國家自然科學基金大氣科學學科二級申請代碼下設研究方向與關鍵詞解讀：D0502 氣候與氣候系統

陳海山 孫建奇

1 南京信息工程大學大氣科學學院, 南京 210044

2 中國科學院大氣物理研究所竺可楨—南森國際研究中心, 北京 100029

1 引言

2018 年以來，為了推動我國基礎研究的高質量發展，國家自然科學基金委員會（簡稱自然科學基金委）大力推進科學基金的改革，目標是構建理念先進、制度規范、公正高效的新時代科學基金治理體系，提出了“明確資助導向”“完善評審機制”“優化學科布局”等三項核心任務（李靜海,2020）。學科申請代碼調整是“優化學科布局”任務的重要組成部分和切入點。2019 年大氣科學學科（簡稱大氣學科）開展了申請代碼調整工作。依托各類評審會、學科工作會議、戰略研討會等共商學科申請代碼調整問題，“上下”有機結合，深入研討，并廣泛征求意見，最終形成了申請代碼調整方案（劉哲等, 2020, 2021）。

為了能讓申請人在項目申請時更好的選擇合適的申請代碼和關鍵詞、把握科學問題屬性，本文基于自然科學基金委大氣學科二級申請代碼D0502“氣候與氣候系統”學科發展的內在需求，從邏輯框架、內涵構成等方面對7 個研究方向及相關關鍵詞進行解讀。此外，學科工作組梳理了2020 年和2021 年D0502“面青地”（面上項目、青年科學基金項目、地區科學基金項目）基金項目的申請情況，從數量、科學問題屬性占比、熱門關鍵詞等幾個方面對D0502 二級申請代碼的情況進行了介紹，以便于相關科研人員及時了解D0502 的總體申請情況、判斷發展趨勢，從而能更合理和準確地選擇相應的研究方向與關鍵詞。

2 氣候與氣候系統研究的發展歷程與最新態勢

氣候是自然環境的重要組成部分，是人類生存和經濟社會發展的基礎條件和重要資源。傳統氣候學是描述大氣某種統計平均狀態及其變化的學科；20 世紀70 年代，國際上提出氣候系統的概念，將氣候學從單一大氣圈層的研究，提升為綜合考慮大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈和生物圈相互作用與影響的學科。

1980 年，世界氣象組織和國際科學理事會設立了世界氣候研究計劃（WCRP），其總目標是要確定氣候的可預測性以及人類活動對氣候的影響程度。1988 年，世界氣象組織和聯合國環境規劃署建立了政府間氣候變化專門委員會（IPCC），定期科學評估氣候變化的現狀及其對社會和經濟的潛在影響，提出適應和減緩氣候變化的可能對策等。IPCC 自成立以來，已先后發布了六次科學評估報告，為各國政府和國際社會提供了重要氣候變化信息和決策參考（IPCC, 2021）。2013 年，由國際科學理事會、國際社會科學聯盟發起，聯合國教科文組織、聯合國環境規劃署、聯合國大學和國際全球變化研究資助機構等聯合提出了“未來地球”（Future Earth）計劃，該計劃旨在應對全球環境變化給各區域、國家和社會帶來的挑戰，加強自然科學與社會科學的溝通與合作，為全球可持續發展提供必要的理論知識、研究手段和方法。

中國也十分重視氣候與氣候變化研究，科學技術部、自然科學基金委、中國科學院和中國氣象局等部門先后組織實施了多個國家重大科技計劃，圍繞東亞季風、極端天氣氣候事件、?！憽獨庀嗷プ饔?、氣溶膠的氣候效應、干旱化與人類適應、冰凍圈過程及其對氣候的影響、青藏高原的氣候效應、氣候動力學與預測理論、土地利用與覆被變化及其影響、氣候變化預估、社會經濟影響和減緩對策、地球系統模式發展等方面進行了系統研究，取得了許多重要進展，極大地提升了中國的氣候研究水平，深化了對氣候系統變異規律的認識。

