#气候监测# 【ENSO-148 特别期：关于拉尼娜事件的Q&A】
最近赤道中东太平洋又出现了持续显著偏冷，表明有一次拉尼娜事件正在发展。这会和近期四川盆地北部、陕西与山西大部的强降雨有关么？而在近期的寒潮影响下，全国大部气温都显著偏低；又有传言：“拉尼娜事件导致今年冬季为数十年一遇寒冬”，这是否有依据？
如果需要一个简短结论，那就是：
【这次四川盆地北部、陕西大部与山西的强降雨较大程度和拉尼娜事件的发展有关。近期的寒潮和拉尼娜事件没有直接关联；而在冬季，拉尼娜事件在一定程度上会倾向我国冬季总体偏冷和南方偏干燥，但不能只用该因子作为气候预测依据；而“数十年一遇寒冬”更是无有效凭据。】
这次我也会对拉尼娜事件的一些相关内容，作一些简要的Q&A.
Q1: 什么是拉尼娜事件？
A1: 拉尼娜事件，是指【赤道中东太平洋区域的海表温度持续、显著偏冷的气候现象】。
其中，“持续”代表时间上至少要维持5个月；而“显著偏冷”，是赤道中东太平洋指较常年平均偏低0.5°C以上。
在当前实际监测中，“常年平均”多采用1981-2010年的平均（未来会逐步调整为1991-2020年平均），而“赤道中东太平洋”多选用经纬度上，5°S-5°N，170°W-120°W划定的地区（被称作【Nino3.4区（参见图1）】，这个名词将在后面用到），以该区域平均海表温度的异常作为监测标准。
在词源上，拉尼娜一词来自西班牙语“La Niña”，字面意为“小女孩”，这很可能是与用作赤道中东太平洋显著偏暖的厄尔尼诺事件“El Niño”（意为“圣
婴”/“小男孩”）分野相对。
厄尔尼诺事件和拉尼娜事件，其实是同一类现象的两面，分别代表了赤道中东太平洋海区持续显著偏暖与偏冷的情形（图2）。
Q2：为什么会出现拉尼娜事件？
A2：由于这个问题涉及了气候学与海洋学不少专业知识，考虑到理解难度，这里仅做一些简要、不完全严谨的概述。
在通常情形下，赤道两侧是盛行信风，总体以东风为主，它将东太平洋海表较暖的海水向西太平洋输送。而为了补偿表层海水的缺失，在东太平洋地区会有深处的冷水向表层补充，而西太平洋多获得的海水也会堆积并向下沉，在海表以下回流到东太平洋，构成一个循环。
因此在通常的情形下，东太平洋海表会失去暖水而有冷水补充，海温较低；而西太平洋海表会得到暖水，海温较高且盛行上升运动与对流云活动（图3左）。
但维系这个循环的很多过程，如海表面的信风，也存在明显变化。如果信风突然减弱，上述循环变弱，东太平洋暖水向西输送会减少而海温偏高，反之西太平洋海温偏低，此时对流活动移动到中太平洋一带，这就是厄尔尼诺事件（图3中）。
反之，当信风较常态进一步增强，东太平洋表层暖水被进一步向西输送，东太平洋变得偏冷，此时海表附近的空气受冷却下沉，在海表处聚集形成高压；气压梯度力将导致从东太平洋向西吹拂的信风进一步增强，西太平洋海温变得偏高，会继续增强这一循环，形成正反馈。这就是拉尼娜事件的情形（图3右）。
不过，拉尼娜事件不会因为上述正反馈过程而无限增强，也有不少大气与海洋过程会抑制其增强（由于涉及较专业知识，这里不展开叙述），这使得事件发展会有限制，并在一定时段后减弱结束。
Q3: 拉尼娜事件频率有多高？
A3: 在1950年至今的71年中，共发生了16次拉尼娜事件（图4），平均约4-5年一次，相比同期21次的厄尔尼诺事件，频率略低。
但其中，又分为持续时间短（6-12个月）的高频事件，和持续时间较长（1-2年）的低频事件，这71年里，总共有15年10个月处在拉尼娜状态。因而，拉尼娜事件也并非少见，而其与厄尔尼诺事件总共占了一半以上时间，真正的“中性状态”并不是很多。
Q4: 拉尼娜事件发生在热带太平洋，为什么还能对我国气候产生影响？
A4: 因为拉尼娜事件，不是简单的热带太平洋区域气候异常。
前文已经提及，由于热带太平洋的面积之广与较高的海温，拉尼娜事件通过影响到热带太平洋海表温度，影响到海表之上大气的温度和对流活动。对流活动的变化，会导致对流云形成过程中，水汽凝结并释放热量（被称作潜热）的多寡，而潜热是大气运动重要的能量源。
因而，拉尼娜事件可引起相当大范围大气环流异常，甚至通过激发波长极长的大气波动，超越热带地区的囹圄束缚，影响到热带以外的广阔天地。此外，它还能影响到热带太平洋以外海区的海温，这也会进一步导致各地大气环流与气候的异常（图5）。
实际上，厄尔尼诺/拉尼娜事件，是季节到数年的时间范围内，影响力最强的自然气候因子。
但需要注意，由于我国并非位于赤道太平洋沿岸，受厄尔尼诺/拉尼娜的影响也是相对间接，不如同印度尼西亚、秘鲁等直接影响区明显。讨论厄尔尼诺/拉尼娜事件对我国的影响时需要注意这一点。
Q5: 近期四川盆地北部、甘肃东部、陕西与山西大部、河北中部和辽宁等地出现了罕见的强降雨。在这个季节降雨如此偏北且偏多，是否有即将正式形成的拉尼娜事件影响呢？
A5: 正在形成的拉尼娜事件是一大重要的成因，但不是全部。
图6是1951年以来，所有拉尼娜事件发展的秋季年降雨量异常的合成结果。可以看到，有拉尼娜事件发展的秋季，四川盆地、陕西、山西等地降雨的确明显偏多。
这主要与拉尼娜事件发展下，赤道西太平洋一侧马来群岛区域海温上升导致对流活动增强，通过增强的哈德莱环流（Hadley Cell）加强了副热带地区的下沉气流，导致了副热带高压出现增强；此外赤道太平洋信风的增强，也对副热带高压增强有一定作用。而增强的副热带高压将海洋的水汽深入输送向更内陆的四川盆地和更偏北的华北地区，造成了当地降雨的偏多。
