美国NSF海洋科学学科资助战略分析
张灿影1, 高峰2, 郭琳1, 冯志纲1*,*
1.中国科学院海洋研究所, 山东 青岛 266071
2.中国科学院兰州文献情报中心, 甘肃 兰州 730000
*通信作者:冯志纲(1972-),男,山东潍坊人,研究馆员,主要从事情报服务与检索研究.E-mail:zhi@qdio.ac.cn

作者简介:张灿影(1988-),女,安徽阜阳人,馆员,主要从事竞争情报与情报服务研究.E-mail:zhangcanying@qdio.ac.cn

摘要

美国国家科学基金会(NSF)是国际上具有重要影响的资助基础科学研究的基金机构。作为美国政府资助海洋科学研究的主要部门之一,在海洋科学的发展、海洋领域重大科学计划的设立和海洋领域重大研究设施等方面发挥了其他部门不可替代的作用。通过分析NSF在海洋科学领域近几年的重点资助领域、经费分配情况及变化趋势、项目资助率与资助强度变化情况以及项目受理与批准情况,总结了NSF对海洋科学资助的特点和趋势,并提出4点建议,希望对我国相关部门的有效管理工作提供参考和借鉴。

关键词: NSF; 国家自然科学基金; 海洋科学; 资助规律
中图分类号:P67 文献标志码:A 文章编号:1001-8166(2016)04-0435-08
Strategy Analysis of the Marine Science Projects of National Science Foundation of the United States
Zhang Canying1, Gao Feng2, Guo Lin1, Feng Zhigang1,*
1.Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China
2.Lanzhou Library, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China

First author:Zhang Canying(1988-),female,Fuyang City,Anhui Province,Intermediate. Research areas include competitive intelligence and intelligence services.E-mail:zhangcanying@qdio.ac.cn.

Corresponding author:Feng Zhigang(1972-),male, Weifang City,Shandong Province,Research Librarian. Research areas include intelligence service and information retrieval.E-mail:zhi@qdio.ac.cn.

Abstract

The National Science Foundation (NSF) is an international research funding institution with significant influence. As one of the main bodies of marine science research grant, NSF plays nonsubstitutable role in the development of marine science, the establishment of international research programs and projects, and the construction of infrastructures in the marine field. By mainly analyzing the area focus of NSF support, grant distribution and change trend, project application and acceptance rate in recent years, we summarized its funding characteristics and trends in marine science, and finally put forward four suggestions for reference to the efficient management of China's funding institutions.

Keyword: NSF; NSFC; Marine science; Fund regulations.
1 引 言

美国国家科学基金会(National Science Foundation, United States, NSF)主要支持基础研究活动及其产生的跨学科的新知识和新技术, 并培养世界一流的科学家和技术专家队伍。NSF 资助美国2 000多所大学、中小学和科研机构等, 其资助额度约占联邦对学术机构研究支持额度的1/4[1]。NSF 资助的研究覆盖了大多数科学和工程领域, 针对不同的领域, NSF设立了7个科学部, 每个科学部下设立若干个科学处。其中NSF地球科学部(Directorate for Geosciences, GEO)主要支持海洋科学、大气与地球空间科学、固体地球科学领域的研究以及基础设施与教育, 深化对整个地球系统的理解。从2007 财年开始, GEO在以前预算经费结构按学科划分的大气科学处(Division of Atmospheric Sciences, ATM)、固体地球科学处(Division of Earth Sciences, EAR)和海洋科学处(Division of Ocean Sciences, OCE)的基础上增加了“ 创新与合作的教育与研究” (Integrative and Collaborative Education and Research, ICER)的经费预算, 主要用于支持一些具有创新的、复杂的、合作性的教育与研究项目, 鼓励多学科的合作[2]。2010 财年GEO将原来的大气科学处变更为大气与地球空间科学处(Division of Atmospheric and Geospace Sciences, AGS)。2012年开始, GEO经费预算新增了极地研究项目组(Division of Polar Programs, PLR)。本文重点分析了海洋科学处近几年的重点资助领域、经费分配情况及变化趋势、财政年度经费状况与重点资助领域、项目的资助率与资助强度变化情况以及项目受理与批准情况等, 希望能为我国海洋科学研究科技经费投入、相关部门的基金资助战略和管理机制起到一定的借鉴作用。