隨著全球變化的加劇，氣候與氣候系統變化呈現出新的特點，例如，極端氣候事件頻發、氣候變化區域差異增大、氣候變得更加異常，預測也更加困難。此外，人類活動在整個氣候系統變化中的作用和影響也日益凸顯，高速經濟社會發展對氣候服務提出更高要求。2022 年，國務院頒布《氣象高質量發展綱要（2022～2035 年）》，明確提出加強氣候規律、氣候變化及影響、氣象災害發生機理和地球系統多圈層相互作用、地球系統數值模式、氣候預測等基礎研究，增強氣候研究服務社會的能力。

對于東亞地區，季風性氣候是該地區最主要的氣候特點，季風的異常對東亞地區旱澇、冷暖等氣候異常存在重要的影響，近些年亞洲季風的變化呈現出新的特點，在全球變化背景下的變化規律、機理與影響仍是當前和未來十分重要的科學方向（Huang et al., 2019）。氣候系統能量和物質循環是多圈層相互聯系與作用的重要紐帶，但受觀測、基礎理論和數值模式等的限制，目前對多圈層相互作用過程及其對氣候影響的認識還不夠深入和系統（張人禾等, 2021）。人類活動在氣候變化中的作用還需要更多的確鑿證據，其中的物理過程還需深入剖析（翟盤茂等, 2021）。極端氣候事件愈發頻繁、影響日益加劇，針對極端氣候的發生、發展和演變規律與機理的研究愈加迫切（Tippett, 2018;Fischer et al., 2021）。氣候預測是服務國家發展和防災減災的重要手段，為減輕災害造成的損失，急需加強氣候預測理論和方法的研究，加快地球系統模式的發展，提升預測準確率（王會軍等, 2012; 穆穆等, 2017; Wang et al., 2022）。

依據現階段大氣科學學科二級申請代碼設置的總體方案（劉哲等, 2020, 2021），結合大氣科學研究的前沿和熱點，充分考慮國家重大現實大需求，將D0502 定位為大氣科學的分支學科，重點研究氣候系統與氣候變化的基本特征、演變機理及其預測問題，深入理解大氣圈、水圈、冰雪圈、生物圈和巖石圈等氣候系統多圈層變化的關鍵過程及其相互作用機制。

3 D0502 二級申請代碼的研究方向與關鍵詞及其內涵

3.1 研究方向總體框架

D0502 重點針對季風、極端氣候兩個重要氣候學研究對象的變異特征及其機理，緊扣熱帶海氣相互作用、中高緯度氣候系統、氣候系統關鍵過程和多圈層相互作用等氣候學研究的關鍵科學問題，充分考慮自然變率和人類活動對氣候系統影響這一科學前沿和氣候預測這一重要出口，設置了7 個研究方向，總體構架見圖1。

圖1 D0502 申請代碼的研究方向設置總體構架Fig.1 Framework of research directions setting for application code D0502 Climate and Climate System

D0502 的主要研究內容包括：季風系統的演變規律、物理機制及其影響；極端氣候事件的變化特征及機理；熱帶大氣海洋相互作用及其對全球/區域氣候的影響；極地和中高緯度大氣、海洋、海冰、陸面多尺度變化機理及其氣候效應；氣候系統能量、物質循環的關鍵過程與多圈層相互作用；人類活動的生物物理、生物化學等關鍵過程及其氣候效應；氣候變異的多尺度可預測性及相關的預測理論和方法。

D0502 現有的方向設置充分考慮了“氣候與氣候系統”研究的核心科學問題，以“氣候與氣候系統”研究的重要對象、關鍵過程、物理機理、預測理論和方法為主線，既體現了方向間的內涵聯系和科學邏輯，也更好地體現了該學科方向的系統性。此外，方向的設置強化了“氣候與氣候系統”的基礎研究特性，也充分考慮了其學科的前沿性。

3.2 研究方向的主要內容及關鍵詞

以下圍繞D0502 二級申請代碼下設7 個研究方向的主要研究內容和各個方向的關鍵詞做簡要介紹，重點解讀各方向關鍵詞設置的基本考慮和總體情況（表1）。

表1 D0502 申請代碼下設研究方向及關鍵詞Table 1 Research directions and keywords for application code D0502

