中国西南山区干暖河谷的水文过程具有独特的特点，已引起世界科学界的广泛关注。鉴于该地区是长江上游生态系统脆弱和水资源冲突严重的地区，需系统地识别气候和土地利用变化的水文响应。本研究以安宁河流域的干暖河谷为研究对象，采用MIKE SHE模型进行校准。随后，利用长短期记忆网络模型（LSTM）和传统多模式集成均值（MMEM）方法对31个全球气候模式（GCM）进行气候预测。采用元胞自动机-马尔可夫模型，综合考虑气候、社会和经济条件等，对土地利用的空间格局进行预测。将生成的4组气候预测和3组土地利用预测数据交叉输入MIKE SHE模型，以预测2021—2050年的水文响应变化。针对日尺度模拟的率定期和第一个验证期，决定性系数（R）分别为0.85和0.87，纳什效率系数分别为0.72和0.73；先进的LSTM方法对日尺度气温和月尺度降水的预测效果优于传统的MMEM方法；RCP8.5下的月平均气温预测值略高于RCP4.5，这与6~10月月平均降水量的变化相反；径流量和实际蒸散发（ET）的变化对气候变化的敏感性高于对土地利用变化的敏感性；研究区径流量变化与ET变化无显著相关性。本研究可以提供复杂变化环境下的一系列水文响应，从而有助于关键地区水资源随机不确定性和优化管理。
超滤（UF）工艺已广泛应用于饮用水处理中。然而，藻类及其分泌物会导致严重的膜污染，在实际生产过程中对超滤工艺构成巨大挑战。本文开发了一种简单实用的化学强化反冲洗（CEB）技术，考察了次氯酸钠（NaClO）、氯化钠（NaCl）、氢氧化钠（NaOH）、柠檬酸钠及其组合对藻源膜污染的控制效能。结果表明，化学清洗剂的类型是影响超滤膜水力不可逆膜污染（HIMF）的关键因素。其中，NaClO 对HIMF的控制效果最佳，其次是NaCl。此外，与单独使用NaClO相比，将NaClO与NaCl、NaOH或柠檬酸钠等组合使用对HIMF的控制效果并没有明显提升。NaClO 的最优投加量和投加方案为10 mg∙L−1，且最佳投加频次为每天两次。通过开展长周期的中试和生产实验进一步表明CEB技术可有效缓解藻源膜污染，尤其是HIMF。此外，与不添加化学药剂的常规水力反冲洗相比，CEB技术主要是通过氧化作用有效地去除包括生物聚合物、腐殖质和蛋白质类物质等在内的有机污染物，削弱有机污染物与膜表面之间的黏附力，从而显著降低HIMF。因此，CEB技术可在低药剂条件下有效地缓解藻源膜污染，是一种有效阻控超滤处理含藻地表水过程膜污染的方法。
识别河岸侵蚀的风险是确保早期预警和预防或控制包括长江在内的河流集水区崩岸的一项重要挑战。本文引入一种基于地貌要素的算法，通过调整多波束回波探测数据的平坦度来提取河岸侵蚀信息。该算法绘制了10 个水下地貌形态要素，包括坡、坡脚、水平面、脊、顶、谷、凹陷、凸起、坑和坡肩。利用21 个平坦度值构建水下河岸侵蚀特征的识别策略。结果表明：当平坦度为10°时，作为侵蚀载体的岸坡陡坎被坡要素覆盖。平坦度为0°时，冲刷坑和河岸破损由河岸附近的坑要素和岸坡中的凹陷表示。河道水下沙波是加速河岸侵蚀的重要因素，尤其是靠近河岸坡脚的沙波；沙波的临界平坦度为3°。分析了水下地貌形
态要素的分布，并用于绘制河岸侵蚀库存图。分析结果表明，近岸区水深较大，易形成较大的冲刷坑和较长的河岸陡坎。窝崩往往发生在较长的岸坡处，以缩短其长度。经讨论陆地、海洋和河流环境中平坦度值的不同设置，得出的结论是，多样化的平坦度值能够显著识别河流水下地貌形态。因此，本研究为基于平坦度的河流水下地貌形态要素识别提供参考，增强了从大量多波束测深数据定位水下岸坡失稳迹象与风险的能力。
