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书名：2016科学发展报告
定价：98.0
ISBN：9787030490506
作者：中国科学院
版次：1
出版时间：2016-08
内容提要：
本报告是中国科学院发布的年度系列报告《科学发展报告》的第十九部，旨在全面综述和分析2015年度国际科学研究前沿进展动态，研判和展望国际重要科学领域研究发展趋势，揭示和洞察科技领域创新突破及快速应用的重大经济社会影响，报道和介绍我国科学家具有代表性的重要研究成果，观察和综述国际主要科技领域研究进展及科技战略规划与研究布局，概括和介绍我国科学研究整体发展状况，并向国家决策部门提出有关中国科学的发展战略和科技政策咨询建议，为国家宏观科学决策提供重要决策依据。
目录：
目录
创造未来的科技发展新趋势（代序）白春礼i
前言中国科学院“科学发展报告”课题组vii
第*章科学展望1
1.1等离子体物理发展展望李建刚朱少平李儒新等3
1.2引力波探测和引力本质研究
21世纪基础科学的革命性突破吴岳良15
1.3精准医学发展展望金力杨忠徐萍等32
第二章科学前沿43
2.1宇宙线起源的天文学前沿问题刘四明45
2.2X射线自由电子激光现状与未来发展赵振堂王东陈建辉5l
2.3新型二维石墨块碳材料研究进展李玉良61
2.4聚合物太阳电池的相关研究进展及未来挑战侯剑辉68
2.5锂空气电池技术研究进展与展望徐吉静张新波李泓74
2.6肿瘤免疫治*研究前沿进展与展望刘洋曹雪涛79
2.7常见精神障碍的分子遗传学研究进展张于亚楠岳伟华86
2.8近期青藏高原冰川变化及其影响姚檀栋杨威余武生等94
2.9中微子振荡：新物理的突破口2015年诺贝尔物理学奖评述一曹俊101
2.10DNA修复与基因组稳定性2015年诺贝尔化学奖评述一孔道春106
2.11抗击寄生虫病的里程碑2015年诺贝尔生理学或医学奖评述一刘满俞强111
第三章2015年中国科研代表性成果117
3.1逻辑系统的代数状态空间理论一程代展齐洪胜刘挺119
3.2发现宇宙早期黑洞质量*大的超亮类星体．吴学兵124
3.3外尔半金属及外尔费米子的理论预言与实验发现翁红明戴希方忠128
3.4丰质子核22Mg和23Al的双质子发射实验测量马余刚方德清132
3.5铁电材料巾通量全闭合畴结构的发现马秀良137
3.6科学家实现多自由度量子体系隐形传态汪喜林刘乃乐陆朝阳等142
3.7二维超导中量子格里菲思奇异性的发现王健147
3.8硫醇分子的生物学功能认知取得重要进展——两个小分子硫醇通过代谢偶联主导林可霉素的牛物合成赵群飞王敏刘文151
3.9为绿色能源求解：人工合成光合作用水裂解催化中心张纯喜155
3.10表面分子分形结构研究进展吴凯王永锋159
3.11环内过氧桥键生物合成获得重要进展——a酬戊二酸依赖的单核非血红素铁酶催化的环内过氧桥键的形成张立新162
3.12解析细胞炎性坏死的关键分子机制石建金邵峰167
3.13NAIPNI．RC4炎症小体激活的分子机制胡泽汗柴继杰170
3.14CRISPRCas系统中外源DNA荻取的结构基础和分子机制王久宇王艳丽174
3.15神经环路精确化的竞争机制钙黏蛋白／环连蛋白复合物介导树突棘的协同修剪与成熟边文杰于翔177
3.16人类三维基因组学的研究进展及其精准医学意义朱菊芬李国亮阮一骏181
3.17共生菌调控货物分拣促进共生刘志华186
3.18E3泛素连接酶Nrdpl负向调节CD8+T细胞的活化陈涛涌曹雪涛189
3.19植物气体激素乙烯作用的新机制．李文阳马梦迪郭红卫192
3.20太平洋西边界流及其气候效应吴立新胡敦欣林霄沛等196
3.21地球内核内的核宋晓东201
3.22海洋驱动下冰架的变薄可加剧南极冰架的崩解和退缩程晓刘岩惠凤鸣204
3.23气候与地表覆盖对产水量作用的全球模式．周国逸209
3.24未来的巾国森林仍然是一个显著的碳汇方精云胡会峰212
第四章科技领域发展观察215
4.1基础前沿领域发展观察刘小平吕晓蓉黄龙光等217
4.2人口健康与医药领域发展观察徐萍许丽王碉等231
4.3生物科技领域发展观察陈云伟陈方丁陈君等243
4.4农业科技领域发展观察董瑜杨艳萍邢颖252
4.5环境科学领域发展观察曲建升廖琴曾静静等263
4.6地球科学领域发展观察张志强郑军卫赵纪东等272
4.7空问科学领域发展观察杨帆韩淋王海名等283
4.8信息科技领域发展观察房俊民王立娜唐川等294
4.9能源科技领域发展观察陈伟张军赵黛青等303
4.10材料制造领域发展观察万勇冯瑞华黄健等316
4.11重大研究基础设施领域发展观察李泽霞孙震冷伏海327
第五章中国科学发展概况337
5.12015午科技部基础研究管理工作进展傅小锋李非周平等339
5.22015年国家自然科学基金项目申请与资助情况．谢焕瑛346
5.3中国科学五年产出评估——基于WoS数据库论文的统计分析（2010～2014年）岳婷杨立英丁洁兰等353
第六章中国科学发展建议373
6.1改进我国科学评价体系，促进卓越科学研究中国科学院学部咨询评议工作委员会“全球化深入发展下的科学价值评估”咨询课题组375
6.2关于设立国家生命伦理委员会的建议中国科学院学部“生命医学伦理研究与生命科学前沿的发展”咨询课题组381
6.3加强信息与生命交叉学科研究，促进信息科学与医学生命科学融合创新发展中国科学院学部“信息与生命交叉学科研究与对策”咨询课题组386
6.4全面推进我国湖泊与湿地保护的战略对策与建议中国科学院学部“中国水安全保障的战略与对策”重大咨询课题组394
附录399
附录一2015年巾国与世界十大科技进展401
附录二2015年中国科学院、中国工程院新当选院士名单412
附录三香山科学会议2015年学术讨论会一览表418
附录四2015年中国科学院学部“科学与技术前沿论坛”一览表421
CONTENTS
New Trends of Science and Technology: Shaping the Future i
Introduction vii
Chapter 1An Outlook on Science
1.1Prospects of Plasma Physics 14
1.2 Gravitational Wave Detection and Study on the Nature of Gravitys -Revolutionary Breakthrough of Basic Science in 2lst Century 31
1.3 Prccision Mcdicinc: A Ncw Emcrging Mcdical Modcl 41