（1）研究方向1——季風變異及影響

D0502 研究方向1“季風變異及影響”主要研究季風及系統成員的演變特征、變異規律、物理機制及其氣候影響。研究方向1 的關鍵詞主要從季風系統、關鍵成員、主要影響因子和季風變異的時間尺度來設置。具體包括：季風、東亞季風、南亞季風、南海季風、高原季風、西非季風、北美季風、亞澳季風等8 個季風系統關鍵詞；副熱帶高壓、東亞急流、南亞高壓、越赤道氣流、西伯利亞高壓、東亞大槽等6 個關鍵成員關鍵詞；海表溫度、海冰、陸面過程等3 個主要影響因子關鍵詞；此外，考慮了次季節變化、年際變化、年代際變化等3 個季風變異時間尺度關鍵詞。

（2）研究方向2——極端氣候變化與機理

D0502 研究方向2“極端氣候變化與機理”主要研究不同時間尺度、不同類型極端氣候事件的變化特征及其形成演變機理。研究方向2 的關鍵詞主要包括極端氣候事件的分類、特征、影響因子和相應的研究方法等5 個方面的關鍵詞。具體包括：極端溫度、極端降水、高溫熱浪、寒潮、暴雪、干旱、暴雨、熱帶氣旋和強對流等9 個反映主要極端氣候事件的關鍵詞；頻率、強度、重現期、突變和趨勢等5 個反映極端氣候基本特征的關鍵詞。此外，從影響因子和研究方法的角度，分別設置了大氣環流、外強迫因子和內部變率以及統計降尺度、動力降尺度和預估等3 個關鍵詞。

（3）研究方向3——熱帶海氣相互作用

D0502 研究方向3“熱帶海氣相互作用”主要研究熱帶海洋、大氣主要模態的時空變化，熱帶大氣海洋的耦合過程和相互作用機理，熱帶海氣相互作用對全球氣候的影響及機制。研究方向3 的關鍵詞主要從熱帶海氣相互作用的關鍵區域、主要現象、重要指標和關鍵過程4 個方面來考慮。具體包括：太平洋、大西洋、印度洋、暖池、黑潮等5 個熱帶海氣相互作用的關鍵區域；季節內振蕩（MJO）、準兩年振蕩（QBO）、厄爾尼諾與南方濤動（ENSO）、印度洋偶極子（IOD）、哈德萊（Hadley）環流、沃克（Walker）環流等6 個熱帶海氣相互作用的重要現象，以及熱含量、熱通量、混合層、溫躍層和海洋鋒等5 個指標關鍵詞；此外還選擇了熱帶波動、對流活動、風應力和海氣耦合等4 個相關的重要過程作為關鍵詞。

（4） 研究方向4——中高緯氣候系統變異及影響

D0502 研究方向4“中高緯氣候系統變異及影響”主要研究極地和中高緯度大氣、海洋、海冰、陸面過程的多尺度變化特征、機理及其氣候效應。研究方向4 的關鍵詞主要從中高緯氣候系統變異的系統成員與重要現象、影響影子和重要過程等3 個方面來選擇關鍵詞。具體包括：西風急流、阻塞高壓、冷空氣活動、極渦、北極濤動、南極濤動、遙相關、北極增暖、大西洋多年代際振蕩（AMO）、太平洋年代際振蕩（PDO）和經向翻轉環流等11個氣候系統成員與重要現象相關的關鍵詞；積雪、凍土、陸地冰川和冰蓋等4 個關鍵氣候系統影響因子，以及冰—氣相互作用、?！獨庀嗷プ饔?、陸—氣相互作用、大氣內部過程和對流層—平流層相互作用等5 個主要過程關鍵詞。

（5） 研究方向5——氣候系統能量、物質循環與多圈層相互作用

D0502 研究方向5“氣候系統能量、物質循環與多圈層相互作用”主要研究氣候系統能量、物質循環的關鍵過程，系統認識大氣圈、水圈、冰雪圈、生物圈和巖石圈相互作用機理、耦合過程及其對氣候系統的影響。研究方向5 的關鍵詞主要從氣候系統涉及的圈層、關鍵過程、關鍵指標和研究手段來選定。具體包括：大氣、海洋、陸地、植被、冰雪和湖泊等反映氣候系統不同圈層的6 個關鍵詞；能量循環、水分循環、生物地球化學循環、碳氮循環、土壤水熱傳輸、地氣交換和海氣交換等7 個過程關鍵詞；湍流通量、感熱通量、潛熱通量、碳通量和淡水通量等5 個指標關鍵詞，以及參數化和地球系統模式2 個反映研究手段的關鍵詞。