快速、灵敏、即时检测致病菌对食品安全至关重要。在这项研究中，开发了一种新的量子点纳米珠标记的侧流免疫检测试纸条（QB-labelled LFIAS）结合链置换环介导的等温扩增（SD-LAMP）技术，用于定量检测鼠伤寒沙门氏菌（ST）。量子点纳米珠（QB）作为荧光报告材料，具有良好的检测效率。在LAMP中使用了可定制的链置换（SD）探针，以提高方法的特异性并防止副产物捕获。检测基于夹心免疫分析法。荧光条读取器测量测试（T）线和对照（C）线的荧光强度（FI）。条带的线性检测范围为每毫升102 ~ 108个菌落形成单位（CFU）。视觉检出限为103 CFU·mL−1，表明该系统的灵敏度是AuNP 标记试纸的10 倍。根据聚合酶链反应（PCR）和SD-LAMP的琼脂糖凝胶输出分析ST 特异性。在食品中检测到ST，回收率为85%~110%。该方法快速、简便，几乎不需要设备，适用于食品中的细菌检测和临床诊断。
进入'十四五'时期，PM2.5（空气动力学当量直径小于等于2.5 μm的颗粒物）和O3的协同控制成为我国大气污染防治的重大课题。PM2.5、O3及其前体物的立体监测对于实现协同控制至关重要。然而，目前的监测网络不足以同时监测PM2.5和O3的垂直分布以及支持空气质量控制。2015 年以来，中国科学技术大学（USTC）基于多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）在全国范围内主导建立了地基超光谱遥感网络。该立体监测网络为我国PM2.5和O3的区域协同控制提供了重要机遇。基于搭设于四个特大城市（北京、上海、深圳和重庆）的四个MAX-DOAS 监测站获取的一年时间的气溶胶、NO2和HCHO的垂直廓线，探究京津冀（JJJ）、长三角（YRD）、珠三角（PRD）和四川盆地（SB）四大典型污染区域的大气污染物垂直分布差异。400 m以下归一化和年平均的气溶胶垂直廓线在JJJ 和PRD地区分别呈箱型和高斯型分布，在YRD和SB地区都呈E指数型分布。由于四个区域的NO2都主要来自交通车辆排放，因此NO2在四个区域都呈E指数型分布。HCHO垂直廓线在JJJ 和PRD地区呈高斯型分布，在YRD和SB地区呈E指数型分布。此外，立体监测网络中的五个MAX-DOAS 站点[石家庄（SJZ）、望都（WD）、南城（NC）、中国气象科学研究院（CAMS）和中国科学院大学（UCAS）]同时监测到一次发生在华北平原（NCP）西南—东北通道海拔600~1000 m 的典型区域传输事件。气溶胶光学厚度（AOD）在上述五个站点表现为SJZ > WD > NC > CAMS > UCAS。在WD和NC之间监测到了发生在700~900 m高空的NO2短距离区域传输。作为二次气溶胶的重要前体物，研究发现WD和NC的NO2气团峰值均比其气溶胶消光气团峰值早出现约1 h。同时监测到了NC和CAMS之间发生在700~900 m高空的HCHO短距离区域传输，这可能会对北京的O3浓度造成潜在影响。最后，选择CAMS作为典型站点探究垂直方向O3-NOx-挥发性有机化合物（VOC）的敏感性。研究发现O3在0~100 m和100~200 m高度层分别受VOC控制和VOC-NOx混合控制。此外，O3的向下输送也可能会增加近地面O3的浓度。该地基超光谱立体遥感网络为支持PM2.5、O3及其前体物的管控和溯源提供了一种非常具有前景的策略。
