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美举行建筑物能量预测大赛
【英国《新科学家》周刊８月２８日一期文章】题：物理学家找到控制大楼温度的最好办法
由于２００多年前一个英国牧师所做的工作，我们朝着能自动控制室内温度，照明、甚至维修保养的灵敏建筑物可能靠近了一步。
１７６３年发表的托马斯贝斯定理为预测相关事件发生的或然率提供了一种统计学方法。最近，一个人工神经网络即一个模仿脑工作方式的计算机系统利用这条定理在对一幢指定建筑物的能量消耗进行预测的国际比赛中获胜。这场名为“能量预测大赛”的比赛是于今年６月在佐治亚州亚特兰大举行的，组织者为美国供暖、制冷和空调工程师协会。
作为指导，组织者向２１个参赛者提供了有关得克萨斯州一幢４层楼建筑的资料，这些资料包括大楼２个月来的外部气温、风速、湿度和日照水平以及前４个月的电和冷热水消耗情况。剑桥大学卡文迪什实验室的一位物理学家戴维麦凯设计的系统获得了冠军，它预测的该楼能量需要精确度误差在１０％以内。获亚军的系统预测误差为１５％。
麦凯运用贝斯的定理找到了使误差减少到最小限度的最佳办法并因此而使他的神经网络中的数据权重定得比竞争对手更准确。他发现，该楼供暖所需的热水数量主要取决于当年时间和外部气温。当日时间、日照量、风速以及该楼是否有人使用也对其有重要影响。过去７２小时的平均湿度也是一个影响因素——但当时湿度水平不是影响因素。这样一些方法可能导致灵敏建筑物的出现，这种建筑物能对传感器提供的信息做出反应，从而控制它们自己的供暖情况。
由于２００多年前一个英国牧师所做的工作，我们朝着能自动控制室内温度，照明、甚至维修保养的灵敏建筑物可能靠近了一步。
１７６３年发表的托马斯贝斯定理为预测相关事件发生的或然率提供了一种统计学方法。最近，一个人工神经网络即一个模仿脑工作方式的计算机系统利用这条定理在对一幢指定建筑物的能量消耗进行预测的国际比赛中获胜。这场名为“能量预测大赛”的比赛是于今年６月在佐治亚州亚特兰大举行的，组织者为美国供暖、制冷和空调工程师协会。
作为指导，组织者向２１个参赛者提供了有关得克萨斯州一幢４层楼建筑的资料，这些资料包括大楼２个月来的外部气温、风速、湿度和日照水平以及前４个月的电和冷热水消耗情况。剑桥大学卡文迪什实验室的一位物理学家戴维麦凯设计的系统获得了冠军，它预测的该楼能量需要精确度误差在１０％以内。获亚军的系统预测误差为１５％。
麦凯运用贝斯的定理找到了使误差减少到最小限度的最佳办法并因此而使他的神经网络中的数据权重定得比竞争对手更准确。他发现，该楼供暖所需的热水数量主要取决于当年时间和外部气温。当日时间、日照量、风速以及该楼是否有人使用也对其有重要影响。过去７２小时的平均湿度也是一个影响因素——但当时湿度水平不是影响因素。这样一些方法可能导致灵敏建筑物的出现，这种建筑物能对传感器提供的信息做出反应，从而控制它们自己的供暖情况。
中亚地区两千年来的气候变化（下）
孢粉资料证明，最近２０００年来中亚山区的气候相对较冷，如果说帕米尔—阿赖山系的周边地带的变冷是干燥引起的，而天山地区变冷则更可能是湿度增加引起的。
还有其他资料可以证明，第一个一千年末期，中亚山脚有过较为温和的气候。但是也有资料证明，在这个较为温暖的时期也有过较冷的冬天。
