技基础设施的建设和运行管理经验,加强对大科学装置的了解和认识,欢迎全国乃至全世界的科研工作者依托重大设施开展科学研究工作,共同提升科学水平,造福人类社会!  (张涛,中国科学院院士。中国科学院副院长,党组成员。)

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