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河海大學海洋學院王喜冬教授團隊在海盆-跨海盆尺度海氣相互作用對熱帶氣旋強度低頻變異的調制機理、鹽度障礙層變化機理及其對海氣相互作用的影響、衛星海洋遙感數據重構海洋三維溫鹽場等研究方面取得新進展。 熱帶氣旋強度尤其是迅速強化的預報是限制熱帶氣旋預報水平的一個瓶頸，是熱帶氣旋預報中面臨的最具挑戰的難題之一，課題組研究生開展了海盆-跨海盆尺度的海氣相互作用對熱帶氣旋強度低頻變異的調制機理研究。基于觀測和數值模擬試驗，發現冬季ENSO通過影響沃克環流和羅斯貝波列的傳播調制次年夏季北大西洋大氣海洋熱力和動力環境，進而影響北大西洋熱帶氣旋的數量和強度等。該研究成果強調了赤道東太平洋冬季海溫異常季節持續性效應對北大西洋熱帶氣旋活動的重要性，為提高熱帶氣旋氣候預測能力提供了新的思路（Quan等，2019）；同時，也發現在夏季風后的孟加拉灣，與ENSO相關的赤道東太平洋的海溫異常誘導了沃克環流和羅斯貝波列的變異，導致北印度洋熱帶和熱帶外的大氣和海洋狀態形成偶極子狀異常結構，繼而誘導了熱帶氣旋生成位置的南北振蕩，伴隨熱帶氣旋生成位置的變化，熱帶氣旋的強度也隨之發生顯著的變化（Fan等，2019）。 印太暖池是引起全球氣候變化最為敏感的海域之一，大量的降雨在印太暖池近表層形成強的鹽度層結，誘導障礙層的發生，從而影響海氣相互作用，深入研究印太暖池鹽度障礙層變異規律及其控制機理對提高極端天氣和氣候事件的預測水平具有重要的科學意義。課題組成員提出了控制孟加拉灣障礙層年代際變化的機制，發現PDO通過影響沃克環流的年代際變化間接地調控孟加拉灣障礙層的年代際變化，而赤道印度洋羅斯貝波和孟加拉灣沿岸開爾文波在年代際尺度上對障礙層的變異影響較小；動力學分析顯示，淡水通量引起的卷挾和平流過程主導了孟加拉灣北部海域障礙層的年代際變化，而淡水通量和海表熱通量誘導的卷挾過程主導了孟加拉灣南部海域障礙層的年代際變化（Pang等，2019）。另外，還發現孟加拉灣北部深厚的障礙層對近二十年季風后孟加拉灣熱帶強化率的變化有重要影響，顯著地促進了強化率的增加，這主要是因為近二十年熱帶氣旋軌跡向東北方向發生了偏移，孟加拉灣北部深厚的障礙層限制了熱帶氣旋誘導的海面冷卻，進而促進了熱帶氣旋的強化（Fan等，2020）。 衛星遙感可以提供高時空分辨率的海表觀測數據，特別是微波遙感即使在熱帶氣旋期間也能獲得大量的觀測數據。然而，衛星觀測資料只能提供海洋表層信息，如何有效地同化衛星遙感資料從而獲得上層海洋熱鹽結構是海洋數據同化領域中亟需解決的前沿難題。課題組根據不同海區的動力學特征，基于表面強迫準地轉理論，從動力映射角度建立了海洋表層與次表層之間的關系模型，該技術可利用實時的衛觀測海表溫度、海表鹽度和海面高度資料，快速地估計三維溫度、鹽度、密度和流速等海洋狀態（Chen等，2020）。

有機無機雜化鈣鈦礦以其光吸收系數高、載流子擴散距離長、制備方法簡單、帶隙連續可調等特性，被廣泛認為是發展下一代光伏器件的理想材料。自2009年以來，僅僅歷經10年的發展時間，鈣鈦礦太陽能電池的能量轉化效率已經達到25.2%，發展速度為各類太陽能電池之最。但是，由于鈣鈦礦太陽能電池當前面臨的熱穩定性、長時間工作穩定性等問題，嚴重阻礙了其商業化應用發展。針對此問題，北京大學物理學院趙清教授課題組利用材料工程方法，設計提出了富溴鈣鈦礦籽晶誘導生長兩步法，實現了鈣鈦礦薄膜中溴離子的高效摻雜，有效提高了鈣鈦礦太陽能電池的長時間工作穩定性。 