国家重点研发计划重点专项国家科技管理信息系统公共服务平台.doc 17页

2023年01月22日   admin   281人浏览   0人评论

“全球变化及应对”重点专项2017年度项目申报指南建议全球变化是指由自然和人文因素引起的、地表环境及地球系统功能全球尺度的变化。全球变化已经并将持续影响着人类的生存和发展,并成为当今世界各国和社会各界关注的重大政治、经济和外交问题。妥善应对全球变化,离不开科学研究的支撑。为大幅度提升我国全球变化研究领域观测、分析、模拟能力,取得国际学术界公认的重大成果,为国家参与全球气候治理及国际气候谈判提供科学支撑,按照《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》和《国家应对气候变化规划(2014-2020年)》部署,根据国务院《关于深化中央财政科技计划(专项、基金等)管理改革的方案》,科技部、教育部、中科院、气象局、海洋局、环保部等部门组织专家编制了“全球变化及应对”重点专项实施方案。“全球变化及应对”重点专项的总体目标是:发挥优势,突出重点,整合资源,在全球变化领域若干关键科学问题上取得一批原创性的成果,增强多学科交叉研究能力,提升我国全球变化研究的竞争力和国际地位,为维护国家权益、实现可持续发展提供科学支撑。重点关注以下关键科学和技术问题:全球变化关键过程、机制和趋势的精确刻画和模拟,全球变化影响、风险、减缓和适应、数据产品及大数据集成分析技术体系研发,具有自主知识产权的地球系统模式研制,国家、区域应对全球变化和实现可持续发展的途径。

专项实施方案部署5方面的研究任务:1.全球变化综合观测、数据同化与大数据平台建设及应用;2.全球变化事实、关键过程和动力学机制研究;3.地球系统模式研发、预测和预估;4.全球变化影响与风险评估;5.减缓和适应全球变化与可持续转型研究。2016年,全球变化及应对重点专项围绕以上5方面主要任务,共立项支持了29个研究项目。根据专项实施方案和“十三五”期间有关部署,2017年,全球变化及应对重点专项将围绕全球变化关键过程、机制和趋势;全球变化影响、风险、减缓和适应、数据产品及大数据集成分析;地球系统模式研制;国家、区域应对全球变化和可持续发展途径等方面继续部署项目,拟优先支持25个研究方向(每个方向拟支持1—2个项目)。申报单位针对重要支持方向,面向解决重大科学问题和突破关键技术进行一体化设计,组织申报项目,每个项目的目标须覆盖全部考核指标。鼓励依托国家实验室、国家重点实验室等重要科研基地组织项目。项目执行期一般为5年。一般项目下设课题数原则上不超过4个,每个项目所含单位数控制在6个以内。本专项不设青年科学家项目。1. 全球变化综合观测、数据同化与大数据平台建设及应用1.1 全球生态系统碳循环关键参数立体观测与反演研究内容:陆地生态系统碳循环基本参数(叶面积指数、叶绿素、叶片最大羧化率、生物量、植被初级生产力、生态系统生产力、土壤碳库等)的立体观测及反演,基于机理过程与控制实验的碳循环基本参数测定与反演模型,基于高频荧光监测、激光雷达与卫星遥感的生态系统光合与呼吸观测与反演模型,海洋碳循环基本参数(叶绿素浓度、初级生产力、细菌、碱度、盐度、pH值等)立体观测及其提取技术。

考核指标:建立基于立体观测的陆地碳循环基本参数反演算法、模型与软件系统,研制出具有自主知识产权的全球陆地碳循环遥感参数(叶面积指数、最大梭化率、积聚指数、叶绿素、光能利用率、荧光强度、森林树高、植被覆盖度、生物量、植被初级生产力、生态系统生产力等)和海洋遥感参数(叶绿素浓度、初级生产力等)的长时间序列数据产品(至少一半产品做到时间跨度1981-2019年,时间分辨率为8天,空间分辨率为500-5000米),其它数据产品空间分辨率优于5千米,为全球碳源汇精准估算提供方法和数据支撑。以上算法、模型和数据产品公开发表或在线免费共享。1.2 冰冻圈和极地环境变化关键参数观测与反演研究内容:冰冻圈和极地环境变化关键参数动态监测技术研制,冰冻圈和极地定位观测、综合考察与遥感等多源数据融合、校准技术研究,冻土、大陆冰盖、极地海冰及其反照率变化等关键参数的反演方法和数据产品研制。考核指标:建立冰冻圈和极地环境变化关键参数动态监测与数据提取技术、方法体系,研制时间跨度不低于20年的全球冻土、大陆冰盖分布和覆盖度/率,极地海冰及其反照率变化等数据产品(冻土、海冰、季节性积雪、冰川分布及冰盖物质平衡和冰冻圈反照率数据空间分辨率为1-5千米,全球冰川编目的空间分辨率优于100米;季节性积雪和冰冻圈反照率的时间分辨率为10天,其它为1-5年),为开展全球变化机理、影响和模拟研究提供数据支撑,为开展极低研究及海洋航道设计提供基础数据。

