氣象學氣候學論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇氣象學氣候學論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2013年度，我國科研團隊（不含客座或兼職教授）共在《Nature》發表研究性論文27篇。研究內容涵蓋納米材料、氣候學、神經生物學、環境科學、基因組、量子物理、古生物學、結構生物、農業作物等學科領域。本年度，來自清華大學生命科學學院的施一公院士領導的科研團隊共在《Nature》上發表了3篇論文。該團隊主要成員應包括，施一公院士在美國普林斯頓大學任教期間指導的博士生、現清華大學醫學院教授顏寧，指導的博士后、現清華大學生命科學學院教授柴繼杰，以及施一公教授現重要助手清華大學生命科學學院助理教授王佳偉。

此外，我國學者在古生物學領域的方面也取得了亮眼的成績。過去十年，有頜類的早期分化、硬骨魚類的起源與早期分化逐漸成為國際演化生物學界關注的重點，相關研究成果在《Nature》、《Science》等雜志上屢有報道。中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的朱敏研究員所帶領的早期脊椎動物課題組的研究“探索有頜類的早期分化以及硬骨魚類的起源”提供了迄今為止最好、最完整的化石資料。新發現的古魚將有頜脊椎動物幾大類群的特征匯于一身，大大填充了它們之間的形態學鴻溝，第一次近乎完整地呈現了有頜脊椎動物祖先可能具有的特征組合。來自沈陽師范大學古生物學院的周長付副教授與美國芝加哥大學和德國波恩大學合作，發現了我國迄今最原始的具毛發的哺乳動物――“哺乳形巨齒獸”化石，證實了早期原始形哺乳動物已廣泛具有哺乳類皮膚結構。此外，臨沂大學地質與古生物研究所的鄭曉廷教授發現了一種新的樹棲賊獸類--金氏樹賊獸，系統分析顯示賊獸屬于有冠類哺乳動物，表明了有冠類起源于晚三疊紀時期并且在侏羅紀發生分化，體現了中生代哺乳動物演化中存在許多趨同演化或逆轉現象。

雜志從本期開始將對2013年我國的科研人員和科研團隊在《Nature》上發表的論逐一介紹。

許 琛 研究員

中國科學院上海生命科學研究院

2004年赴美國哈佛大學醫學院Dana-Farber腫瘤研究所從事免疫學研究，先后為博士后（受美國關節炎基金會資助），教授。2009年6月回生化與細胞所工作，擔任研究員，研究組長。主要研究方向包括：生物膜對受體功能的動態調控和T細胞介導型自身免疫病的發病機制 。

鈣離子提高T淋巴細胞對外來抗原的敏感性

細胞發揮功能的基礎是識別外來的抗原，這項功能由T細胞抗原受體（TCR）來行使。每一個T細胞表面都有幾千個TCR，像哨兵一樣擔任警戒任務；TCR的周圍是脂質分子，它們通過靜電力將TCR的活化位點屏蔽起來，保證它們在沒有抗原的時候不會活化，接受抗原刺激后則快速活化，由此調控著“哨兵”的戰斗力?？乖せ頣CR是T細胞免疫反應關鍵性的一步。經過長期的進化，TCR能夠監測到非常微量的抗原信號，從而保證機體能高效以及快速地清除入侵的病原體。TCR如何被抗原活化以及T細胞如何獲得這么高的抗原敏感性還是懸而未決的問題。

鈣離子是人體內必需的金屬離子，除了組成骨骼和牙齒外，還在細胞內擔任非常重要的“信號使者”的角色。T細胞被抗原活化后，細胞外的鈣離子會通過鈣離子通道流入細胞內，細胞內鈣離子濃度會在數秒之內提高10倍，并維持幾個小時。這些鈣離子能夠直接結合TCR周圍的脂質分子，中和它們的負電荷，從而解除脂質分子對TCR活化位點的屏蔽，幫助TCR活化，將比較弱的抗原刺激信號放大，使得T細胞獲得完全的效應功能。這種機制大大提高了T細胞對抗原的敏感性。