Chapter 2Frontiers in Sciences 43
2.1 The Origin of Cosmic Rays 50
2.2Xray Freeelectron I)asers: Status and Perspectives59
2.3Advances and Progresses of Novel Two Dimensional Graphdiyne Based Carbon Materials67
2.4Challenges and Recent Progress of Polymer Solar Cells 73
2.5Advances and Prospects of Lithium-Air Batteries Research78
2.6The Current and Future of Cancer Immunotherapy 85
2.7Progress of Genetic Research on Common Psychiatric Disorders93
2.8The Status of Glacier Changes on the Tibetan Plateau99
2.9Neutrino Oscillation: A Gateway to New Physics-Commentary on the 2015 Nobel Prize in Physics105
2.10DNA Repair and Genomic Stability-Commentary on the 2015 Novel Prize in Chemistrv 110
2.11The Milestone of AntiParasitic Disease-Commentary on the 2010 Nobel Prize in Physiology or Medicine 116
Chapter 3Representative Achievements of Chinese Scientific Research in 2015117
3.1The Algebraic State Space Theory of Logical Systems 123
3.2Discovery of an Ultra-Luminous Quasar with the most MassiveBlack Hole in the Early Universe 127
3.3Theoretical Prediction and Experimental Discovery of Weyl Semimetal and Weyl Fermion 131
3.4Experimental Studies of Two-Proton Emission from Proton-RichNuclei Mg and AI136
3.5Discovery of Full Flux-closures in Ferroelectrics141
3.6Quantum Teleportation of Multiple Degrees of Freedom of a SinglePhoton146
3.7Discovcry of Quantum Griffiths Singularity in Two-Dimcnsional Superconductors150
3.8Progrcss in Undcrstanding the Biological Functions of Small-MolcculcThiols: Their Metabolic Coupling Programs the Biosynthesis ofLincomycin A154
3.9Solve for Clean Energy: Mimic the Catalytic Center for WaterSplittingRcaction in Photosynthcsis158
3.10Assembling Molecular Sierpinski Triangle Fractals 161
3.11Endoperoxide Formation by an aKetoglutarate Dependent Mononuclear Non-Haem Iron Enzyme 166
3.12Revealing the Key Mechanism for Inflammatory Cell Death169
3.13 Structural Insights into the Activation Mechanism of NAIPNLRC4 Inflammasome 173
3.14Structural and Mechanistic Basis of PAMDependent Spacer Acquisition in CRISPR-Cas Systems176
3.15A Competition-Based Mechanism for Neural Circuit Refinement :Cadherin/Catenin Complex Mediates Coordinated Spine Pruning and Maturation180
3.16 3D Genomics and Precision Medicine 185
3.17Intestinal Homeostasis and Health 188
3.18K33-Linkcd Polyubiquitination of 2ap70 by Nrdpl Controls CD8T Cell Activation191
3.19New Action Mode of Plant Gaseous Hormone Ethylene 195
3.20Pacific Western Boundary Currents and Their Roles in Climate 200
3.21 The Core Within the Earth's Inner Core 203
3.220cean-Driven Thinning Enhances Iceberg Calving and Retreat of Antarctic Ice Shelves 208
3.23Global Pattern for the Effect of Climate and Land Cover on WaterYield211
3.24A Significant Carbon Sinks in China's Forests in the near Future 214
