【新研究揭示亚非季风区夏季降水增幅“缩水”三成】中新网：近日，从中国科学院大气物理研究所(中科院大气所)获悉，该所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)科研团队研究发现国际上现行的最新气候模式过高预估了未来亚非季风区的夏季降水和总径流量的增幅，他们研发设计出一种基于观测数据的、物理意义清晰的“萌现约束”方法，利用该方法对国际上最新的气候模式预估结果进行约束校正后，亚非季风区的区域平均降水增幅只有原始结果的约70%，堪称有效压缩掉原预估结果三成“水分”。

中国科学家这项显著提高气候变化模式预估结果精准性的科研成果论文，北京时间5月10日下午在国际学术期刊《自然-通讯》上线发表，为国际社会气候变化领域交流合作、相关国家和地区政府决策、学界后续研究等提供重要参考。

论文通讯作者、中科院大气所周天军研究员介绍说，亚非季风系统是全球季风系统的重要组成部分，包括东亚、南亚和西非季风。亚非季风区数十亿人口的水资源来自夏季风降水。亚非季风的未来变化，将会对水资源和粮食产量造成显著影响。因此，准确预估亚非季风区的降水变化，对于开展气候变化影响和适应评估、制定减缓策略等至关重要。

他指出，“政府间气候变化专门委员会”(IPCC)第六次评估报告指出在不同的排放情景下，未来亚非季风区的降水将普遍增多，但是受模式对温室气体的敏感度等偏差的影响，预估结果尚存在较大的不确定性。为此，中科院大气所科研团队发展了一种适用于亚非季风降水的“萌现约束”技术，基于多套可靠的观测资料，对现行最新的国际“耦合模式比较计划第六阶段”(CMIP6)模式的预估结果进行约束校正，显著提高了亚非季风区夏季降水预估结果的可靠性。

论文第一作者、中科院大气所博士生陈梓明说，科研团队研究发现，在两种分别代表高碳排放和中等碳排放强度的共享社会经济路径下，CMIP6模式对亚非季风区夏季降水中长期(2050-2099年)变化的预估不确定性，主要与历史升温空间分布的模拟偏差有关：气候敏感度越高的模式，其历史气候模拟中北半球的升温幅度比南半球越强，对应的亚非季风环流的变化也越强，预估的未来季风降水变化的增幅也越大。

科研团队进一步基于观测数据，通过半球间热力差这一指标来对夏季降水预估结果进行约束校正，发现原始的CMIP6模式显著高估了亚非季风区夏季降水的增幅，而采用约束校正后，预估的亚非季风区平均降水未来(2050-2099年)较之参考态(1965–2014年)的增幅仅是CMIP6模式原始结果的70%，减少最大的是西非季风区，约为原始值的49%，东亚季风区的预估结果“缩水”幅度约为30%。

陈梓明称，降水变化还影响到径流量的变化。基于降水和总径流量之间的联系，科研团队利用约束后的降水预估数据来估算总径流量的变化，发现未来总径流量显著增多的区域面积占比仅为原始结果的66%，其中受影响最大的是西非季风区。

周天军认为，他们的研究表明，受气候模式在增暖空间型模拟上的偏差影响，国际上现行最新的气候模式普遍高估了未来亚非季风区降水的变化，通过“萌现约束”后的预估结果表明，亚非季风区的降水和总径流量增加不像原始结果那么强烈，但由于总径流量与可用水资源直接相关，这也给水资源管理提出新的问题，特别是在观测中西非和南亚季风区的降水在过去几十年表现出显著减少趋势的背景下。

据了解，适应和减缓气候变化需要利用气候模式进行未来变化预估。基于“一人一票”的“模式民主”原则进行多模式集合(MME)，是包括IPCC科学评估报告在内的科学界常用的方法。但是，这种方法在应用于最新的、以CMIP6为代表的气候模式时面临挑战，原因是受气候系统复杂过程的参数化中存在的不确定性因素影响，最新的气候模式许多存在“对温室气体的敏感度过高”、“模拟的温度变化过热”等问题，这会造成对未来气候变化影响风险的高估。

为解决这些问题，IPCC第六次评估报告针对全球平均温度等的预估提出了基于观测证据对CMIP6结果进行约束的技术。不过，如何在区域尺度上解决CMIP6模式气候敏感度过高所造成的预估偏差问题，科学界尚没有统一的、行之有效的方法，中科院大气所科研团队研发设计的“萌现约束”方法，有望为解决季风区的预估偏差问题提供一种重要途径和参考。