譯文引自：Nature 493， 111-115 （03 January 2013）

施一公 院士 教授

一個presenilin/SPP家族膜內天冬氨酸蛋白酶的晶體結構

受控膜內蛋白水解（Regulated intramembrane proteolysis，RIP）是近年發現一種新的信號傳導機制，即跨膜蛋白能夠在它們的跨膜區被裂解并釋放出其胞質部分，進而進入核內控制基因的轉錄。在從細菌到人類的廣泛生物中RIP蛋白均采用保守的模式。至今發現參與RIP的蛋白酶家族有三種，包括金屬蛋白酶S2P（site-2 protease）；天冬氨酸蛋白酶早老素（presenilin，PS）家族和信號肽肽酶家族（SPP）；絲氨酸蛋白酶rhomboid家族。天冬氨酸蛋白酶PS家族的底物包括淀粉樣前體蛋白（Amyloid precursor protein，APP）和質膜受體Notch等。

研究人員報告了來自黑海甲烷袋狀菌JR1的presenilin/SPP同源物（PSH）的晶體結構。這一蛋白酶包括9個跨膜區（TMs），采用了一種從前未報告過的蛋白質折疊方式。其氨基（N）端區域，由TM16構成，形成了一種馬蹄形狀的結構，環繞著TM79構成的羧（C）基端區域。兩個催化天冬氨酸殘基定位在TM6和TM7的胞質側上，空間上相互接近。水分子通過N端和C端區域之間的一個大口袋接近催化天冬氨酸。

譯文來自：Nature 493， 56-61 （03 January 2013）

田永君 教授 燕山大學材料科學與工程學院院長

1963年3月生，1987年于東北重型機械學院材料學專業獲工學碩士學位，1994年于中科院物理所獲得理學博士學位，1996-1998作為洪堡學者留學德國Jena大學（耶拿大學）固體物理研究所，教授，博士生導師。田永君教授1996年入選國家人事部“百千萬”人才工程第一、二層次人選，國務院政府特貼專家，2001年被教育部聘為長江學者獎勵計劃特聘教授。2002年獲得國家杰出青年科學基金。

2011年，田永君教授科研團隊所完成的“硬度的微觀理論及新型亞穩材料設計”項目成果獲得國家自然科學二等獎。該項目從化學鍵入手，創建了硬度的微觀理論模型，建立了布居離子性新標度，實現了極性共價晶體硬度的定量預測，解決了硬度與晶體微觀電子結構間定量關聯這一理論難題。以此理論模型為基礎，項目設計出了系列的新型亞穩材料，部分材料已被實驗合成，使超硬材料探索從“定性”進入到了“定量化”的可設計階段，推動了計算材料科學的發展。23個國家和地區的100多個研究機構使用本模型開展跟蹤和拓展研究。硬度微觀模型已成為材料設計的一個實用工具，并被拓展到納米、缺陷和薄膜等研究領域。

超高硬度的納米孿晶結構立方氮化硼

立方氮化硼是一種重要的超硬材料，在鐵基材料加工行業中獲得了廣泛應用。遺憾的是人工合成立方氮化硼單晶的硬度還不到金剛石單晶的一半。根據著名的霍爾-佩奇（Hall-Petch）關系，多晶材料硬度隨晶粒尺寸減小而增大。因此，合成納米結構立方氮化硼已成為提高硬度的有效手段。利用類石墨結構氮化硼前驅物在高溫高壓下的馬氏體相變，科學家們已合成出納米晶立方氮化硼，所能達到的最小晶粒尺寸為14nm。田永君及其合作者采用一種具有特殊結構的洋蔥氮化硼為前驅物成功地合成出透明的納米孿晶結構立方氮化硼，孿晶的平均厚度僅為3.8nm，其硬度達到甚至超過人工合成的金剛石單晶，斷裂韌性高于商用硬質合金，抗氧化溫度高于立方氮化硼單晶本身。這些優異的綜合性能表明納米孿晶結構立方氮化硼是一種工業界期盼已久的刀具材料。