但导致副热带高压增强的原因，不只是拉尼娜事件的发展。中高纬度西风带内的槽与脊异常，甚至高纬度地区的海冰积雪异常，都会影响到副热带高压的强度与位置。图7给出了一个本次持续强降雨的概念性解释。
Q6: 所以，拉尼娜事件会造成我国冬季怎样的气候异常？近期的寒潮和偏冷和拉尼娜事件有关么？“数十年一遇的寒冬”会发生么？
A6: 简要回答：【一定程度上，会倾向我国冬季总体偏冷且南方大部偏干燥。但近期的寒潮和气温偏低是短期天气过程，和拉尼娜这类气候异常没有直接明显关联；至于“数十年一遇寒冬”，没有任何显著有力依据。】
这个问题，已有相当多的气候学研究人员做过统计和具体机制研究。
如果简单地从统计学上做相关分析，图8-9的结果表明，拉尼娜事件更倾向于全国大部冬季偏冷，降水偏少。
但这两张图也显示出，其对不少地区冬季气温相关系数未通过0.10显著性检验，这表明拉尼娜事件对我国冬季气候影响并非很显著。在拉尼娜事件期，我国也有不少暖冬事件发生，如1998-99年、2016-17年等。综合其他气候因子，如北极海冰、中高纬度海温异常、陆地积雪等对我国气候的影响，综合考虑才能更好地分析我国冬季气候趋势；仅凭拉尼娜现象这一条，断定极端寒冷的冬季发生是没有任何显著依据。
至于“数十年一遇的寒冬”，这已是属于极端气候事件，不仅要考虑季节平均的气候因子，还需要考虑时间更短的一些天气气候过程，这不是拉尼娜事件能简单判定。此外，在过去百年间全球显著变暖的气候背景基础下，要出现“数十年一遇的寒冬”，也已是非常困难。
Q7: 有分析认为2007-08年冬季南方的持续低温雨雪冰冻灾害，是由同期的拉尼娜事件引起。这是否有依据？
A7: 有部分贡献，但远非最重要、最直接的原因。
2008年雨雪冰冻灾害持续了约1个月，这在气象学上被称作延伸期-低频过程事件，它的持续时间较普通的天气过程（数日）长，但又较短期气候过程（数月）短。此时，主要影响数月到数年的拉尼娜事件，成为了一个背景因素，它让冬季风偏强，冷空气会更容易持续入侵南方。
但要形成持续雨雪冰冻灾害，需要稳定的暖湿气流与冷空气的输送交锋，这种维持一个月时长的异常大气环流，需要其他大气过程，如中高纬度西风带内部较稳定的扰动，热带地区的大气振荡过程等，作为直接且最重要的因素。这类因素的起源就较为独立于拉尼娜事件，包括极地海冰的异常，中高纬度海洋的海温异常，甚至大气层内部的扰动发展。
于是，在分析雨雪冰冻灾害这类冬季内极端事件时，不仅需要考虑诸如拉尼娜等“相对长期”的气候因子作为背景因素，同时要考虑更短期、但影响更直接更显著的天气、气候因子与过程。
参考链接：
中国国家气候中心-厄尔尼诺/拉尼娜监测
https://t.cn/A6bSjHgc
美国气候预测中心-厄尔尼诺/拉尼娜监测
https://t.cn/A6bSjHgf
图1: 最近一周的全球海表温度异常，其中暖（冷）色调代表偏高（低），红色方框即Nino3.4区域。可以看到，以Nino3.4区域为代表的赤道中东太平洋有显著冷异常，表明了拉尼娜事件的发展。图片来源：https://t.cn/A6MYTMC2
图2: 厄尔尼诺（左）/拉尼娜（右）事件下海温异常，其中红（蓝）色代表海温偏高（低）。图片来源：https://t.cn/A6bSjHgV
图3: 正常年份（左）、厄尔尼诺年（中）、拉尼娜年（右）的热带太平洋海洋与大气情形。表层暖（冷）色代表暖（冷）海表温度，白色箭头代表海面信风，黑色箭头代表高空大气运动。图片来源：
https://t.cn/A6bSjHg6
图4: 1950年以来的拉尼娜事件（冷事件）列表。图片来源：https://t.cn/A6bSjHgM
图5: 拉尼娜事件在北半球冬季（上部）、夏季（下部）造成的气候异常。图片来源：https://t.cn/A6bSjHgi
图6: 1951年以来有拉尼娜事件发展的秋季（9-11月），全国降水量距平（偏离均值的程度）百分率（左侧）和降雨偏多的概率（右侧）。
图7: 本次河南、陕西、山西等地异常偏强的秋雨形成原因简要机制。其中拉尼娜事件造成了较显著的影响。图片来源：国家气候中心
图8: 1981-2014年，同时期Nino3.4区海温对冬季（12-2月）我国（左）和全球（右）表面温度的相关系数。颜色从浅到深的界限，分别为通过0.1，0.05，0.01，0.001显著性检验的阈值。
图9: 同图8，但为同期降水量相关系数。
图6与图8-9来源:https://t.cn/A6bSjHgI
#今年冬季将形成拉尼娜事件# #今年冬天会有多冷#
最近赤道中东太平洋又出现了持续显著偏冷，表明有一次拉尼娜事件正在发展。这会和近期四川盆地北部、陕西与山西大部的强降雨有关么？而在近期的寒潮影响下，全国大部气温都显著偏低；又有传言：“拉尼娜事件导致今年冬季为数十年一遇寒冬”，这是否有依据？
如果需要一个简短结论，那就是：
【这次四川盆地北部、陕西大部与山西的强降雨较大程度和拉尼娜事件的发展有关。近期的寒潮和拉尼娜事件没有直接关联；而在冬季，拉尼娜事件在一定程度上会倾向我国冬季总体偏冷和南方偏干燥，但不能只用该因子作为气候预测依据；而“数十年一遇寒冬”更是无有效凭据。】
这次我也会对拉尼娜事件的一些相关内容，作一些简要的Q&A.
