《未来的Texas飓风:像Ike一样快还是像Harvey那样慢?》

  • 来源专题:物理海洋学知识资源中心
  • 编译者: 张灿影
  • 发布时间:2020-07-23
  • 2017年的Harvey飓风在5天内给休斯顿市带来30-40英寸的降雨。因此研究者试图探讨气候变化是否会增加像Harvey这样缓慢移动导致过多降雨的可能性。研究发现,随着气候变化,出现强劲北风的可能性将会增加,这意味着德克萨斯州上空的飓风更可能像Ike一样快速移动,而不是Harvey这样缓慢。Ike是2008年移动速度较快的风暴,以沿海洪水和大风为标志,在几个州造成了380亿美元的损失,是当时美国损失第二大的飓风。研究发现,与20世纪最后四分之一时间段相比,在21世纪的最后四分之一,Texas飓风快速移动而不是缓慢移动的几率将增加约50%。这个结果非常有趣,因为之前的一项研究结果将大西洋盆地作为一个整体来考虑时,发现风暴移动速度表现出变慢的趋势,两个研究结果的巨大差异可能与研究的时间范围,以及区域的选取有关。研究人员使用了十几种不同的计算机模型来模拟几百种可能的情况,结果发现所有的模式都表现出在德克萨斯州上空向北的转向风的加强。转向风是指在大气层较低的10公里处形成的强气流,可以移动形成飓风。在研究气候系统的过程中,在风向图上得到如此强劲的区域信号的情况并不多见。另外,在研究气候变化对飓风影响时,一个重大挑战是数据的缺乏,因此,研究人员开发了一个缩小尺度的模型。该模型基于物理的统计数据,将大尺度大气条件与飓风的形成、移动和强度联系起来,模型的统计特性能够模拟足够数量的Texas风暴。一旦所有模型都表现出较强的信号,研究人员就认为,应该有一个强有力的机制来解释这种强的信号。研究结果证明了两个重要过程中的变化是联合在一起的,并产生了来自模型的强烈信号。其中一个过程是大西洋副热带高压或百慕大高压,一个在夏季形成于大西洋上空的半永久性高压区,另一个是北美季风,美国西南部和墨西哥西北部降雨和雷暴增多,通常发生在7月至9月之间。副热带高压是一个向东的顺时针环流,在向西移动的过程中将会加强,并在德克萨斯州上空产生更多的北风。
    相关论文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-020-17130-7
    (郭亚茹 编译; 张灿影 审校)

  • 原文来源:http://news.rice.edu/2020/07/06/future-texas-hurricanes-fast-like-ike-or-slow-like-harvey/
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    • 基于激光诱导超塑性的卷对卷(Roll to Roll laser-induced superplasticity)工艺制程是一种新的制造方法,可用于印刷制造超快速纳米量级的电子器件。 这种新的制造技术使用类似于报纸印刷领域常用的卷对卷工艺,可以制作出更光滑、更柔软的用于生产高速电子器件的金属线路。 由普渡大学研究人员开发出的这种低成本工艺,结合了现有工业生产中用于规模化金属加工的工具和方法。研发人员使用了类似于报纸印刷的卷对卷印刷工艺,凭借该工艺的速度和精度,克服了电子产品制造过程中的许多困难。相比于现在,这种工艺大大提升了电子器件的生产速度。 手机、笔记本电脑、平板电脑和许多其他电子设备依靠其内部的金属线路来实现信息的高速处理。目前的金属线路制作方法一般都是通过把薄薄的液态金属液滴透过一张具有目标线路形状的光罩来形成金属线路的,这有点像在墙壁上涂鸦。 “然而问题是,这种技术制作出的金属线路,其表面非常粗糙,这会导致电子设备更快地升温,进而更快地耗尽电池,”工业工程和生物医学工程助理教授马丁内斯说。 另外,未来的高速电子器件还需要更小的金属组件,制造纳米级别更小的金属组件要求更高的分辨率。 “制作越来越小形状的金属组件需要具有越来越高分辨率的模具,直到纳米量级尺寸,”马丁内斯说。“再者,纳米技术的最新进展也需要我们对尺寸甚至比制成它们的颗粒更小的金属进行图案化,这就像制造比沙粒更小的沙堡。” 这种所谓的“可成形性极限(Formability Limit)”阻碍我们以纳米级分辨率高速加工材料。 普渡大学的研究人员通过一种新的规模化制造方法解决了这两个问题——粗糙度和低分辨率——这种方法使得借助传统的二氧化碳激光器制作纳米级光滑金属线路成为可能,二氧化碳激光器在工业切割和雕刻中已经非常常见。 “像印刷报纸一样印刷微小金属电子器件可以使它们更加平滑。这种表面光滑的电子器件的过热风险很低,可以更好地通过电流”马丁内斯说。 这种制造方法称为基于激光诱导超塑性的卷对卷加工工艺(Roll to Roll laser-induced superplasticity),它使用像高速打印报纸用的滚动压模版(Rolling Stamp)。该技术可以在短时间内通过应用高能激光照射诱导出各种金属的“超塑性”,这使得金属能够流入滚动压模版的具有纳米级特征的图案内– 这就绕过了“可成形性极限”。 “在未来,使用我们这项基于卷对卷工艺制造设备的技术,可以生产制造覆盖纳米结构的触摸屏,该纳米结构能够与光相互作用并生成3D图像。当然,这项技术还可以经济高效地制造更灵敏的生物传感器,“Martinez说。