業已證明：在臨界尺寸（約10-15nm）以上，金屬及合金材料的硬度和強度隨晶粒尺寸減小而增大（霍爾-佩奇效應），但在臨界尺寸以下，強度和硬度卻隨晶粒尺寸減小而減?。ǚ椿魻?佩奇效應）。令人驚奇的是，納米孿晶結構立方氮化硼隨孿晶厚度減小能夠持續硬化到3.8nm卻不發生軟化。他們的理論分析表明：在納米尺度邊，多晶極性共價材料的硬化機制除了大家熟知的Hall-Petch效應還有量子限域效應的附加貢獻。研究成果突破了人們對材料硬化機制的傳統認識，向人們展現了合成高性能超硬材料的新途徑――獲得超細納米孿晶結構。

譯文來自：Nature 493， 385-388 （17 Janurary 2013）

劉 健 教授 南京師范大學地理科學學院

1966年4月生，四川合江人，漢族。1983年至1993年就讀于南京大學氣象系氣候學專業，先后獲得南京大學理學學士、碩士和博士學位?，F為南京師范大學地理科學學院特聘教授，博士生導師，兼任中國第四紀科學研究會高分辨率氣候記錄專業委員會委員、中國氣象學會冰凍圈與極地氣象委員會委員、江蘇省氣象學會常務理事、江蘇省氣象學會氣候學與氣候變化專業委員會副主任。主要從事氣候模擬與全球變化研究。

在國際上首次成功地模擬了與氣候代用資料重建結果一致的東亞地區末次盛冰期（21ka BP）和中全新世暖期（6ka BP）的古氣候特征，并進行了動力學機制闡釋；在認識全球和東亞季風年代-百年際尺度的變化規律及成因機制、揭示自然和人為因子對全球降水和海表溫度的不同影響與機理、定量區分自然和人類活動對湖泊環境變化的影響等方面取得了國際領先成果，在國際頂級學術刊物Nature、Science和PNAS上。

自然與人為強迫因子對全球降水變化的不同影響

研究發現，自然因子（SV）和人為因子（GHG）引起的增暖都會使全球平均降水量增加，但增加的幅度差異顯著。在SV強迫下模擬的全球平均溫度每增加1℃全球平均降水量增加2.1%，而GHG強迫下對應的全球平均降水量僅增加1.2%；兩種情況下熱帶陸地區域平均降水量增加的幅度差異更大（5.5%與2.4%）。研究揭示其主要機制在SV增暖與GHG增暖情況下分別為海洋恒溫機制與大氣穩定機制：在SV增暖情況下，地表受太陽輻射加熱，由于熱帶太平洋東部溫躍層較西部淺，海洋恒溫效應使得相同的SV加熱引起的東部增溫比西部小，從而加大熱帶太平洋東西向的海表溫度（SST）梯度，使熱帶太平洋東西向的氣壓梯度相應增大，導致赤道東風和Walker環流加強，有利于水汽向熱帶季風及暖池區的輻合，使得全球平均降水量顯著增加，此為海洋恒溫機制；而在GHG增暖情況下，大氣中上層吸收長波輻射加熱，會使大氣上下層間的溫度梯度減小，大氣穩定度相應增大，從而削弱Walker環流，減小熱帶太平洋東西向的SST梯度，不利于水汽向熱帶季風及暖池區輻合，導致全球降水增量減少，此為大氣穩定機制。

該研究區分了兩種類型的增暖及其降水效應并闡明了其主要機制，化解了古氣候重建與IPCC氣候預估關于增暖將導致熱帶太平洋東西向SST梯度增與減（La Nia型與El Nio型）的學術爭端，對人們更好地認識并預估氣候變化具有重要意義；同時該研究發現GHG增加導致的增暖與太陽輻射增加導致的增暖具有不同的大氣穩定度、SST、降水效應，這意味著通過地球工程（在大氣上層施放氣溶膠粒子以減少到達地表的太陽輻射量）進行太陽輻射管控并不能完全抵消GHG對全球增暖的影響，這對于地球工程的規劃實施具有現實意義。