Q1: 什么是拉尼娜事件？
A1: 拉尼娜事件，是指【赤道中东太平洋区域的海表温度持续、显著偏冷的气候现象】。
其中，“持续”代表时间上至少要维持5个月；而“显著偏冷”，是赤道中东太平洋指较常年平均偏低0.5°C以上。
在当前实际监测中，“常年平均”多采用1981-2010年的平均（未来会逐步调整为1991-2020年平均），而“赤道中东太平洋”多选用经纬度上，5°S-5°N，170°W-120°W划定的地区（被称作【Nino3.4区（参见图1）】，这个名词将在后面用到），以该区域平均海表温度的异常作为监测标准。
在词源上，拉尼娜一词来自西班牙语“La Niña”，字面意为“小女孩”，这很可能是与用作赤道中东太平洋显著偏暖的厄尔尼诺事件“El Niño”（意为“圣
婴”/“小男孩”）分野相对。
厄尔尼诺事件和拉尼娜事件，其实是同一类现象的两面，分别代表了赤道中东太平洋海区持续显著偏暖与偏冷的情形（图2）。
Q2：为什么会出现拉尼娜事件？
A2：由于这个问题涉及了气候学与海洋学不少专业知识，考虑到理解难度，这里仅做一些简要、不完全严谨的概述。
在通常情形下，赤道两侧是盛行信风，总体以东风为主，它将东太平洋海表较暖的海水向西太平洋输送。而为了补偿表层海水的缺失，在东太平洋地区会有深处的冷水向表层补充，而西太平洋多获得的海水也会堆积并向下沉，在海表以下回流到东太平洋，构成一个循环。
因此在通常的情形下，东太平洋海表会失去暖水而有冷水补充，海温较低；而西太平洋海表会得到暖水，海温较高且盛行上升运动与对流云活动（图3左）。
但维系这个循环的很多过程，如海表面的信风，也存在明显变化。如果信风突然减弱，上述循环变弱，东太平洋暖水向西输送会减少而海温偏高，反之西太平洋海温偏低，此时对流活动移动到中太平洋一带，这就是厄尔尼诺事件（图3中）。
反之，当信风较常态进一步增强，东太平洋表层暖水被进一步向西输送，东太平洋变得偏冷，此时海表附近的空气受冷却下沉，在海表处聚集形成高压；气压梯度力将导致从东太平洋向西吹拂的信风进一步增强，西太平洋海温变得偏高，会继续增强这一循环，形成正反馈。这就是拉尼娜事件的情形（图3右）。
不过，拉尼娜事件不会因为上述正反馈过程而无限增强，也有不少大气与海洋过程会抑制其增强（由于涉及较专业知识，这里不展开叙述），这使得事件发展会有限制，并在一定时段后减弱结束。
Q3: 拉尼娜事件频率有多高？
A3: 在1950年至今的71年中，共发生了16次拉尼娜事件（图4），平均约4-5年一次，相比同期21次的厄尔尼诺事件，频率略低。
但其中，又分为持续时间短（6-12个月）的高频事件，和持续时间较长（1-2年）的低频事件，这71年里，总共有15年10个月处在拉尼娜状态。因而，拉尼娜事件也并非少见，而其与厄尔尼诺事件总共占了一半以上时间，真正的“中性状态”并不是很多。
Q4: 拉尼娜事件发生在热带太平洋，为什么还能对我国气候产生影响？
A4: 因为拉尼娜事件，不是简单的热带太平洋区域气候异常。
前文已经提及，由于热带太平洋的面积之广与较高的海温，拉尼娜事件通过影响到热带太平洋海表温度，影响到海表之上大气的温度和对流活动。对流活动的变化，会导致对流云形成过程中，水汽凝结并释放热量（被称作潜热）的多寡，而潜热是大气运动重要的能量源。
因而，拉尼娜事件可引起相当大范围大气环流异常，甚至通过激发波长极长的大气波动，超越热带地区的囹圄束缚，影响到热带以外的广阔天地。此外，它还能影响到热带太平洋以外海区的海温，这也会进一步导致各地大气环流与气候的异常（图5）。
实际上，厄尔尼诺/拉尼娜事件，是季节到数年的时间范围内，影响力最强的自然气候因子。
但需要注意，由于我国并非位于赤道太平洋沿岸，受厄尔尼诺/拉尼娜的影响也是相对间接，不如同印度尼西亚、秘鲁等直接影响区明显。讨论厄尔尼诺/拉尼娜事件对我国的影响时需要注意这一点。
Q5: 近期四川盆地北部、甘肃东部、陕西与山西大部、河北中部和辽宁等地出现了罕见的强降雨。在这个季节降雨如此偏北且偏多，是否有即将正式形成的拉尼娜事件影响呢？
A5: 正在形成的拉尼娜事件是一大重要的成因，但不是全部。
图6是1951年以来，所有拉尼娜事件发展的秋季年降雨量异常的合成结果。可以看到，有拉尼娜事件发展的秋季，四川盆地、陕西、山西等地降雨的确明显偏多。
这主要与拉尼娜事件发展下，赤道西太平洋一侧马来群岛区域海温上升导致对流活动增强，通过增强的哈德莱环流（Hadley Cell）加强了副热带地区的下沉气流，导致了副热带高压出现增强；此外赤道太平洋信风的增强，也对副热带高压增强有一定作用。而增强的副热带高压将海洋的水汽深入输送向更内陆的四川盆地和更偏北的华北地区，造成了当地降雨的偏多。
但导致副热带高压增强的原因，不只是拉尼娜事件的发展。中高纬度西风带内的槽与脊异常，甚至高纬度地区的海冰积雪异常，都会影响到副热带高压的强度与位置。图7给出了一个本次持续强降雨的概念性解释。
Q6: 所以，拉尼娜事件会造成我国冬季怎样的气候异常？近期的寒潮和偏冷和拉尼娜事件有关么？“数十年一遇的寒冬”会发生么？
A6: 简要回答：【一定程度上，会倾向我国冬季总体偏冷且南方大部偏干燥。但近期的寒潮和气温偏低是短期天气过程，和拉尼娜这类气候异常没有直接明显关联；至于“数十年一遇寒冬”，没有任何显著有力依据。】
这个问题，已有相当多的气候学研究人员做过统计和具体机制研究。