2 NSF海洋科学处经费分布及研究领域资助情况
2.1 GEO经费分配及变化趋势

2007— 2016年, GEO对海洋科学、大气与地球空间科学、固体地球科学和创新与合作的教育与研究经费资助水平总体上呈现逐年增加的趋势, 其中历年来对海洋科学的资助经费最多, 其次为大气与地球空间科学和固体地球科学, 创新与合作的教育与研究资助经费较少。

而随着地球资源的日益缺乏, 在气候系统中起到重要作用、具备独特的地质地貌和生态环境的南北极已成为世界许多国家环境科学科研机构的重点研究区域。中国于1984年和1999年分别开始对南极和北极地区开展科学考察活动。GEO也从2012年增加极地项目组, 对极地研究资助经费投入跃居第一, 近10年各部的经费[3~14]分配见表1

表1 GEO 2007— 2016年学科经费分配情况(单位:百万美元) Table 1 GEO subject funding distribution in 2007-2016(unit: million dollars)
2.2 OCE 2010— 2015年的项目申请与批准情况

通过对NSF海洋科学处近10年项目申请、资助、评议及相关情况进行汇总与分析发现, 海洋研究得到了更多社会关注和重视, 申请项目数量逐年增加。但由于美国未来海洋研究经费不会有较大增长, 因此在有限的预算增长情况下, 为了集中有限资源实现美国最重要的海洋研究目标, 资助率逐年下滑, 2015年情况有所缓解, 但年平均资助强度(annualized award amount)却基本保持增长, 并且项目的平均资助额变化不是很大, 2013年平均每项项目的资助额最高(47.26万美元/项)。2015年度OCE共受理1 551项通过竞争性评议的项目, 批准407项申请, 资助率为26%, 2014年为近5年来OCE资助率水平最低的一年(表2)。

OCE资助的项目数据是以美国NSF 项目摘要数据库(Award Abstracts Database) 为来源, 以项目开始时间为准, 筛选出2010— 2015年的项目数据, 共采集项目数据1 575条, 表3列出了2010— 2015年OCE资助强度前十位的机构项目数及资助金额情况。

表2 OCE项目申请与资助情况 Table 2 OCE project application and funding
表3 OCE 2010— 2015年资助机构强度排名前十(单位:百万美元) Table 3 OCE first 10 funding agencies intensity in 2010-2015(unit: million dollars)
2.3 OCE主要研究领域项目申请与资助情况

统计2010年以来OCE资助经费情况, 发现海洋生物领域方面申请数量最多, 平均申请数量是海洋化学领域申请量的2倍, 海洋地质& 地球物理学批准数基本保持领先, 海洋化学领域的资助率最高, 但是物理海洋领域由于平均资助周期较长, 年平均资助强度也相对较大, 因此近几年来物理海洋领域项目平均资助额度一直最高, 2015年为59.68万美元/项(表4图1)。不同机构资助研究领域也有侧重点(表5)。

表4 2015年OCE主要研究领域项目申请与资助情况 Table 4 OCE major research field project application and funding in 2015

图1 2010— 2015年OCE研究领域项目申请、批准以及资助金额情况Fig.1 OCE research field project application, approval and funding in 2010-2015

表5 OCE资助强度前三的机构研究领域资助情况(单位:千万美元) Table 5 OCE first 3 agencies funded research field fund allocation (unit: 10 million dollars)
2.4 OCE 2016财年经费及资助领域分配情况

OCE有3个部门:海洋科学部门(Ocean Section, OS)、海洋地球科学部门(Marine Geosciences Section, MGS)和综合计划学科部门(Integrative Programs Section, IPS)。其中OS资助海洋生物学和物理海洋学领域的研究, MGS资助海洋化学和海洋地质与地球物理学领域的研究项目, IPS支持教育、海洋钻探、海洋技术和跨学科合作以及设备等方面。

OCE资助分为3个主要方面, 分别为科学研究、教育和基础设施建设。2016财年, OCE申请的经费是3.5627亿美元, 其中科学研究投入1.586亿美元、教育522万美元、基础设施建设1.9245亿美元。与2015年计划的3.5595亿美元相比, 增加了1 366万美元, 主要用于支持跨学科领域的海洋科学研究(表6)。