上世纪六七十年代，隐身技术红极一时，即使在今天，隐身材料依然是尖端技术。使物体可以在光天化日之下“隐身”的是一种等效超材料，这种超材料通过人工微结构构造出了一些自然界不存在的材料参数，通过特殊的材料参数控制了电磁波，实现了“隐身”“黑洞”这样的电磁效果。
超材料对电磁波的控制引起了很多专家学者的兴趣，其研究在中国的发展速度也很快，目前我国在超材料领域的研究已经处于全球第一梯队中。2014年，中国科学院院士、东南大学毫米波国家重点实验室主任崔铁军团队首次将超材料对电磁波的动态控制，以数字编程的方式实现，从而为6G技术研究打开了一个新的领域，这种超材料被命名为“信息超材料”，并以其灵活性、低成本和高效率，成为当前6G研究的宠儿。今年4月7日，智能超表面（RIS）技术联盟成立。智能超表面是信息超材料的应用技术之一，吸引了国内外80多家单位参与，涵盖大专院校、科研机构、学术团体、标准化组织，以及终端与芯片、仪器仪表、设备制造、运营企业等上下游单位。
开创连接数字世界与物理世界新范式
做隐身用的等效材料有一个明显的缺点，就是其中的人工微结构是固定的，不能变化，这意味着功能也是固定的，不能按照意愿实时控制电磁波，限制了超材料的应用场景，降低了使用价值。
2014年，崔铁军院士团队在国际上率先提出数字超材料的概念，并展示了第一块现场可编程超材料，借助FPGA输出序列调整超表面单元内部二极管开关的通断，在物理空间中实现了对电磁波的直接调控，开创了数字可编程超材料研究的先河，并在国际上引发大量关注。
“我们要把一个无源的微结构做成一个动态的有源超材料（无源指无需供电，有源指需要供电），就是要实现两个目标，一是微结构要能对电磁波动态调控，二是可以用数字来实现这种调控。”崔铁军说。
在数字超材料中，数字0和1代表的是两种相反的物理状态，例如相位的正相和反相，0透射和全透射等。在最初的设计中采用有源的二极管（PIN）来设计这个微结构，当二极管接通和断开时，会产生180̊的相位差，同时二极管的接通和断开也可以对应高电平和0电平，这恰与数字电路中的0和1是相同的，从而将电磁波控制的物理行为与数字电路的0和1的计算对应起来。
在二极管之后，变容管、三极管、MEMS、液晶、石墨烯、相变材料等都被引入超表面研究，调控手段进一步丰富，实现了对电磁波幅度、相位、极化等状态的灵活调控。随后，崔铁军院士在融合信息、电子、材料等科学的基础上提出了信息超材料的概念，将超材料的研究由单纯的空间编码拓展至空间-时间-频率等多域联合编码，并应用于对空间电磁信息的直接调制。这一系列工作开创了连接数字世界与物理世界的新范式，并为基于信息超材料的下一代无线通信系统研究做了基础性和前瞻性铺垫，具有里程碑意义。
信息超材料技术一诞生，就显示出在多种场景中应用的潜力。在FPGA之后，崔铁军团队又在研究加入传感器和人工智能算法，以此来实现信息超材料的自适应能力。
超材料将在6G受宠
一种颠覆性技术的引入，往往是由于传统的技术路径在满足新需求时碰到不好逾越的困难。人类在解决最基本的自身保暖的问题上，上千年主要利用棉花，但要又保暖又轻便，棉花明显不如羽绒。这也是6G研究中一直在寻找原创性技术的原因，希望另辟蹊径解决问题。
从3G开始，无线通信技术为了实现更大的信号传输吞吐量，在天线技术上做了很多改进，从智能天线到多天线，从多天线再到天线阵列，4G时引入了天线阵列（MIMO），5G引入了大规模天线阵列（Massive MIMO）。天线的数量从1对（发射和接收各1根天线）开始，经历2对、4对、8对，现在主流5G宏基站普遍用的是64对天线。在5G研究之初，大家热衷讨论的甚至是128对、256对。
从理论上讲，更高的天线对数带来更好的传输带宽，但为什么128对、256对天线并没有规模商用？因为5G和6G都面临一个系统性的挑战，MIMO、毫米波通信天线的核心体制是阵列体制，一个明显的缺点是成本高、系统复杂、功耗大。
崔铁军认为，6G采用超大规模天线阵列或者使用太赫兹频段时，这个矛盾会更加突出。而信息超材料则给出了一种路径，通过超材料对电磁波的控制，可以把天线的物理特性与基带的数字特性结合起来，简化了天线技术，而且功耗明显降低，成本也会明显下降。
2021年7月，中国移动携手东南大学电磁空间科学与技术研究院率先在5G现网完成智能超表面技术实验，结果表明，智能超表面可根据用户分布，灵活地调整无线环境中的信号波束，显著改善现网弱覆盖区域的信号强度、网络容量和用户速率，预示了信息超材料技术在未来无线通信中的广泛应用前景。
未来应用要分三步走
在中国移动近期发布的《6G信息技术超材料白皮书》中，集中反映出了中国移动对超材料、信息超材料在通信中应用的探索。
中国移动研究院首席专家袁弋非说：“通信中的超材料可以用于超材料天线、智能反射面、波束赋型超表面基站和信息调制超表面基站中。”