（6） 研究方向6——人類活動對氣候系統的影響

D0502 研究方向6“人類活動對氣候系統的影響”主要研究溫室氣體排放、大氣成分變化、土地覆蓋/土地利用變化（城市化）、地球工程等人類活動對區域和全球氣候的影響及機理，重點關注相關的生物物理、生物化學等關鍵過程及其氣候效應。研究方向主要從氣候系統的重要強迫因子、關鍵過程和方法手段來確定相應的關鍵詞。具體包括：人類活動、自然強迫、全球變暖、排放情景、大氣成分、溫室氣體、氣溶膠、城市化和土地利用/土地覆蓋變化等9 個強迫因子；輻射強迫、云物理過程、生物物理過程、生物化學過程、氣候響應和氣候反饋等6 個重要過程，以及檢測與歸因、地球工程、數值模擬、氣候敏感性和不確定性等研究方法與手段相關的5 個關鍵詞。

（7） 研究方向7——氣候預測

D0502 研究方向7“氣候預測”主要研究不同時間尺度氣候變異的可預測性，發展相關的預測理論和方法，開展次季節—年際—年代際尺度的氣候預測。研究方向7 的關鍵詞主要從氣候預測的時間尺度、主要研究內容和方法手段等來設置。具體包括：延伸期預報、次季節預測、季節預測和年代際預測4 個與預測時間尺度有關的關鍵詞；可預測性、氣候異常、物理機制、預測因子、預測方法、預測理論和回報試驗等7 個與氣候預測核心內容相關的關鍵詞，以及氣候預測涉及的降尺度、資料同化、集合預報、統計預測、動力預測、概率預測、實時預測、氣候模式和預測系統等9 個方法手段相關的關鍵詞。

4 基金申請情況的統計分析

為了更好地了解二級申請代碼D0502 下設研究方向及關鍵詞的采用情況，并幫助申請人對D0502 申請代碼的學科方向定位、資助重點和研究方向內涵等有深入的了解，以下重點分析2020 年和2021 年D0502“面青地”項目（面上項目、青年科學基金項目和地區科學基金項目）的申請情況和各方向關鍵詞的使用概況。

4.1 項目申請情況分析

自2020 年使用D0502 新的申請代碼分類以來，2020 年、2021 年“面青地”項目的申請總數分別為245、268 項，分別占大氣學科項目總申請數16.1%、15.8%（何建軍等, 2020, 2021）。D0502項目申請數量居15 個代碼之首；2020 年面上項目與青年基金的申請項目數量大致相當，2021 年青年項目申請數量明顯高于面上項目；而地區基金項目申請數量基本維持在10 項左右（表2）。

表2 2020～2021 年度D0502 申請代碼“面青地”項目申請與資助情況Table 2 Overview of project application and funding of General Program, Young Scientists Fund, and Fund for Less Developed Regions for application code D0502 during 2020-2021

從項目申請的四類科學問題屬性（圖2）來看，D0502 的申請項目中，B 類（前沿類）項目為主體，占D0502 項目總數的65%～70%；C 類（需求類）項目次之，占D0502 項目總數的20%左右；A 類（原創類）申請項目占比為5%～8%；D 類（交叉類）申請項目的占比最低，占D0502 項目總數的3%～5%?？傮w而言，D0502 的A 類（原創類）和D 類（交叉類）低于D05 的總體水平情況。

圖2 （a）2020、（b）2021 年度D0502 申請代碼“面青地”項目申請4 類科學科學問題屬性占比Fig.2 Proportion of project funding of General Program, Young Scientists Fund, and Fund for Less-Developed Regions with four scientific natures of research for application code D0502 in (a) 2020 and (b) 2021