NSF在遍及全国的研究型大学建立了科学技术中心(Science and Technology Center, STC)以促进学科领域前沿的基础研究, 促进类似数学科学的基础学科领域研究。OCE资助了2个科学技术中心(表7):沿海地区监测与预测项目(Coastal Margin Observation and Prediction, CMOP)中心和暗能量生物圈调查项目(Dark Energy Biosphere Investigations, DEBI)中心。CMOP中心设立在俄勒冈卫生科技大学, 是沿海地区监测与预测中心建立的一套新的用于沿海地区的环境研究模式。这套系统是一个结构化的包含信息、方法和合作研究者的体系。DEBI中心设立于南加利福尼亚大学, 研究地壳岩石和沉积物中的深部生命, 重点对洋底沉积物及岩石层范围内的生物圈展开调查。

表6 OCE 2014— 2016财年经费及资助领域分配情况 (单位:百万美元) Table 6 OCE funding & research field distribution in 2014-2016(unit: million dollars)
表7 OCE资助的科学技术中心情况 Table 7 OCE science and technology Center funding distribution

1950年至今, NSF 已资助了多个与海洋科学有关的重大科学研究计划。2009年末, NSF与海洋规划协会(Consortium for Ocean Leadership, COL)签署了合作协议, 计划构建庞大的海底观测网络, 进行海洋观测行动计划(Ocean Observatories Initiative, OOI)。2010年1月1日开始资助, 共投入1.96亿美元, 旨在建立一整套以科学研究为目的的由传感器系统所建立起来的网络化基础设施, 以此来测量海洋和海床上的物理、化学、地理和生物变量, 在近海、公海、和海底等位置观测诸如气候变异、海洋环流、海洋酸化等复杂的海洋过程。

2013年10月综合大洋钻探计划(Integrated Ocean Drilling Program, IODP)将正式转入国际大洋发现计划(International Ocean Discovery Program, IODP), 国际海洋发现计划旨在合理运用现代技术, 用核心科学数据来帮助我们应对目前所面临的最严峻考验。2016财年NSF将投入4 800万美元继续支持IODP。

OCE也支持设备的建设, 包括研究用的船舶、人工操作的深潜式潜水器和运用大量先进技术的观测仪器。2016财年将投资8 500万美元用于学术研究船队建设, 186万美元用于区域级研究船(Regional Class Research Vessels, RCRV)的设计和开发活动, OOI的操作和维护将继续增加4 100万美元, 将投资4 800万美元继续支持IODP。

3 OCE资助重点分析

NSF作为美国政府资助海洋科学研究的主要部门之一, 在海洋科学的发展、海洋领域重大科学计划的设立和海洋领域重大研究设施建设等方面发挥了其他部门不可替代的作用[15]。对NSF海洋科学方面基金项目资助战略进行分析, 对我国海洋科学基础研究的经费投入、资助战略和管理工作有参考价值和借鉴意义。

3.1 注重基础设施建设和新技术新手段的研发应用

技术设备支撑海洋科学发展, 科学引领技术先行, 海洋调查是海洋科学的基本研究手段和海洋开发利用的前提, 海洋调查依赖于技术设备的进步, OCE十分重视对研究船舶、具有深潜能力的潜艇和自动交通工具以及技术先进的传感器和仪器设备的支持, 注重提升深海下潜能力, 包括潜水器、水下机器人以及传感器和仪表的研发。支持用于极端环境和海底探测的远程传感器的开发和部署。OCE对基础设施费用的投入一直居高不下, 对重大基础设施和计划(OOI, IODP以及学术研究船队)的运行和维护资金占整个OCE投入的50%左右, 超过了对核心科学研究项目的投资, 2010— 2016财年每年的平均投入占OCE总投入的50.42%。OCE对仪器设备的投入极大地提高了美国海洋科学研究能力。在对现有设施进行维护和更新的同时, 投入研发新式和创新性装备。2010年以来, OCE投入资金超过1 000万美元的项目有19个, 其中对重大基础设施和计划(OOI, IODP以及学术研究船队)的投入占了15项, 包括美国国家下潜能力研发、RCRV、JOIDES RESOLUTION乔迪斯· 决心号、R/V Atlantis亚特兰蒂斯号、R/V Kilo Moana卡伊米莫阿那号、R/V Knorr克诺尔号和R/V Roger Revelle罗杰雷维尔号的持续投资。