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    • 超硬材料可以切割,钻孔和抛光其他物体。它们还具有创造防刮涂层的潜力,可以帮助保护昂贵的设备免受损坏。 现在,科学正在为具有这些诱人品质的新材料的开发打开大门。 研究人员已经使用计算技术来识别43种以前未知的碳被认为是稳定和超硬的 - 包括一些预测比钻石略硬或几乎硬的碳。每种新的碳种类由在晶格中以不同图案排列的碳原子组成。 这项研究发表在9月3日的npj计算材料杂志上,它结合了晶体结构的计算预测和机器学习,以寻找新材料。这项工作是理论研究,这意味着科学家已经预测了新的碳结构,但还没有创造出它们。 “钻石现在是市场上最硬的材料,但它们非常昂贵,”布法罗化学家Eva Zurek大学说。 “我有同事在实验室里进行高压实验,在钻石之间挤压材料,他们抱怨钻石破碎时有多贵。 “我们希望找到比钻石更硬的东西。如果你能找到其他硬质材料,可能会让它们变得更便宜。它们也可能具有钻石所没有的有用特性。也许它们会以不同的方式与热量或例如,电力。“ Uure艺术与科学学院化学教授Zurek博士构思了这项研究,并与杜克大学机械工程和材料科学教授Stefano Curtarolo博士共同领导了该项目。 寻求硬质材料 硬度与材料抵抗变形的能力有关。正如Zurek所解释的那样,它意味着“如果你试图用锋利的尖端压痕材料,就不会形成一个孔,或者孔会非常小。” 科学家认为,如果通过一项名为维氏硬度试验的实验测得硬度值超过40千兆帕,则该物质是超硬的。 预计所有研究的43种新碳结构都符合该阈值。估计三个钻石的维氏硬度超过钻石,但只有一点点。 Zurek还提醒说,计算中存在一些不确定性。 科学家发现的最坚硬的结构倾向于在其晶格中包含钻石和lonsdaleite碎片 - 也称为六角形钻石。除了43种新型碳之外,该研究还新近预测,其他团队过去所描述的一些碳结构将是超硬的。 加快发现超硬材料 新论文中使用的技术可用于识别其他超硬材料,包括含有碳以外元素的材料。 “很少有超硬材料是已知的,所以有兴趣找到新材料,”Zurek说。 “我们对超硬材料了解的一件事是它们需要具有强大的粘合力。碳 - 碳键很强,这就是我们研究碳的原因。其他通常在超硬材料中的元素来自周期的同一侧。表,如硼和氮。“ 为了进行这项研究,研究人员使用XulOpt,一种在Zurek实验室开发的用于晶体结构预测的开源进化算法,来生成碳的随机晶体结构。然后,该团队采用机器学习模型来预测这些碳物种的硬度。最有希望的坚硬和稳定的结构被XtalOpt用作“父母”来产生额外的新结构,等等。 使用自动流动(AFLOW)数据库训练用于估计硬度的机器学习模型,该数据库是具有已经计算的性质的巨大材料库。 Curtarolo的实验室负责AFLOW,之前在北卡罗来纳大学教堂山分校的Olexandr Isayev小组开发了机器学习模型。 “这是加速材料开发。它总是需要时间,但我们使用AFLOW和机器学习来大大加快这一过程,”Curtarolo说。 “算法学习,如果你已经很好地训练了模型,算法将以合理的精度预测材料的属性 - 在这种情况下,硬度。” 研究报告的共同作者,杜克大学机械工程和材料科学助理研究教授Cormac Toher博士说:“你可以使用计算技术预测出最好的材料并进行实验。” 新研究的第一和第二作者是UB博士研究生Patrick Avery和UB博士生Xiaoyu Wang,他们都在Zurek的实验室。 除了这些研究人员,Zurek,Curtarolo和Toher,该论文的共同作者还包括杜克大学的Corey Oses和Eric Gossett以及米兰大学的Davide Proserpio。 该研究由美国海军研究办公室资助,得到了米兰大学的额外支持,以及UB计算研究中心的计算支持。 npj计算材料 - 自然合作者期刊系列的一部分 - 是由Springer Nature与中国科学院上海硅酸盐研究所合作出版的自然研究期刊。 ——文章发布于2019年9月9日