分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 计算机是人类步入信息时代的重要标志，也是支撑信息技术的关键支点。20世纪60年代以来，人类在电子计算机领域取得了无与伦比的成就，然而，目前计算机的发展遇到了速率和功耗两大瓶颈，进而衍生出阻碍电子计算机性能提升的3个技术壁垒:功耗墙、访存墙与I/O墙。制约高性能计算发展的最大技术障碍即为能耗，按现有技术发展，E级系统功耗将达到466.7 MW，全年用电量40.88亿千瓦时，相当于三峡水电站2014年总发电量的1/20。除此之外，当前处理器与内存之间（访存）、处理器与处理器之间（I/O）信息交互的速度严重滞后于处理器的计算速度，访存与I/O瓶颈导致处理器计算性能只能发挥现有的10%，这对计算发展形成了极大的制约。受电子自身物理极限的制约，传统减小芯片特征尺寸不能解决，甚至会恶化以上问题。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 2016年2月11日，激光干涉引力波天文台（LIGO）实验组宣布直接观测到由两颗恒星级黑洞在10多亿年前并合产生的引力波。这一实验结果不仅是对100年前爱因斯坦创立广义相对论所预言的引力波的一次直接验证，更为人类开启了探索宇宙的一个新窗口，也为深入研究超越爱因斯坦广义相对论的量子引力理论提供了实验基础。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 力学是工程技术的基础。20世纪人类在航空航天、原子能利用和大型机械设备等领域取得的突出成就便是力学和工程技术结合的典型案例。当前，力学学科已经从经典力学，经过应用力学和技术科学，发展到系统力学的新阶段，人类的众多重大工程需求迫切需要发展系统力学的新理论和新方法。超常环境下系统力学问题研究与验证专项拟通过高超声速巡航飞行、高速列车长时间安全服役、深海油气高效分离与输运等重大工程和复杂介质系统典型案例，按照系统力学的研究思路，揭示它们在超常环境下工作及服役的力学原理，提出系统解决方案，突破高超声速巡航飞行、高速列车的载荷谱分量预测和系统优化、深海油气水高效分离和输运等关键技术，并进行试验验证。同时，面向复杂介质系统力学国际前沿科学问题，研究多相、多场、多尺度和多过程的耦合机制，发展系统力学新理论，引领力学学科发展方向，凝聚一支系统力学研究队伍。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 物理定律是否随时间和空间而变？基本物理常数真的是常数吗？是什么机制导致了宇宙中的物质被保留了下来？为了探索这些问题，高能物理通过加速器不断提高能量，天体物理通过望远镜不断加大观测尺度。宇宙的定律应该是普适的，很可能在原子及原子与光相互作用的细微处留下帮助我们回答这些问题的启示。人们正沿着多种路径、向着多个方向探索自然界的新物理。这些方向包括宇宙前沿、高能前沿以及中科院“基于原子的精密测量物理”先导专项所属的精密测量前沿。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 新物质创制尤其是功能新物质的创制是现代文明社会的物质基础，也是经济社会、国家安全、科学技术发展和进步的源动力。各国政府和科学家都致力于研究具有各种特殊功能与结构的新物质。功能新物质创制能力和水平，是国家核心竞争力的标志，是创新型国家的战略高地，急需整合资源、集中优势、协同攻关，实现创新跨越发展。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 细胞是生命的基本结构和功能单元。生物的生长、发育、繁殖与进化等一切生命活动都以细胞为基础。多细胞生物包含多种形态与功能各异的细胞，所有这些细胞都是由单个受精卵增殖分化而来。细胞一旦产生就面临着分裂、增殖、运动、分化和死亡等各种不同的细胞命运，研究和揭示细胞生命本质及活动规律是生命科学永恒的主题。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 21世纪的地球科学进入了新的发展阶段，从对各领域相对孤立的探索转而强调自然对人类环境的影响，愈加关注地球各部分之间的内在联系。以地球系统科学理论为指导，利用不断升级的观测方法、实验技术和大数据定量模型，研究地球系统内外层圈之间相互作用的规律和机制，以了解地球的整体行为和功能，是地球科学未来的发展趋势。