智能可穿戴设备、电子皮肤、空气过滤和组织工程等领域，对透明薄膜材料或基材的需求很大。传统透明材料，如玻璃、塑料等，由于缺乏相互连通的孔道、不理想的孔隙率和柔性，不能满足这些新兴领域的要求。静电纺丝纤维膜因其具有小孔径、高孔隙率和良好的柔性等优点可以弥补传统材料的不足，因此，开发透明的静电纺丝纤维膜具有重大的价值。本文报道了一种简单有效的方法，在不使用任何其他添加剂的情况下，通过机械压力，直接将静电纺丝纤维膜制备成柔性的、有孔的透明纤维膜材料。同时，首次总结了压制后聚合物的透明度性能与分子结构之间的关系。经过机械压力处理后，纤维膜仍可以保持纤维形态、微米级孔道和一定的孔隙率。以聚苯乙烯静电纺丝纤维膜为例，所制备的透明聚苯乙烯纤维膜具有优异的光学性能和机械性能。透明纤维膜可实现高透光率（≈89%，可见光波长在550 nm处）、大孔隙率（10%~30%）和强的机械拉伸强度（≈148 MPa），该拉伸强度约为初始静电纺丝纤维膜的78倍。此外，本文基于透明纤维膜，利用真空辅助抽滤银纳米线和机械压力作用，制备出透明的导电纤维膜材料。与氧化铟锡导电薄膜相比，我们所制备的透明导电纤维膜展示出良好的导电性（9 Ω·sq-1，78%的透光率）和优异的机械性能（可承受大量的弯曲应力）。
大跨度预制钢-混凝土空心板组合梁（CBHCS）是一种新型的楼板结构，可用于各种大跨度结构。然而，人为引起的振动会对此类结构的使用产生影响。为了减轻振动，需要探究由人引起的步行力与楼板状态之间的关系。本文首先使用测力板获取了25 名测试者的150 个步行力，确定了单步行走的傅里叶级数中的动态载荷系数和相位角。其次，对7 个CBHCS试样进行了行走测试，获取了模态振型、固有频率、阻尼比和加速度等基本动态特性。CBHCS楼板系统通常表现出高频（>10 Hz）和低阻尼（阻尼比低于2%）的特性。本文还使用有限元方法进行了灵敏度研究，以研究CBHCS楼板系统的振动性能，考虑了楼板厚度、
钢梁类型、接触时间和人体重量。最后，本文推导了基频和峰值加速度的解析表达式，与实验结果吻合较好，具有实际的应用价值。
三维（3D）微位移监测在大型飞机装配中起着至关重要的作用。本文提出了一种广泛适用的基于接近传感器的高精度在线3D微位移监测方法和系统，以及相应的原位校准方法，可应用于飞机装配过程中遇到的各种极端工作条件，如紧凑和遮挡的空间。首先建立了一个3D监测模型，仅基于接近传感器测量的一
维距离实现3D微位移监测，该模型涉及传感器外部参数，如测量原点（PBP）和单位位移矢量（UDV）。然后，结合空间变换原理和加权优化校准方法，获得高精度外部参数。最后，针对尾翼装配过程开展了校准和监测实验。PBP 的校准精度在X、Y 方向优于±10 μm，在Z 方向优于±2 μm，UDV 的校准精度优于0.07°。此外，3D微位移监测系统的精度可达到±15 μm。总体而言，本文为基于接近传感器的3D微位移监测的建模和校准提供了新的见解，并为飞机装配过程中紧凑空间内的几何测量提供了一种高精度、高效率、低成本的技术手段。
由于肾衰竭发病率升高的速度远超治疗方法进展的速度，因而对这种疾病的新的治疗方法的需求也以前所未有的速度不断增加。目前的治疗受制于可供应的活器官，而世界范围内均缺乏这种器官。这些治疗模式还需要大量的基础结构，这也极大地限制了大多数国家的患者获得医疗服务的机会。通过肾脏组织工程方法有望开发出替代的解决方案，解决目前治疗中仍存在的许多不足之处。尽管在生物制造和全器官组织工程方面已经取得了许多进展——主要是在过去的10 年中取得的，但仍然存在许多挑战。当前组织工程方法进展中的一个主要障碍是如何对已形成的工程化组织构建体实施成功的血管化。本文主要涉及近年来解决血管问题取得的进展，包括脉管系统的生物制造、通过脱细胞和再细胞化方法实施全器官工程、微尺度器官形成，以及在肾脏组织工程背景下使用类器官取得血管化。本文还着重探讨了在制定成功的临床转化策略中仍然存在的具体问题。