如果简单地从统计学上做相关分析，图8-9的结果表明，拉尼娜事件更倾向于全国大部冬季偏冷，降水偏少。
但这两张图也显示出，其对不少地区冬季气温相关系数未通过0.10显著性检验，这表明拉尼娜事件对我国冬季气候影响并非很显著。在拉尼娜事件期，我国也有不少暖冬事件发生，如1998-99年、2016-17年等。综合其他气候因子，如北极海冰、中高纬度海温异常、陆地积雪等对我国气候的影响，综合考虑才能更好地分析我国冬季气候趋势；仅凭拉尼娜现象这一条，断定极端寒冷的冬季发生是没有任何显著依据。
至于“数十年一遇的寒冬”，这已是属于极端气候事件，不仅要考虑季节平均的气候因子，还需要考虑时间更短的一些天气气候过程，这不是拉尼娜事件能简单判定。此外，在过去百年间全球显著变暖的气候背景基础下，要出现“数十年一遇的寒冬”，也已是非常困难。
Q7: 有分析认为2007-08年冬季南方的持续低温雨雪冰冻灾害，是由同期的拉尼娜事件引起。这是否有依据？
A7: 有部分贡献，但远非最重要、最直接的原因。
2008年雨雪冰冻灾害持续了约1个月，这在气象学上被称作延伸期-低频过程事件，它的持续时间较普通的天气过程（数日）长，但又较短期气候过程（数月）短。此时，主要影响数月到数年的拉尼娜事件，成为了一个背景因素，它让冬季风偏强，冷空气会更容易持续入侵南方。
但要形成持续雨雪冰冻灾害，需要稳定的暖湿气流与冷空气的输送交锋，这种维持一个月时长的异常大气环流，需要其他大气过程，如中高纬度西风带内部较稳定的扰动，热带地区的大气振荡过程等，作为直接且最重要的因素。这类因素的起源就较为独立于拉尼娜事件，包括极地海冰的异常，中高纬度海洋的海温异常，甚至大气层内部的扰动发展。
于是，在分析雨雪冰冻灾害这类冬季内极端事件时，不仅需要考虑诸如拉尼娜等“相对长期”的气候因子作为背景因素，同时要考虑更短期、但影响更直接更显著的天气、气候因子与过程。
参考链接：
中国国家气候中心-厄尔尼诺/拉尼娜监测
https://t.cn/A6bSjHgc
美国气候预测中心-厄尔尼诺/拉尼娜监测
https://t.cn/A6bSjHgf
图1: 最近一周的全球海表温度异常，其中暖（冷）色调代表偏高（低），红色方框即Nino3.4区域。可以看到，以Nino3.4区域为代表的赤道中东太平洋有显著冷异常，表明了拉尼娜事件的发展。图片来源：https://t.cn/A6MYTMC2
图2: 厄尔尼诺（左）/拉尼娜（右）事件下海温异常，其中红（蓝）色代表海温偏高（低）。图片来源：https://t.cn/A6bSjHgV
图3: 正常年份（左）、厄尔尼诺年（中）、拉尼娜年（右）的热带太平洋海洋与大气情形。表层暖（冷）色代表暖（冷）海表温度，白色箭头代表海面信风，黑色箭头代表高空大气运动。图片来源：
https://t.cn/A6bSjHg6
图4: 1950年以来的拉尼娜事件（冷事件）列表。图片来源：https://t.cn/A6bSjHgM
图5: 拉尼娜事件在北半球冬季（上部）、夏季（下部）造成的气候异常。图片来源：https://t.cn/A6bSjHgi
图6: 1951年以来有拉尼娜事件发展的秋季（9-11月），全国降水量距平（偏离均值的程度）百分率（左侧）和降雨偏多的概率（右侧）。
图7: 本次河南、陕西、山西等地异常偏强的秋雨形成原因简要机制。其中拉尼娜事件造成了较显著的影响。图片来源：国家气候中心
图8: 1981-2014年，同时期Nino3.4区海温对冬季（12-2月）我国（左）和全球（右）表面温度的相关系数。颜色从浅到深的界限，分别为通过0.1，0.05，0.01，0.001显著性检验的阈值。
图9: 同图8，但为同期降水量相关系数。
图6与图8-9来源:https://t.cn/A6bSjHgI
#今年冬季将形成拉尼娜事件# #今年冬天会有多冷#
【人工合成淀粉：迷宫寻途2000天】2015年初，还在国外访问交流的蔡韬接到了马延和的电话：“未来所里计划做人工合成淀粉的项目，凭空制造。”
“凭空制造？这可能吗？”他有点惊讶。
6年后，他们把不可能变成了现实。中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称中科院天津工业生物所）通过复杂代谢途径的从头设计与精准调控，在国际上首次实现电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉。9月24日，这一研究成果于《科学》在线发表。
图：实验人员在做淀粉遇碘显色试验。 倪思洁摄
△ 从0到1 从无到有
淀粉作为一类重要的高分子碳水化合物，为人类生存提供了所需的热量。1万多年来，农业种植都是生产淀粉的唯一途径。
可植物光合作用的能量效率低、生长周期长，为了应对粮食安全问题，科学家探索出了杂交育种、模块育种、分子育种等办法，还建立了人工光合系统。
“但这些都没有脱离植物本身的固碳模式。就像是跑得再快，本质上还要依靠双脚。能不能跳出这个模式，造一辆汽车呢？”中科院天津工业生物所所长、人工合成淀粉项目首席科学家马延和说。
与此同时，我国的二氧化碳减排压力巨大，而以二氧化碳为原料合成所需物质是摆在所有科学家面前的一道难题。
“利用二氧化碳合成淀粉”，一听说这个项目，即便是领域内的知名专家也纷纷摇头，“植物的光合作用已存在十几亿年，至今还未完全弄清楚系统机制，你们能从头合成”？
大家的质疑不无道理，这是从没有人做过的事，翻遍所有文献库，也找不到任何关于合成路径、研究方法的线索。
