1. 背景

   地表水体是人类生存发展和生态系统平衡的关键资源。其中，陆地表面间歇性出现的水体，往往在月际或年际尺度上频繁发生陆地和水体状态的转换。该类水体对碳循环和生物多样性等方面有着重要影响，而且具有更高的敏感性和脆弱性，需要得到重点关注。随着人类活动和气候变化的影响，间歇地表水体变得越来越普遍，对社会和生态系统的影响也愈发显著。

   然而，由于监测手段的限制和分析方法的不足，间歇地表水体的动态变化过程一直未被充分揭示。现有水文观测站点多聚焦于常年水体，严重缺乏针对间歇水体的观测，因此，遥感观测成为间歇水体监测的重要手段。然而，遥感监测方法存在云遮挡问题及时间跨度、时间分辨率和空间分辨率无法兼顾的问题，缺乏长时间序列、月尺度、全覆盖的30米分辨率地表水体监测数据。此外，对间歇水体的定义和分析多停留在定性层面，尚无刻画地表水体间歇性的定量指标，以上问题严重制约了我们对间歇水体详细时空变化规律的分析和认识。

   针对上述关键科学问题，该研究首次提出了一种间歇地表水体遥感监测的方法框架。首先，该方法框架基于海量历史图像中蕴含的时空关联信息，构建了基于时空邻域相似性的云遮挡区“水/非水”状态的推测方法（Spatial and Temporal Neighborhood Similarity-based Gap Filling, STNS-GF），恢复了被云遮挡区的地表状态，重建了空间完整的逐月地表水体分布图；其次，提出了度量序列结构异质性的指标（Heterogeneity Index, 0~1），定量描述各像元水体时间序列的间歇性，从而实现了水体类型的详细划分；最终，通过在我国最大的淡水湖——鄱阳湖的验证，该方法框架能够很好地揭示间歇地表水体的详细时空动态。

2. 方法

2.1 基于时空邻域相似性的云遮挡区地表状态推测方法

   研究发展了一种云遮挡区的地表水体推测方法（STNS-GF），以推测受云遮挡及条带影响区域的“水/非水”状态。该方法利用大量历史影像，提取了待推测像元的历史水体频率、空间邻域相似性和时间邻域相似性三种关键信息，然后通过朴素贝叶斯分类器对该像元的“水/非水”状态进行推测分析（图1）。其中，水体频率提供了每个像元存在水的先验概率，指示了该位置历史上水的出现情况，以减少误判；空间邻域相似性评估以待推测像元为中心的一定空间邻域内，待推测时刻的地表状态与该邻域历史状态空间格局的一致性，以借助历史上相似水位的水体空间分布信息；与此同时，时间邻域相似性则通过计算待推测像元在以当前时刻为中心、一段时间内的状态变化与历史时段的相似性，以借助历史上相似的水体扩张或退缩过程中像元状态随时间变化的过程信息；最后，通过朴素贝叶斯分类器，STNS-GF综合利用以上三种信息来判断每个待推测像元的“水/非水”状态，首次生成了长时间序列、高频率且空间完整的详细地表水体分布图。

图1 地表水体云遮挡区域状态的推测方法（STNS-GF）示意图

2.2 水体间歇度指标

   研究构建了在0到1之间变化的异质性指数（Heterogeneity Index, H），以定量刻画地表水体在时间序列上表现出的间歇性。该指数在香农多样性指数基础上进行了显著的改进，创新性地将某像元的水体状态时间序列分成多个均质的片段，每个片段代表连续的水（表示为 1）或连续的非水（表示为 0），两个片段之间意味着水和非水状态的转变。对于由这些均质片段构成的整个时间序列，使用以下公式计算每个像元的间歇程度：

