“全球變化及應對”重點專項 2020 年度項目申報指南

“全球變化及應對”重點專項

2020年度項目申報指南

（征求意見稿）全球變化是指由自然和人文因素引起的、地表環(huán)境及地球系統(tǒng)功能全球尺度的變化。全球變化已經(jīng)并將持續(xù)影響著人類的生存和發(fā)展，成為當今世界各國和社會各界關注的重大政治、經(jīng)濟和外交問題。妥善應對全球變化，離不開科學研究的支撐。為大幅度提升我國全球變化研究領域觀測、分析、模擬能力，取得國際學術界公認的重大成果，為國家參與全球氣候治理及國際氣候談判提供科學支撐，按照《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》和《國家應對氣候變化規(guī)劃（2014-2020年）》部署，根據(jù)國務院《關于深化中央財政科技計劃（專項、基金等）管理改革的方案》，科技部、教育部、中科院、氣象局、海洋局、環(huán)保部等部門組織專家編制了“全球變化及應對”重點專項實施方案?！叭蜃兓皯獙Α敝攸c專項的總體目標是：發(fā)揮優(yōu)勢，突出重點，整合資源，在全球變化領域若干關鍵科學問題上取得一批原創(chuàng)性的成果，增強多學科交叉研究能力，提升我國全球變化研究的競爭力和國際地位，為維護國家權益、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供科學支撐。重點關注以下關鍵科學和技術問題：全球變化關鍵過程、機制和趨勢的精確刻畫和模擬，全球變化影響、風險、減緩和適應，數(shù)據(jù)產(chǎn)品及大數(shù)據(jù)集成分析技術體系研發(fā)，具有自主知識產(chǎn)權的地球系統(tǒng)模式研制，國家、區(qū)域應對全球變化和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的途徑。專項實施方案部署了5個方面的研究任務：1）全球變化綜合觀測、數(shù)據(jù)同化與大數(shù)據(jù)平臺建設及應用；2）全球變化事實、關鍵過程和動力學機制研究；3）地球系統(tǒng)模式研發(fā)、預測和預估；4）全球變化影響與風險評估；5）減緩和適應全球變化與可持續(xù)轉型研究。圍繞以上5個方向的研究任務，2016~2019年專項共立項支持了74個項目。根據(jù)專項實施方案年度計劃，2019年專項擬在全球變化綜合觀測、數(shù)據(jù)同化與大數(shù)據(jù)平臺建設及應用；全球變化事實、關鍵過程和動力學機制研究；地球系統(tǒng)模式研發(fā)、預測和預估；全球變化影響與風險評估；減緩與適應全球變化與可持續(xù)轉型研究等5個領域擬支持15個方向。同一指南方向下，原則上只支持1個項目，國撥總經(jīng)費1.4億元。專項鼓勵申報單位根據(jù)指南方向，面向解決重大科學問題和突破關鍵技術進行一體化設計，或圍繞一個重大科學問題或重要應用目標，從基礎研究到應用研究進行全鏈條設計。專項鼓勵依托國家重點實驗室等重要科研基地組織項目申報。項目應整體申報，須覆蓋相應指南方向的全部考核指標。項目執(zhí)行期一般為5年。一般項目下設課題數(shù)原則上不超過4個，每個項目所含單位數(shù)控制在6個以內。本專項不設青年科學家項目。全球變化綜合觀測、數(shù)據(jù)同化與大數(shù)據(jù)平臺建設及應用全球溫室氣體天空地立體化觀測與反演研究內容：研發(fā)重點區(qū)域和城市高排放、高污染區(qū)公里級高密度組網(wǎng)連續(xù)觀測技術，開發(fā)重點區(qū)域典型季節(jié)強化觀測大氣CO2、CH4高精度立體化綜合監(jiān)測方法，研發(fā)融合多源觀測數(shù)據(jù)的全球-重點區(qū)域-城市群的多層嵌套模擬和同化技術，應用中國和全球碳衛(wèi)星產(chǎn)品和地面多源觀測數(shù)據(jù)，生產(chǎn)溫室氣體和碳通量產(chǎn)品?？