分类： 能源科学 >> 能源化学 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 能源是国家以及人类社会生存和发展的重要基础，在国防和国民经济建设中具有特别重要的战略地位。近几十年来，随着经济的快速发展、能源需求的迅猛增长，我国已成为世界最大的能源生产国和消费国，也是仅次于美国的第二大石油进口国和消费国。我国特殊的“富煤、少气、缺油”能源结构现状以及较低的能源利用效率，给社会经济的可持续发展、环境保护等带来了巨大压力。这些问题的解决在很大程度上依赖于高效、环境友好的能源利用技术的发展，以及新洁净能源的开发。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 超强超短激光的出现与迅猛发展，为人类提供了前所未有的极端物理条件与全新实验手段。激光脉冲峰值功率达到拍瓦（即PW，1015W，千万亿瓦）、脉冲宽度达到数十飞秒级（即fs，10-15s，千万亿分之一秒）的超强超短激光，被认为是人类已知的最亮光源，能在实验室内创造出前所未有的超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度综合性极端物理条件，在原子分子物理、化学、材料科学、阿秒科学、等离子体物理、核物理、天体物理、粒子物理、医学与生命科学等领域具有重大应用价值，是国际科技竞争重大前沿领域之一。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 土壤是粮食生产的主要载体。党的“十八大”以来，习近平总书记从我国发展全局出发，深刻阐述了粮食安全的重大理论与实践问题，多次强调“解决好吃饭问题始终是治国理政的头等大事”。“藏粮于地、藏粮于技”成为我国“十三五”规划的十四大战略之一和国家重大需求，习近平总书记指出，要像保护大熊猫一样保护耕地。在“十三五”规划建议的说明中，他又对藏粮于地进行延伸，提出探索实行耕地轮作休耕制度。同时，要为粮食生产插上科技的翅膀，坚持走依靠科技、提高单产的内涵式道路。20世纪90年代以来，传统土壤物理、化学调控措施的增产潜力已达瓶颈，我国粮食安全保障亟待发掘新的增长点。例如，我国在世界7%的耕地上施用了世界1/3的化肥，氮肥的平均利用率不足30%，相当于每年损失高达500亿元。此外，大量农业化学品投入导致了有害物质积累、农业面源污染和温室气体排放等生态环境问题。据2010年环境保护部的估算，我国农业来源总N和总P占全国排放总量的57.2%和67.4%。土壤养分元素的形态转化几乎完全依赖于土壤微生物组，因此，揭秘土壤微生物组，发展土壤-微生物系统及其功能调控技术，探索现代农业管理方式对土壤微生物系统的影响及其反馈机制，已经成为我国“藏粮于地、藏粮于技”战略的重大理论和实践问题。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 随着全球快速增长的人口规模以及物质消耗水平，各类环境污染物排放量持续增加，环境污染已成为影响人类健康最主要的因素之一。世界卫生组织（WHO）报道指出，约24%的全球疾病以及23%的死亡可能应归咎于环境因素。更为严重的是，环境污染的远期效应，可对数代人的健康构成危害，关系到人类的长远发展。环境污染的多元性给环境健康研究提出了新挑战。污染与健康需要环境、生物和医学等多学科的交叉。虽然污染导致健康危害已获得共识，但环境污染引发相关疾病的分子机制仍是一个国际性科学难题，机体损伤机理至今尚未阐明。WHO认为通过预防不安全水和空气污染等环境风险，每年可拯救约400万5岁以下儿童的生命。同时，伴随环境的改善，每年可预防全世界1 300万人死于各类疾病。但由于该领域总体研究基础薄弱，目前还无法实现环境技术干预下的健康保障。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 动物复杂性状是动物长期适应进化的结果，是动物多样性存在的主要基础，其调控的失衡是人类重大慢性病发生的内在原因，对其形成规律的认识对家养动物经济性状的改良和动物特殊功能的仿生有重要意义。