所有数据公开发表或在线免费共享。1.3 近海和深海环境变化关键参数观测与反演研究内容:近海和深海微型生物与环境变化三维动态监测技术研制,近海和深海卫星遥感、定位观测及专业浮标等多源数据融合、校准技术研究,海洋温度、盐度、海面高度、洋流、海-气通量、海洋酸化、微型生物及近海水质变化等关键参数反演算法及数据产品提取。考核指标:建立近海和深海环境变化三维动态监测及关键参数反演算法及数据产品提取技术体系,研制出近海和深海环境变化关键参数(海面高度、海洋酸化、洋流、海-气通量、海洋酸化及近海水质变化)三维数据产品。其中盐度、海温、风速等的时间跨度为1980-2019年,空间分辨率为0.5°,时间分辨率为月;海洋表面高度的时间分辨率年,空间分辨率为0.1°,时间跨度为10年,为开展全球变化机理、影响和模拟研究提供数据支撑。所有数据公开发表或在线免费共享。1.4 北半球千年尺度气候高分辨率数据集研制及可靠性研究研究内容:气候代用指标物理意义研究,卫星遥感、代用资料、模式资料与器测数据融合、校准技术研发,过去2000年北半球地表温度、降水以及土地利用、冰雪、海平面、动植物分布等地表环境要素变化数据集研制,各类数据可靠性分析与不确定性评估。

考核指标:阐明气候变化代用指标物理意义;建立过去2000年北半球温度(分辨率为10年)和降水(干湿)(分辨率为10-30年)变化数据集,过去2000年北半球冰雪(分辨率为10年)、海平面变化(分辨率为30-50年)数据集,过去千年北半球土地利用(时间分辨率为50-100年,空间分辨率100×100千米)数据集,过去千年北半球动植物分布变化(时间分辨率为50-100年,空间分辨率100×100千米)数据集,为开展全球变化机理、影响和模拟研究提供数据支撑;评估以上资料的可靠性和不确定性。所有资料须公开发表或在线免费共享。1.5 卫星资料的质量控制与同化技术研发研究内容:卫星观测异常和卫星参数异常的识别,卫星数据的质量控制及观测误差估计,风云卫星直接辐射和高光谱卫星垂直探测直接辐射亮温同化算子精度技术研发,陆地上空卫星资料的有效同化,卫星资料准确性和精度对全球再分析资料的准确性和全球气候变化估算的影响研究。考核指标:建成卫星数据质量控制和实时同化方案,定量评估卫星资料对全球再分析资料的准确性和全球气候变化估算的影响,卫星资料占同化资料的比例较“十二五”末提高30%以上。2. 全球变化事实、关键过程和动力学机制研究2.1 全新世季风气候系统变异性与亚洲干旱驱动机制研究研究内容:全新世亚洲高分辨率气候变化信号捕捉,亚洲干旱区气候变化时空特征与季风气候系统变化过程研究,季风气候系统变异性及亚洲干旱驱动机制分析与模拟研究。