2018年7月24日下午，中科院天津工业生物所副研究员、人工合成淀粉项目经理蔡韬在实验室楼上的会议室里，准备参加中科院重点项目阶段评审会。自立项以来，他和同事已试验了两年多，尝试了无数次，但都以失败告终，眼看着为期3年的项目就要完结，他们的压力积攒到了最大值。
3点多钟，蔡韬接到了实验室技术员乔婧发来的一张照片。照片中并排的3个试剂管，中间的碘溶液呈淡淡的蓝紫色，与左右两边的无色和深蓝色状态对比明显。
“两边的是对照组，中间的是最新一次的试验结果，与碘溶液反应变蓝。”乔婧说。
蔡韬立即打电话确认，得到肯定的回复后，仍不放心，一路小跑至实验室，直到亲眼见到试剂管，他才抑制不住地喊道，“太好了！太好了！我汇报时终于可以说‘制造路径全线打通’。”
技术员孙红兵记得，那天大家都很开心，蔡老师一改往日的严肃，脸上挂满了笑容。
“相当于长征路上的遵义会议。”“那真是我见过最美的颜色。”蔡韬对《中国科学报》记者说。
至此，人工合成淀粉正式迈出了“从0到1”的一步，人类对于生命科学的认知边界又拓宽了一点。
△ 迷宫寻途 从有到优
成功的喜悦抹平了此前所有的遗憾，以至于他们在讲述研究历程时，会下意识地将前期困难一笔带过。
可最初接到这一项目时，就连他们自己都不相信能做出来。自然反应中，淀粉合成与积累涉及约60步代谢反应和细胞器间运输，在工业生产中，必须将其简化，又必须保证所有反应的充分和精准。
因此，如何将农业中复杂的合成途径简化为工业生产所需的简单合成途径，是人工合成淀粉面临的最大挑战。
经过计算机算法挖掘和筛选，研究人员在起点二氧化碳和终点淀粉之间，最终锁定了30条可能的路径，每一条包含9~12步重要反应。
每一条可能的路径都是一座“迷宫”。他们就处在每座首尾相连、层层嵌套的迷宫入口。每一座迷宫中又有数个“关卡”，也就是生化反应，想要过关，必须寻找到相应的“钥匙”，即能催化反应的特定的酶。
等到好不容易通关时，往往还是见不到淀粉。毕竟可能的路径有30条，只有走对了唯一的一条，才算成功。
“这些被看作‘钥匙’的酶可能存在于自然界中，也可能并不存在，需要重新设计。最难的是，不同于‘一把钥匙开一把锁’，同一个酶能催化多个反应，但又会带来‘副作用’。”蔡韬说。
6年中，有近一半的时间，他们都卡在这些不同的路径里，有时找不到高效催化反应的酶；有时酶会优先和前面的底物反应，而后面的底物无酶可用；有时只能走通某一部分。
为了通过迷宫中的层层关卡，蔡韬等人与十几个课题组合作。“一个团队力量有限，希望能找到细分领域里最专业的人来合作。”他说。
那时的孙红兵、乔婧都变得异常敏感，她们怀疑自己做的每一个步骤。“可能是溶液加错、剂量没看准，是自己犯了低级错误”。可每一次重复后，她们不得不面对的事实是，操作没有错误，这条路行不通。
“与课题组同时进行多个课题不同，我们是项目制管理，6年中只有这一个项目，所以无论遇到什么都不会放弃。”蔡韬说，“最坏的结果就是失败，科研中的失败再正常不过，大不了从头再来。”
一次，蔡韬外出交流，会上有位科学家提出“利用二氧化碳电/氢还原合成甲醇”。“听到这个思路的一瞬间，我打了个激灵，脑子像通了电一样。我们是不是能以此为鉴，先将二氧化碳转化成甲醇，再将甲醇合成淀粉？”他说。
后来，便有了那张碘溶液呈淡蓝色的照片。
9月15日，《中国科学报》记者在中科院天津工业生物所看到，蔡韬手持一个15毫升的离心管，里面装有大半管的白色粉末，他介绍，“这是利用二氧化碳合成的第一管淀粉，与植物提取淀粉一模一样。”
如果说2018年他们完成了“从无到有”，那么从2018年至今，他们实现了“从有到优”。
△ 走出迷宫 探寻未知
在人工合成淀粉的试验中，蔡韬要找“最简单的路径”，在生活中，他也是如此。从家里到研究所，通常他会选择转弯最少、红绿灯最少的那一条路，慢慢地走。“这条路最直，行人也少，便于专心思考问题。”他说。
在孙红兵看来，蔡老师太想做成了，他满脑子都是项目，只要讨论试验，他的双眼便会立刻亮起来，声调也变得丰富。
“最让我感动的是，为了让我们专心试验，他会铺好所有的路，大到试验设计、与其他合作者沟通试验技术，小到买三角瓶、试剂管，6年来的每一天，他一刻都不愿耽搁。”孙红兵告诉《中国科学报》。
也正是如此，他们才能在相对短的时间内，完成对关键酶的定向改造，耦合从二氧化碳到甲醇的化学过程与从甲醇到淀粉的生物过程中反应条件的兼容，最终将合成效率提高130倍。与植物自然生成相比，其碳转化率提高了20~40倍。
实验室的小会议室，见证着他们的每一次讨论与争执，也见证着71页论文文稿的55次修改。
“蔡老师对文稿熟悉到什么程度呢？前几天我们需要查两个单词，单词所在的页数和位置，他脱口而出。”孙红兵说。
有一次，蔡韬改累了躺在床上休息，收到中科院天津工业生物所研究员江会锋发来的一个链接，标题中，他隐约瞥见了二氧化碳、淀粉的字眼，当即从床上弹起来，困意全无，心怦怦地跳，“不会有人已经做出来了吧”，他紧盯着手机加载条，直到看完摘要才长舒一口气，“原来是不同的研究，虚惊一场”。
科学研究令人着迷和残酷之处均在于此，当研究者身陷迷宫，在各个关卡奋力拼搏时，往往不知道领域内有多少位“竞争者”，更无从得知彼此的进度。他们只能逼迫自己快一点，再快一点，因为开拓者的桂冠只属于最先到达的人。
2021年8月，《科学》审稿通过，且不需补做任何试验。审稿专家认为，该工作“是一项里程碑式突破，将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”。