Chapter 4Observations on Development of Science and Technology215
4.1Development Scan of Basic Sciences and Frontiers 230
4.2Dcvclopmcnt Scan of Public Hcalth Scicncc and Tcchnology242
4.3Progress in Biological Science 251
4.4Progress in Agricultural Science and Technology262
4.5Development Scan of Environment Science 271
4.6Development Scan of Earth Science 282
4.7Progress in Space Science293
4.8 Progress in Information Science and Technology 302
4.9Development Scan of Energy Science and Technology315
4.10Progress in Advanced Materials and Manufacturing 326
4.11 Progress in Major Research Infrastructure Science andTechnology 336
Chapter 5A Brief of Science Development in China337
5.1 Annual Rcvicw of the Dcpartmcnt of Basic Rcscarch of Ministry of Science and Technology in 2015 345
5.2Projccts Grantcd by National Natural Scicncc Fund in 2015 352
5.3The Evaluation of Academic Production in China -Based on WoS Database (201020lil)371
Chapter 6Suggestions on Science Development in China373
6.1 Improving Science Assessment System, Promoting Excellence in Scientific Research380
6.2 Suggestion of Establishment of National Bioethics Advisory
6.3 Strengthening Interdisciplinary Research of Information Science and Life Science and Promoting its Convergence and Integrated
6.4 Strategic Policy and Suggestions for Promotion of Lake and Wetland Protection of China 398
Appendix 399
1.2015's Top 10 S&-T Advances in China and World 401
2.List of the Newly Elected CAS and CAE Members in 2015 412
3.Overview of Xiangshan Science Conference Academic Meetings in 2015 418
4.List of Fora on Frontiers of Science& Technology by Academic Divisions of CAS in 2015 421
在线试读：
第*章科 学 展 望
1.1等离子体物理发展展望
李建刚 朱少平 李儒新 万宝年
沈百飞 刘永童 洪辉 王晓钢
（1.中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所；2.中国工程物理研究院；3.中国科学院上海光学精密机械研究所；4.核工业西南物理研究院；5. 哈尔滨工业大学）
一、引言
等离子体（plasma）是一种电离的气体。由于存在电离出来的自由电子和带电离子，等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。等离子态在宇宙中广泛存在，常被看作物质的第四态。等离子体由克鲁克斯在1879年发现，“plasma”这个词由朗缪尔在1928年*早采用。等离子体是宇宙中物质存在的主要形式，太阳及其他恒星、脉冲星、许多星际物质、地球电离层、极光、电离气体等都是等离子体。
等离子体物理学（plasma physics）是研究等离子体的形成、演化规律，以及与物质（包括场）相互作用及其控制方法的学科领域，属于物理学分支学科。等离子体物理学的发展在很大程度上是目标驱动的。磁约束聚变和惯性约束聚变的发展成为等离子体物理学发展*大的推动力。空间等离子体物理的发展也在相当程度上基于人类认识太空、征服太空，扩大生存空间的需要。此外，低温等离子体的多项技术应用，如磁流体发电、等离子体冶炼、等离子体化工、气体放电型的电子器件，以及火箭推进剂等研究，也都离不开等离子体物理学。按照参数和应用目标分类，等离子体物理包括高温和低温等离子体物理，不涉及非常具体应用目标的基础等离子体物理，以及通常划归空间科学和天文学的空间与天体等离子体物理。进入21世纪，出现了等离子体医学这一新的研究方向，快速地将等离子体物理与生物学进行了有机的结合。
自20世纪 50年代以来，等离子体物理学已发展成为物理学一个十分活跃的分支。在实验上，已经建成了包括一批聚变实验装置在内的大中小等离子体实验装置，发射了不少科学卫星和空间实验室，从而获取了大量的实验数据和观测资料。在理论上，利用粒子轨道理论、磁流体力学和动力论，已经阐明等离子体的很多性质和运动规律，还发展了数值实验方法。*近半个多世纪来的巨大成就，使人们对等离子体的认识大大深化，但是一些已提出多年的问题，特别是一些非线性问题（如反常输运等）尚未得到完全解决；而对天体和空间的观测的进一步开展，以及受控热核聚变和低温等离子体应用研究的发展，又必定会带来更多新的问题。
二、等离子体物理的研究特点、发展规律和发展趋势
1.等离子体物理的研究特点