考核指标:建立全新世亚洲地区(分辨率为年-30年)、干旱与季风尾闾区(分辨率为年-10年)气候变化序列,揭示季风气候系统变异性与亚洲干旱驱动机制。为深入认识全球增暖背景及诊断气候系统模式提供科学基础。2.2 东亚地区云对地球辐射收支和降水变化的影响研究研究内容:东亚地区云与降水变化的关系研究,云对辐射收支变化的影响和作用分析,云反馈机制及其认识的不确定性评估。考核指标:建立东亚地区云对地球辐射收支和温度影响的定量关系,揭示云的反馈机制及其气候敏感性。为诊断气候系统模式、预估全球增暖情景提供科学基础。2.3 陆表关键要素对全球变化响应及区域空间效应研究研究内容:陆表关键要素(气候、水文、覆被、经济、人口等)变化过程、模态、特征及趋势分析,自然和人文要素相互作用机理及其空间分异规律研究,关键要素对全球变化响应机制及陆表系统转折点预估,全球增暖对区域空间质量的影响评估。考核指标:阐明陆表关键要素时空变化特征和相互作用规律,预估全球增暖背景下陆表系统转折点,定量评估全球增暖对区域空间质量的影响。2.4 气候-陆面-水文过程及极端水文事件风险研究研究内容:自然和人为强迫下全球气候系统能量与水循环时空分异特征与数据同化研究,全球气候-陆面-水文过程相互作用机理分析全球变化及应对专项,全球海-陆-气-冰水循环耦合模式研制与模拟,全球增暖背景下极端水文事件的风险研究。

考核指标:揭示全球气候系统能量与水循环格局及其演变规律,阐明全球气候-陆面-水文过程相互作用机理,提出全球海-陆-气-冰水循环耦合模式与数据同化系统,评估全球增暖背景下极端水文事件的风险。2.5 全球增暖1.5oC东亚气候系统变化情景预测研究 研究内容:热带海温和东亚周边海洋环流对全球增暖1.5(C的响应,及其对东亚气候系统的影响研究,全球增暖1.5(C东亚环流、季风系统变化过程和特征研究,及东亚地区降水、温度变化和极端气候事件发生的位置、强度、频次预测研究。考核指标:阐明全球增暖1.5(C热带海温变化机理及其对东亚气候的影响、检测东亚季风系统的响应全球变化及应对专项,预测增暖1.5(C背景下东亚地区降水、气温以及极端气候事件变化情景。3. 地球系统模式研发、预测和预估3.1 地球系统模式及高分辨率气候系统模式中新型网格系统研发研究内容:新一代地球系统模式的网格系统的研制,地球系统模式全球与区域的嵌套和特定区域的局部加密技术研发,高分辨率情形气候系统模式的整体稳定性和并行可扩展性研究。考核指标:能够提高特定区域的模拟精度、实现复杂地形区域局部加密和自嵌套的新型地球系统模式网格系统,应用于水平分辨率为5-25千米或更高分辨率的大气模式能缓解极区的计算不稳定性问题。

海洋模式能减小在非海洋区域不必要的计算量,实现10万核以上规模的高效并行计算。成果须开源共享并至少成功应用于两个我国自主研发的模式。3.2 高分辨率大气环流模式中重要物理过程参数化方案研发研究内容:高分辨率大气模式物理参数化方案研发(更合理考虑环境湿度的积云夹卷、中尺度对流组织现象、对流的随机性以及对流云微物理过程的积云对流参数化),深浅对流和边界层湍流的一体化参数化方法设计,考虑次网格过程(如边界层湍流、深浅对流及重力波等)的云宏观及微物理过程和云量方案,以及包括气溶胶的微观物理过程的参数化方案研发。考核指标:成果能应用于高分辨率大气模式,并使得模式在海洋低云、降水强度分布、ENSO主要特征、季节内振荡、东亚季风、温带和热带气旋等方面的模拟能力处于世界先进行列。研发的模式须开源共享并参与我国自主模式比较计划。3.3 高分辨率海洋模式关键物理过程参数化方案的研发研究内容:高分辨率海洋模式关键物理过程参数化方案的研发和沿等位密度面方向混合过程的改进。包括中尺度涡致混合的参数化和次中尺度涡、锋面过程的参数化,沿等密度面和跨等密度面的混合过程及大洋内部内波破碎过程参数化,潮致混合过程参数化(包括海底陡峭地形处内潮破碎过程参数化以及近海潮流致底摩擦过程参数化),以及背风波与地形相互作用过程的参数化。

