期次：第1493期
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物理學院聶績與合作者揭示極端降雨事件對全球變暖的響應
本報訊 北京大學物理學院大氣與海洋科學系聶績助理教授（第一作者兼通訊作者）與合作者在美國科學院院刊（PNAS）上發表研究論文，揭示極端降雨事件對全球暖化的響應過程和其中的重要機理。極端降雨天氣常導致洪澇和泥石流等重大氣象災害，給人身安全、社會經濟和生態環境帶來極大影響。近年來在全球暖化的氣候背景下，全球范圍內很多區域的強降雨等極端天氣的發生概率或強度也顯著增加，對社會的災害應對能力提出了嚴峻的挑戰。
針對極端降雨隨氣候變化的物理過程研究目前尚不充分。一般來說，當氣候變暖時，空氣中水汽的（絕對）含量也會增多，那么降雨發生時產生的雨量也會增多。由此可以推斷，如果只考慮大氣水分增加，那么極端降雨強度隨溫度的增幅應為約7%/度（即遵從飽和水汽壓的克勞修斯-克拉珀龍方程）。然而，在實際天氣過程中，大氣運動對降雨的影響也至關重要。
使用一個新穎且簡化的模型，聶績等通過模擬美國德克薩斯州2015年5月的一次災害性極端降雨過程，量化分析了大氣大尺度運動和小尺度對流之間的耦合，同時模擬了在工業化增溫前（較現在氣溫低1.5度）和本世紀末（較現在增溫4.5度）的情景下，發生在同一地區的極端降雨事件產生的降雨量差異。結果表明，在更暖的氣候背景下，由于大氣中的水汽增多（7%/度），凝結釋放的潛熱也會增多，導致更強的大氣抬升運動；另外，潛熱釋放也將改變大氣垂直層結。其結果是，極端降雨事件隨氣溫的增加可能會是單純水汽增多的效果的兩倍左右（約14%/度）。該研究為理解極端降雨事件對全球變暖的響應提供了新的認識，所使用的模擬和分析方法為理解極端降雨氣候響應的區域特征提供了新的思路。
（物理學院）
工學院周歡萍團隊發表調控鈣鈦礦多晶薄膜晶面取向研究重要進展
本報訊 近年來，有機無機雜化鈣鈦礦材料因其可調的帶隙、高吸收系數、雙極載流子傳輸性質、長載流子擴散長度和低缺陷態密度等卓越的光電特性掀起了光伏能源領域的研究浪潮。僅僅經歷九年的技術發展，多晶鈣鈦礦薄膜太陽能電池的器件性能已經可以和有著60年研究歷史的晶硅電池相媲美。2009年至今，研究人員開發了一步旋涂法、兩步旋涂法、蒸汽輔助法、刮涂法等多種薄膜制備工藝和溶劑工程、成分工程、界面工程等多項器件優化準則，在提高鈣鈦礦多晶薄膜質量和器件結構優化設計等宏觀尺度上持續推動著太陽能電池向高轉化效率邁進。然而目前，對于鈣鈦礦材料和器件在微觀和介觀尺度的深度研究仍然較少，材料微結構、載流子輸運特性與器件性能間構效關系的機理性認識的缺失直接阻礙器件效率的進一步提升，基于此，探究材料微結構與光伏性能之間的潛在規律將是提高鈣鈦礦太陽能電池性能的關鍵一步。
北京大學工學院周歡萍團隊利用國家大科學裝置中心上海光源的同步輻射X射線掠入射廣角散射技術（GIWAXS），系統性研究了當前保持最高效率的混合陽離子體系鈣鈦礦多晶薄膜的晶面擇優取向規律，以此為基礎，通過多元陽離子級聯的精細摻雜可控地調節了特定晶面相對于基底堆疊排列的方向，得到了更加優異的器件性能。進一步，團隊從載流子輸運特性層面研究了不同擇優取向關系的多晶薄膜與器件性能之間的內在規律，發現平行于基底的（001）晶面族的強擇優取向將會促進載流子在薄膜內的高速遷移，提高載流子在鈣鈦礦與傳輸層界面處的傳輸速率和收集效率，特定的晶面堆疊方式與擇優取向關系提供了更加高效的載流子輸運行為，因此帶來了電池器件性能的大幅改善。該研究結果證實了多元陽離子的級聯摻雜對多晶薄膜晶面擇優取向可控的有效調控，為材料微結構與光伏性能構效關系帶來機理性的理解，并為當前電池突破效率瓶頸提供了新的設計思路，該成果發表于著名期刊 《自然通信》（Nature Communications）。（工學院）