时隔6年，蔡韬等终于走出了迷宫的弯弯绕绕，来到了更广阔的天地，他是世界上第一个走到这里的人。他很自豪，更重要的是，他想继续往前走，去追求更大、更多的未知。https://t.cn/A6Mfhbc7
“凭空制造？这可能吗？”他有点惊讶。
6年后，他们把不可能变成了现实。中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称中科院天津工业生物所）通过复杂代谢途径的从头设计与精准调控，在国际上首次实现电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉。9月24日，这一研究成果于《科学》在线发表。
图：实验人员在做淀粉遇碘显色试验。 倪思洁摄
△ 从0到1 从无到有
淀粉作为一类重要的高分子碳水化合物，为人类生存提供了所需的热量。1万多年来，农业种植都是生产淀粉的唯一途径。
可植物光合作用的能量效率低、生长周期长，为了应对粮食安全问题，科学家探索出了杂交育种、模块育种、分子育种等办法，还建立了人工光合系统。
“但这些都没有脱离植物本身的固碳模式。就像是跑得再快，本质上还要依靠双脚。能不能跳出这个模式，造一辆汽车呢？”中科院天津工业生物所所长、人工合成淀粉项目首席科学家马延和说。
与此同时，我国的二氧化碳减排压力巨大，而以二氧化碳为原料合成所需物质是摆在所有科学家面前的一道难题。
“利用二氧化碳合成淀粉”，一听说这个项目，即便是领域内的知名专家也纷纷摇头，“植物的光合作用已存在十几亿年，至今还未完全弄清楚系统机制，你们能从头合成”？
大家的质疑不无道理，这是从没有人做过的事，翻遍所有文献库，也找不到任何关于合成路径、研究方法的线索。
2018年7月24日下午，中科院天津工业生物所副研究员、人工合成淀粉项目经理蔡韬在实验室楼上的会议室里，准备参加中科院重点项目阶段评审会。自立项以来，他和同事已试验了两年多，尝试了无数次，但都以失败告终，眼看着为期3年的项目就要完结，他们的压力积攒到了最大值。
3点多钟，蔡韬接到了实验室技术员乔婧发来的一张照片。照片中并排的3个试剂管，中间的碘溶液呈淡淡的蓝紫色，与左右两边的无色和深蓝色状态对比明显。
“两边的是对照组，中间的是最新一次的试验结果，与碘溶液反应变蓝。”乔婧说。
蔡韬立即打电话确认，得到肯定的回复后，仍不放心，一路小跑至实验室，直到亲眼见到试剂管，他才抑制不住地喊道，“太好了！太好了！我汇报时终于可以说‘制造路径全线打通’。”
技术员孙红兵记得，那天大家都很开心，蔡老师一改往日的严肃，脸上挂满了笑容。
“相当于长征路上的遵义会议。”“那真是我见过最美的颜色。”蔡韬对《中国科学报》记者说。
至此，人工合成淀粉正式迈出了“从0到1”的一步，人类对于生命科学的认知边界又拓宽了一点。
△ 迷宫寻途 从有到优
成功的喜悦抹平了此前所有的遗憾，以至于他们在讲述研究历程时，会下意识地将前期困难一笔带过。
可最初接到这一项目时，就连他们自己都不相信能做出来。自然反应中，淀粉合成与积累涉及约60步代谢反应和细胞器间运输，在工业生产中，必须将其简化，又必须保证所有反应的充分和精准。
因此，如何将农业中复杂的合成途径简化为工业生产所需的简单合成途径，是人工合成淀粉面临的最大挑战。
经过计算机算法挖掘和筛选，研究人员在起点二氧化碳和终点淀粉之间，最终锁定了30条可能的路径，每一条包含9~12步重要反应。
每一条可能的路径都是一座“迷宫”。他们就处在每座首尾相连、层层嵌套的迷宫入口。每一座迷宫中又有数个“关卡”，也就是生化反应，想要过关，必须寻找到相应的“钥匙”，即能催化反应的特定的酶。
等到好不容易通关时，往往还是见不到淀粉。毕竟可能的路径有30条，只有走对了唯一的一条，才算成功。
“这些被看作‘钥匙’的酶可能存在于自然界中，也可能并不存在，需要重新设计。最难的是，不同于‘一把钥匙开一把锁’，同一个酶能催化多个反应，但又会带来‘副作用’。”蔡韬说。
6年中，有近一半的时间，他们都卡在这些不同的路径里，有时找不到高效催化反应的酶；有时酶会优先和前面的底物反应，而后面的底物无酶可用；有时只能走通某一部分。
为了通过迷宫中的层层关卡，蔡韬等人与十几个课题组合作。“一个团队力量有限，希望能找到细分领域里最专业的人来合作。”他说。
那时的孙红兵、乔婧都变得异常敏感，她们怀疑自己做的每一个步骤。“可能是溶液加错、剂量没看准，是自己犯了低级错误”。可每一次重复后，她们不得不面对的事实是，操作没有错误，这条路行不通。
“与课题组同时进行多个课题不同，我们是项目制管理，6年中只有这一个项目，所以无论遇到什么都不会放弃。”蔡韬说，“最坏的结果就是失败，科研中的失败再正常不过，大不了从头再来。”
一次，蔡韬外出交流，会上有位科学家提出“利用二氧化碳电/氢还原合成甲醇”。“听到这个思路的一瞬间，我打了个激灵，脑子像通了电一样。我们是不是能以此为鉴，先将二氧化碳转化成甲醇，再将甲醇合成淀粉？”他说。
后来，便有了那张碘溶液呈淡蓝色的照片。
9月15日，《中国科学报》记者在中科院天津工业生物所看到，蔡韬手持一个15毫升的离心管，里面装有大半管的白色粉末，他介绍，“这是利用二氧化碳合成的第一管淀粉，与植物提取淀粉一模一样。”
如果说2018年他们完成了“从无到有”，那么从2018年至今，他们实现了“从有到优”。
