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：D0515 應用氣象學

王開存 袁慧玲

1 北京大學城市與環境學院, 北京 100871

2 南京大學大氣科學學院, 南京210023

1 引言

應用氣象學主要研究如何基于大氣科學基礎科學問題的認識和技術方法的發展，服務相關行業部門，從而為國家社會經濟的發展趨利避害，是大氣科學基礎研究和服務國民經濟建設的重要組成部分。在不同語境下，應用氣象學具有不同意義。首先，應用氣象學是我國高等學校本科專業目錄理學門類大氣科學一級學科的兩個二級學科之一。大氣科學起源于農業應用需求，具有明顯的應用導向。農業、軍事、航空、航海、水利等行業的應用需求，極大地促進了大氣科學的進步。因此國務院學位委員會將應用氣象學和大氣科學并列設置為大氣科學類僅有的兩個本科專業。應用氣象學專業的培養目標是將氣象學原理、方法和成果應用于農業、水文、航海、航空、軍事、醫療等領域，解決相關領域的氣象問題，最終同各個專業學科相結合形成交叉學科。

應用氣象學也是自然科學基金委地球科學部大氣科學學科下15 個二級申請代碼之一。2019 年地球科學部大氣學科率先啟動了新一輪申請代碼調整，把大氣科學分成“分支學科”“支撐技術”和“發展領域”三個板塊、15 個二級申請代碼（劉哲等，2020）。應用氣象學（D0515）屬于發展領域，分類類型為國家經濟社會需求（https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab1093/info84661.htm[2022-11-06]）。

在戰略研究專項項目的支持下，應用氣象學二級申請代碼關鍵詞調整工作于2019 年啟動。為此組建了由20 多位青年學者組成的工作組，進行了多輪深入討論，征求領域內資深科學家的意見，給出了應用氣象學二級申請代碼關鍵詞建議稿。此后，又根據2020 和2021 年基金項目申請過程中關鍵詞的實際使用情況進行了微調。2021 年應用氣象學與大氣數據和信息技術兩個二級申請代碼聯合組織了線上青年論壇，對代碼關鍵詞調整工作進一步征求意見和宣講。

設置關鍵詞的主要目的有兩個：第一個是幫助申請人準確選擇吻合申請書內容的關鍵詞，第二個是幫助自然科學基金委智能輔助指派系統精確匹配評審專家。為了達到這兩個目的，一方面要求設置的關鍵詞具有代表性，具有較好的覆蓋度，能夠滿足申請人撰寫申請書的需求。另外一方面也要求，申請人盡量從自然科學基金委關鍵詞庫中選取作為項目申請書的關鍵詞，同時也要求評審專家在維護個人信息時盡量從關鍵詞庫中選擇，這樣更有利于自然科學基金委智能輔助指派系統精確匹配專家。因此本文從服務申請人的角度出發，梳理了應用氣象學二級申請代碼內涵和外延的演變，介紹了應用氣象學二級申請代碼下的關鍵詞，結合文獻檢索，分析了這些關鍵詞在國內外科研前沿和基金項目申請書中的使用情況，梳理了應用氣象學的主要申報單位，以及在基金申請過程中關鍵詞使用和科學問題屬性選擇的相關問題。

2 研究方向和關鍵詞解讀

應用氣象學與生態系統緊密相關，新一輪申請代碼調整后，大氣學科增設了生態氣象二級申請代碼（D0507），屬分支學科板塊。生態氣象重點研究氣象要素及大氣成分變化與生態系統組成、結構、功能及生態過程等相互作用，為理解自然過程對于天氣、氣候和大氣環境的影響，以及大氣過程對于生態系統的影響提供基礎支撐（見周廣勝和周莉,2021）。新設置的“生態氣象”二級申請代碼與“應用氣象學”二級申請代碼有交叉，為此劉哲等（2020）專門撰文解釋了二者的選擇問題：以農業氣象研究為例，如果申請書內容更多關注大氣圈層與生態系統在物質、能量、信息上的互饋過程, 側重基礎研究, 則申請代碼優先選擇“D0507 生態氣象”。若申請書更側重利用生態氣象的基礎知識,服務于農業生產過程, 那么應該申請代碼可優先選擇“D0515 應用氣象學”。