   指数越接近1，代表水体状态转换越频繁，间歇性越强；H指数越接近0，则代表水体状态较为持续，转换频率低，间歇性越弱。

   进一步地，结合像元的间歇度指数和淹水频率，可将水体分为常年水体、偏湿间歇水、偏干间歇水。

3. 结果分析

   为验证该方法框架的有效性，在中国最大的淡水湖——鄱阳湖区域，利用该区域5157幅Landsat卫星遥感图像，重建了1986年4月到2023年9月的逐月地表水体空间分布图，并深入探究了地表水体的详细动态变化特征。

   研究结果显示，重建的月度地表水时间序列与观测到的水位呈现高度相关性（图2），探测到了2003年10月和2022年7月的地表水体显著减少事件。重建的水体分布图的空间完整性及时间连续性与当前经典数据集JRC-GSW相比有显著提升（图3）。

图2 鄱阳湖地表水体的月尺度时间序列及云覆盖区域填补前后对照

图3填补效果与经典数据集JRC-GSW相比有显著提升

   研究发现，间歇水体在鄱阳湖区域极为普遍，占总水体面积5210平方公里的91.2%，而常年性水体仅占9.8%（图4）。年际尺度上的水体分类结果表明，常年水体平均每年缩减13.04平方公里（P<0.001），而偏湿间歇水体平均每年扩张10.87平方公里（P<0.001）。在研究期间，有1132.26平方公里（21.9%）的水体转变为更干燥和更间歇的状态，包括从常年性转变为偏湿间歇或偏干间歇，以及从偏湿间歇转变为偏干间歇。在三种水体类型中，偏干间歇水体表现出最强的动态变化。

图4 地表水类型在研究期间的前5年（1987-1991）和最后5年（2018-2022）之间的状态变化

4. 启示意义

   在气候变化背景及我国“碳达峰”、“碳中和”战略下，水体的间歇性及其社会和生态意义进一步增强。该研究创新性地构建了间歇水体的定义、提取、定量分析框架，显著提升了间歇水体观测的时间和空间完整性，实现了地表水体间歇性的定量刻画及分析，进而详细地揭示出间歇水体的普遍性、扩张性和脆弱性，相关方法和发现将为深入认识地表水体动态、实现全球可持续水资源管理提供支撑。

   论文全文链接如下：

   https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425724003031

        新污染物危害生态环境与人体健康，是全球面临的主要环境问题之一。今年两会期间，习近平总书记在谈到新污染物治理问题时，强调要全面准确落实精准治污、科学治污、依法治污方针，推动社会发展绿色化、低碳化。目前国际上普遍关注的新污染物种类包括：全氟和多氟烷基化合物等持久性有机污染物、内分泌干扰物、抗生素以及微塑料。这些新污染物具有生物毒性、环境持久性、生物累积性等特征。我国是化学品生产和使用大国，化学品生产和使用的快速增长成为新污染物种类增加的重要原因。2022年，国务院办公厅印发了《新污染物治理行动方案》，从“筛”“评”“控”的思路开展新污染物治理工作。《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》中提出，到2025年实现新污染物治理能力明显增强的目标。文章总结了新污染物治理方面的进展，为政府部门制定相关政策提供了理论支持。

       https://paper.cntheory.com/html/2024-05/27/nbs.D110000xxsb_A5.htm

       H2S是一种剧毒气体，广泛存在于工业燃气中，对环境和人体健康构成严重威胁。钱智团队的超重力选择性脱硫技术，革新传统脱硫工艺，将脱硫塔的高度从原来的32米大幅减少至2.89米，气-液传质效率提高1个数量级，填料体积减少近40倍，同时将H2S的选择性提升近8倍，并实现了20%的节能效果。与全球领先的脱硫技术公司相比，超重力选择性脱硫技术在设备体积和成本上具有明显优势：设备高度仅为对方的10%，体积仅为2.5%，脱硫剂成本仅为25%，CO2共吸率仅为10%。

革 新 脱 硫 技 术

多 端 效 应 超 重 力 反 应 器

       这一技术的创新在于其背后的科学原理。团队成员、硕士研究生车驰通过深入研究，发现超重力条件下液膜的振荡形变能够形成超扩散现象，显著加快气体分子在液体中的扩散速度。这一发现不仅阐释了超重力条件下H2S的高效选择性脱除机制，还为进一步优化脱硫工艺提供了新的视角。