肺癌是癌症死亡的主要原因，因此有必要制定一种新的治疗策略。丹参酮IIA（Tan IIA）是常用中药丹参的一种有效成分，为开发治疗肺癌的新策略提供了新方向。Tan IIA 在体外和体内均可通过诱导自噬性细胞凋亡从而抑制肺癌。Tan IIA 在人类非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系中增加凋亡细胞以及剪切型-半
胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶（cleaved caspase）3 和cleaved caspase 9 的表达，降低B淋巴细胞瘤（Bcl-2）与Bcl-2 相关X蛋白（Bax）的比值；自噬激活剂雷帕霉素可促进此过程，而自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤（3-MA）减弱此作用。Tan IIA 诱导更多的自噬体，上调轻链3β（LC-3B）I 和LC-3B II，减少螯合体1（SQSTM1/p62）的表达，caspase 3 拮抗剂未能减弱此作用。此外，LC-3B基因（LC3B）过表达和白噬基因5（ATG-5）下调细胞株的实验结果进一步证实Tan IIA 诱导NSCLC细胞发生了自噬相关调亡。过表达和沉默Beclin-1都明显减弱Tan IIA 的作用，提示Tan IIA 诱导的自噬相关调亡依赖于Beclin-1。总之，研究证明Tan IIA是一种潜在的新的抗癌治疗选择。
在世界范围内，中药已成功用于治疗由SARS-CoV-2 病毒引起的新型冠状病毒肺炎（COVID-19）。然而，中药治疗COVID-19 的药理机制仍不明确。因此，本文结合基于中医理论的药理检测方法，梳理了具有抗病毒感染、调节免疫、改善肺损伤和肺纤维化作用的中药活性化合物以及中药方剂，并对其可能的作用靶点和信号通路进行了总结。这些研究结果表明，COVID-19 的发生发展涉及病毒与受体互作以及炎症免疫激活等错综复杂的调节机制。因此，亟需对中药方剂或中药活性化合物治疗COVID-19 的药效及机制进行更多、更深层次的研究，以确定中药与COVID-19 之间的联系，用现代科技手段阐明中药治疗COVID-19 的药理机制。
准确评估和追踪特异性肝损伤及其进程仍然是当前生物标志物研究中的一大挑战。本研究建立了一种回顾追溯验证方法，用以表征α-萘异硫氰酸酯（ANIT）诱导的特异性肝脏胆管损伤后血清标志物与组织标志物之间的互动关系。研究发现羧酸酯酶1（CES1）作为肝内标志物和二肽基肽酶4（DPP-IV）作为肝外标志物可反映肝脏损伤的不同病理生理状态。CES1 和DPP-IV 水平可甄别肝损伤本身和炎症损伤之间的差异。相比之下，常规血清学标志物碱性磷酸酶（ALP）、丙氨酸转氨酶（ALT）和天冬氨酸转氨酶（AST）在ANIT诱导损伤后血清和组织水平同时升高，胆汁中胆汁酸水平下降，血清中胆汁酸水平升高，肝内组织中胆汁酸水平升高。尽管血清与组织中γ-谷氨酰基转肽酶（γ-GT）升降水平的变化方向相反，但其持续时间远短于CES1，并迅速恢复到正常水平。在上述生物标志物中，只有CES1 能够明确排除炎症干扰下的肝细胞损伤。CES1 还能准确评估熊去氧胆酸（UDCA；单成分药物）和清肺排毒汤（QFPDD；多组分药物）的抗胆汁淤积作用。研究发现QFPDD和UDCA均能减轻ANIT 诱导的肝损伤。UDCA在促进胆汁排泄方面的效果更强，但其抗损伤和抗炎作用相对较弱，而QFPDD在阻断肝脏炎症和修复肝损伤方面更有效。本文数据强调了联合使用CES1（作为肝内肝损伤标志物）和DPP-IV（作为肝外炎症作用标志物）可准确评估和追踪特异性肝损伤，并可区分肝损伤和炎症性肝损伤的差异。