△ 走出迷宫 探寻未知
在人工合成淀粉的试验中，蔡韬要找“最简单的路径”，在生活中，他也是如此。从家里到研究所，通常他会选择转弯最少、红绿灯最少的那一条路，慢慢地走。“这条路最直，行人也少，便于专心思考问题。”他说。
在孙红兵看来，蔡老师太想做成了，他满脑子都是项目，只要讨论试验，他的双眼便会立刻亮起来，声调也变得丰富。
“最让我感动的是，为了让我们专心试验，他会铺好所有的路，大到试验设计、与其他合作者沟通试验技术，小到买三角瓶、试剂管，6年来的每一天，他一刻都不愿耽搁。”孙红兵告诉《中国科学报》。
也正是如此，他们才能在相对短的时间内，完成对关键酶的定向改造，耦合从二氧化碳到甲醇的化学过程与从甲醇到淀粉的生物过程中反应条件的兼容，最终将合成效率提高130倍。与植物自然生成相比，其碳转化率提高了20~40倍。
实验室的小会议室，见证着他们的每一次讨论与争执，也见证着71页论文文稿的55次修改。
“蔡老师对文稿熟悉到什么程度呢？前几天我们需要查两个单词，单词所在的页数和位置，他脱口而出。”孙红兵说。
有一次，蔡韬改累了躺在床上休息，收到中科院天津工业生物所研究员江会锋发来的一个链接，标题中，他隐约瞥见了二氧化碳、淀粉的字眼，当即从床上弹起来，困意全无，心怦怦地跳，“不会有人已经做出来了吧”，他紧盯着手机加载条，直到看完摘要才长舒一口气，“原来是不同的研究，虚惊一场”。
科学研究令人着迷和残酷之处均在于此，当研究者身陷迷宫，在各个关卡奋力拼搏时，往往不知道领域内有多少位“竞争者”，更无从得知彼此的进度。他们只能逼迫自己快一点，再快一点，因为开拓者的桂冠只属于最先到达的人。
2021年8月，《科学》审稿通过，且不需补做任何试验。审稿专家认为，该工作“是一项里程碑式突破，将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”。
时隔6年，蔡韬等终于走出了迷宫的弯弯绕绕，来到了更广阔的天地，他是世界上第一个走到这里的人。他很自豪，更重要的是，他想继续往前走，去追求更大、更多的未知。https://t.cn/A6Mfhbc7
2021年不平凡！今年有60年一遇寒冬？分析：拉尼娜重现或推动变冷
今冬有60年一遇的寒冬！2008年的“超级寒冷”又要重现，2021年真的是不一般啦！赤道地区的非洲国家都“极寒”了，这样的说法似乎每年都有。特别是在去年的时候，最初很多人都说“60年最寒冷的冬天”出现，结果怎么样呢？
在进行对冬季的平均气温统计的时候，寒冷变成了“热”，冬季的气温并不是偏低，而是出现了偏高的模式。
所以，这又再问“2021不一般的一年，今年冬天会不会出现60年一遇的寒冬呢？”，这个答案的确存在争议，有人会认为今年会非常地寒冷，也有人认为今年不会寒冷，还会跟往常一样的暖和。
的确2021年的不平凡，气候的表现已经出现了“罕见”状态，但是也是可以说明的，而大家又为什么会说寒冷呢？其实也是有原因的，我们就先来看看地球是如何变化的。
地球的气候是如何变化的？
首先我们需要确定一点，那就是2021年的气候报告明确指出了，地球的变暖仍在持续，并且没有“任何减弱”的趋势，所以地球只会持续保持温暖的状态。2020年，地球的平均气温已经达到了工业化水平的“1.2度”基准线了，高处的1.2度几乎完全是与人类存在关系。然而，我们虽然看到了高出1.2度。但是，人类对温室气体的排放还没有减弱。
不仅没有减弱，还创下了历史性的新高，2021年5月，它们再次达到了历史最高水平——大气中二氧化碳浓度爬升到近419ppm。这说明什么？再一次证明了地球的变暖还在发生，人类丝毫没有察觉到，所以地球的气候如何变化的？正在持续变暖之中。很多人这个时候可能就会说了，不是在说地球变冷吗？
的确有这样的说法，但是我们暂时没有任何证据表明地球变冷，包括大家之前说的太阳活动会让地球进入小冰河时期，但是太阳活动正在往极大值时期发展，不可能减弱，所以不可能出现变冷，更何况这个证据无法证明太阳活动变化一定影响小冰河的出现。所以，短时间来看，地球变暖是科学界的一个共识，这个是不可否认的。
那为何有人说今年冬天会遇到寒冷的气候呢？这里面气候有两个因素，第一、本身地球变暖就会引发极端性的寒冷气候，那么变得更冷也正常。只不过，在全球变暖的背景之下，极端性的寒冷只能说是“小插曲”。
第二、就是我们说的拉尼娜现象可能重现，按照部分机构的报告显示，拉尼娜现象确实有可能在2021年重现。当然，也就是因为拉尼娜现象的重现，所以引发了大家对“寒冷”冬季气候的讨论。
今年有60年一遇寒冬？
对于这个问题，其实有没有60年一遇的寒冬，这个问题不重要，重要的是极端性的寒冷是有概率出现的。拉尼娜现象曾经确实导致过我国大范围寒冷，在2008年的时候，“超级寒冷”气候可以说非常明了，但是是否重现这样的气候，这还需要看冬季的大气环流等因素，气候的巨变并不是仅建立在拉尼娜的情况之上。
拉尼娜的确可以“暂缓”全球变暖。并且，对全球变暖是一个“好方向影响”。但是出现拉尼娜现象的时候，极端性的气候就可能更多，这也是相对的关系。按照预测数据显示，预计在冬季的时段，最高是有80%的概率重现，如果发展强度较大，概率较高，可能会出现区域性的寒冷，并且导致冷冬的出现，也就是说拉尼娜重现或推动寒冷的出现。
但是如果就是一次弱拉尼娜现象，对大气的响应并不大，那基本上也就没有什么影响，所以今年有60年一遇的寒冬，其实都是无法确定的，包括我们常说的冷冬、暖冬等问题，其实有办法确认吗？没有办法，只有在冬季结束的时候，我们才能精确地判断出冷冬还是暖冬，其他的时间应该都是可能性的说明。