超重力条件下的超扩散现象

       氧化铝厂发生炉煤气超重力选择性脱硫工业侧线试验 这项技术的开发和应用已引起国际市场的关注。这一技术的不断发展和应用，将能够为全球工业排放治理提供新质、高效解决方案，具有现实意义。

团队成员

       在本届日内瓦国际发明展上，国科大首次亮相便赢得了国际同行和组委会的关注与认可。这不仅彰显了国科大学师生勇于探索的开创精神，更体现了国科大在科学技术研究及国际交流合作方面的影响力。

      主观幸福度（subjective well-being）是衡量人类福祉的一个重要评价指标，几千年来一直深刻影响着人类活动和社会发展。2015年，联合国提出了17项可持续发展目标（SDGs），旨在促进社会发展、经济发展和环境保护之间的平衡，革新了以人类需求为导向的发展范式，强调人与自然和谐共生。作为人类社会的共同追求，SDGs与主观幸福度间的相互作用是复杂的生态-社会-经济多学科交叉前沿领域，关系全球可持续发展的未来，但目前尚缺乏科学认识。

      利用前期建立的全球可持续发展目标间均衡度评估方法（Liu et al. NSR, 2021, doi: 10.1093/nsr/nwaa238; Liu et al. The Innovation, 2024, doi: 10.1016/j.xinn.2024.100573），国科大王艳芬教授团队深入研究了全球尺度可持续发展与人类主观幸福度间的关系。研究发现，人类主观幸福度与目标间均衡度在可持续发展进程中逐渐解耦（图1）；在国家层面上，越接近实现SDGs目标，主观幸福度越依赖于经济发展，表明人类社会当下缺乏全面实现SDGs的内生动力。这是全球可持续发展面临的核心挑战。

图1 沿可持续发展梯度上SDGs目标间均衡度与人类主观幸福度间的解耦关系

       距离实现SDGs的差距越大，人类主观幸福度越依赖于目标间均衡度，而非以往研究中提出的目标平均达成度和人均GDP。其潜在机制可用木桶定律解释：可持续发展中的短板越多，人类基本需求面临的挑战越大，主观幸福度越低，从人类个体角度强调了SDGs的重要性。

       越接近实现SDGs，主观幸福度越依赖于人均GDP，而目标间均衡度对其呈中性或负面影响。该现象可能源自环境保护与经济发展之间的权衡关系。可持续发展状况较好的国家很少存在基本需求的限制，其表现欠佳的SDGs通常与环境保护相关（例如，SDGs 12、13和14）。提高目标间均衡度通常与环境保护等滞后目标的改善相关，从而提高主观幸福度。然而，环境保护政策的实施可能在一定时间内减缓或阻碍经济发展，抵消环境质量改善带来的积极效应。这些结果，凸显了缓解环境保护与经济发展之间权衡的紧迫性。

       研究进一步提出了“自下而上”的政策建议：通过促进科学进步、舆论宣传和社会平等激发人们对可持续发展的憧憬，实现社会发展和人民幸福提升的协同（图2）。其机制在于通过对基础研究和公共宣传的持续投入，提醒公众不均衡发展的负面影响，从而建立主观幸福度与可持续发展的紧密联系。例如，PM_2.5与主观幸福度之间的联系建立在其对人类健康负面影响的科学认识之上，媒体的宣传报道则促进了公众对其健康风险的了解，故而在经济越发达的地区，空气质量对主观幸福度的影响越强。此外，本研究还发现，消除收入不平等可以调解主观幸福度与目标间均衡度的权衡。这可能是由于消除收入不平等扩大了经济发展的受益面，同时不会对环境造成负面影响。综上，基于社会治理的系统解决方案应在未来SDGs政策制定中应予以重视。