己酥笜耍貉邪l(fā)出全球溫室氣體（CO2、CH4等）天空地立體化觀測體系和數(shù)據(jù)同化方法。研發(fā)針對重點區(qū)域和城市公里級高密度組網(wǎng)觀測技術，觀測網(wǎng)的空間分辨率不低于2kmx2km,CO2精度達到5ppm,基準站等高精度儀器的CO2觀測精度達到0.2ppm,CH4精度達到lppb。研發(fā)全球-區(qū)域-城市群多尺度溫室氣體嵌套模擬同化技術,提供擁有自主知識產(chǎn)權的全球和重點城市群多尺度、高時空分辨率溫室氣體產(chǎn)品（全球空間分辨率不低于5°，中國空間分辨率不低于0.1°,城市空間分辨率不低于lkm,時間分辨率為天，時間長度至少兩年）。以上產(chǎn)品公開發(fā)表或免費共享。典型海區(qū)碳指紋與碳足跡標識體系研究內容：結合中國典型海區(qū)實際，研制海洋生態(tài)系統(tǒng)碳指紋、碳足跡指標體系、指標標準體系與評價規(guī)程，研制海洋碳匯超高分辨率分子碳指紋標識體系，研制海洋生態(tài)系統(tǒng)微型生物代表類群碳指紋標識體系，研究基于碳指紋和碳足跡的中國典型海區(qū)碳匯發(fā)展模式和途徑?？己酥笜耍航?套海洋碳指紋背景數(shù)據(jù)集和我國典型海域的碳足跡數(shù)據(jù)集，其中碳指紋分子不少于20萬個；建立1套中國典型海區(qū)碳匯表征、計算和核查技術方案和操作規(guī)程，其中單樣品有效分子數(shù)目不少于3000個；研發(fā)2~3項快速穩(wěn)定和超高分辨率的分子碳指紋技術體系，并制定技術規(guī)程；研發(fā)2~3套海洋微型生物基因碳指紋圖譜技術，并形成市場化產(chǎn)品，其中每套產(chǎn)品不少于2000個碳基因家族、不少于50000個碳基因序列；提出中國典型海洋生態(tài)系統(tǒng)碳匯發(fā)展模式與碳標識體系。以上產(chǎn)品公開發(fā)表或免費共享。山地生態(tài)系統(tǒng)全球變化關鍵參數(shù)立體觀測與產(chǎn)品研制研究內容：構建典型山地生態(tài)系統(tǒng)立體觀測實驗體系，開展山地生態(tài)系統(tǒng)全球變化關鍵參數(shù)綜合觀測研究，研發(fā)適用于山地生態(tài)系統(tǒng)的全球變化參數(shù)反演模型，研制山地生態(tài)系統(tǒng)全球變化關鍵參數(shù)數(shù)據(jù)集?？己酥笜耍航ǔ蛇m用于山地生態(tài)系統(tǒng)的立體觀測技術體系1套，實現(xiàn)至少10個全球變化關鍵參量（如溫度、輻射、葉面積指數(shù)、葉綠素濃度等生態(tài)系統(tǒng)基本參數(shù)以及碳、水、熱通量等功能參數(shù)）的綜合觀測。研制出典型山地生態(tài)系統(tǒng)高分辨率全球變化關鍵參數(shù)產(chǎn)品（1~3個典型區(qū)域，每個區(qū)域產(chǎn)品類型個數(shù)大于10，時間分辨率優(yōu)于1月，空間分辨率1~50米，覆蓋范圍大于10平方公里，時間跨度大于3年）。提交1套自有知識產(chǎn)權的全球山地生態(tài)系統(tǒng)全球變化關鍵參數(shù)產(chǎn)品（產(chǎn)品類型大于5，時間分辨率1月，空間分辨率優(yōu)于1公里，全球覆蓋，時間跨度大于20年）。方法、模型和數(shù)據(jù)產(chǎn)品須公開發(fā)表或在線免費共享。