應用氣象學主要研究內容和對象包括：以天氣學和大氣物理的基礎知識支撐人工影響天氣的業務應用；影響農業和林業生產活動的主要氣象過程及其定量評估；天氣氣候事件（特別是災害性天氣）對水文過程和水利行業的影響及其應對技術；影響太陽能、風能、水力發電等氣象過程及其預測與定量評估；影響民航、航海和陸（水）路交通的氣象過程；以及其他不屬于上述范圍的應用氣象相關行業和領域。應用氣象學申請代碼下設六個研究方向：（1）人工影響天氣；（2）農林氣象；（3）水文氣象；（4）資源氣象；（5）交通氣象；（6）其他應用氣象方向。

在科學基金網絡信息系統中，申請人可以在同一二級申請代碼不同研究方向下選擇合適的關鍵詞，因此應用氣象學在設置每個研究方向關鍵詞時統籌考慮整個二級申請代碼的需要。鑒于應用氣象學研究前沿和實際應用方向較多，適當提高了關鍵詞的總量，共設置118 個關鍵詞（見表1）?？紤]到研究手段和方法更新較快，而研究對象和關鍵科學問題則較為穩定，在設置關鍵詞時更傾向于研究對象和關鍵科學問題。應用氣象學二級申請代碼現有研究對象類關鍵詞82 個，占總數的69.5%；關鍵科學問題類關鍵詞22 個，占總數的18.6%；研究手段和方法類關鍵詞14 個，占11.9%（見表1）。

表1 應用氣象學（D0515）二級申請代碼研究方向和關鍵詞Table 1 Research directions and keywords for the secondary application code of applied meteorology (D0515)

應用氣象學的方向較多，一個二級申請代碼下能夠設置的研究方向又有限，因此把應用氣象學的主要研究方向設置成了關鍵詞，包括“人工影響天氣”“農業氣象”“林業氣象”“水文氣象”“交通氣象”“航空氣象”“航海氣象”“城市氣象”“工程氣象”“海洋氣象”“建筑氣象”“商業氣象”“決策氣象”“軍事氣象”，共14 個，占所有關鍵詞的11.9%。這些關鍵詞可以和其他關鍵詞聯合使用。比如，由于研究方向的限制，城市氣象沒有能夠單獨列為其中一個研究方向，但“城市氣象”關鍵詞可以和其他關鍵詞組合使用，比如“城市熱島”“城市內澇”等。

為了解國內外學者對應用氣象學二級申請代碼關鍵詞的使用情況，在科睿唯安Web of Science 數據庫對每一個關鍵詞在近五年（2017～2021 年）和近二十年（2002～2021 年）的使用情況進行了檢索，統計包含每一個關鍵詞的論文發表總數，并對其排序，圖1 列出了排名前30 名的關鍵詞。因為近五年的排序結果與近二十年的排序結果大同小異，這里僅列出了近五年的檢索結果。為了調研國內學者與國外學者在使用這些關鍵詞的差異，一方面，對Web of Science 數據庫檢索排名靠前的30名關鍵詞，按照中國作者論文占比（包含中國作者的論文數與總論文數的比值）進行了重新排序。同時在維普網對中文期刊的每一個關鍵詞在近五年和近二十年的使用情況進行檢索，統計包含每一個關鍵詞的論文發表總數，并對其進行排序（見圖1）。

根據對Web of Science 數據庫的檢索結果，農林氣象研究方向上的高頻詞最多，30 個中占12 個，分別為 “高溫”“產量”“生物量”“水稻”“遙感”“作物模型”“小麥”“碳循環”“水量平衡”“能量平衡”“玉米”“光合作用”。其中使用 “碳循環”“遙感”“光合作用”“作物模型”等關鍵詞的論文中國作者的占比較高。在維普網對中文期刊的檢索結果類似，農林氣象研究方向上的高頻詞最多，30 個中占11 個，分別為 “產量”“玉米”“水稻”“小麥”“遙感”“高溫”“光合作用”“生物量”“保險”“森林火災”“生態宜居”。相對于國際期刊論文，國內中文期刊論文對主要農作物及其產量的關注更多，“保險”“森林火災”“生態宜居”等關鍵詞被中文期刊論文使用頻率更高，進入了前30 名。

資源氣象方向的關鍵詞詞頻在兩個數據庫中排名第二。根據對Web of Science 數據庫的檢索結果，資源氣象方向上有7 個關鍵詞進入了前30 名，分別為 “水資源”“風險管理”“氣候變化”“太陽能”“生產力”“風能”“光伏發電”。其中使用 “光伏發電”等關鍵詞的論文中國作者的占比較高。在維普網對中文期刊的檢索結果類似，資源氣象研究方向上的高頻詞更多，為9 個，分別為“風險管理”“氣候變化”“地質災害”“水資源”“太陽能”“光伏發電”“生產力”“風力發電”“臺風”。相對于國際期刊論文，“地質災害”“風力發電”“臺風”等關鍵詞被中文期刊論文使用頻率更高，進入了前30 名，這些關鍵詞是中國的特色或優勢方向。

