数值预报AI气象大模型国际发展动态研究

数值预报是研究地球系统的重要工具,有助于加深科学家对大气、海洋、气候和环境等复杂系统之间相互作用和变化过程的理解,在防灾减灾、气候变化和环境治理等方面发挥着不可或缺的作用。随着模式复杂度和分辨率的提高,传统数值模式在气候变化研究和气候预测方面取得了迅速的进展,但也面临一些挑战,需要得到数据同化、集合耦合、高性能计算和不确定性分析等多方面的支持。而近年来,“AI+气象”的交叉研究在气象领域引起了广泛关注。基于多种深度学习架构的人工智能大模型,依托强大的计算资源和海量的数据进行训练,能够以新的科学范式进行高效数值预报。气象大模型不断涌现,一些科技公司如华为、英伟达、DeepMind、谷歌、微软等,以及国内外高校如清华大学、复旦大学、密歇根大学、莱斯大学等发布了多个涵盖临近预报、短时预报、中期预报和延伸期预报等不同领域的气象大模型。这标志着人工智能与气象领域的交叉融合已经达到新的高度。尽管气象大模型在现阶段取得了较大突破,但其发展仍然面临弱可解释性、泛化能力不足、极端事件预报强度偏低、智能预报结果过平滑、深度学习框架能力需要拓展等诸多挑战。

马铃薯转录因子StTCP13基因的原核表达及盐胁迫功能研究

初探StTCP13基因在盐胁迫方面的功能,为StTCP13在马铃薯非生物逆境响应的功能研究奠定基础。采用同源克隆策略获得StTCP13基因编码区全长,利用生物信息学分析蛋白结构域并构建系统进化树,qRT-PCR技术分析该基因表达模式,双酶切法构建StTCP13-pGEX6P1原核表达载体,利用大肠杆菌BL21表达StTCP13-GST标签融合蛋白,观察转StTCP13大肠杆菌BL21在盐胁迫培养基上的表型。结果显示,从马铃薯品种费乌瑞它中克隆得到了StTCP13基因,成功构建了StTCP13-GST标签融合蛋白的pGEX-6P-1原核表达载体,并在大肠杆菌BL21中诱导表达了目的蛋白。生物信息学分析结果表明,该基因CDS全长669 bp,编码一个由222个氨基酸组成的蛋白质,该蛋白质含有1个保守的TCP结构域,融合蛋白大小约为51 ku。系统进化树结果显示,马铃薯StTCP13与潘那利番茄SpTCP13、甜椒CaTCP13亲缘关系较近。表达分析结果显示,该基因在根中表达量最高,在芽眼中表达量最低,其表达受高盐胁迫诱导。盐胁迫表型分析结果表明,StTCP13能提高大肠杆菌对高盐胁迫的耐受性。综上,说明StTCP13在响应盐胁迫逆境中发挥一定功能。

虚拟现实在水下机器人教学展示中的应用

虚拟现实技术作为一种新兴的技术,其较高的沉浸感和真实的体验感,可以使课程教学更具有实践性和互动性。近些年,虚拟现实技术在海洋工程装备等领域的虚拟仿真、展示功能不断增强。中国海洋大学创新性地在水下机器人课程教学中引入虚拟现实技术,起到了较好的效果。文章在探索性应用虚拟现实技术改进水下机器人课程教学的基础上,总结了虚拟现实技术应用的效果,并进一步提出了虚拟现实技术应用到海洋工程装备展示、操作等的探讨与思考。

虚拟现实与系统脱敏疗法结合的可行性研究

随着技术进步,虚拟现实技术与系统脱敏疗法的结合应用,在心理治疗的临床应用上已经起到了试验性的成果。文章对不同志愿者在虚拟现实场景中的心率变化及调查问卷结果进行了收集分析,总结了志愿者接受试验后的心理反应,并结合心理学的相关理论,认为虚拟现实技术与系统脱敏疗法的结合是符合科学性的可行方案。

媒体融合环境下虚拟现实技术在交互式影像中的应用

随着新媒体时代的发展,交互式影像逐渐成为影像的一种新型的表达方式。虚拟现实技术作为一种注重人机交互的现代新兴技术,其高度的沉浸感和交互式操作,为交互式影像提供了新的技术实现手段。文章研究并阐述了虚拟现实技术应用到交互式影像的关键技术,并依据经典影像的场景,建立了匹配影像场景的虚拟现实交互式场景。