考核指标:建立具有创新性和中国特色的高分辨率适用于全球-区域一体化海洋模式和物理过程参数化方案,新的参数化方案能明显提升海洋模式在大洋环流、中尺度涡旋、垂直混合、海底地形作用等方面的模拟能力,使其整体性能处于世界先进行列。研发的模式须开源共享并参与我国自主模式比较计划。3.4 高分辨率海洋模式同化系统研发研究内容:全球高分辨海洋观测资料(包括浮潜标、Glider、XBT、船舶报、海面温度和高度计海面高度异常等资料)和区域海洋观测资料(包括验潮站、近海浮潜标和地波雷达等资料)的多尺度同化系统研制。高分辨率全球-区域一体化海洋模式多尺度同化及参数估计系统和海洋再分析研究。考核指标:建立全球高分辨的多尺度海洋资料同化系统,能为季节内到年代际尺度的“无缝隙”气候预测提供初始化工具。同化系统要求具备在不同时空尺度上对模拟过程及关键参数进行约束的能力,能够提高MJO、ENSO、PDO等不同尺度气候变率预测水平。研发的模式须开源共享并参与我国自主模式比较计划。3.5 高分辨率全球陆面过程模式与数据同化系统研发研究内容:包含人类活动和生态系统过程的高分辨率陆面过程模式与数据同化系统的研制。包括陆面水体(湖泊、水库、江河等)、地下水、河川径流和洪泛等水文过程模型,植被生理与生态过程模型,碳、氮、磷为主的多种营养元素的循环过程模型,全球植被动力学模型,城市冠层模型;人类活动对陆面过程的扰动(大气污染、能源使用与温室气体排放、人口与经济发展等)过程描述;植被-环境相互作用、河口-陆架海-大气多界面碳氮循环的动力学过程描述;全球分辨率为1千米的与陆面模式相匹配的陆面基础数据集及尺度转换方法;陆面数据同化方法和参数优化方法。

考核指标:建立耦合包含人类活动和生态系统过程的高分辨率陆面过程模式,可适应不同分辨率(1-100千米)应用,建成陆地表层格局变化综合模拟与预估平台,并提升全球/区域气候环境变化影响评估的能力。研发的模式须开源共享,能够与气候/地球系统模式耦合,研发的模式须开源共享并参与我国自主模式比较计划。3.6 全球土地利用变化模式研发及应用研究内容:研发高精度全球土地利用变化模拟技术,开发土地利用对生态环境变化、健康影响评估模型,城市增长边界、基本农田、生态控制性空间优化及耦合的“三规合一”模型,大数据支持下城市群的精细化模拟技术,人类活动(如农田开垦与耕种/灌溉、放牧、森林经营)以及环境灾害(如火、病虫害等)扰动过程模型。考核指标:研制出耦合人类活动和气候变化的全球高分辨率土地利用变化模拟软件及当前至2100年全球多类土地变化模拟产品及环境生态要素演变预测数据集(全球分辨率1千米,中国分辨率30米),“三规合一”软件,耦合土地利用变化、生态环境变化和人类健康评估的软件,人为和自然环境扰动过程模拟软件。研发的模式须开源共享,能够与高分辨率全球陆面过程模式耦合,并参与我国自主模式比较计划。3.7 地球系统模式公共软件平台研发研究内容:包括试验场景系统、集成耦合系统、诊断评估系统和分析优化系统的地球系统模式公共软件平台的研制。

其中试验场景系统为模式研制和应用提供有针对性的试验场景和试验测试集,集成耦合系统基于自主研发的三维耦合器,耦合和集成不同分量模式形成多类试验模式,诊断评估系统建立标准化的模式诊断方法,综合各类诊断程序,对模式模拟结果进行量化和全面的诊断评估,分析优化系统以敏感性分析和所设定的模式模拟指标为基础,调优模式物理过程参数。考核指标:建立一套面向地球系统模式开发和应用的国产自主公共软件平台,支持不少于20个地球系统模式分量耦合,支持单柱模式、分量模式和耦合模式等灵活试验方式,一个集参数筛选、模式运行、参数寻优的全过程参数自动优化系统。研发的软件平台须开源共享。3.8 地球系统模式评估与比较研究内容:经过系统性数据质量评估和数据融合的全球变化观测数据的收集整理及数据对照集的建设,能够模拟观测变量并提供传感器通用接口的观测模拟器的研制,不同分量地球系统模式及其耦合的评估标准(包含定性和定量的评估指标、数据要求和评估方案等)建立,模式模拟结果及其不确定性的诊断评估,分布式、可溯源、可验证、可重复的模式评估,与比较自动化流程及兼容第六次耦合模式比较计划(CMIP6)输出数据规范的模式评估与比较系统的研发。