水文氣象方向的關鍵詞詞頻在兩個數據庫中排名第三。根據對Web of Science 數據庫的檢索，水文氣象方向上有4 個關鍵詞進入了前30 名，分別為“不確定性”“降水”“洪水”“干旱”。在維普網對中文期刊的檢索結果顯示，水文氣象研究方向上的高頻詞更多，為8 個，分別為“不確定性”“地下水”“參數優化”“滑坡”“降水”“暴雨”“干旱”“泥石流”。相對于國際期刊論文，“地下水”“參數優化”“滑坡” “暴雨”“泥石流”等關鍵詞被中文期刊論文使用頻率更高，進入了前30 名，說明國內學者對水文氣象方面的問題給予了更多關注，這些問題也是中國的特色。

人工影響天氣、交通氣象和其他應用氣象方向的進入前30 名的關鍵詞相對較少，具體見圖1。

3 關鍵詞在基金項目申請中的應用

我們調研了應用氣象學二級申請代碼下2020～2022 年青年基金、面上項目和地區科學基金項目申請書中關鍵詞的使用情況。選擇這三類基金項目申請書是因為這三類項目申請書的覆蓋面大，代表性好。圖2 顯示了2020～2022 年中應用氣象學二級申請代碼青年基金、面上項目和地區科學基金項目申請書選擇使用關鍵詞的詞頻分布情況，字越大說明該關鍵詞使用頻率越高。項目申請書的高頻詞（圖2）與研究前沿的高頻詞具有高度相似性（圖1），項目申請書詞頻排名前40 名的關鍵詞均出現在新一輪應用氣象學關鍵詞庫中。同時因為應用氣象學具有明顯的交叉屬性，申請人有時還會選擇其他二級申請代碼的關鍵詞，例如有的研究涉及到人工智能，會選擇“機器學習”作為關鍵詞，這是值得鼓勵的。但我們在調研時也發現，有些項目申請書使用“特性”和“升高”等作為項目申請書的關鍵詞，這樣的關鍵詞對精準匹配評審專家方面作用不大，也不在自然科學基金委公布的關鍵詞詞庫中。這種情況下，建議選用詞庫中的關鍵詞，幫助精準匹配評審專家，使評審過程更有針對性和專業性。

圖1 科睿唯安Web of Science 數據庫近五年（2017～2021 年）收錄使用應用氣象學二級申請代碼關鍵詞的論文總數排名（第二列），第三列為按照中國作者論文占比（包含中國作者的論文數與總論文數的比值），對這些關鍵詞進行了重新排序。第四列為維普網收錄的使用應用氣象學二級申請代碼關鍵詞的中文期刊論文總數排名Fig.1 Ranking of the total number of papers using the keywords of the secondary application code for applied meteorology in the Web of Science database in the past five years (2017-2021) (the second column).The third column is the reordering of these keywords according to the proportion of papers by Chinese authors (the ratio of the number of papers by Chinese authors to the total number of papers).The fourth column is the ranking of the total number of papers in Chinese journals using the keywords of secondary application code of applied meteorology

應用氣象學二級申請代碼的幾個主要研究方向農林氣象、水文氣象、資源氣象、人工影響天氣和交通氣象等在圖2 上都有體現，說明新一輪應用氣象學二級申請代碼關鍵詞可以滿足項目申請的需要。農業氣象、作物產量和氣候變化等關鍵詞使用頻率最高，屬于第一梯隊。這與圖1 顯示的在國內外科學前沿中農林氣象研究方向的熱點一致。農業是第一產業，是我國國民經濟的基礎，也是最基本的物質生產部門，事關糧食安全、國運民生和國家安全。作為農業發展水平的重要指標，作物產量與天氣氣候條件息息相關。氣候變化是熱門話題，不僅影響農業生產和糧食安全，而且影響水資源安全、生態安全、人類健康和“雙碳”目標的實現等。氣候變化不僅僅是氣象研究的核心內容，也為我國參與國際氣候談判提供科學基礎。應用氣象學在服務這些國家重大需求方面發揮重要作用。

圖2 2020～2022 年中應用氣象學二級申請代碼青年基金、面上項目和地區科學基金項目申請書選擇使用關鍵詞的詞頻分布情況。Fig.2 Frequency distribution of keywords used in the applications for the young scientist fund, general program, and fund for less developed regions in the secondary application code of applied meteorology from 2020 to 2022