通過在碘化鉛薄膜中引入微米級富溴鈣鈦礦籽晶，一方面提供后續鈣鈦礦生長所需的成核位點、誘導薄膜生長、提高薄膜生長質量，另一方面為鈣鈦礦生長提供充足的溴元素，解決兩步法中溴離子難以有效摻雜的問題。通過改變鈣鈦礦籽晶的添加量，可以實現對鈣鈦礦成核、晶粒大小、缺陷態密度等的精確調控，實現對最終鈣鈦礦成分與帶隙的精準控制。測試表明，利用富溴鈣鈦礦籽晶誘導生長兩步旋涂法制備得到的鈣鈦礦太陽能電池器件，其能量轉化效率可以達到21.5%；更為重要的是，其長時間工作穩定性得到了顯著提高，在AM1.5G太陽光下持續工作500小時后，仍然能保持超過80%的初始效率。這一成果遠遠超過傳統兩步法僅有的數小時穩定性。該研究表明，溴元素對鈣鈦礦材料長時間工作穩定性具有至關重要的作用，同時，提供了一條簡單、高效、穩定的基于鈣鈦礦兩步法的溴摻雜方法。此研究將為鈣鈦礦領域內鹵素離子的均勻高效摻入、器件長時間工作穩定性的提高等問題提供了新的思路。相關研究結果發表于Advanced Energy Materials 9, 1902239 (2019),并被選為當期封底圖片。北京大學博士生李琪為該研究論文的第一作者，趙清教授為通訊作者。以上研究得到了國家自然科學基金委、北京大學人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、北京大學納光電子前沿科學中心、量子物質科學協同創新中心等單位的支持。

蛋白酶體是細胞中用來調控特定蛋白質的濃度和清除錯誤折疊蛋白質的主要機制的核心組成部分，是細胞中最普遍的不可或缺的大型全酶超分子復合機器之一，也是迄今為止發現的最大的蛋白降解機器。人源蛋白酶體全酶包含至少64個亞基，由蓋子 (Lid)和基座(Base)亞復合體組成的調控顆粒RP(Regulatory Particle)所激活。2016年，該課題組與其合作者在《美國科學院院刊》報道了人源蛋白酶體的基態近原子分辨的冷凍電鏡結構，以及三個亞納米分辨的RP-CP亞復合體亞穩或過渡態的共存結構，并首次發現其中一個亞穩態構象的CP的底物轉運通道處于開放狀態（見PNAS 2016, 113: 12991-12996）。這一發現被德國馬普所Baumeister課題組及其合作者在2017年的一篇《美國科學院院刊》論文中通過酵母蛋白酶體全酶的冷凍電鏡亞納米精度分析進一步證實、引用和比較（見PNAS 2017, 114, 1305-1310）。然而，在這些工作中，CP開放態的全酶結構離近原子分辨還有較大距離，未能充分揭示人源蛋白酶體全酶的激活后的運動行為。毛有東、歐陽頎課題組及其合作者在前期工作的基礎上，利用他們自主開發的基于統計流行算法的高性能計算軟件ROME（見PLoS ONE 2017, 12:e0182130）與優化的冷凍電鏡處理方法，對ATP-γS結合狀態下的人源蛋白酶體的全酶冷凍電鏡單顆粒數據展開了深入分析，得到了6個共存的動態結構，其中包括3.6埃分辨率的基態結構，3.5埃的開放態CP結構，和三個CP開放態對應的亞穩簡并態全酶4.2埃，4.3埃和4.9埃的結構。另外兩個中間態結構分辨率為7.0埃和5.8埃。三個CP開放態對應的全酶結構的主要差別在于位于RP的AAA-ATPase激酶馬達模塊，伴隨其不同的構象變化，至少有四個ATP-γS分子穩定結合在不同的AAA-ATPase亞基上，為其在不同核酸結合狀態下形成的非穩定動態構象提供了重要證據。該研究首次觀察到位于AAA-ATPase激酶馬達模塊中心的底物轉運通道呈現從螺旋到鞍形不同的拓撲結構變化，為進一步分析底物和蛋白酶體全酶的相互作用奠定了重要基礎。人源蛋白酶體全酶AAA-ATPase馬達模塊中心的底物轉運通道發生大幅度的拓撲變構