古分析学家和地层学家对位于干燥区几个剖面资料的研究发现，７世纪至１５世纪时外里海地区有过有助于泥炭地层形成的气候。在泥炭层形成期，外里海地区曼格斯山的半沙漠地带出现了草原，有的地方甚至长出了树丛。这地区还找到了谷粒作物的花粉。中世纪期中生类植物带向南推进，部分地也向西推进。
这期间荒漠时而为沙漠，时而为半沙漠。某些科学家认为，６世纪至１４世纪中亚平原和哈萨克斯坦的年平均气温比现在低０．５至２．５摄氏度，年降水量多７５至１８０毫米。
看来小冰期的气候对整个中亚平原人类生活的作用比想象的差，该期的特点大概是地区干燥性增大。１７世纪时戈壁滩的面积扩大，１８世纪至１９世纪中亚许多荒漠区成了沙漠。只是在１８世纪下半期才出现了湿度稍有增大的不长时期。这期间曼格什拉克的居民开始种粮食和用地下水浇地，阿姆河水浇地面积扩大。这期间还反常地出现过温暖天气。而在１９世纪初又再度出现了寒冷和地貌干燥现象。有资料证明，最近１００至１５０年来，中亚荒漠地区的气候变得较适于人类生活。而地貌湿度增大的过程大概是从１９世纪最后１／３时期开始的。最近２００年来，阿拉尔的最高水位恰好出现在１９１０至１９６０年间，这不是偶然的。可见，中亚平原较湿润的时期为８世纪至１４世纪以及１９世纪末至２０世纪；而较为干旱的时期则为公元前一世纪至公元４世纪以及１５世纪至１９世纪中期。
由此看出，中亚山区（主要是天山山区）和平原有着同样的气候变化年代界线，但变化的方向可能是不同的。这在小冰期和中世纪最佳期表现得最为明显。１４至１９世纪在气候变冷的大背景下，高山地区湿度增大，而荒漠区却变得更为干燥。而在最佳期则恰恰相反，平原湿度大，凉爽，山区干旱温暖。
综上所述，可以得出两个结论。第一，在回顾过去展望未来气候时，应把高山区及山脚地区分开研究。第二，如果上面提到的模式是对的，在全球转暖的情况下，中亚平原与山区的气候反而会出乎意料地有利于人类的生活，因为山区的上部将变暖，平原湿度将增大。（下）
还有其他资料可以证明，第一个一千年末期，中亚山脚有过较为温和的气候。但是也有资料证明，在这个较为温暖的时期也有过较冷的冬天。
古分析学家和地层学家对位于干燥区几个剖面资料的研究发现，７世纪至１５世纪时外里海地区有过有助于泥炭地层形成的气候。在泥炭层形成期，外里海地区曼格斯山的半沙漠地带出现了草原，有的地方甚至长出了树丛。这地区还找到了谷粒作物的花粉。中世纪期中生类植物带向南推进，部分地也向西推进。
这期间荒漠时而为沙漠，时而为半沙漠。某些科学家认为，６世纪至１４世纪中亚平原和哈萨克斯坦的年平均气温比现在低０．５至２．５摄氏度，年降水量多７５至１８０毫米。
看来小冰期的气候对整个中亚平原人类生活的作用比想象的差，该期的特点大概是地区干燥性增大。１７世纪时戈壁滩的面积扩大，１８世纪至１９世纪中亚许多荒漠区成了沙漠。只是在１８世纪下半期才出现了湿度稍有增大的不长时期。这期间曼格什拉克的居民开始种粮食和用地下水浇地，阿姆河水浇地面积扩大。这期间还反常地出现过温暖天气。而在１９世纪初又再度出现了寒冷和地貌干燥现象。有资料证明，最近１００至１５０年来，中亚荒漠地区的气候变得较适于人类生活。而地貌湿度增大的过程大概是从１９世纪最后１／３时期开始的。最近２００年来，阿拉尔的最高水位恰好出现在１９１０至１９６０年间，这不是偶然的。可见，中亚平原较湿润的时期为８世纪至１４世纪以及１９世纪末至２０世纪；而较为干旱的时期则为公元前一世纪至公元４世纪以及１５世纪至１９世纪中期。