在当前以服务和科技为主导的社会技术背景下，工程建造面临着产业转型升级的新机遇。面对制造业通过服务化实现转型升级的成功经验，工程建造行业的学者和从业者开始探索工程建造服务化的可能性。然而，现有实践与理论表明工程建造领域对服务化存在不同的理解，且处于萌芽期，缺乏对服务化深入、系统的认识，不利于借助服务化推动工程建造的转型升级。为此，本文立足工程建造行业面临的问题，从服务化的价值增值本质出发，系统性地分析了工程建造服务化的动机、定义与内涵；再结合数字建造新趋势，从价值共创、服务创新与网络化运作等不同角度分析了数字时代工程建造服务化的转型途径，还基于财务、人力、技术与材料设备等工程建造支撑要素剖析了工程建造服务化对工程建造生态圈的影响。通过系统性的分析与阐述，期望为学者和从业者提供一种对工程建造服务化从内到外的全面认识，帮助推动工程建造的服务化转型。
水力空化因其能效高、操作成本低、能够诱导化学反应并可规模化等优势，被认为是一种很有前途的工艺强化技术。近十年来，人们对水力空化及其主要变量的基本认识取得了一些进展，为水力空化在自由基诱导化学反应过程中的应用提供了基础。在这里，我们对这些研究工作进行了广泛回顾，包括水力空化的基本原理、空化反应器的设计、空化诱导的反应增强及相关的工业应用。比较了两种类型的水力空化反应器，即固定式和旋转式水力空化反应器。讨论了水力空化反应器的设计参数及其在实验室和中试尺度上的反应器性能，并就其最佳操作和几何条件提出了建议。本文首次回顾了目前市场上的商业空化反应器。水力空化的独特特点已广泛应用于各种化学反应，如氧化反应和废水处理，以及如乳化液生成和组分提取等物理过程。文中也详细讨论了自由基和气泡内爆的作用。
由于硅阳极体积膨胀过大，无法在高能量密度电池中实现实际应用。研究人员一直专注于在阳极中添加黏结剂以限制体积膨胀，来解决这一问题，因为黏结剂的氢键和机械性能可以用来增强黏附力和适应硅阳极的体积变化。在这里，我们综合考虑了黏结剂的氢键、力学性能、稳定性以及与电解液的相容性，设计了一种富醚/酯/氟的复合聚合物P(TFEMA-co-IBVE)。该黏结剂配方具有优异的稳定性、黏结性和机械强度，能够适应硅电极体积的剧烈变化，表现出优异的电化学性能，面积容量高达5.4 mA∙h∙cm−2。这种新型聚合物设计可应用于下一代锂离子电池的其他电极材料。
通过脂肪酶不对称拆分外消旋N-乙酰基-哌啶-2,3-二甲酸二甲酯[cis-(±)-1]，从而获得手性中间体 (S,S)-2,8-二氮杂双环壬烷，是合成氟喹诺酮类抗生素莫西沙星重要手性中间体的一条具有吸引力的工艺路线。在前期研究中，筛选得到了一株丝孢堆黑粉菌（SRL）来源的脂肪酶，该脂肪酶具有高热稳定性和pH值稳定性。但SRL来源的脂肪酶活性较低，无法满足工业化应用的需求。因此本研究依据前期南极假丝酵母来源脂肪酶B（CALB）改造策略，采用理性设计方法对SRL进行定点突变改造，获得一个双突变体SRLI194N/V195L。随后，确定了位于活性口袋外的环6 上两个关键氨基酸残基L145 和L154；获得四位点突变体SRL-I194N/V195L/L145V/L154G（V13），活性显著提高，达到87.8 U·mg−1，是野生型SRL的2195 倍（E > 200）。该突变体在50 ℃下的半衰期达到92.5 h。突变体V13（100 mg·L−1）能够高效拆分1 mol·L−1cis-(±)-1，2 h 内底物转化率达到49.9%，实现严格立体选择性（E > 200）。总体而言，研究发现了一株对cis-(±)-1 (S,S)-2,8-二氮杂双环壬烷具有高催化活性、严格立体选择性的脂肪酶，可应用于工业化生产，并为其他具有相似结构的脂肪酶和其他种类酶的活性提高提供了一种通用策略。