基于船行波消减功能的内河航道生态护岸的研究进展

本文从船行波的形成及其对河岸的破坏作用、传统与生态护岸的对比分析、生态护岸植物消波的角度,综述了针对船行波的生态护岸研究进展;并对船行波的物理及数值模拟、计算方法等进行了归纳;基于生态护岸各种形式的优缺点对比,结合植物消波的研究,阐述了内河航道生态护岸的研究趋势。

航道生态护岸消波效能的研究进展

护岸工程是内河航道有效的防护措施,生态护岸是我国护岸工程发展的新趋势。本文通过归纳现阶段对于影响植物消波效能的因子的研究结论,总结了生态护岸建设与植物消波功效研究的结合应用,综述了现阶段航道生态护岸植物消波效能的研究进展,并对当前研究中的问题进行了总结分析。

斜坡非淹没柔性植物对船行波消减效能的试验研究

本文借助物理模型试验,研究了船行波与斜坡上种植非淹没柔性植物的相互作用。通过对不同植物分布密度、不同航速的组合试验,分析了船行波经过植物后的爬高、回落、流速的变化趋势。经试验资料分析,拟合得到了植物分布密度与船行波爬高与回落的消减关系的经验公式,可为生态航道护岸设计提高技术参考。

烟草Nt14-3-3基因的克隆及生物信息学和表达模式分析

为明确烟草中Nt14-3-3基因家族的功能,采用同源克隆的方法,在烟草品种K326中克隆到1个14-3-3蛋白基因Nt14-3-3,并进行了生物信息学分析。运用qRT-PCR技术,对该基因非生物胁迫处理烟草幼苗后的表达特性进行了分析。结果显示,该基因序列全长783 bp,编码260个氨基酸残基。Nt14-3-3蛋白是由9个α螺旋组成的球状蛋白,含有32个磷酸化位点。组织表达分析发现,该基因在烟草根、茎、叶、花中均有表达,在根中的表达量最高。Nt14-3-3基因受低钾、高盐、干旱、脱落酸(ABA)、H_2O_2处理的诱导,表明烟草Nt14-3-3基因参与了烟草的非生物胁迫应答反应。

马铃薯StKUP12的表达及参与钾营养的功能研究

旨在初步探究StKUP12的钾转运功能,为该基因在钾营养方面的进一步研究奠定基础。通过同源克隆得到StKUP12,对该基因进行生物信息学分析、表达分析以及钾营养缺陷型酵母互补试验。结果显示,StKUP12全长2 547 bp,编码848 个氨基酸,蛋白分子量93.9 kD,理论等电点6.59,预测含有K^+转运结构域和磷酸化位点。StKUP12蛋白与潘那利番茄(Solanum pennellii)同源性较高,达98.00%;与巴西橡胶树(Heava brasilliersis)同源性较低,为77.74%。表达分析显示,该基因在根、茎、叶、顶芽和芽眼中均有表达,同时受低钾、高盐、ABA和PEG胁迫的调控。酵母互补试验表明该转运体具有吸收外界K^+的功能。实验结果表明StKUP12属于钾离子转运体,具有高亲和性的钾离子吸收功能。

烟草K^+通道NtSKOR基因的克隆及表达分析

钾通道是植物吸收和转运K^+的主要蛋白质,SKOR属于Shaker通道外整流家族,在植物低钾胁迫反应中起关键作用。为了研究烟草NtSKOR基因在非生物逆境胁迫中的功能和作用,以普通烟草K326为试验材料,同源克隆一个NtSKOR基因c DNA全长,利用实时荧光定量PCR表征基因表达模式,结合生物信息学分析,对蛋白的理化性质、结构域、磷酸化位点和进化关系等进行初步预测。生物信息学分析表明,该基因全长2 484 bp,编码827个氨基酸残基,预测分子量为94. 75 ku,等电点为6.52。该蛋白最大二级结构元件为α-螺旋,最小为β-转角,含有6个跨膜结构域(S1～S6),具有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸3种不同激酶磷酸化位点。进化分析表明,NtSKOR与美花烟草和绒毛状烟草SKOR蛋白同源性高,分别是99%和96%,故命名为NtSKOR。组织表达分析发现,该基因在烟草根、茎、叶、花中均有表达,其中根中表达量最高,花中表达量最低。逆境胁迫试验表明,该基因能快速响应低钾、高盐、干旱、H_2O_2、ABA和4℃等非生物逆境处理。由此推测,NtSKOR在烟草非生物逆境胁迫起着重要调节作用,为今后进一步深入研究NtSKOR功能提供了理论基础。