由此看出，中亚山区（主要是天山山区）和平原有着同样的气候变化年代界线，但变化的方向可能是不同的。这在小冰期和中世纪最佳期表现得最为明显。１４至１９世纪在气候变冷的大背景下，高山地区湿度增大，而荒漠区却变得更为干燥。而在最佳期则恰恰相反，平原湿度大，凉爽，山区干旱温暖。
综上所述，可以得出两个结论。第一，在回顾过去展望未来气候时，应把高山区及山脚地区分开研究。第二，如果上面提到的模式是对的，在全球转暖的情况下，中亚平原与山区的气候反而会出乎意料地有利于人类的生活，因为山区的上部将变暖，平原湿度将增大。（下）
原子世界之窗──扫描探针显微镜
【美国《商业周刊》８月３０日文章】题：原子世界的窗口
１０年前，人们还没有观察原子世界的手段。那时，科学家们只能从数字计算和化学反应中推知原子结构及其行为规律。但是现在，用一种新型的“扫描探针显微镜（ＳＰＭ）”，研究人员便能制作出某种材料原子结构的三维图像。这种显微镜的工作原理是感觉表面形状，而不是放大。它们甚至还能逐个拾起原子，并加以移动。
如果科学家们能观察材料表面单个原子的特性和行为，他们就能更好地理解所有物质的性质和行为。他们可以了解金属腐蚀的原因、两个表面粘合的原因、或者发生生物反应的原因。这种显微镜还是“纳诺科学”的主要工具，纳诺科学是将要影响所有产品的微型化领域中的下一个前沿科学。通过对原子的操作，工程师们能缩小芯片中的电路，并使芯片速度提高许多倍。
自从世界第一台扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）为其发明家赢得１９８６年的诺贝尔奖以来，科学家和工程师们一直在探索原子世界的奥秘。生物学家们用扫描探针显微镜观察活细胞在分子级的活动，而福特汽车公司的工程师们则在计算机显示屏上观察引起离合器、制动闸等部件磨损的力的作用。
这种显微镜还应用于工厂生产线中。电子业巨人１ＢＭ、日本电气公司和松下电器等公司利用定做的扫描探针显微镜在生产硅晶片、录音机磁头和磁盘驱动母板时进行质量检查。更重要的是，已经制作出第一块原始扫描探针显微镜芯片。将来有一天，装有数百个扫描探针显微镜的芯片将能用作足以模仿人的视觉的传感器、用于操作人体基因的探针，或者用于超大容量的信息存储系统中。
到那时，出现对这种装置的需求激增的局面是不奇怪的。自从１９８６年以来，出现了大约５家生产扫描探针显微镜的公司。去年，其中最大的数字仪器公司销售额达２１００万美元。明年，全球对扫描探针显微镜的需求可能从今年的５０００万美元上升到１亿美元左右。
各国竞相开发扫描探针显微镜，正在引起激烈的国际竞争。同时首先了解这种显微镜技术潜力的公司中有日本电子装置制造公司。如今在探索纳诺科学和开发纳诺技术方面，日本已经远远领先于任何其他国家。日本十分看重扫描探针显微镜，因此政府１月份开始实施耗资２．５亿美元的“原子操作”计划。该计划是集中３０家电子装置和材料公司的专家共同开发新型扫描探针显微镜和其他装置。
扫描隧道显微镜是根据电子“隧道”效应制成的。该效应是：在两个极接近的金属材料表面间出现电子跃动，从而形成微弱的电流。为了解决扫描隧道显微镜只能应用于金属材料的局限性，１ＢＭ公司１９８５年研制出原子力显微镜。
在过去两年中，科学家们设计出了一系列的能精确测量磁强、温度和电化学性能的原子力显微镜。以原子力显微镜为基础制造的扫描探针显微镜能在任何条件下无损检测材料，如在空气中或在水下。
不管是谁在掌握扫描探针显微镜技术方面领先，这种显微镜正在改变科学和工业面貌。通过在计算机屏幕上展现原子世界，这种显微镜已经打开了通向未知力领域和通向纳诺技术领域之门。