3.2 注重交叉学科与跨学科的研究

海洋科学是一个多系统多学科交叉的综合性科学体系, 现代海洋科学一方面分工越来越细, 另一方面多学科交叉越来越紧密[15]。2000年NSF对地球科学部海洋科学处进行了部门重组, IPS的成立主要是为了支持交叉学科的研究, 解决海洋各系统及其相互之间的作用[16]。2016财年预算增加的1 366万美元主要用于支持跨学科领域的海洋科学研究, 其中NSF 1980年设立的长期生态研究(Long Term Ecological Research, LTER)计划支持关于各种地理尺度上长期发生的生态现象基础研究, 重点是科学家的综合调查。2016年财年OCE将继续投入475万美元, 用于LTER的研究。2010年8月启动的加州海流生态系统研究网络CCE-LTER, 预计总投入656.09万美元, 调查研究气候变化对加州海流深海生态系统的影响, 以及在加利福尼亚海岸深海生态系统非线性转换对气候变暖趋势、太平洋年代际振荡、厄尔尼诺现象和深海生态系统的结构和动力学带来的变化。2014年9月1日启动, 向伍兹霍尔海洋研究所投入477.16万美元, 建立生物化学海洋数据管理办公室(BCO-DMO), 收集获取海洋生态和生物地球化学数据。2012年9月1日投入463.27万美元用于珊瑚礁系统的长期动力机制的研究。

为鼓励交叉学科和多学科的活动, 2012财年极地项目组纳入地球科学部, 极地在全球大气和海洋环流、碳循环和能量循环中作用重大, 其海平面上升对全球环境变化有着重大影响, NSF发布《资助南极和南大洋科学研究的战略愿景》的报告中, 积极支持和开展南极和南大洋地区学科间国际研究综合项目, 包括海平面上升高度与速度和南极生物在变化环境中的进化与适应。

3.3 重点关注全球变化和深海开发的研究等

围绕“ 全球变化” 和“ 深海开发” 两大目标, 当代海洋科学的发展形成了从近岸向远洋、从浅水向深海拓展的新趋势[17]。科学研究方面, NSF主要支持水体的跨学科研究, 以更好地了解不断变化的海洋环流和温度、海洋生态系统的健康、海洋化学特性的变化和海洋酸化的影响。2015年1月30日, 美国国家研究理事会(National Research Council, NRC)完成并发布了题为《海洋变化:2015— 2025海洋科学10年计划》(Sea Change: 2015-2025 Decadal Survey of Ocean Sciences)的报告, 并从中遴选出8项优先科学问题, 其中之一就是气候变异和变化中的海洋因素。2010— 2015年, NSF海洋科学处批准了32项关于气候变化的项目, 共1 284.33万美元, 其中超过100万美元的有:预测气候变化对中层水域生态系统造成的后果的代谢指标研究; 气候变化对人类带来的影响:城市化沿海环境和经济对应对气候变化的脆弱性以及鱼类和渔业社区对气候快速变化的适应性研究。2010— 2015年, NSF海洋科学处批准了45项关于海洋酸化的项目, 总额为2 319.92万美元, 主要用于促进对海洋酸化的性质、程度及其对过去、现在和未来的海洋环境和海洋生物影响的研究。其中几个资助金额超过100万美元的项目有:海洋酸化对有机生物体、珊瑚生态群落、钙化藻和珊瑚礁的影响; 古新世— 始新世极热事件中钙质微型浮游生物对于海洋酸化的反应; 海洋酸化:珊瑚生物矿化机制、海洋酸化和珊瑚礁:尺度效应与适应能力; 河口与开放的海洋环境中微生物对海洋酸化的适应性反应的对比分析等。