作为一种特殊的移动自组网（MANET），飞行自组网（FANET）具有在民用无线通信（如5G和6G）和国防工业中使能各种新兴应用的潜力。路由协议在FANET中起着关键作用。但是，在为FANET设计路由协议时，通常假设空中节点随机移动。这对于以任务为导向的FANET（MO-FANET）显然是不合适的。在该网络中，空中节点为了执行某些任务，通常保持良好的编队构型，沿着大致确定的飞行路径从给定的出发点向确定的目标点移动。本文提出了一种基于跨学科集成的新型赛博物理路由协议，基于MOFANET的特定移动模式，充分利用由任务决定的轨迹动力学模型，构建节点重新加入网络和互相分离的时间序列，并将其与每个节点的邻接矩阵一起作为先验信息。通过大量符合真实情况的NS-3 仿真试验，结果表明，与FANET中使用的现有代表性路由协议相比，本文提出的协议在保证更低的开销和更低的平均端到端延迟的同时，保持了相对适度和稳定的网络时延抖动，并实现了更高的数据包传输率（PDR）
在混合动态交通环境中，准确地预测周围车辆长期范围内的运动轨迹是自动驾驶车辆（AV）实现合理行为决策和保障行车安全不可或缺的前提条件之一。本文提出了一种车辆长期轨迹预测的概率框架，由驾驶意图推理模型（DIM）和轨迹预测模型（TPM）组成。DIM基于动态贝叶斯网络进行设计和应用，用于准确推断车辆潜在的驾驶意图。文中所提出的DIM结合了基本的交通规则和车辆多维运动信息。为了进一步提高轨迹预测精度并实现预测不确定性识别，本文开发了基于高斯过程（GP）的TPM，综合考虑了车辆模型的短期预测结果和运动特性。最后，在高速换道场景下进行仿真验证，说明了新方法的有效性。通过与其他先进方法进行对比，展示并验证了该框架在车辆长期轨迹预测任务中的优异性能。
近年来，工业过程故障分类系统主要是由数据驱动的，得益于大量的数据模式，基于深度神经网络的模型显著地提高了故障分类的准确性。但是，这些数据驱动模型容易受到对抗攻击，因此，在样本上的微小扰动会导致模型提供错误的故障预测。最近的研究已经证明了机器学习模型的脆弱性以及对抗样本的广泛存在。本文针对安全、关键的工业故障分类系统提出了一种具有极端约束的黑盒攻击方法：只扰动一个变量来制作对抗样本。此外，为了将对抗样本隐藏在可视化空间中，本文使用了雅可比矩阵来引导扰动变量的选择，使降维空间中的对抗样本对人眼不可见。利用单变量攻击（OVA）方法，文本探究了不同工业变量和故障类别的脆弱性，有助于理解故障分类系统的几何特征。基于攻击方法，文本还提出了相应的对抗训练防御方法，该方法能够有效地防御单变量攻击，并提高分类器的预测精度。在实验中，将本文所提出的方法在田纳西-伊士曼过程（TEP）和钢板（SP）故障数据集上进行了测试。本文探索了变量和故障类别的脆弱相关性，并验证了各种分类器和数据集的单变量攻击和防御方法的有效性。对于工业故障分类系统，单变量攻击方法的攻击成功率接近（在TEP上）甚至高于（在SP 上）目前最有效的一阶白盒攻击方法（该方法需要对所有变量进行扰动）。
新能源发电经直流送出成为碳达峰、碳中和战略背景下新能源大基地、规模化开发利用的主导形式之一。在高压直流输电送端已初步形成高比例新能源、高比例电力电子的局部双高电力系统。与以同步发电机为主导的传统电力系统相比，系统运行特性发生了深刻变化，逐渐出现宽频振荡和暂态过电压等新型稳定问题，导致大规模新能源脱网事故频发，传统电力系统的分析方法和设计原则面临挑战。本文针对双高电力系统的特性认知、作用机理、分析方法、研究手段、工程应用开展研究，明确宽频振荡和暂态过电压产生机理，提出小信号阻抗分析方法和电磁暂态仿真研究手段相结合的技术路线，研究成果已在我国华北、西北和东北地区新能源基地经直流送出重大工程中得到验证。最后，针对未来建设以新能源为主体的新型电力系统给出思考与建议。