烟草中蛋白激酶基因NtCIPK3的表达载体构建及表达分析

为了研究烟草中蛋白激酶CIPK3在植物非生物胁迫应答中的功能,通过同源克隆的方法,在普通烟草品种K326中克隆到1个CIPK家族基因NtCIPK3。利用生物信息学软件对该基因编码蛋白的结构和功能进行了预测分析。该基因包含一个1 272 bp的开放阅读框,编码423个氨基酸残基。蛋白序列分析表明,该蛋白含有一个跨膜结构域,且平均疏水性系数小于0,属于亲水性膜蛋白。蛋白比对分析发现,NtCIPK3含有高度保守的N端激酶区、连接区以及C端调控区,与野生烟草CIPK3的同源性最高,达99%。亚细胞定位预测显示,该蛋白主要定位于细胞核,且具有双分型的核定位信号序列。运用qRT-PCR技术,对该基因的表达特性进行了分析,组织表达分析发现,该基因在烟草的根、茎、叶、花中均有表达,但在叶中表达水平明显高于其他组织,推测可能主要在叶中行使功能。NtCIPK3基因在不同程度上受低钾、高盐、干旱、ABA、H_2O_2、低温处理的诱导,推测NtCIPK3基因在烟草的非生物胁迫应答反应中发挥了重要作用。并成功构建pBI121-NtCIPK3过表达载体,为今后该基因在非生物胁迫下的功能研究奠定了基础。

植物护岸对船行波消减效能的试验研究

内河航道岸坡上种植植物,能够起到消减船行波、保护岸坡稳定的作用。本文借助物理模型试验,通过对不同植物分布密度、不同航速的组合试验资料分析,发现柔性植物对船行波具有显著的消减功效,并呈现随着植物密度的增加,植物对船行波爬高、回落、流速的消减呈现出逐渐趋缓的态势,经过拟合分析,确立了植物分布密度与消减船行波爬高与回落关系的经验公式,可为生态航道构建提供技术支持。

烟草NtKEA4基因的克隆、生物信息学及表达分析

K^+efflux antiporter (KEA)是一类钾离子反向转运蛋白,属于一价阳离子/质子反向转运体超家族,对植物细胞钾离子的积累和平衡具有重要作用。从烟草品种K326中利用同源克隆的方法获得一个钾离子反向转运蛋白基因,序列分析表明该基因全长1 749 bp,编码一个由582个氨基酸残基组成的酸性疏水蛋白。生物信息学分析预测该蛋白分子量为62.1 kD,理论等电点为5.50,含有11个跨膜区。同源性分析结果显示,该基因编码蛋白与美花烟草(Nicotiana sylvestris)钾离子转运体KEA4、辣椒(Capsicum baccatum)钾离子转运体KEA4等具有较高的同源性,所以将该基因命名为NtKEA4。表达模式分析表明,NtKEA4基因在组织中均有表达,但主要在烟草茎中表达,其表达受低钾、高盐、脱落酸(ABA)、低温等非生物胁迫条件的诱导。

马铃薯TCP家族转录因子鉴定与表达模式分析

TCP(teosinte branched1/cycloidea/proliferating cell factor)是植物特有的一类转录因子,参与植物的细胞信号传导,并在植物生长发育过程中发挥重要的调控作用。马铃薯(Solanum tuberosum)是世界四大粮食作物之一,为了探索TCP转录因子在马铃薯生长发育中的作用,本研究通过生物信息学方法,对马铃薯TCP转录因子进行了全基因组检索,并借助表达数据库对这些TCP转录因子进行了表达模式分析。本研究从马铃薯基因组数据库中检索出了27个StTCPs基因,长度为657~1347 bp,编码氨基酸201~534个。马铃薯TCP蛋白均为亲水性蛋白,分子量为21143.87~59686.47 Da,等电点在5.22~10.08;除1个定位于细胞核和叶绿体外,其余26个TCP均定位于细胞核。保守基序分析结果显示,马铃薯TCP家族成员的保守基序构成不同,但均具有bHLH保守结构域。同源性分析结果表明,马铃薯TCP与拟南芥(Arabidopsis thaliana)、烟草(Nicotiana tabacum)TCP的同源性较高,而与水稻(Oryza sativa)TCP的同源性较低。组织表达模式分析结果显示,马铃薯TCP基因的表达具有组织特异性。其中,StTCP16和StTCP19基因在马铃薯茎及幼小块茎中表达水平较高。响应诱导表达模式分析表明,StTCP13、StTCP22、StTCP24基因的表达受IAA等激素的强烈诱导;在盐和甘露醇胁迫下,StTCP13基因的表达量则明显降低。本研究结果为马铃薯TCP转录因子的生物学功能研究提供了基础。