同樣地，有關災害、干旱、極端、降水、高溫、城市、人工、預報、模擬、模式等是項目申請書關鍵詞詞頻第二梯隊。這與圖1 顯示的國內外研究熱點一致，也是應用氣象學設置水文氣象和資源氣象研究方向的主要原因之一。近年來，氣象災害頻發，諸如干旱、強降水和高溫等極端天氣氣候事件，引起了廣泛關注。在城市尺度上，隨著我國城市化的發展，城市問題成為應用氣象研究的重點之一，例如城市內澇、城市熱島、高溫、城市對降水的影響以及城市化對空氣質量和區域氣候的影響等。如何利用人工方法，影響中小尺度（例如城市尺度）的天氣過程，也是長期被關注的研究內容，例如人工增雨、人工防雹、人工消霧和人工防霜等。為了研究以上氣象災害和人工影響天氣的機理，模擬預報是重要途徑，已經被廣泛應用于科學研究和業務工作；模擬預報離不開模式的發展，包括動力框架和次網格尺度物理過程的參數化等，這為理解不同尺度大氣過程演變規律提供了重要的研究工具。

第三梯隊中除了偏理論的關鍵詞（例如輻射、低溫、光合作用）外，也包含了大量應用方面的關鍵詞（例如光伏發電、航空等）。這充分體現了應用氣象學二級申請代碼的特點，即理論研究和實踐應用互為補充、相輔相成。比如，通過分析影響能見度的因子、優化參數化方案，更好地預報能見度，服務于航空氣象、航海氣象等，減少交通氣象災害。通過對輻射、光譜、風場等理論研究，實現對太陽能和風能的預警預報，服務于光伏發電和風力發電。據報道，我國光伏和風力發電累計裝機容量穩居世界首位，并且規模正在大幅擴大。因此，在未來基金申請中，這方面關鍵詞的使用頻次有望增加。

2020～2022 年應用氣象學的項目申請總數占大氣學科總申請量的6.4%，在15 個二級申請代碼位居第7 位，排位居中。表2 顯示了2020～2022年三年期間應用氣象學（D0515）二級申請代碼下申請次數大于等于4 次的30 家單位。中國氣象科學研究院和南京信息工程大學的申請量明顯大于其它單位。各省級氣象科學研究所已經成為項目申請的主力軍，成為D0515 二級申請代碼的主要服務對象。表2 還顯示雖然應用氣象學具有明顯的學科交叉屬性，但來自傳統氣象行業部門以外的申請仍然相對較少。

表2 2020～2022 年應用氣象學（D0515）二級申請代碼2020～2022 年累計申請4 次及以上的單位列表Table 2 List of institutions applying with the secondary application code of applied meteorology (D0515) four or more times from 2020 to 2022

2019 年地球科學部選擇和支持大氣學科結合學科特點進行分類評審試點（姚玉鵬等，2020）。四類科學問題屬性分別為：鼓勵探索，突出原創（屬性A）；聚焦前沿，獨辟蹊徑（屬性B）；需求牽引，突破瓶頸（屬性C）；共性導向，交叉融通（屬性D）。2022 年集中接收期間，自然科學基金所有學部面上項目申請中，四類科學問題屬性的占比分別為：5.1%、44.6%、45.1%和5.2%。地球科學部面上項目四類屬性占比分別為：4.40%、41.24%、47.38%和6.98%（郝紅全等， 2022）。2021 年大氣學科面上項目、青年基金和地區基金項目申請書四類屬性占比分別為：4.4%、47.9%、40.3%和7.4%（何建軍等，2021），2022 年分別為：2.9%、49.6%、41.4%和6.1%（何建軍等，2022）。表3 給出了應用氣象學二級申請代碼下的項目申請科學問題屬性選擇情況。2021 年應用氣象學二級申請代碼面上項目、青年基金和地區基金項目申請書四類屬性占比分別為：2.7%、17.2%、67.5%和13.0%，2022 年分別為：1.1%、14.2%、77.2%和10.5%。應用氣象學項目申請屬性C 的占比要明顯大于高于所有學部、地球科學部和大氣學科的平均值，具有明顯的需求牽引特征。其中2022 年面上項目和地區科學基金申請屬性C 的比例都超過了80%，青年基金的比例也達64.3%，相對于2020 年和2021 年均有較大提高。為了幫助申請人和評審人更好地理解四類科學問題屬性，劉哲等（2021）基于大氣學科發展的內在需求對分類評審政策進行解讀。