《我的越秀山故事》征文连载（39）| “五层楼”撤兵 开博物馆

文/图 胡荣华

1913年，越秀山曾被军阀龙济光划为军事重地，禁止市民入内。
一、越秀山曾堡垒林立重兵把守 
　　1929年2月11日，农历大年初二，筹备不足半年的广州市立博物馆正式对社会公众开放，引起极大的社会关注。不仅《广州民国日报》等广州本地媒体对此事开展了连篇累牍的报道，就连远在天津的《北洋画报》，也及时将这个消息公之于众，称这家建在名胜古迹上的博物馆“始克告成，已于元旦开幕，任人游览”，向生活在北方工商业中心城市的人们传递这一中国文化界的盛事。 
在广州市立博物馆筹建过程中，当时主政广东的李济深发挥了重要作用。1885年出生的广西人李济深，是中国国民党革命委员会主要创始人，早年就读于保定咨府军官学校，毕业后曾赴日本留学，受孙中山引导走上革命道路。北伐时期，担任国民革命军总司令部留守主任、广东省政府主席，他所领导的第四军，因在北伐中的卓著表现，被赞为“铁军”名满天下。1937年抗战爆发后，他积极响应中共号召，主张国共合作，一致抗日。 
　　同时，李济深也是一位文化爱好者，曾有“天风佛我若为容，立马名山第一峰，回望竹深沉碧海，却疑松古化苍龙”的佳句流传。 
　　孙中山逝世后，在国民革命根据地广东，掀起了一场以纪念孙中山、构筑革命文化、发扬南中华文化为核心内容的文化设施建设热。时为国民革命军第四军军长兼广东省主席的李济深，选址于风景名胜云集的越秀山南麓，开始依次推进。 
　　1913年二次革命爆发，广东革命党人纷纷宣布讨袁。袁世凯任命龙济光为广东宣抚使。龙济光率部进入广州后，向据守在越秀的讨袁军进攻，讨袁军不支，撤离广州。随后，越秀山也被龙划为军事重地，建筑堡垒加派重兵把守，禁止民众游览。越秀山上包括镇海楼（五层楼）在内的许多古迹也因日久失修，渐趋圯塌。 
　　对此，1928年应李济深之聘担任广东省教育厅厅长、广东通志馆馆长、广东省政府委员的近代著名报人黄觉，在《重修镇海楼记》中说： 
　　“辛亥以还，龙济光据粤，于楼之西南筑镇武楼，置炮石火药，布逻骑，禁樵采，而楼逐荒。其后八九年兵火不绝，争城者必争山，楼乃没为马槽军灶矣。” 
　　这是越秀山上的镇海楼及其周边古迹继明朝中期被火焚毁、清顺治平藩之乱后的第三次历史浩劫。 
　　二、用英国水泥加固五层楼 
　　李济深主政广东后，应当地士绅和民众要求，先是撤去越秀山上的驻兵，在越秀山上筹建了孙总理纪念园，1926年12月，在纪念园基础上经向市民和华侨筹款扩建而成的越秀公园（时称中山公园）正式对公众开放；接着提议在山麓孙中山任大总统时的总统府所在地建筑中山纪念堂、在山顶建筑中山纪念碑，在山岭建筑纪念辛亥革命将领邓仲元的仲元图书馆。 
　　在规划这批广州早期文化设施的过程中，李济深吸纳了时任广州市政委员会委员长林云陔和时任广州市教育局局长陆幼刚修复镇海楼、在楼上建立广州博物馆的建议。 
　　林云陔是广东省信宜人，早年加入中国同盟会，参加过辛亥革命，到美国留过学，1920年后，一度任孙中山大元帅府秘书。在民初政治家中，他以品行和实干著称。1927年5月20日，林云陔第二次出任广州市政委员会委员长，兼广东省政府民政厅长。他没有政治野心，也没有实际兵权，以“不多言”且勤勉实干的为政风格，将主要精力投入到广州的市政建设上，任上草拟了《广州市政府施政计划书》。镇海楼历经兵荒马乱之后的破败，引发了林云陔保护、修复名胜古迹的责任感。1928年，他向李济深任主席的国民党中央政治会议广州分会提出了修复镇海楼的议案。对此，黄觉也证实“林云陔任广州市长，叹斯楼倾圮，建议修复……请于政治会议广州分会”，获得通过。 