在历史的发展中，对等离子体物理学的发展起决定性作用的因素是实验研究，每次重大的发展在很大程度上是目标驱动的。等离子体非线性、多尺度的特点决定了很难从复杂纷纭现象中总结和归纳出一套完整的、普适的理论。从实验出发总结、归纳出在特定时空尺度范围内对各种参数的经验定标关系，时至今日，在磁约束等离子体和低温等离子体应用研究中仍然发挥着重要的作用。
等离子体科学和技术相互促进，取得了显著的进展。现代科技发展成果使等离子体诊断观察和测量水平达到了空前的水平，快速提升了我们对等离子体行为的理解和预测能力。大规模科学计算能力的发展也极大地促进了许多等离子体物理基本问题的解决。在等离子体物理的大部分领域，从惯性约束、磁约束、空间等离子体等到计算机芯片的制造，基于科学预测的模型已开始逐步取代经验法则。对等离子体基本行为理解的深入已带来新的应用，并由此改善我们已有的技术。
2.等离子体物理的发展规律
由于等离子体种类繁多、现象复杂、应用广泛，等离子体物理学正从实验研究、理论研究、数值计算三个方面，互相结合地向深度和广度发展。在受控热核聚变中，研究的目的是利用处于等离子体状态的轻核，实现聚变反应，以获取大量的能量。为实现这一目标，国际上在过去的50多年里建造了大量规模不等的各类实验装置，同时实验探索和理论模拟对比，加深对实现聚变点火的理解和寻找有效的解决方法。对于天体、空间和地球上的各种天然等离子体，主要通过包括高空飞行器和人造卫星在内的各种观测手段，接收它们发射的各种辐射和粒子进行研究。根据大量观测结果，结合天体物理、空间物理和等离子体物理的理论研究，进行分析综合，逐步深入地了解天然等离子体的现象、性质、结构、运动以及演化规律。在低温与基础等离子体物理方面，以探索新现象、研究新问题、提供新方法、产生新技术等为目标，国际上在这些领域研究一直非常活跃，研究的方向也不断拓宽。等离子体中存在丰富物理过程，如等离子体与波相互作用，等离子体与材料相互作用、等离子体化学、丰富的不稳定性和非线性现象、纷繁多样的边界层物理至今仍是人们感兴趣的基本问题。
3.等离子体物理发展趋势
随着美国国家点火装置（NIF）的点火试验和国际热核聚变实验堆（ITER）建设的全面开展，人类会在一个新的层面对燃烧等离子体物理开始探索和全面的理解，一定能够提供更多的发现新物理现象和揭示新物理机制的机会，从而将等离子体物理学科发展推进到一个新的高度。从物理科学来讲，这些装置能为高能量密度、高压、强磁场等极端条件下的科学研究提供一个****的研究载体，同时也能提供一个****的强中子、高能X射线和伽马源，为新型透视照相、抗核加固、核爆效应、极端条件核物理和极端条件材料特性研究提供独特的机会。与此同时，在NIF和ITER建造运行的同时发展起来的一大批技术，能为人类社会下一步高新技术发展提供重要的源泉和保障, 从而进一步促进产业变革和社会经济发展。
未来10年，大规模等离子体物理的模拟集成将会发展到一个全新的高度，新的数学方法的不断引入，已经将很多物理过程给予了更为清晰、多尺度的描述和模拟，并在实验过程中得到了很好的验证。更加密切的模拟、实验结合，会将在等离子体物理研究中发现的重要实验结果有比较清晰的物理理解。
三、等离子体物理的关键科学问题、未来发展思路、发展目标和重要研究方向
等离子体物理研究由于其发展规律所驱动。惯性约束聚变等离子体、磁约束等离子体、基础等离子体、超强激光等离子体、空间等离子体、低温等离子体等研究领域由于自身的特点不同，其关键科学问题、发展思路、发展目标和重要研究方向也都各不相同，都有着自身鲜明的特性。
1.惯性约束聚变等离子体物理
惯性约束聚变等离子体物理是在惯性约束聚变研究牵引下发展起来的学科。惯性约束聚变的发展决定着惯性约束聚变等离子体物理的发展方向和趋势。美国激光惯性约束聚变点火计划未能如期实现实验室热核聚变点火，既暴露了人们对聚变物理认识的不足，也反映了聚变点火物理实验的挑战性。但同时，美国激光惯性约束聚变点火计划的研究成果也具有非常重要的积极意义，事实上实验获得的氘氚等离子体温度已经达到点火要求，但是氘氚等离子体的密度离点火还有近一倍的差距（NIF点火靶物理设计要求氘氚等离子体的压力达到3500亿大气压，实验结果是1800亿大气压）。虽然没有按照预期实现点火，但是NIF的物理实验仍然可以说是肯定了激光惯性约束聚变的科学可行性和工程可能性。点火物理研究将是未来惯性约束聚变研究的*主要的方向。此外，惯性约束聚变方式创造的实验室条件下高能量密度状态为极端条件下的科学研究提供了非常宝贵的机会。
美国NIF投入物理研究标志着国际惯性约束聚变等离子体物理研究进入一个全新阶段。虽然“神光”Ⅲ装置与NIF的能量输出水平相差一个量级，但是“神光”Ⅲ装置投入物理研究，也标志着我国惯性约束聚变等离子体研究也进入一个新层次。展望未来，惯性约束聚变研究将在以下几个方面可望取得重大进步。
（1）惯性约束聚变点火物理研究。利用NIF，美国虽然未能够如期实现热核聚变点火，但是美国一直在致力于改进点火靶的物理设计，探索影响聚变点火的主要物理问题和过程，例如，控制或规避黑腔等离子体，提高激光能量利用效率和辐射驱动源的对称性和干净性等。在NIF这样能量水平的实验平台上，应该可以判断影响点火的主要物理因素，并提出克服或规避这些因素的方法和手段。如果能够有效抑制黑腔内的等离子体使得激光传输通畅，产生满足强度要求、对称性和干净性好的辐射驱动源，NIF实现热核聚变点火的可能性还是相当大的。可以预期，在实验室热核聚变点火物理研究方面，今后10年左右能够产生一系列重要的研究成果。实验室条件下实现热核聚变点火是人类科学技术发展历史上的里程碑事件，是科学技术进步的标志性成果，也将极大地促进聚变能源等应用研究的发展。
（2）高能密度物理研究。高能量密度物理研究既是国防科学技术应用的重要方面也是基础前沿研究的热点领域。迄今，惯性约束聚变研究的发展已经很好地牵引了国际高能量密度物理研究，为实验室条件下开展辐射输运、辐射流体力学、高压状态方程等研究创造了条件，同时催生了实验室天体物理、激光核物理等前沿交叉的研究方向。目前，国际上有了百万焦耳水平的激光装置，我国有了十万焦耳水平的激光装置，能够在更大的时空尺度下创造出更极端的物质状态，可以更深入地开展高能量密度物理研究，产生更重要的科学发现和研究成果。
无论是从国家需要角度还是从学科发展角度，惯性约束聚变和惯性约束等离子体物理均是非常重要的研究领域和学科方向。经过数十年的努力，我国建立了比较完整的、独立自主的惯性约束聚变研究体系，拥有了一支科学搭配比较合理、创新能力较强的研究队伍。我国惯性约束聚变研究将以实现实验室热核聚变点火为主要目标持续、稳定前进。在惯性约束聚变研究的应用牵引下，可以预期我国惯性约束聚变等离子体物理研究将步入一个新的发展阶段，用10年或更长一点时间，我国惯性约束聚