考核指标:研制出完整覆盖地球系统模式中各分量模式和它们间的热量、质量和通量交换的关键观测参量数据对照集,能够允许多模式间以一致的方式评估观测以及模式间比较的观测模拟器,对应地球系统模式的各分量模式及其耦合的模式评估指标体系。支持诊断评估和不确定性量化分析的模式评估和比较系统至少部署在国内外3个节点上,并在CMIP6等国内外模式比较计划中发挥核心作用,支撑我国自主模式比较计划。4. 全球变化影响与风险评估4.1 全球变化对生态系统服务和生态安全的影响研究研究内容:全球变化情景下主要生态系统的变化及评价,气候变化对生态系统生产力、水源涵养、土壤保持等生态系统服务的影响机制和效应分析,面向全球变化和生态安全的生态系统综合评估与管理对策研究。考核指标:建立适应气候变化并基于生态系统服务的生态安全评估方法,定量评估不同变暖情景下气候变化对生态系统生产力、水源涵养、土壤保持功能的影响,揭示全球变化对生态系统调节服务的影响和生态系统对全球变暖的适应机制。4.2 全球变化对生态脆弱区资源环境承载力的影响研究研究内容:生态脆弱区(干旱荒漠区、高寒区、农牧交错带、石漠化地区等)关键资源环境要素变化过程和特征,及其对全球变化的响应研究,全球变化对生态脆弱区资源环境承载力的影响评估,及生态脆弱区资源环境系统发生转折阈值研究。

考核指标:揭示生态脆弱区关键的资源环境要素变化过程及其对全球变化响应机理,建立全球变化对生态脆弱区资源环境承载力评估指标体系,预估全球变化背景下生态脆弱区资源环境系统发生转折的阈值。4.3 海岸带和沿海地区全球变化综合风险研究研究内容:台风和风暴潮等极端气候事件预测预警技术研发,滨海城市洪涝灾害预警技术研制,海面抬升和极端气候事件对海岸带和沿海地区生态系统、渔业资源和港口交通运输影响分析,海岸带和沿海地区全球变化综合风险评估研究。考核指标:建立台风和风暴潮等极端气候事件预测预警技术,滨海城市洪涝灾害预警技术,评估海岸带和沿海地区全球变化综合风险。4.4 气候变化对区域水土资源与环境质量的影响研究研究内容:区域水-土资源空间网络系统物质/能量流分析,及其对气候变化的响应机理研究,气候变化对主要水体水温、水质以及土壤物质(矿物质、微量元素和有机污染物)迁移传输和环境质量的影响评价,全球变化背景下区域水土资源优化配置及其环境风险评估。考核指标:阐明空间网络系统水土界面物质/能量流的关系,建立气候变化敏感性水质指标和气候模式与水循环、水质模型的双向耦合模型,评估气候变化和人类农业活动对典型区域(流域)水质的影响,揭示气候变化对水土环境质量的影响。

4.5 全球变化对生态多样性影响研究研究内容:北半球木本植物大尺度分布格局及其形成过程和变化动态研究,东亚温带和亚热带森林群落的结构和物种多样性及其对全球变化的响应分析,中国珍稀和濒危物种的种群动态及其预测,木本植物及其生态信息大数据建设。考核指标:揭示北半球木本植物地理分布格局的成因和响应全球变化的机理,阐明东亚森林物种多样性格局形成的关键因子和维持机制,建立中国重要木本植物分布和种群动态的预测模型以及物种和生态信息大数据。4.6 湖泊生态系统长期演变机理与生态安全评估研究内容:千年来湖泊生态系统对全球变化响应的特征、过程与规律研究,基于弹性理论的湖泊生态系统演变模型的构建,生态系统转型和突变的早期信号识别,生态服务功能和湖泊生态安全评估。考核指标:阐明年代际尺度湖泊生态系统对气候变化响应的机理,建立典型湖泊生态系统演变与趋势预测模型,定量揭示湖泊生态系统弹性损失程度与恢复能力,提出湖泊生态安全评估方法与适应途径。5. 减缓与适应全球变化与可持续转型研究5.1 国家碳减排自主贡献盘点方案设计研究内容:国家碳减排自主贡献盘点方案设计。该方案可用来精确评估世界主要国家碳减排自主贡献率,及这些国家减排能力和潜力、经济代价。考核指标:建立中国版的国家碳减排自主贡献盘点方案。该方案须为国家采纳,并参与国际比较。1

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