NSF还支持海洋边缘地质和海底调查, 以及由地震、火山爆发引发的自然灾害研究和海洋深部微生物生命的研究。深部生物圈已经成为生命起源与进化、地球系统进化和演化、全球变化和海洋生物技术开发利用的研究热点。2003年10月开始IODP将深部生物圈和洋底、海底列为该计划中三大科学课题之一, 探索深海微生物生态系统在全球碳循环中的作用, 这是理解自然碳源的产生、二氧化碳固定和碳循环稳定性的基础。2010年9月, NSF资助成立的暗能量生物圈调查项目中心(C-DEBI), 开始重点对洋底沉积物及岩石层内的生物圈展开调查, 而长期支持的标志性项目Ridge2000:从地幔到微生物、专为调查深部生物圈设计的大型研究项目。2012年开始NSF支持的超深渊生态系统研究HADES计划(2012— 2015), 致力于解决超深渊生态学中最前沿的科学问题, 确定超深渊地带物种的分布和组成, 超深渊压力的作用, 食物供给、生理学、深度和海底地形对深海生物群落以及海沟生命演化的影响。

3.4 重视学生教育和培养下一代科学家

2000年, NSF组织美国中小学教育工作者、海洋科学家、信息技术专家和高校教师代表共73 人, 就加强海洋教育进行了为期3 天的研讨。研讨会建议组建由多个卓越海洋教育中心组成的全国性海洋教育网络, 以此促进和提升全国性的海洋教育[18]。NSF支持研究和教育基金项目计划, 以产生新的思想和新的技术, 吸引和培养学生和教师。对于培养下一代海洋科学家起着至关重要的作用。通过实施杰出青年培养计划(The Faculty Early Career Development (CAREER) Program)、本科生研究教育项目(The Research Experiences for Undergraduates (REU) Program)以及博士后研究奖学金(Ocean Sciences Postdoctoral Research Fellowships, OCE-PRF) 等重大资助项目, NSF对美国的海洋领域研究生教育产生了重大影响, 推动了美国高级科技人才的培养以及全社会科学技术水平的提高。

CAREER主要支持青年教师进行杰出研究和优质教育, 鼓励教师与科研人员相互交流, 开展教育教学方法实践, 鼓励和支持老师将实际研究融入教学课程, 积极引导研究生教育发展满足国家科学技术与经济社会发展需求。REU和PRF项目跨越传统学科界限, 培养学生创新能力, 为这些未来科学家的早期研究生涯提供资金支持、资源和设备等。激励研究生学术竞争能力, 立足于现实, 为从事海洋研究的研究生和博士后提供海洋科研和科学教育资源, 扩大和丰富他们的人脉资源, 扩展学生了解和参与海洋科学研究活动的渠道[19]。由于博士后研究奖学金项目没有吸引很多申请者, 所以2016财年教育投入相对减少, 2016财年对REU项目投入达到220万美元, CAREER项目达到206万美元, 比2015财年分别增加20万和10万美元。

4 结 语

当前, 我国提出海洋强国战略, 深入了解国际海洋科学研究的基本资助状况, 对我国海洋科学研究的发展具有很好的借鉴意义, 通过分析2007— 2016年美国NSF项目的学科资助结构, 给出以下建议:

(1) 中国自然科学基金委员会(National Natural Science Foundation of China, NSFC)是我国海洋科学领域基础研究经费投入最重要的竞争性经费之一, 是实现海洋强国的重要经济支撑, 分析其近年资助情况发现地理学和地质学的申请金额和资助金额远超过地球化学、地球物理学和空间物理学、大气科学和海洋科学, 海洋科学领域在项目申请数、批准数以及资助金额等方面基本处于第三或第四位, 应适当加强海洋科学领域的经费投入。

(2) 综合性科学考察船、极端环境采样装备、高精度传感器等核心技术是海洋科学研究的重要支撑, 在深远海的调查和观测中发挥着不可替代的作用, 我国应该加大深海探测考查能力的投入, 开展水下环境监测新技术、新方法及系统集成创新研究, 提高立体化海洋环境信息获取和深海观测探测能力。

(3) 加强与国际上先进研究机构的合作研究, 比如美国伍兹霍尔海洋研究所、斯克瑞普斯海洋研究所和英国国家海洋研究中心等, 整合科研资金配置、优化合作机制, 提升我国家海洋科学研究实力。

(4) 促进人才交流与培养, 可借鉴NSF的做法, 国家自然科学基金委可以设立类似奖学金项目促进研究生创新能力的培养, 以扩大后备人才培养效应。

The authors have declared that no competing interests exist.

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