定价：98.0
ISBN：9787030490506
作者：中国科学院
版次：1
出版时间：2016-08
内容提要：
本报告是中国科学院发布的年度系列报告《科学发展报告》的第十九部，旨在全面综述和分析2015年度国际科学研究前沿进展动态，研判和展望国际重要科学领域研究发展趋势，揭示和洞察科技领域创新突破及快速应用的重大经济社会影响，报道和介绍我国科学家具有代表性的重要研究成果，观察和综述国际主要科技领域研究进展及科技战略规划与研究布局，概括和介绍我国科学研究整体发展状况，并向国家决策部门提出有关中国科学的发展战略和科技政策咨询建议，为国家宏观科学决策提供重要决策依据。
目录：
目录
创造未来的科技发展新趋势（代序）白春礼i
前言中国科学院“科学发展报告”课题组vii
第*章科学展望1
1.1等离子体物理发展展望李建刚朱少平李儒新等3
1.2引力波探测和引力本质研究
21世纪基础科学的革命性突破吴岳良15
1.3精准医学发展展望金力杨忠徐萍等32
第二章科学前沿43
2.1宇宙线起源的天文学前沿问题刘四明45
2.2X射线自由电子激光现状与未来发展赵振堂王东陈建辉5l
2.3新型二维石墨块碳材料研究进展李玉良61
2.4聚合物太阳电池的相关研究进展及未来挑战侯剑辉68
2.5锂空气电池技术研究进展与展望徐吉静张新波李泓74
2.6肿瘤免疫治*研究前沿进展与展望刘洋曹雪涛79
2.7常见精神障碍的分子遗传学研究进展张于亚楠岳伟华86
2.8近期青藏高原冰川变化及其影响姚檀栋杨威余武生等94
2.9中微子振荡：新物理的突破口2015年诺贝尔物理学奖评述一曹俊101
2.10DNA修复与基因组稳定性2015年诺贝尔化学奖评述一孔道春106
2.11抗击寄生虫病的里程碑2015年诺贝尔生理学或医学奖评述一刘满俞强111
第三章2015年中国科研代表性成果117
3.1逻辑系统的代数状态空间理论一程代展齐洪胜刘挺119
3.2发现宇宙早期黑洞质量*大的超亮类星体．吴学兵124
3.3外尔半金属及外尔费米子的理论预言与实验发现翁红明戴希方忠128
3.4丰质子核22Mg和23Al的双质子发射实验测量马余刚方德清132
3.5铁电材料巾通量全闭合畴结构的发现马秀良137
3.6科学家实现多自由度量子体系隐形传态汪喜林刘乃乐陆朝阳等142
3.7二维超导中量子格里菲思奇异性的发现王健147
3.8硫醇分子的生物学功能认知取得重要进展——两个小分子硫醇通过代谢偶联主导林可霉素的牛物合成赵群飞王敏刘文151
3.9为绿色能源求解：人工合成光合作用水裂解催化中心张纯喜155
3.10表面分子分形结构研究进展吴凯王永锋159
3.11环内过氧桥键生物合成获得重要进展——a酬戊二酸依赖的单核非血红素铁酶催化的环内过氧桥键的形成张立新162
3.12解析细胞炎性坏死的关键分子机制石建金邵峰167
3.13NAIPNI．RC4炎症小体激活的分子机制胡泽汗柴继杰170
3.14CRISPRCas系统中外源DNA荻取的结构基础和分子机制王久宇王艳丽174
3.15神经环路精确化的竞争机制钙黏蛋白／环连蛋白复合物介导树突棘的协同修剪与成熟边文杰于翔177
3.16人类三维基因组学的研究进展及其精准医学意义朱菊芬李国亮阮一骏181
3.17共生菌调控货物分拣促进共生刘志华186
3.18E3泛素连接酶Nrdpl负向调节CD8+T细胞的活化陈涛涌曹雪涛189
3.19植物气体激素乙烯作用的新机制．李文阳马梦迪郭红卫192
3.20太平洋西边界流及其气候效应吴立新胡敦欣林霄沛等196
3.21地球内核内的核宋晓东201
3.22海洋驱动下冰架的变薄可加剧南极冰架的崩解和退缩程晓刘岩惠凤鸣204
3.23气候与地表覆盖对产水量作用的全球模式．周国逸209
3.24未来的巾国森林仍然是一个显著的碳汇方精云胡会峰212
第四章科技领域发展观察215
4.1基础前沿领域发展观察刘小平吕晓蓉黄龙光等217
4.2人口健康与医药领域发展观察徐萍许丽王碉等231
4.3生物科技领域发展观察陈云伟陈方丁陈君等243
4.4农业科技领域发展观察董瑜杨艳萍邢颖252
4.5环境科学领域发展观察曲建升廖琴曾静静等263
4.6地球科学领域发展观察张志强郑军卫赵纪东等272
4.7空问科学领域发展观察杨帆韩淋王海名等283
4.8信息科技领域发展观察房俊民王立娜唐川等294
4.9能源科技领域发展观察陈伟张军赵黛青等303
4.10材料制造领域发展观察万勇冯瑞华黄健等316
4.11重大研究基础设施领域发展观察李泽霞孙震冷伏海327
第五章中国科学发展概况337
5.12015午科技部基础研究管理工作进展傅小锋李非周平等339
5.22015年国家自然科学基金项目申请与资助情况．谢焕瑛346
5.3中国科学五年产出评估——基于WoS数据库论文的统计分析（2010～2014年）岳婷杨立英丁洁兰等353
第六章中国科学发展建议373
6.1改进我国科学评价体系，促进卓越科学研究中国科学院学部咨询评议工作委员会“全球化深入发展下的科学价值评估”咨询课题组375
6.2关于设立国家生命伦理委员会的建议中国科学院学部“生命医学伦理研究与生命科学前沿的发展”咨询课题组381
6.3加强信息与生命交叉学科研究，促进信息科学与医学生命科学融合创新发展中国科学院学部“信息与生命交叉学科研究与对策”咨询课题组386
6.4全面推进我国湖泊与湿地保护的战略对策与建议中国科学院学部“中国水安全保障的战略与对策”重大咨询课题组394
附录399
附录一2015年巾国与世界十大科技进展401
附录二2015年中国科学院、中国工程院新当选院士名单412
附录三香山科学会议2015年学术讨论会一览表418
附录四2015年中国科学院学部“科学与技术前沿论坛”一览表421
CONTENTS
New Trends of Science and Technology: Shaping the Future i
Introduction vii
Chapter 1An Outlook on Science
1.1Prospects of Plasma Physics 14
1.2 Gravitational Wave Detection and Study on the Nature of Gravitys -Revolutionary Breakthrough of Basic Science in 2lst Century 31
1.3 Prccision Mcdicinc: A Ncw Emcrging Mcdical Modcl 41