图2 社会治理因素促进目标间均衡度与主观幸福度间的协同

      本研究揭示了可持续发展中长期被忽视的主观影响因素，即人类个体需求与社会发展需求间的权衡。个体需求同样至关重要，如何将可持续发展进展转化为能被广大民众认可的幸福感，是全球可持续发展面临的重要问题与前沿研究领域。此外，研究揭示的单峰变化特征（图1）与生态学中植物生产力-多样性间的单峰关系类似（例如团队前期成果：Wang et al. NSR, 2022, doi: 10.1093/nsr/nwac165），强调了结构均衡度在更广泛学科中的重要作用。

       相关成果近期发表于 Nature Sustainability ，我校燕山站/资环学院杜剑卿博士为论文第一作者，资环学院王艳芬教授为论文共同通讯作者，经管学院董纪昌教授、胡毅教授和段宏波教授等在相关管理政策建议方面做出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金委员会青年基金和“黄河专项”（42001267, 42041005, 42041007）等项目资助。

       原文链接：https://www.nature.com/articles/s41893-024-01270-5

   近日，我院地理信息系统（GIS）方向研究团队在著名的国际应用能源期刊《Applied Energy》（IF=11.2）发表了题为“Risk in Solar Energy: Spatio-temporal Instability and Extreme Low-light events in China”的重要研究成果。此项研究创新性地构建了反映太阳能资源不稳定性的定量评价指标，并针对严重影响太阳能发电的极端少光天气事件进行了明确定义与有效识别。研究利用了长达40余年的再分析气象资料，深入剖析了我国太阳能资源及其不稳定性的空间格局演变规律，揭示了极端少光事件在频次、时长及地理分布上的关键特征，同时对未来可能出现的变化趋势提供了科学预测。

图1 我国太阳能资源的不稳定度与极端少光事件的时空特征

图2 研究团队在青海和新疆实地调研太阳能发电站

   鉴于我国太阳能发电比重不断攀升以及极端气候事件可能带来的严峻考验，这项工作显得尤为及时且重要。它不仅为我国在太阳能大规模布局阶段主动应对可再生能源气候风险提供了实证基础和决策支持，而且对于优化全国乃至全球范围内的太阳能电站规划布局、保障未来能源供应安全具有广泛的借鉴价值。

   该研究由我院李润奎副教授、宋现锋教授领衔作为共同通讯作者，硕士研究生郭靖娴担任第一作者。研究得到了国家自然科学基金委专项项目、中国科学院网络安全与信息化专项、魏桥国科联合实验室低碳技术专项以及中国科学院大学优秀教师科研能力提升项目的资助。

   论文全文链接如下：

   https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924001326

       国科大资环学院刘如铟课题组，使用基于近全长的SSU rRNA基因PacBio测序技术，对大型城市饮用水厂（DWTPs）水净化及输配过程中病原菌在种水平上的动态变化模式进行了研究。通过所建立的病原菌种水平的分析鉴定流程，在水样中检测到多种潜在的病原菌种，主要为常见于给水系统中的条件致病菌。本研究发现除了DWTP的净化过程对病原菌的有效去除，饮用水输配系统似乎也不利于病原菌的存活（DMA水体中的病原菌相对丰度低于DWTP出水）。此外，在地下水为水源的DWTP中，不同季节都观察到了分支杆菌（Mycobacterium）的富集，并且对应的DMA也表现出对特定分支杆菌种较强的选择性；地表水厂的水处理过程中，预氧化后冬季源水中军团菌属（Legionella）的某些种在水体群落中会被选择性地富集，不过它们可被后续的净化步骤有效去除。

       本研究在种水平上全面研究了实际饮用水处理和分配过程中的病原菌群落的动态模式，揭示了不同季节、不同DWTP和DMA之间的差异，鉴定了多种潜在的病原物种，为公共卫生管理提供了参考依据。