１０年前，人们还没有观察原子世界的手段。那时，科学家们只能从数字计算和化学反应中推知原子结构及其行为规律。但是现在，用一种新型的“扫描探针显微镜（ＳＰＭ）”，研究人员便能制作出某种材料原子结构的三维图像。这种显微镜的工作原理是感觉表面形状，而不是放大。它们甚至还能逐个拾起原子，并加以移动。
如果科学家们能观察材料表面单个原子的特性和行为，他们就能更好地理解所有物质的性质和行为。他们可以了解金属腐蚀的原因、两个表面粘合的原因、或者发生生物反应的原因。这种显微镜还是“纳诺科学”的主要工具，纳诺科学是将要影响所有产品的微型化领域中的下一个前沿科学。通过对原子的操作，工程师们能缩小芯片中的电路，并使芯片速度提高许多倍。
自从世界第一台扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）为其发明家赢得１９８６年的诺贝尔奖以来，科学家和工程师们一直在探索原子世界的奥秘。生物学家们用扫描探针显微镜观察活细胞在分子级的活动，而福特汽车公司的工程师们则在计算机显示屏上观察引起离合器、制动闸等部件磨损的力的作用。
这种显微镜还应用于工厂生产线中。电子业巨人１ＢＭ、日本电气公司和松下电器等公司利用定做的扫描探针显微镜在生产硅晶片、录音机磁头和磁盘驱动母板时进行质量检查。更重要的是，已经制作出第一块原始扫描探针显微镜芯片。将来有一天，装有数百个扫描探针显微镜的芯片将能用作足以模仿人的视觉的传感器、用于操作人体基因的探针，或者用于超大容量的信息存储系统中。
到那时，出现对这种装置的需求激增的局面是不奇怪的。自从１９８６年以来，出现了大约５家生产扫描探针显微镜的公司。去年，其中最大的数字仪器公司销售额达２１００万美元。明年，全球对扫描探针显微镜的需求可能从今年的５０００万美元上升到１亿美元左右。
各国竞相开发扫描探针显微镜，正在引起激烈的国际竞争。同时首先了解这种显微镜技术潜力的公司中有日本电子装置制造公司。如今在探索纳诺科学和开发纳诺技术方面，日本已经远远领先于任何其他国家。日本十分看重扫描探针显微镜，因此政府１月份开始实施耗资２．５亿美元的“原子操作”计划。该计划是集中３０家电子装置和材料公司的专家共同开发新型扫描探针显微镜和其他装置。
扫描隧道显微镜是根据电子“隧道”效应制成的。该效应是：在两个极接近的金属材料表面间出现电子跃动，从而形成微弱的电流。为了解决扫描隧道显微镜只能应用于金属材料的局限性，１ＢＭ公司１９８５年研制出原子力显微镜。
在过去两年中，科学家们设计出了一系列的能精确测量磁强、温度和电化学性能的原子力显微镜。以原子力显微镜为基础制造的扫描探针显微镜能在任何条件下无损检测材料，如在空气中或在水下。
不管是谁在掌握扫描探针显微镜技术方面领先，这种显微镜正在改变科学和工业面貌。通过在计算机屏幕上展现原子世界，这种显微镜已经打开了通向未知力领域和通向纳诺技术领域之门。
西方何以反对孟加拉国治水计划
【英国《新科学家》周刊９月１１日一期文章】题：西方不支持孟加拉国的治水计划
孟加拉国是世界上洪水泛滥最严重的国家。而这个国家一项耗资约５０亿美元的治水计划在此项工程的任何大型项目上马之前都会夭折。这是由于为此项工程提供援助的西方国家和世界银行对孟加拉国政府坚持要修建巨大堤坝治理恒河和布拉马普特拉河的方案持越来越强烈的反对态度。