Chapter 2Frontiers in Sciences 43
2.1 The Origin of Cosmic Rays 50
2.2Xray Freeelectron I)asers: Status and Perspectives59
2.3Advances and Progresses of Novel Two Dimensional Graphdiyne Based Carbon Materials67
2.4Challenges and Recent Progress of Polymer Solar Cells 73
2.5Advances and Prospects of Lithium-Air Batteries Research78
2.6The Current and Future of Cancer Immunotherapy 85
2.7Progress of Genetic Research on Common Psychiatric Disorders93
2.8The Status of Glacier Changes on the Tibetan Plateau99
2.9Neutrino Oscillation: A Gateway to New Physics-Commentary on the 2015 Nobel Prize in Physics105
2.10DNA Repair and Genomic Stability-Commentary on the 2015 Novel Prize in Chemistrv 110
2.11The Milestone of AntiParasitic Disease-Commentary on the 2010 Nobel Prize in Physiology or Medicine 116
Chapter 3Representative Achievements of Chinese Scientific Research in 2015117
3.1The Algebraic State Space Theory of Logical Systems 123
3.2Discovery of an Ultra-Luminous Quasar with the most MassiveBlack Hole in the Early Universe 127
3.3Theoretical Prediction and Experimental Discovery of Weyl Semimetal and Weyl Fermion 131
3.4Experimental Studies of Two-Proton Emission from Proton-RichNuclei Mg and AI136
3.5Discovery of Full Flux-closures in Ferroelectrics141
3.6Quantum Teleportation of Multiple Degrees of Freedom of a SinglePhoton146
3.7Discovcry of Quantum Griffiths Singularity in Two-Dimcnsional Superconductors150
3.8Progrcss in Undcrstanding the Biological Functions of Small-MolcculcThiols: Their Metabolic Coupling Programs the Biosynthesis ofLincomycin A154
3.9Solve for Clean Energy: Mimic the Catalytic Center for WaterSplittingRcaction in Photosynthcsis158
3.10Assembling Molecular Sierpinski Triangle Fractals 161
3.11Endoperoxide Formation by an aKetoglutarate Dependent Mononuclear Non-Haem Iron Enzyme 166
3.12Revealing the Key Mechanism for Inflammatory Cell Death169
3.13 Structural Insights into the Activation Mechanism of NAIPNLRC4 Inflammasome 173
3.14Structural and Mechanistic Basis of PAMDependent Spacer Acquisition in CRISPR-Cas Systems176
3.15A Competition-Based Mechanism for Neural Circuit Refinement :Cadherin/Catenin Complex Mediates Coordinated Spine Pruning and Maturation180
3.16 3D Genomics and Precision Medicine 185
3.17Intestinal Homeostasis and Health 188
3.18K33-Linkcd Polyubiquitination of 2ap70 by Nrdpl Controls CD8T Cell Activation191
3.19New Action Mode of Plant Gaseous Hormone Ethylene 195
3.20Pacific Western Boundary Currents and Their Roles in Climate 200
3.21 The Core Within the Earth's Inner Core 203
3.220cean-Driven Thinning Enhances Iceberg Calving and Retreat of Antarctic Ice Shelves 208
3.23Global Pattern for the Effect of Climate and Land Cover on WaterYield211
3.24A Significant Carbon Sinks in China's Forests in the near Future 214