譯文來自：Nature 493， 656-659 （31 January 2013）

周嘉偉 研究員 中國科學院上海生命科學研究中心

畢業于江蘇南通大學醫學院，獲江蘇南通大學醫學院醫學碩士、英國帝國理工醫學院（Imperial College of Science， Technology and Medicine）生化系博士學位。曾任江蘇南通大學醫學院助教、講師；1991年英國劍橋大學訪問學者、1992年日本岡山大學訪問學者 ；美國Hahnemann大學博士后?，F中國科學院上海生命科學研究中心研究員。

周嘉偉研究方向：基底神經節包括紋狀體（尾狀核和殼核）、蒼白球、黑質和丘腦底核等在內的一群密切關聯的腦結構，它們參與了自主運動的控制和調節。臨床病理學研究已經表明，這些核團為帕金森病、亨廷頓氏病等神經退行性疾病所累及。研究它們的發育過程、工作原理和病理狀態下功能與結構變化，有助于進一步闡述這些疾病的發病機理和尋找疾病治療的新靶點。

多巴胺D2受體通過調控aB-晶狀體蛋白抑制神經炎癥反應

周嘉偉實驗室的研究發現，星形膠質細胞在多巴胺D2受體（Drd2）缺失的情況下也會主導炎癥反應的發生，而Drd2及其配體多巴胺的水平在中老年人群中均呈現進行性下降。生理情況下，星形膠質細胞的Drd2能夠通過控制其下游的aB-晶狀體蛋白（aB-crystallin， Cryab）的水平來抑制免疫反應。Drd2缺失可導致Cryab明顯下調，小鼠腦內多個區域炎癥反應顯著增強，而在神經毒素MPTP所致的帕金森病小鼠動物模型中，Drd2的缺失加劇了膠質細胞的激活，使炎癥反應更趨嚴重，中腦多巴胺能神經元對神經毒素更加敏感，死亡率上升。但選擇性地提高星形膠質細胞中的Cryab水平則可有效對抗Drd2缺失導致的慢性炎癥反應。他們還發現，給予野生型小鼠注射Drd2激動劑可以部分緩解MPTP等神經毒素導致的急性神經炎癥反應以及多巴胺能神經元死亡。

上述結果表明，星形膠質細胞中的Drd2/Cryab信號轉導通路在抑制因Drd2缺失所致的神經炎癥過程中發揮關鍵作用。Drd2決定了星形膠質細胞作用的兩面性――Drd2缺失可使星形膠質細胞從生理狀態下神經元的支持細胞轉化為對神經元不利的促炎癥細胞。一直以來，Drd2被公認為主要參與多巴胺能神經傳導，此項研究則揭示了Drd2的一個與傳統認識迥然不同的新功能，即在星形膠質細胞中發揮抑制其異?；罨蜕窠浹装Y反應的作用。

星形膠質細胞中的多巴胺D2受體（Drd2）正常情況下通過αB-晶狀體蛋白抑制炎癥介質相關基因的表達，從而發揮抑制炎癥的作用，而小膠質細胞表達的Drd2則對該類細胞炎癥因子的產生沒有顯著影響。

譯文來自：Nature 494，90-94 （07 February 2013）

張福鎖 教授

中國農業大學資源環境學院

出生于1960年10月，陜西鳳翔人，教授，博士生導師。1990年2月從中國農業大學農學博士后流動站出站，1997年1月-2011年11月擔任中國農業大學資源與環境學院院長，現任中國農業大學資源環境與糧食安全研究中心主任一職。

一直從事植物根際生態調控與養分資源綜合管理的基礎和應用研究工作。在根際養分活化機理以及不同基因型植物適應養分脅迫的生理機制研究方面取得了可喜的進展，提出根際生態調控理論與技術體系，并通過對間套作、水旱輪作、重迎茬作物生長障礙機制，各種作物生產體系（包括大田作物、蔬菜、果樹、煙草等）以及鹽生植物根際生態調控機制的系統研究，把理論與生產實際相結合，進一步提出養分資源綜合管理的思路，通過全國大協作及國際合作項目的開展，在深化根際理論，提高養分資源利用效率，保護生態環境等方面做出了貢獻。