表3 應用氣象學（D0515）二級申請代碼2020～2022 年青年基金、面上項目和地區科學基金項目申請選擇四類科學問題屬性的比例Table 3 Proportion of applications for the young scientist fund, general program, and fund for less developed regions with four scientific attributes during the period of 2020-2022 for the secondary application code of applied meteorology (D0515)

地球科學部面上項目、青年基金和地區基金2020 年的資助率分別為23.05%、20.79%和15.68%（張朝林等，2021），2021 年的資助率分別為22.31%、21.51%和15.68%（鄭袁明等，2022）。大氣學科面上項目、青年基金和地區基金2020 年申請項目數1553 項，獲資助數348 項，資助率22.4%，應用氣象學申請項目數106 項，獲資助數13 項，資助率12.3%，應用氣象學申請數占大氣學科的6.8%，獲資助數占大氣學科的3.7%（何建軍等，2020）；2021 年大氣學科面上項目、青年基金和地區基金申請項目數1695 項，獲資助數384 項，資助率22.7%，應用氣象學申請項目數129 項，獲資助數14 項，資助率10.9%，應用氣象學申請數占大氣學科的7.6%，獲資助數占大氣學科的3.6%（何建軍等，2021）；2022 年大氣學科面上項目、青年基金和地區基金申請項目數1817 項，獲資助數411 項，資助率24.6%，應用氣象學申請項目數137 項，獲資助數12 項，資助率8.8%，申請數占大氣學科的7.5%，獲資助數占大氣學科的2.9%（何建軍等，2022）。這說明應用氣象學二級申請代碼下面上項目、青年基金和地區基金的資助率要遠低于地球科學部和大氣學科的平均值。因此，從事應用氣象研究的科研人員應進一步思考應用氣象面臨的科學問題，擴展知識鏈條，提升申請書質量。

4 結論與討論

應用氣象學與不同學科領域相結合加強了大氣科學的應用屬性，服務于不同行業需求和社會發展，同時推動了大氣科學的進步。設置基金申請關鍵詞的主要目的有兩個，第一個是幫助申請人準確選擇吻合申請書內容的關鍵詞，第二個是幫助自然科學基金委智能輔助指派系統精確匹配評審專家。為了達到這兩個目的，一方面要求設置的關鍵詞具有代表性，具有較好的覆蓋度，能夠滿足申請者在撰寫申請書時的需求?？紤]到研究手段和方法更新較快，而研究對象和關鍵科學問題則較為穩定，應用氣象學二級申請代碼設置關鍵詞更傾向于研究對象和關鍵科學問題，分別占69.5%和18.6%。另外一方面也要求，申請人盡量從自然科學基金委網站公布的關鍵詞庫中選取申請書的關鍵詞，同時也要求申請人在維護個人信息時盡量從公布的關鍵詞庫中選擇，這樣更有利于自然科學基金委智能輔助指派系統精確匹配專家。

通過文獻檢索，統計了應用氣象學二級申請代碼下所有關鍵詞在近五年國內外論文發表中的使用情況，根據發表論文總數對關鍵詞進行排序，發現進入前30 名的關鍵詞中，農林氣象研究方向關鍵詞最多，其次是資源氣象和水文氣象。這與通過應用氣象學二級申請代碼下2020～2022 年面上項目、青年基金和地區基金項目申請書中關鍵詞的使用情況得出的結論一致。這說明了應用氣象學關鍵詞的設置契合了當前國內外研究熱點，也得到了基金申請人的認可和使用。

應用氣象學二級申請代碼大部分面上項目、青年基金和地區基金項目申請書選擇的科學問題屬性是“需求牽引，突破瓶頸”，說明應用氣象學在滿足國家需求和服務行業方面大有可為。雖然應用氣象學具有明顯的學科交叉屬性，但主要申請仍然多數來自各省級氣象科研所（院）等氣象行業部門，期待更多來自海洋、新能源、交通等相關行業的申請，更好地服務社會和經濟發展的需求。

致謝感謝大氣學科關鍵詞編寫組的對本文寫作的大力支持，感謝應用氣象學D0515 申請代碼關鍵詞編寫組的顧問專家（張強、羅勇、段青云、何清）、召集人之一（陸春松）以及工作組成員（段婧、房世波、費建芳、姜元俊、杭建、蔣日升、景曉琴、劉海文、魯璽、宋莉麗、汪洋、吳歡、楊軍、張勁松、張珂、鄭小童、周莉、鐘中）為本代碼的研究方向和關鍵詞調整工作順利完成做出的重要貢獻。感謝北京大學李云和范崇光，南京信息工程大學林玉豪進行的文獻檢索與統計工作。