Chapter 4Observations on Development of Science and Technology215
4.1Development Scan of Basic Sciences and Frontiers 230
4.2Dcvclopmcnt Scan of Public Hcalth Scicncc and Tcchnology242
4.3Progress in Biological Science 251
4.4Progress in Agricultural Science and Technology262
4.5Development Scan of Environment Science 271
4.6Development Scan of Earth Science 282
4.7Progress in Space Science293
4.8 Progress in Information Science and Technology 302
4.9Development Scan of Energy Science and Technology315
4.10Progress in Advanced Materials and Manufacturing 326
4.11 Progress in Major Research Infrastructure Science andTechnology 336
Chapter 5A Brief of Science Development in China337
5.1 Annual Rcvicw of the Dcpartmcnt of Basic Rcscarch of Ministry of Science and Technology in 2015 345
5.2Projccts Grantcd by National Natural Scicncc Fund in 2015 352
5.3The Evaluation of Academic Production in China -Based on WoS Database (201020lil)371
Chapter 6Suggestions on Science Development in China373
6.1 Improving Science Assessment System, Promoting Excellence in Scientific Research380
6.2 Suggestion of Establishment of National Bioethics Advisory
6.3 Strengthening Interdisciplinary Research of Information Science and Life Science and Promoting its Convergence and Integrated
6.4 Strategic Policy and Suggestions for Promotion of Lake and Wetland Protection of China 398
Appendix 399
1.2015's Top 10 S&-T Advances in China and World 401
2.List of the Newly Elected CAS and CAE Members in 2015 412
3.Overview of Xiangshan Science Conference Academic Meetings in 2015 418
4.List of Fora on Frontiers of Science& Technology by Academic Divisions of CAS in 2015 421
在线试读：
第*章科 学 展 望
1.1等离子体物理发展展望
李建刚 朱少平 李儒新 万宝年
沈百飞 刘永童 洪辉 王晓钢
（1.中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所；2.中国工程物理研究院；3.中国科学院上海光学精密机械研究所；4.核工业西南物理研究院；5. 哈尔滨工业大学）
一、引言
等离子体（plasma）是一种电离的气体。由于存在电离出来的自由电子和带电离子，等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。等离子态在宇宙中广泛存在，常被看作物质的第四态。等离子体由克鲁克斯在1879年发现，“plasma”这个词由朗缪尔在1928年*早采用。等离子体是宇宙中物质存在的主要形式，太阳及其他恒星、脉冲星、许多星际物质、地球电离层、极光、电离气体等都是等离子体。
等离子体物理学（plasma physics）是研究等离子体的形成、演化规律，以及与物质（包括场）相互作用及其控制方法的学科领域，属于物理学分支学科。等离子体物理学的发展在很大程度上是目标驱动的。磁约束聚变和惯性约束聚变的发展成为等离子体物理学发展*大的推动力。空间等离子体物理的发展也在相当程度上基于人类认识太空、征服太空，扩大生存空间的需要。此外，低温等离子体的多项技术应用，如磁流体发电、等离子体冶炼、等离子体化工、气体放电型的电子器件，以及火箭推进剂等研究，也都离不开等离子体物理学。按照参数和应用目标分类，等离子体物理包括高温和低温等离子体物理，不涉及非常具体应用目标的基础等离子体物理，以及通常划归空间科学和天文学的空间与天体等离子体物理。进入21世纪，出现了等离子体医学这一新的研究方向，快速地将等离子体物理与生物学进行了有机的结合。
自20世纪 50年代以来，等离子体物理学已发展成为物理学一个十分活跃的分支。在实验上，已经建成了包括一批聚变实验装置在内的大中小等离子体实验装置，发射了不少科学卫星和空间实验室，从而获取了大量的实验数据和观测资料。在理论上，利用粒子轨道理论、磁流体力学和动力论，已经阐明等离子体的很多性质和运动规律，还发展了数值实验方法。*近半个多世纪来的巨大成就，使人们对等离子体的认识大大深化，但是一些已提出多年的问题，特别是一些非线性问题（如反常输运等）尚未得到完全解决；而对天体和空间的观测的进一步开展，以及受控热核聚变和低温等离子体应用研究的发展，又必定会带来更多新的问题。
二、等离子体物理的研究特点、发展规律和发展趋势
1.等离子体物理的研究特点