今年夏初，刚刚上任的世界银行负责此项治水计划协调工作的官员们下令对世界银行在这一计划中的作用重新加以评估。欧洲议会也表示要重新考虑是否参与这一计划，同时通过一个动议要求暂停一切主要的实质性工作。而早在年初，另一个主要赞助者荷兰政府根据本国顾问人员的建议已作出同样的表示。与此同时，两个负责监督工程进展工作的专家组（一个是外国专家组，另一个是孟加拉国专家组）的经费已经用完。
世界银行环境组主要成员安德鲁斯蒂尔在今年六月份提交的一份内部备忘录中表达了世界银行的忧虑。他认为最初提出的那份包括修建若干大型堤坝、耗资１００亿至１５０亿美元的治水计划将会造成“真正的灾难”。这项计划是在１９８７和１９８８年发生的几乎使孟加拉国一半国土（包括首都达卡的大部分地区）遭淹没的水灾以后制定的。其目的是保护城市免受洪水的侵袭并提高农业产量。但是这项计划丝毫无益于生活在该国南部三角洲地区的居民。
该计划受到西方环境保护主义者和孟加拉国内许多民间团体越来越多的批评。他们认为这样将会使目前许多居住在河中沙洲上的５００万居民排斥在堤坝之外，从而受到洪水的威胁比现在更大。持批评态度的人还说，堤坝的建成将大量减少湿地面积，严重地破坏孟加拉国主要蛋白质来源的渔业。
该计划的许多其它部分也受到世界银行和诸如英国、加拿大、荷兰、欧洲共同体等援助国的强烈反对。耗资１．５亿美元对工程、水文、生态等方面进行的为期３年的可行性研究得出的初步结果已经证明，在孟加拉国的冲积平原上用筑堤方法治理这几条属于世界上流量最大最汹涌的河流是行不通的。这份报告证实了反对此项方案的人的担忧，即采用这种方法会对环境和社会造成破坏。
孟加拉国是世界上洪水泛滥最严重的国家。而这个国家一项耗资约５０亿美元的治水计划在此项工程的任何大型项目上马之前都会夭折。这是由于为此项工程提供援助的西方国家和世界银行对孟加拉国政府坚持要修建巨大堤坝治理恒河和布拉马普特拉河的方案持越来越强烈的反对态度。
今年夏初，刚刚上任的世界银行负责此项治水计划协调工作的官员们下令对世界银行在这一计划中的作用重新加以评估。欧洲议会也表示要重新考虑是否参与这一计划，同时通过一个动议要求暂停一切主要的实质性工作。而早在年初，另一个主要赞助者荷兰政府根据本国顾问人员的建议已作出同样的表示。与此同时，两个负责监督工程进展工作的专家组（一个是外国专家组，另一个是孟加拉国专家组）的经费已经用完。
世界银行环境组主要成员安德鲁斯蒂尔在今年六月份提交的一份内部备忘录中表达了世界银行的忧虑。他认为最初提出的那份包括修建若干大型堤坝、耗资１００亿至１５０亿美元的治水计划将会造成“真正的灾难”。这项计划是在１９８７和１９８８年发生的几乎使孟加拉国一半国土（包括首都达卡的大部分地区）遭淹没的水灾以后制定的。其目的是保护城市免受洪水的侵袭并提高农业产量。但是这项计划丝毫无益于生活在该国南部三角洲地区的居民。
该计划受到西方环境保护主义者和孟加拉国内许多民间团体越来越多的批评。他们认为这样将会使目前许多居住在河中沙洲上的５００万居民排斥在堤坝之外，从而受到洪水的威胁比现在更大。持批评态度的人还说，堤坝的建成将大量减少湿地面积，严重地破坏孟加拉国主要蛋白质来源的渔业。
该计划的许多其它部分也受到世界银行和诸如英国、加拿大、荷兰、欧洲共同体等援助国的强烈反对。耗资１．５亿美元对工程、水文、生态等方面进行的为期３年的可行性研究得出的初步结果已经证明，在孟加拉国的冲积平原上用筑堤方法治理这几条属于世界上流量最大最汹涌的河流是行不通的。这份报告证实了反对此项方案的人的担忧，即采用这种方法会对环境和社会造成破坏。