全球變化事實、關鍵過程和動力學機制研究全球變化背景下西太平洋環(huán)流與ENSO變異及氣候預測研究研究內容：研究熱帶西太平洋表層和次表層海洋環(huán)流的多尺度變異及其與印度洋、印尼海相互作用過程，探究西太平洋海洋環(huán)流和多尺度海氣過程與ENSO變異和可預報性的聯(lián)系，評估西太平洋與周邊海域相互作用過程對ENSO過程的影響，研究西太平洋海洋環(huán)流和海氣系統(tǒng)中制約ENSO預測技巧的關鍵過程并開展多模式集合模擬和預測?？己酥笜耍航⑽覈灾鞯奈魈窖蠛Ｑ蟓h(huán)流數(shù)據(jù)資料集(考察資料，潛標、浮標、衛(wèi)星資料等)，形成對其變化的監(jiān)測系統(tǒng)和技術體系，揭示西太平洋表層和次表層環(huán)流的多尺度變異及其通過印尼貫穿流與印度洋的相互作用過程與機制；定量評估西太平洋環(huán)流和海氣過程的年際－年代際變化特征及其與ENSO變異和可預報性的聯(lián)系并揭示其動力機制；闡明西太平洋環(huán)流區(qū)與周邊海域相互作用過程對ENSO及其年代際變異預測不確定性的影響；實現(xiàn)關鍵西太平洋海洋環(huán)流和海氣耦合過程的多模式集合預測并有效提升ENSO預測技巧。研究結果、模型、算法和數(shù)據(jù)須公開發(fā)表或在線免費共享。影響全球季風區(qū)氣候變化預估不確定性的關鍵因子和物理機制研究內容：采用我國自主研發(fā)的氣候系統(tǒng)模式開展超級集合預估試驗，研究不同集合方式在提高全球季風預估可靠性方面的有效性，研究全球季風預估的不確定性及影響因素，捕捉人類活動影響的信號萌芽期，研發(fā)有效約束季風預估的新方法?？己酥笜耍杭戏绞胶w多模式集合、擾動初值的超級集合、多參數(shù)擾動集合(Perturbed-parameterensemble,PPE)三種；擾動初值的超級集合預估試驗成員數(shù)不低于100組，PPE試驗需以提高東亞夏季風模擬性能為目標至少擾動20個參數(shù)，兩組試驗均需采用我國自主研發(fā)的氣候系統(tǒng)模式。研究結果、算法和數(shù)據(jù)須公開發(fā)表或在線免費共享。亞洲季風格局變化對碳循環(huán)的影響研究研究內容：開展亞洲季風環(huán)境格局演變自然過程和早期人類活動對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)影響的定量化研究，重建并定量評估新生代以來典型時段高原/山地隆升深部碳釋放規(guī)模、地表風化作用碳消耗量和陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫效應，探究地球深部和地表過程對全球碳循環(huán)的影響及其氣候環(huán)境變化效應?？己酥笜耍航沂拘律鷣喼藜撅L環(huán)境格局演變對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響及其耦合機理，定量評估典型時段青藏高原及周邊區(qū)域深部過程碳釋放規(guī)模、地表化學風化碳消耗量，評價早期人類活動對全新世溫室氣體濃度變化的貢獻，闡明重大環(huán)境格局演變情形下深部和地表過程對全球碳循環(huán)和氣候環(huán)境變化的影響。研究結果、數(shù)據(jù)和參數(shù)須公開發(fā)表或在線免費共享。地球系統(tǒng)模式研發(fā)、預測和預估全球高精度大氣化學模式研發(fā)及大氣污染控制研究內容：研制兼容典型高性能計算平臺的新一代高精度套網(wǎng)格全球大氣化學模式，發(fā)展大氣化學動力學新算法，提高全球模式對關鍵痕量成分模擬準確度，研發(fā)大氣化學多源數(shù)據(jù)資料同化技術，建立全球高時空分辨率大氣痕量成分數(shù)據(jù)集，研發(fā)全球和區(qū)域大氣污染溯源和追蹤技術，研究能源結構、產(chǎn)業(yè)結構和大氣污染相互影響的機制，提出協(xié)同控制策略?？