中國氮沉降顯著增加

研究結果表明，從1980年至2010年中國陸地生態系統氮素沉降顯著升高，從1980年代每公頃年均13.2公斤氮增至2000年代21.1公斤氮，增幅約8公斤/公頃，比1980年代高60%；并以人口相對密集和農業集約化程度更高的中東部地區（華北、東南和西南）的氮素沉降量和年增幅顯著高于人口密度相對較低和氮肥及其他人為活性氮排放相對較低的東北、西北和青藏高原地區。目前我國中東部地區（尤其是華北平原）的氮素沉降量已經高于北美任何地區氮素沉降量，與西歐上世紀80年代（采取大氣活性氮減排措施/政策之前）氮沉降高峰時的數量相當。研究還發現，從1980年代至2000年代，同樣在長期不施氮肥條件下農田生態系統水稻、小麥和玉米三大糧食作物的吸氮量平均增加16%，而非農田生態系統木本、草本和所有物種的葉片含氮量平均增加33%；而同時期的植物葉片含磷量沒有發生顯著改變，指示土壤環境保持相對穩定，氮素增加主要來自大氣沉降。

該小組的研究結果還表明，中國氮素沉降的增加主要受氮肥、畜牧業等農業源和工業、交通源等非農業源活性氮排放的影響。目前主要來自農業源氨排放的銨態氮沉降是氮素沉降的主體，占總沉降量的2/3左右，氮肥的直接排放（農田）和間接排放（養殖場畜禽糞便等）是銨態氮沉降的主要貢獻者；而以來自非農業源（燃煤和汽車尾氣等化石能源燃燒）氮氧化物排放為主的硝態氮沉降約占總沉降量的1/3，硝態氮在沉降中的比例已經從1980年代的1/6增至1/3，說明來自非農業源的排放增速更快。

這一研究成果揭示了過去30年（1980-2010年），我國出現了區域性大氣活性氮污染、氮素沉降以及農田與非農田生態系統“氮富集”加劇的現象；中國氮素沉降的顯著升高與氮肥施用（農田不合理施氮及畜禽糞便等管理）和化石能源消費大幅度增加所導致的人為活性氮排放有密切關系；實現氮肥和畜牧業等農業源氨的減排是當前中國控制氮素沉降的主要立足點，同時，大幅度減少各種化石能源等非農業源活性氮的排放已越來越迫切。

譯文來自：Nature 494， 459-462 （28 February 2013）

中國農業科學院作物科學研究所

小麥D基因組供體種―粗山羊草基因組草圖

通過D基因組草圖的研究發現，在漫長的進化過程中，D基因組的抗病相關基因（如NBS-LRR基因等）數量發生顯著擴張，大大增強了它的抗病性；對抗非生物應激反應的基因也發生顯著擴張，從而大大增強其抗逆性與適應性；在D基因組發現了小麥特有的品質相關基因，其中許多也發生了顯著擴增，從而使小麥的品質性狀大大得到改良，成為唯一能夠制作饅頭、面包、餃子等多種食品糧食作物；正是由于D基因組的加入，才使小麥的抗病性、適應性與品質得到大大改良，從而才使小麥走出發源地，走向世界各地，成為世界上種植區域最廣的第一大糧食作物。研究還發現大約在300萬年前，由于重復序列的大量插入，使小麥基因組急劇膨大，這一事件可能與當時地球的氣候變化有關。

小麥的基礎與應用基礎研究對于小麥的育種與生產產生了巨大的推動作用。在細胞遺傳學時代，小麥細胞遺傳學走在各主要農作物的前列，由于小麥矮稈基因、光周期不敏感基因與抗病基因的發掘與利用，促成了全球范圍的第一次“綠色革命”。在進入基因組學時代之后，由于小麥基因組巨大而復雜，因而使其研究嚴重滯后，大大制約了小麥品種改良的進展?；蚪M組測序已成為制約小麥科學研究與生產發展的關鍵，同時也對世界小麥研究工作者提出了巨大的挑戰。

譯文來自：Nature 496， 9195 （04 April 2013）

中國科學院遺傳與發育生物學研究所

小麥A基因組的測序