　　陆幼刚是北京大学的文科毕业生。1928年，广州市教育局局长任上的陆幼刚草拟了筹设广州市立博物院的提议，其中称： 
　　“广州为我国岭南文化中枢，际兹训政伊始，举凡启发民智之事业，自宜尽量建设，次第举行……且各国都市，均有宏伟之博物馆，即吾国北平市，亦有古物陈列之所。现拟在本市设立完备之博物院一所，模型世界今古特产异物、风俗历史之特征、雕刻、绘画、工艺等美术陈列。院内任人观览，附以注释，借以启发民智，引起国民研究学术兴趣。” 
　　意思是，为开启民智，各国大都市均建设宏伟的博物馆。作为政府新政的重要举措，北京、天津、上海等中国大城市，也相继开办公立博物馆，供市民观摩文化，而当时的广州尚没有一座体现岭南地区地域文化特色的博物馆。陆幼刚的提议放眼全球，阐明了在广州建设一座博物馆的必要性，同时勾画了博物馆展陈的内容，明确了博物馆创办的初衷。 
　　经李济深和林云陔首可，经广州市工务局和教育局共同筹划，博物馆定址越秀山镇海楼。被誉为“五岭以南第一楼”和“岭南第一胜概”的镇海楼，又名“五层楼”，是广州著名古建筑，为明朝洪武十三年（1380年）永嘉侯朱亮祖为修缮广州城，在北城垣拓展至越秀山的最高处建造。该楼在清代以“镇海层楼”列为羊城八景之一，登楼远眺，羊城景色尽收眼底。数百年来，文人墨客在此赞叹抒怀者极多，留下了不少脍炙人口的篇章。 
　　承担工程建筑的景生公司，采用了建筑大师梁思成“整旧如旧”的建筑设计理念。外面依照旧式建筑样式用英国水泥加固，里面在尽现旧貌的基础上大刀阔斧改良一番。为让博物馆有耳目一新之感，广州市政当局还在镇海楼原建筑基础上，在外围兴建花园一座。工程拨款“四万有奇”，1928年5月5日开工，12月底完工。《重修镇海楼记》这样对比了镇海楼修复前后的面貌： 
　　“当楼之未成，赭壁青烟，塊然附郭，残城坏堞，出没其下；及其成也，涂饰丹雘，扫除烦秽，盘马纡道，干云而上，大海奔流，五山南来，以临北户，形胜在目，浩森无际。” 
　　三、为充实藏品市民踊跃捐献 
　　1928年11月21日，李济深辞去广东省主席兼职一事获得了蒋介石的批准。但广州市博物馆的建设步伐依旧，12月，广州市立博物院常务委员和美术部主任、著名书画家丁衍庸，被派赴上海征集名家作品。丁衍庸凭借自身在专业领域的强大威望争取到支持、满载而归，于右任、经亨颐、陈树人、何香凝、褚民谊等国民党要员以及徐悲鸿、张聿光、高剑父、朱应鹏、黄宾虹、程瑶笙、吴仲熊、江小鹣等著名书画家的多幅作品被征集进馆。 
　　1929年2月11日，经广州市政当局几经筹备，由镇海楼改建而成的广州市立博物馆开馆纳客，成为当时中国最早的博物馆之一。 
　　“广州市市立博物院”的馆名和门口“五岭北来，珠海最宜明月夜；层楼晚望，白云仍是汉时秋”的馆联，是林云陔致信请国民党元老胡汉民亲笔所写。时任国民政府立法院长的胡汉民，是李济深和林云陔共同的老朋友。 
　　据《北洋画报》报道，新开张的广州博物馆“楼分五层，第一层陈列革命伟人烈士遗像及其纪念品，第二层陈列两粤名人字画，第三层陈列动物标本，第四层陈列植物标本，最下一层陈列矿物标本。”开馆后，各机构和海内外民众不断为博物馆充实藏品。4月25日，市民彭炳均向博物馆捐献了奇异鱼虾介壳等海产品。该月月底，市民林崇志捐献了从海南岛带回的罕见鸟类标本多种。以至于1929年年底，博物馆开馆临近一年之际，《广州民国日报》报道“市博物馆成立以来，各名人硕彦，多有赠送品物，留院纪念，以资观感”。 
　　1933年，广州博物馆在越秀山上举办了广州市的第一次展览会，设市政、工商、农业、教育、美术、古物、民俗、摄影、武备、革命纪念品十个馆，镇海楼为市政陈列馆馆址。