因此，系统解析动物复杂性状的成因不仅是一项揭示大自然本质规律的基础性前沿科学工作，也有重大的应用前景。动物复杂性状形成机制的解析一直是一个科学难题，面临难以追溯、难以预测、难以调控的困难局面。“动物复杂性状的进化解析与调控”先导专项试图通过大尺度、跨物种的进化比较，系统整合不同动物物种遗传因子-发育网络进化-表型适应性3个层面的全面数据，突破目前GWAS（全基因组关联分析）的框架，解析动物复杂性状的成因，我们把这种研究动物复杂性状的新思路称为eGPS（evolutionary Genotype-Phenotype Systems biology）。
分类： 能源科学 >> 能源化学 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： pi-分子是指分子中碳原子通过sp2或sp键合方式相互连接或与杂原子连接，形成离域轨道的有机分子。pi-分子的合成、反应以及芳香性等性质研究一直是化学科学的核心内容之一。对pi-分子的研究也为其他学科发展带来新的机遇。pi-分子体系在信息、能源、生命等诸多领域的广泛应用，催生和促进了有机光电功能材料与器件研究领域的发展。pi-体系可以实现光电转换、电光转换、热电转换、分子荧光、化学信号响应，因此催生了基于pi-体系的有机光伏器件（OPV）、有机发光二极管（OLED）、有机场效应管（OFET）、生物/化学荧光检测及荧光成像器件等。更为关键的是，pi-分子材料可以通过分子设计、分子剪裁和分子组装，调控其结构与性能，实现器件功能的多元化。采用pi-分子材料，可通过打印、印刷等方法制造大面积的柔性器件。功能pi-分子这些独特的优势与特点决定了基于pi-分子的有机与大面积电子学是硅电子学建立以来的另一重大事件。pi-分子体系的分子工程研究涉及到化学、物理、材料、半导体、微电子等多个学科，是具有前瞻性、探索性、交叉性和重大应用前景的基础研究领域。我国在该领域的研究中已取得了一些重要成果，研究水平与国际基本同步，目前正处在一个即将取得突破的关键时期，亟需多学科、建制化的科研组织模式。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 生命科学研究总体而言可分为两大方向：对生命实体的研究和对生命之间相互作用的研究。就后者而言，地球上的生命在长期进化过程中形成了相互斗争、相互依赖和相互作用的关系。生物之间的信息流决定着物种间的能量流和物质流的流向，生物间的相互作用构成了寄生、互惠、共生、竞争、拮抗等生态关系，而信息流在它们之间传递的规律是生命存在的基本法则，也构成了生命相互依存最重要的环境条件，其中蕴藏着异常丰富的科学问题。
分类： 能源科学 >> 能源地理学 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，主要以吸附和游离状态存在的非常规天然气，是一种清洁高效的能源资源。全球沉积岩中泥页岩约占总量的60%，因此页岩气资源的前景异常巨大。美国页岩气产量由2005年的196亿立方米快速增至2014年的3 806亿立方米，成为世界第一产气大国，对世界能源格局产生重大影响，被称作“页岩气革命”。页岩气革命还直接带动了页岩油技术的突破。据国土资源部2015年发布的《中国页岩气资源调查报告》（2014年）估计，我国页岩气可采储量达25万亿立方米（图1），其中海相、海陆交互相、陆相三种类型三分天下。勘探开发页岩气将有效缓解我国能源紧张的现状，且可显著改善大气环境。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 1609年，当世界上其他地方的人们还在利用眼睛来观察星空的时候，此时的亚平宁半岛，一位对星空一直充满着兴趣、名叫伽利略的意大利人，无意间将一个口径只有2.5厘米的自制望远镜指向天空，看到了月球表面和木星的卫星，自此人类之前一直依靠肉眼探索宇宙的进程被彻底改变。在接下来的400多年中，望远镜的口径越做越大，探测方式和手段也发生了巨大变化：从最初的光学波段扩展到了几乎整个电磁波段，从电磁方式延伸到了宇宙粒子以至于新近的引力波，并且从地面走向了太空。正是这些探测方式的丰富性和探测手段的多样性，使人类对于宇宙的认识在短短的几百年中，尤其在过去的一个世纪中，发生了翻天覆地的变化。