己酥笜耍盒乱淮蚋呔忍拙W(wǎng)格大氣化學模式需適用于地球系統(tǒng)模式，兼容典型高性能計算平臺并支持新一代異構加速，對關鍵痕量成分（含碳化合物、含硫化合物、含氮化合物和臭氧等）模擬準確度達到國際主流模式水平；化學動力學新算法需提升計算效率至少30%；關鍵痕量成分高精度全球再分析數(shù)據(jù)集時間跨度5年，時間分辨率為天，水平分辨率10km；大氣污染溯源和追蹤技術可量化全球主要地區(qū)痕量成分收支和來源，協(xié)同控制策略覆蓋全球關鍵區(qū)域。研究結果、數(shù)據(jù)和參數(shù)須公開發(fā)表或在線免費共享。發(fā)展通用的地球系統(tǒng)模式高效并行計算框架研究內容：研究地球系統(tǒng)模式發(fā)展與先進計算技術的解耦方法，研制面向E級計算的模式高效計算框架，研究簡潔高效的自動并行算子方法和面向多種先進計算平臺的模式代碼自動生成、運行時編譯和算子融合技術，綜合研究解決模式開發(fā)難、移植難、維護難、并行效率低問題?？己酥笜耍和ㄓ糜嬎憧蚣苤С职▏a(chǎn)E級計算機在內的3套以上的計算平臺；能夠有效屏蔽超級計算機及模式編程的復雜并行技術細節(jié)，模式可在3套以上平臺間無縫遷移；提供簡潔的上層算子使改進模式代碼規(guī)?？煽刂圃谠即a規(guī)模的30%以內，同時支持底層模式并行代碼的自動生成。發(fā)展的軟件成果須具有自主知識產(chǎn)權并開源共享。融合大數(shù)據(jù)和人工智能技術創(chuàng)新模式發(fā)展方法研究研究內容：基于人工智能技術研究全球變化大數(shù)據(jù)分析方法，挖掘復雜地球系統(tǒng)過程與現(xiàn)象之間的時空相關性，研究地球系統(tǒng)模式中復雜物理參數(shù)化過程的深度神經(jīng)網(wǎng)絡替代方案，研究深度神經(jīng)網(wǎng)絡與數(shù)值預報的理論模型，發(fā)展人工智能輔助模式設計和訂正模式結果的新方法?？己酥笜耍耗軌蛲诰虺鰧Φ湫腿蜃兓F(xiàn)象具有顯著影響的時空特征信息；提供3種以上利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡進行模式物理參數(shù)化方案替代的成功案例；實現(xiàn)基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的多要素預報系統(tǒng)原型，與傳統(tǒng)數(shù)值預報方法相比，提升預報準確率或相關系數(shù)15%以上。研究產(chǎn)生的方法、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)具有自主知識產(chǎn)權并開源共享。全球變化影響與風險評估人工森林生態(tài)系統(tǒng)對全球變化適應機制研究內容：以典型人工林生態(tài)系統(tǒng)為對象，研究全球變化對人工林生態(tài)系統(tǒng)結構、功能和系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響過程，分析人工林生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的適應機制，綜合評估人工林生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的穩(wěn)定性/脆弱性，探究全球變化背景下人工林生態(tài)系統(tǒng)質量和穩(wěn)定性提升對策?？