在历史的发展中，对等离子体物理学的发展起决定性作用的因素是实验研究，每次重大的发展在很大程度上是目标驱动的。等离子体非线性、多尺度的特点决定了很难从复杂纷纭现象中总结和归纳出一套完整的、普适的理论。从实验出发总结、归纳出在特定时空尺度范围内对各种参数的经验定标关系，时至今日，在磁约束等离子体和低温等离子体应用研究中仍然发挥着重要的作用。
等离子体科学和技术相互促进，取得了显著的进展。现代科技发展成果使等离子体诊断观察和测量水平达到了空前的水平，快速提升了我们对等离子体行为的理解和预测能力。大规模科学计算能力的发展也极大地促进了许多等离子体物理基本问题的解决。在等离子体物理的大部分领域，从惯性约束、磁约束、空间等离子体等到计算机芯片的制造，基于科学预测的模型已开始逐步取代经验法则。对等离子体基本行为理解的深入已带来新的应用，并由此改善我们已有的技术。
2.等离子体物理的发展规律
由于等离子体种类繁多、现象复杂、应用广泛，等离子体物理学正从实验研究、理论研究、数值计算三个方面，互相结合地向深度和广度发展。在受控热核聚变中，研究的目的是利用处于等离子体状态的轻核，实现聚变反应，以获取大量的能量。为实现这一目标，国际上在过去的50多年里建造了大量规模不等的各类实验装置，同时实验探索和理论模拟对比，加深对实现聚变点火的理解和寻找有效的解决方法。对于天体、空间和地球上的各种天然等离子体，主要通过包括高空飞行器和人造卫星在内的各种观测手段，接收它们发射的各种辐射和粒子进行研究。根据大量观测结果，结合天体物理、空间物理和等离子体物理的理论研究，进行分析综合，逐步深入地了解天然等离子体的现象、性质、结构、运动以及演化规律。在低温与基础等离子体物理方面，以探索新现象、研究新问题、提供新方法、产生新技术等为目标，国际上在这些领域研究一直非常活跃，研究的方向也不断拓宽。等离子体中存在丰富物理过程，如等离子体与波相互作用，等离子体与材料相互作用、等离子体化学、丰富的不稳定性和非线性现象、纷繁多样的边界层物理至今仍是人们感兴趣的基本问题。
3.等离子体物理发展趋势
随着美国国家点火装置（NIF）的点火试验和国际热核聚变实验堆（ITER）建设的全面开展，人类会在一个新的层面对燃烧等离子体物理开始探索和全面的理解，一定能够提供更多的发现新物理现象和揭示新物理机制的机会，从而将等离子体物理学科发展推进到一个新的高度。从物理科学来讲，这些装置能为高能量密度、高压、强磁场等极端条件下的科学研究提供一个****的研究载体，同时也能提供一个****的强中子、高能X射线和伽马源，为新型透视照相、抗核加固、核爆效应、极端条件核物理和极端条件材料特性研究提供独特的机会。与此同时，在NIF和ITER建造运行的同时发展起来的一大批技术，能为人类社会下一步高新技术发展提供重要的源泉和保障, 从而进一步促进产业变革和社会经济发展。
未来10年，大规模等离子体物理的模拟集成将会发展到一个全新的高度，新的数学方法的不断引入，已经将很多物理过程给予了更为清晰、多尺度的描述和模拟，并在实验过程中得到了很好的验证。更加密切的模拟、实验结合，会将在等离子体物理研究中发现的重要实验结果有比较清晰的物理理解。
三、等离子体物理的关键科学问题、未来发展思路、发展目标和重要研究方向
等离子体物理研究由于其发展规律所驱动。惯性约束聚变等离子体、磁约束等离子体、基础等离子体、超强激光等离子体、空间等离子体、低温等离子体等研究领域由于自身的特点不同，其关键科学问题、发展思路、发展目标和重要研究方向也都各不相同，都有着自身鲜明的特性。
1.惯性约束聚变等离子体物理
惯性约束聚变等离子体物理是在惯性约束聚变研究牵引下发展起来的学科。惯性约束聚变的发展决定着惯性约束聚变等离子体物理的发展方向和趋势。美国激光惯性约束聚变点火计划未能如期实现实验室热核聚变点火，既暴露了人们对聚变物理认识的不足，也反映了聚变点火物理实验的挑战性。但同时，美国激光惯性约束聚变点火计划的研究成果也具有非常重要的积极意义，事实上实验获得的氘氚等离子体温度已经达到点火要求，但是氘氚等离子体的密度离点火还有近一倍的差距（NIF点火靶物理设计要求氘氚等离子体的压力达到3500亿大气压，实验结果是1800亿大气压）。虽然没有按照预期实现点火，但是NIF的物理实验仍然可以说是肯定了激光惯性约束聚变的科学可行性和工程可能性。点火物理研究将是未来惯性约束聚变研究的*主要的方向。此外，惯性约束聚变方式创造的实验室条件下高能量密度状态为极端条件下的科学研究提供了非常宝贵的机会。
美国NIF投入物理研究标志着国际惯性约束聚变等离子体物理研究进入一个全新阶段。虽然“神光”Ⅲ装置与NIF的能量输出水平相差一个量级，但是“神光”Ⅲ装置投入物理研究，也标志着我国惯性约束聚变等离子体研究也进入一个新层次。展望未来，惯性约束聚变研究将在以下几个方面可望取得重大进步。
（1）惯性约束聚变点火物理研究。利用NIF，美国虽然未能够如期实现热核聚变点火，但是美国一直在致力于改进点火靶的物理设计，探索影响聚变点火的主要物理问题和过程，例如，控制或规避黑腔等离子体，提高激光能量利用效率和辐射驱动源的对称性和干净性等。在NIF这样能量水平的实验平台上，应该可以判断影响点火的主要物理因素，并提出克服或规避这些因素的方法和手段。如果能够有效抑制黑腔内的等离子体使得激光传输通畅，产生满足强度要求、对称性和干净性好的辐射驱动源，NIF实现热核聚变点火的可能性还是相当大的。可以预期，在实验室热核聚变点火物理研究方面，今后10年左右能够产生一系列重要的研究成果。实验室条件下实现热核聚变点火是人类科学技术发展历史上的里程碑事件，是科学技术进步的标志性成果，也将极大地促进聚变能源等应用研究的发展。
（2）高能密度物理研究。高能量密度物理研究既是国防科学技术应用的重要方面也是基础前沿研究的热点领域。迄今，惯性约束聚变研究的发展已经很好地牵引了国际高能量密度物理研究，为实验室条件下开展辐射输运、辐射流体力学、高压状态方程等研究创造了条件，同时催生了实验室天体物理、激光核物理等前沿交叉的研究方向。目前，国际上有了百万焦耳水平的激光装置，我国有了十万焦耳水平的激光装置，能够在更大的时空尺度下创造出更极端的物质状态，可以更深入地开展高能量密度物理研究，产生更重要的科学发现和研究成果。
无论是从国家需要角度还是从学科发展角度，惯性约束聚变和惯性约束等离子体物理均是非常重要的研究领域和学科方向。经过数十年的努力，我国建立了比较完整的、独立自主的惯性约束聚变研究体系，拥有了一支科学搭配比较合理、创新能力较强的研究队伍。我国惯性约束聚变研究将以实现实验室热核聚变点火为主要目标持续、稳定前进。在惯性约束聚变研究的应用牵引下，可以预期我国惯性约束聚变等离子体物理研究将步入一个新的发展阶段，用10年或更长一点时间，我国惯性约束聚