人类现在已经能够跨越宇宙演化的长河，描绘出浩瀚宇宙演化的历史：从早期宇宙的微小量子涨落经引力不稳定性放大，形成了今天宇宙多样化的结构——从致密黑洞到我们居住的银河系（图1）、从星系团到宇宙纤维状的大尺度结构。借助于最先进的地面和太空望远镜观测和物理理论，我们对于天体物理学的研究已经步入到了精确宇宙学的时代。这意味着我们不再简单地满足于发现一些新的天文现象，而是更关注主宰我们宇宙演化的基本物质成分的物理本质和宇宙结构起源的众多物理过程。而试图理解众多起源过程和它们的物理本质，正是宇宙结构起源——从银河系的精细刻画到深场宇宙专项的目标所在。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 细胞作为基本的生命单元，其功能并不是由单个生物大分子独立完成，而是由成千上万种生物大分子通过相互作用、动态组装形成的超大分子复合体来执行的。这里定义的超大分子复合体是指在生命过程中能够相对独立完成特定生物学功能的多亚基、多组分复合体。一方面，细胞利用这些复合体来保证遗传信息的正确表达，维持正常的遗传功能；另一方面，细胞又利用这些复合体与外界进行物质、能量和信息交流，维系生命活动的正常进展。因此，超大分子复合体既是生命活动的“执行者”，也是解码生命奥秘的关键。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 对物质状态的调控是推动科技发展的重要源动力之一。在人类发展历史上，对硅基材料中电子的调控，导致了晶体管等电子器件的诞生，从而进入信息时代。但是，进入21世纪以来，随着器件尺寸的不断减小，能耗问题、量子隧穿与量子涨落效应等从根本上阻碍了器件的进一步微型化和集成，成为现代信息和电子科技发展的瓶颈。我们迫切地需要探索、开发高效率、低能耗和突破量子尺寸效应的新一代器件。从物理本质上看，传统的半导体器件的物理基础，是半导体中电子的扩散输运现象。可以说对半导体中电子扩散输运的深刻理解，催生了20世纪下半叶的一系列信息工业的革命。因此，要突破目前电子工业的发展瓶颈，也必须建立在对凝聚物质新材料、新物态中电子运动模式的深刻理解之上。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 海斗深渊（Hadal trenches），简称深渊，专指海洋中深度大于6 000 m的海沟区域。全球共有37条深海沟，其中9条最深的海沟（例如马里亚纳海沟）分布在西太平洋。深渊环境以压力大、温度低、无光黑暗、构造活跃、地震密集、生命奇特为特点，代表了地球上非常独特的海洋极端环境。深渊里孕育了地球上最神秘的生态系统，有着特有的洋流运动，与上层海洋与海底之间存在着广泛的物质和能量交换。深渊与浅海（<200 m）、半深海（200-3 000 m）和深海（3 000-6 000 m）一起，构成了一个完整的海洋体系，是驱动地球系统演化的关键一环。尽管它们有着如此重要的作用和迷人的魅力，但却又是迄今人类知之极少且难以企及的海底区域。
分类： 其他 >> 综合 提交时间： 2017-02-08 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要： 随着经济发展和城市化进程的加速，2000年以来我国大气复合污染态势日趋严峻。卫星观测结果表明，我国约30%的国土面积、近5亿人口正遭受大气复合污染的危害。环渤海、长三角、珠三角、关中、成渝等地区以细粒子为主要特征的大气灰霾污染尤其严重。各级政府多年来为此不懈努力，截至2012年专项启动时，一次污染物如PM10和SO2等浓度开始下降；但二次污染物如PM2.5和O3浓度并未明显降低。专项立项前，虽然国内相关研究很多，但是由于缺乏整体布局，研究存在不全面、不系统和“碎片化”等问题，难以全面认识我国灰霾污染问题并提出科学有效的控制策略。因此，开展系统的灰霾追因及控制研究是科学治理灰霾污染的迫切需要。中科院按照组织落实“创新2020”及院“十二五”总体规划要求，2010年启动了“大气灰霾追因与控制”专项立项论证工作。经过20余次研讨和论证，专项于2012年10月正式立项。
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