己酥笜耍宏U明全球變化（溫升）對人工林生態(tài)系統(tǒng)結構（年齡結構/樹種更新、組成結構、垂直結構等）、功能（木材生產(chǎn)、生物量、固碳、水源涵養(yǎng)/水土保持、防風固沙、灌草/土壤微生物多樣性等）和系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響過程和機制；闡明人工林生態(tài)系統(tǒng)對全球變化適應的生理生態(tài)機制、養(yǎng)分循環(huán)的微生物機制等；創(chuàng)建人工林生態(tài)系統(tǒng)脆弱性綜合評價體系，評估典型人工林生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的穩(wěn)定性/脆弱性（空間分辨率：亞米-30m）,提出應對全球變化的人工林生態(tài)系統(tǒng)質量和穩(wěn)定性提升策略。所有研究結果、數(shù)據(jù)必須公開發(fā)表或在線免費共享，適應對策須被國家有關部門采納。區(qū)域多尺度氣候極端事件風險評估與制圖研究內容：研究氣候極端事件對自然生態(tài)-社會經(jīng)濟耦合系統(tǒng)的影響機理及氣候極端事件風險評估方法，模擬和預估不同共享社會經(jīng)濟路徑下我國氣候極端事件風險多尺度時空特征，研究多尺度氣候極端事件災害風險圖集的表達方式，研發(fā)防范氣候極端事件風險的決策支持系統(tǒng)技術?？己酥笜耍航ǔ?套面向氣候極端事件的承險體脆弱性和風險評估方法和模型，提交1套我國未來氣候極端事件風險數(shù)據(jù)集（2020~2100年，空間分辨率為0.10°，時間分辨率每隔10年），揭示共享社會經(jīng)濟路徑下我國氣候極端事件風險多尺度特征并形成系列圖件（包括五個共享社會經(jīng)濟路徑SSP1-SSP5,圖件為空間矢量圖與0.10。柵格圖，空間尺度為積水區(qū)-流域-區(qū)域-省市-全國），研制出1套氣候極端事件風險防范決策支持系統(tǒng)。所有研究結果、數(shù)據(jù)必須公開發(fā)表或在線免費共享，決策系統(tǒng)能被應急管理部門采用。全球變化下海洋脫氧過程與碳匯效應研究研究內容：研究氣候變化和人類活動雙重壓力下代表性海區(qū)微生物脫氧過程與調控機制，研究脫氧進程中微型生物類群變動規(guī)律及其與環(huán)境條件的相互作用，研究不同程度脫氧環(huán)境中微型生物碳匯特征及其環(huán)境效應，研究缺氧環(huán)境下增加碳匯的理論與方法?？己酥笜耍宏U明氣候變化和人類活動脅迫對微生物脫氧的不同機制，獲取2個我國代表性海區(qū)微生物脫氧動力學參數(shù)和呼吸作用參數(shù)；揭示脫氧對生物多樣性（需鑒定到種）、微型生物類群代謝活性及方式的影響，闡釋微型生物代謝與海洋底層局部低氧形成的關系，建立脫氧環(huán)境微型生物宏轉錄組及宏蛋白數(shù)據(jù)庫，不少于1000000條基因/蛋白信息；建立海洋惰性手性分子和含硫分子分離及鑒定的技術方法體系，揭示脫氧海域代表性組分的手性、官能團等特征及生物成因，建立脫氧海域惰性有機碳化學分子數(shù)據(jù)庫；闡釋脫氧環(huán)境微型生物對碳源和碳匯調節(jié)的關鍵過程和主要機制，分離/培養(yǎng)/鑒定代表性儲碳微型生物200株以上；提出1套脫氧環(huán)境下可實施的增匯技術方案。所有研究結果、數(shù)據(jù)必須公開發(fā)表或在線免費共享?；哪瘜夂蜃兓捻憫c反饋及其生態(tài)效應研究內容：研究荒漠化對極端氣候事件的響應機理，探討土壤風蝕和沙塵釋放對氣候變化的反饋機制，分析全球變化背景下荒漠化土地覆被、土地生產(chǎn)力、土壤碳的動態(tài)過程及變化規(guī)律，預估未來多情景氣候變化模式下荒漠化發(fā)展趨勢及其風險?？己酥笜耍宏U明近50年極端氣候作用下荒漠化過