       本研究成果于2023年11月30日，以“Changes of Putative Pathogenic Species within the Water Bacterial Community in Large-Scale Drinking Water Treatment and Distribution Systems”为题发表于WATER RESEARCH上。国科大本部资源与环境学院刘如铟副教授为论文通讯作者。

       原文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135423013878

图 1. 饮用水处理和分配过程中军团菌和分枝杆菌的系统发育和丰度动态

            Environmental Science & Technology发表文章

        2023年10月，中国科学院大学资源与环境学院刘文彬教授研究团队在国际环境领域著名学术期刊《Environmental Science & Technology》上发表题为“Occurrence and Formation Mechanism of PCDD/Fs and SCCPs in Chlorinated Paraffin Products”的文章。该工作展示了在高浓度的氯化工业品中针对痕量持久性有机污染物二恶英的提纯、净化、浓缩等前处理方法，利用同位素稀释，通过高分辨磁质谱气质联用仪对固体和液体氯化石蜡工业品中二恶英进行检测的过程。同时，采用二维气相色谱质谱联用仪、三重四级杆气质联用仪检测氯化石蜡工业品中副产物短链氯化石蜡的赋存情况。根据对石蜡原料中简单化合物的筛查，发现了其中存在的不同种类的二恶英前驱体，根据对氯化石蜡工业品中非2,3,7,8取代的二恶英的分析，探索了氯化石蜡工业品生产过程中高毒性二恶英可能的产生途径。并且展望了副产物二恶英和短链氯化石蜡形成的影响因素及其对环境的影响方面的研究前景。

                                                     Graphical figure

          研究表明，固态和液态氯化石蜡工业品中检测到的短链氯化石蜡和二恶英得主要同系（类）物均各不相同。通过筛查得到的石蜡原料中氯苯、氯酚、多环芳烃等简单化合物，分析了前驱体生成二恶英的可能途径。在氯化石蜡工业品中发现毒性相对不高，但是大量赋存的非2,3,7,8氯取代二恶英，通过计算连续氯化偏好，发现2,3,7,8氯取代二恶英与非2,3,7,8氯取代之间的转变也是形成高毒性二恶英的重要途径。二恶英在产量巨大的氯化石蜡工业品中的首次检出表明，  氯化石蜡及其下游产品很可能是二恶英的一个排放源，这对进一步探索二恶英在氯化石蜡整个生命周期中的排放控制具有重要意义。本论文第一作者为博士研究生何蕴琛。论文共同通讯作者为中国科学院大学资源与环境学院刘文彬教授、中国科学院生态环境研究中心高丽荣教授。该工作得到了国家自然科学基金委、国家重点研发计划的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c06378

       在智能材料系统中，有机光电突触作为一个跨学科领域，吸引了广泛研究兴趣。光电突触将接收的光信息转换为数字信号的感知单元、存储视觉信息的存储单元，和执行图像处理任务的处理单元集于一体，实现光信息的感知、记忆和计算有机融合，为下一代智慧光电探测提供可能。

       2023年10月，中国科学院大学资源与环境学院韩颖慧副教授、材料科学与光电技术学院黄辉教授团队在国际顶刊《德国应用化学》上(Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202313634)上发表题为“Towards Artificial Visual Sensory System: Organic Optoelectronic Synaptic Materials and Device”的综述文章。该工作阐释了有机光电突触材料和器件的设计原则和工作机制，回顾了有机半导体作为导电沟道、吸光层和发光层三种功能，梳理了光电突触器件在成像记忆、痛觉感知和认知方面的潜在应用，分析了这一领域面临的挑战和机遇，展望了其在下一代人工视觉系统中的应用前景。