從項目獲資助的情況（表2）來看，2020 年度“面青地”項目總的資助率為26.9%，面上、青年、地區資助率基本接近；2021 年度，“面青地”項目總的資助率為26.5%，其中面上、地區的資助率均高于30%，而青年項目的資助率有所下降，僅為20%?？傮w來說，D0502 的資助率在15 個二級申請代碼中處于中間水平，略高于D05 的整體資助率（2020、2021 年度分別為22.4%、22.7%，何建軍等，2020, 2021）。

4.2 方向關鍵詞的計量統計

對2020～2021 年度“面青地”項目申請的關鍵詞采用情況做了計量統計分析，以期為項目申請人和自然科學基金委申請代碼改革工作提供一定的參考。

D0502 代碼7 個研究方向共設置了140 個關鍵詞，被采用關鍵詞129 個，占全部關鍵詞的92.2%；另外，暴雪、冰蓋、碳氮循環、湍流通量、淡水通量、大氣成分、云物理過程、地球工程、回報試驗、集合預報、概率預測等11 個關鍵詞在近兩年D0502 的項目申請中沒被采用，占全部關鍵詞的7.8%。圖3 給出了2021～2022 年D0502 采用頻次最高的30 個關鍵詞（采用頻次不少于15 次），其中降水這一關鍵詞被采用112 次，也就是說22%的項目選擇了該關鍵詞；季風、大氣兩個關鍵詞被采用超過60 次；極端降水、干旱、遙相關、青藏高原、大氣環流、厄爾尼諾與南方濤動（ENSO）、數值模擬、年代際變化、機制、太平洋、季節預測等11 個關鍵詞被采用均超過30 次。

圖3 2020～2021 年D0502 申請代碼前30 個關鍵詞出現頻次統計Fig.3 Frequency statistics for top 30 keywords for application code D0502 in the years 2020-2021

5 總結

通過自然科學基金委申請代碼改革工作以來（2020～2021 兩年）項目申請的統計分析，發現在申請代碼設置和申請過程中還存在如下問題：

（1）申請人對項目的科學問題屬性定位不準確，沒有充分考慮項目研究主題與四類科學問題屬性的吻合度，不能很好發揮項目分類評審的作用。

（2）申請人對關鍵詞的選擇不夠合理，相當數量的項目沒有嚴格按照基金申請的要求，從申請代碼關鍵詞中選擇。自行給定的關鍵詞存在科學表述不當、含義不清、界限模糊等問題，例如在申請項目中出現高溫高濕熱浪、不同型厄爾尼諾；人類活動與氣候變化、不一致變化、部分側邊界強迫、區域哈德萊環流邊界、第六次耦合模式比較計劃等關鍵詞，無法為基于申請代碼關鍵詞的專家評審提供有效的信息。當然，在申請代碼的修訂過程中，也需要關注申請人自行給定的可能反映最新研究熱點和新學科增長點的關鍵詞，在關鍵詞的動態優化中合理采用。此外，不少項目，提供的關鍵詞不足5 個，少數項目甚至只提供2～3 個關鍵詞，不能發揮關鍵詞匹配專家的作用。

（3）由于“氣候與氣候系統”的研究涉及面廣，研究方向較多，雖然前期做了大量的調研，對申請代碼的方向設置和關鍵詞選擇很難面面俱到，還存在一些不足之處，比如，少量的關鍵詞在近兩年的申請中未被采用。因此，有必要根據“氣候與氣候系統”的研究動態來進行適度優化和調整，更好發揮關鍵詞的作用。

總的來說，自然科學基金委申請代碼改革工作在推動學科資助體系中發揮了十分重要的引領作用，從實施情況來看也取得明顯的效果。希望通過本文的解讀使得申請人對申請代碼D0502 的改革背景、方向設置、關鍵詞設定等有更為深入的了解，從而避免項目申請過程中存在的一些問題。與此同時，建議在今后的工作中，根據學科發展的動態適當優化和動態調整申請代碼的關鍵詞更好指導項目申請和大氣科學的基礎研究。

致謝衷心感謝國家自然科學基金委員會“申請代碼和關鍵詞”戰略研究工作組D0502 小組的陳活潑、段安民、管曉丹、郭維棟、哈遙、華維、賈曉靜、簡茂球、孟憲紅、孫穎、武炳義、徐邦琪、楊若文、周波濤、左志燕等的支持。