包括还未出现的拉尼娜现象，虽然有80%的可能性了，但是没有确定之前，一切都是“可能性”，一切都还有改变的空间，所以大家继续观察吧。
总结
2021年的确不一般，是一个不寻常的年份，气候的极端性模式表现更加的明显。同时，2021年巴西，非洲地区都迎来了罕见的极端性寒冷气候，巴西的一次降雪，当地居民也称自己62年第一次遇到，活了这么久，之前都没见过。这可能是气候巨变的一种征兆。但是，对于接下来的气候变化，其实存在很多复杂性因素在里面。
就如我们说的典型秋季气候，秋分了，竟然还有“三伏天”的气候，35度的高温普遍存在，而这里最直接的因素就是副热带高压的影响，而背后的推动因素就是气候的巨变，全球变暖的因素在里面是最多的，所以地球的气候响应在各个地区可能表现不一样，我们只能继续到时候再看，这就是大概的情况。 https://t.cn/R2WxBiz
今冬有60年一遇的寒冬！2008年的“超级寒冷”又要重现，2021年真的是不一般啦！赤道地区的非洲国家都“极寒”了，这样的说法似乎每年都有。特别是在去年的时候，最初很多人都说“60年最寒冷的冬天”出现，结果怎么样呢？
在进行对冬季的平均气温统计的时候，寒冷变成了“热”，冬季的气温并不是偏低，而是出现了偏高的模式。
所以，这又再问“2021不一般的一年，今年冬天会不会出现60年一遇的寒冬呢？”，这个答案的确存在争议，有人会认为今年会非常地寒冷，也有人认为今年不会寒冷，还会跟往常一样的暖和。
的确2021年的不平凡，气候的表现已经出现了“罕见”状态，但是也是可以说明的，而大家又为什么会说寒冷呢？其实也是有原因的，我们就先来看看地球是如何变化的。
地球的气候是如何变化的？
首先我们需要确定一点，那就是2021年的气候报告明确指出了，地球的变暖仍在持续，并且没有“任何减弱”的趋势，所以地球只会持续保持温暖的状态。2020年，地球的平均气温已经达到了工业化水平的“1.2度”基准线了，高处的1.2度几乎完全是与人类存在关系。然而，我们虽然看到了高出1.2度。但是，人类对温室气体的排放还没有减弱。
不仅没有减弱，还创下了历史性的新高，2021年5月，它们再次达到了历史最高水平——大气中二氧化碳浓度爬升到近419ppm。这说明什么？再一次证明了地球的变暖还在发生，人类丝毫没有察觉到，所以地球的气候如何变化的？正在持续变暖之中。很多人这个时候可能就会说了，不是在说地球变冷吗？
的确有这样的说法，但是我们暂时没有任何证据表明地球变冷，包括大家之前说的太阳活动会让地球进入小冰河时期，但是太阳活动正在往极大值时期发展，不可能减弱，所以不可能出现变冷，更何况这个证据无法证明太阳活动变化一定影响小冰河的出现。所以，短时间来看，地球变暖是科学界的一个共识，这个是不可否认的。
那为何有人说今年冬天会遇到寒冷的气候呢？这里面气候有两个因素，第一、本身地球变暖就会引发极端性的寒冷气候，那么变得更冷也正常。只不过，在全球变暖的背景之下，极端性的寒冷只能说是“小插曲”。
第二、就是我们说的拉尼娜现象可能重现，按照部分机构的报告显示，拉尼娜现象确实有可能在2021年重现。当然，也就是因为拉尼娜现象的重现，所以引发了大家对“寒冷”冬季气候的讨论。
今年有60年一遇寒冬？
对于这个问题，其实有没有60年一遇的寒冬，这个问题不重要，重要的是极端性的寒冷是有概率出现的。拉尼娜现象曾经确实导致过我国大范围寒冷，在2008年的时候，“超级寒冷”气候可以说非常明了，但是是否重现这样的气候，这还需要看冬季的大气环流等因素，气候的巨变并不是仅建立在拉尼娜的情况之上。
拉尼娜的确可以“暂缓”全球变暖。并且，对全球变暖是一个“好方向影响”。但是出现拉尼娜现象的时候，极端性的气候就可能更多，这也是相对的关系。按照预测数据显示，预计在冬季的时段，最高是有80%的概率重现，如果发展强度较大，概率较高，可能会出现区域性的寒冷，并且导致冷冬的出现，也就是说拉尼娜重现或推动寒冷的出现。
但是如果就是一次弱拉尼娜现象，对大气的响应并不大，那基本上也就没有什么影响，所以今年有60年一遇的寒冬，其实都是无法确定的，包括我们常说的冷冬、暖冬等问题，其实有办法确认吗？没有办法，只有在冬季结束的时候，我们才能精确地判断出冷冬还是暖冬，其他的时间应该都是可能性的说明。
包括还未出现的拉尼娜现象，虽然有80%的可能性了，但是没有确定之前，一切都是“可能性”，一切都还有改变的空间，所以大家继续观察吧。
总结
2021年的确不一般，是一个不寻常的年份，气候的极端性模式表现更加的明显。同时，2021年巴西，非洲地区都迎来了罕见的极端性寒冷气候，巴西的一次降雪，当地居民也称自己62年第一次遇到，活了这么久，之前都没见过。这可能是气候巨变的一种征兆。但是，对于接下来的气候变化，其实存在很多复杂性因素在里面。
就如我们说的典型秋季气候，秋分了，竟然还有“三伏天”的气候，35度的高温普遍存在，而这里最直接的因素就是副热带高压的影响，而背后的推动因素就是气候的巨变，全球变暖的因素在里面是最多的，所以地球的气候响应在各个地区可能表现不一样，我们只能继续到时候再看，这就是大概的情况。 https://t.cn/R2WxBiz
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