有机半导体材料在人工视觉感知系统中的应用

（a）光响应电突触；（b）电致发光突触器件常见的有机结构式

       目前，光电突触在类脑计算、仿生视觉机器人和神经启发的电子假肢等领域已展现巨大潜力。当然，鉴于其仍处于萌芽阶段，因此需要多学科交叉的科研工作者通力合作，共同努力，以促使有机光电突触技术迈向实际应用，使其在下一代人工智能领域大放异彩。本论文第一作者为博士研究生陈皓。论文共同通讯作者为国科大资源与环境学院韩颖慧副教授、材料科学与光电技术学院蔡芸皓副教授和黄辉教授。该工作得到了国家自然科学基金委、国家重点研发计划、中国科学院先导专项、中国科学院网信专项等支持。

论文链接： https://doi.org/10.1002/anie.202313634

   2023年10月12日，中国国际科技促进会组织召开的《生活垃圾焚烧设施协同处置医疗废物技术规范》《医疗废物原位就地处置技术指南》团体标准编制开题论证会在郑州顺利召开。该标准由中国科学院大学提出，生态环境部环境规划院、沈阳环境科学研究院、生态环境部对外合作与交流中心等单位联合编制。

   会议邀请了生态环境部固体废物与化学品管理技术中心、清华大学、国家卫生健康委医院管理研究所、中国科学院科技战略咨询研究院可持续发展战略研究所、河南机电职业学院、南昌市医疗废物处置中心有限公司等单位专家参加了开题论证会。标准参编单位40余人参加了会议。

   “新冠”疫情后时代时期，需要落实补短板的具体需求，全面应对“平战结合”，提升我国医疗废物处理处置技术及管理能力。会上，标准编制组汇报了两项标准的编制背景、重要意义、核心技术、标准文本等内容。与会专家认真听取了汇报，并围绕两项标准的政策符合性、技术可行性、设施建设、具体文本等进行了全面深入的讨论。专家一致认为，两个团体标准提出的标准编制技术路线合理，具有可操作性，可为促进我国医疗废物处理处置能力提升等提供技术管理依据，标准制定具有实际的应用价值，同意两项标准编制开题。

   《生活垃圾焚烧设施协同处置医疗废物技术规范》围绕生活垃圾焚烧设施协同处置医疗废物设施的总体要求、污染物种类与来源、工艺要求、主要工艺设备、检测与过程控制、主要辅助工程、运行与维护等技术要求，旨在为推进生活垃圾焚烧设施协同处置医疗废物的技术及管理提供支撑；《医疗废物原位就地处置技术指南》围绕医疗废物原位就地处置设施的总体要求、工程建设、可行技术及工艺参数、设施运行技术要求、污染防治技术要求、检测与过程控制、运行与维护等技术要求，旨在为推进医疗废物原位就地处置提供及数个管理依据。

   我院陈扬教授、冯钦忠副教授等同志参加了会议。

线上召开会议

   中国科学院大学、生态环境部对外合作与交流中心分别汇报了《产业园区减污降碳协同增效技术导则》《产业园区减污降碳协同增效绩效评价指南》团体标准的目的、意义、必要性、适用范围和标准的主要内容，以及该团体标准工作编制情况。

   与会专家听取了标准编制组工作情况和主要内容的汇报，详细审查了相关报送材料、征求意见汇总表、编制说明等内容，并逐条详细审查了标准文本的全部章节内容。审查组认为该标准送审稿资料齐全、内容总体规范完整，工作流程符合团体标准编制要求和GB/T 1.1-2020的起草规则要求。认为主编单位是基于产业园区减污降碳协同增效技术管理和绩效评价的实际需求，分析了产业园区源头控制、生产过程控制、污染物末端治理、产业循环链构建、基础设施绿色低碳化、绿色交通、智慧化管理平台构建等要求，并为产业园区减污降碳协同增效提出明确技术路径，可为促进产业园区减污降碳协同增效水平提升等提供技术管理依据。绩效评价指南可用于指导产业园区及入园企业减污降碳核算、 绩效水平评价、 协同创新试点建设指导和产业园区管理水平提升，对产业园区减污降碳协同增效绩效评价具有规范性指导意义。

   最后，专家评审组同意该项团体标准通过审查，要求编制组按照专家提出的意见和建议将进一步修改完善。