地球科学进展, 2021, 36(11): 1204-1214 DOI: DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2021.104

基金项目管理与成果介绍

2021年度大气科学领域项目评审与资助成果简析

何建军,, 李香钰, 刘哲, 卫俊宏, 李四维

国家自然科学基金委员会地球科学部,北京 100085

General Analysis of Project Review and Funding Results in Atmospheric Science in 2021

HE Jianjun,, LI Xiangyu, LIU Zhe, WEI Junhong, LI Siwei

Department of Earth Sciences,National Natural Science Foundation of China,Beijing 100085,China

收稿日期: 2021-10-10   修回日期: 2021-11-01  

Received: 2021-10-10   Revised: 2021-11-01  

作者简介 About authors

何建军(1983-),男,江苏如东人,副研究员,主要从事自然科学基金管理工作.E-mail:hejj@nsfc.gov.cn

HEJianjun(1983-),male,RudongCounty,JiangsuProvince,Associateprofessor.ResearchareasincludemanagementofNationalNaturalScienceFoundationofChina.E-mail:hejj@nsfc.gov.cn

摘要

国家自然科学基金委员会地球科学部五处(大气学科)顺利完成2021年度面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目的申请、评审、资助和结题等工作。从项目申请来看,2021年度地球科学部五处收到上述3类项目申请共计1 715项,较2020年的申请量增加了9.6%。近两年大气学科申请项目数增加明显,可能与大气学科申请代码调整拓展了大气学科的内涵和外延有关。从项目评审来看,2021年青年科学基金项目纳入基于4类科学问题属性的分类评审,同时进一步明确了“支撑技术”板块的定位,支持真正从事关键技术研发的项目。从资助情况来看,2021年资助的青年科学基金项目和地区科学基金项目数量较2020年分别增加22.2%和27.3%。专家遴选的资助案例表明“分类评审”机制可以兼顾学科基础前沿发展和国家重大需求,有助于高原创和真交叉的项目脱颖而出。从结题成果来看,2020年结题项目305项,发表论文等指标与往年相当。2021年评审工作发现一些问题值得申请人、专家和科研管理人员注意:少量申请书因不符合规范而不予受理;个别申请书出现相似度过高等科研诚信问题;极少数专家未能按时返回评审意见、个别评议意见略显空泛等。国家自然科学基金委员会高度重视科研诚信问题,2022年大气学科被列入“负责任、讲信誉、计贡献”评审机制改革试点学科,申请人和评审专家应重视科研诚信,共创公平、公正的学术生态。

关键词: 资助导向 ; 分类评审 ; 资助案例 ; 资助成果 ; 大气科学

Abstract

The Division V (Atmospheric Discipline) of the Department of Earth Sciences, the National Natural Science Foundation of China (NSFC), has successfully completed the work of application, review, funding and conclusion of General Program, Young Scientists Fund, and Fund for Less Developed Regions in 2021. In terms of program applications, the Division V of Department of Earth Sciences received 1 715 applications for the above mentioned three types of programs in 2021, with an increase of 9.6% over 2020. The number of applications has increased significantly in recent two years, which may be related to the adjustment of atmospheric discipline application code, resulting in the expansion of the connotation and extension of atmospheric discipline. From the perspective of review, the Young Scientists Fund was newly included in the classified review based on the attributes of four types of scientific problems in 2021. The review clarified the positioning of the "supporting technology" section to support programs truly engaged in key technology research and development. In terms of funding, the number of funded projects of Youth Science Fund and Fund for Less Developed Regions funded in 2021 increased by 22.2% and 27.3% respectively compared with 2020. The funding cases selected by experts implied that the "classified review" mechanism can take into account the frontier development of discipline foundation and major national needs, and help high original and true cross projects to stand out. From the conclusion results, 305 projects were concluded in 2020, and the indexes such as published papers were equivalent to those in previous years. This year's review found some problems worthy of the attention of applicants, experts and managers: a small number of applications were not accepted because they do not meet the specifications; individual applications had high similarity for scientific integrity; a very few experts failed to return their review comments on time, and individual review opinions were slightly vague. NSFC attaches great importance to the issue of scientific integrity. In 2022, the atmospheric discipline will be included in the "Responsibility, Credibility, Contribution (RCC)" evaluation mechanism as a reform pilot discipline. Applicants and experts should pay attention to scientific integrity and jointly create a fair and just academic ecology.

Keywords: Fund support orientation ; Classification review ; Selection of funded projects ; Funding results ; Atmospheric Sciences.

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本文引用格式

何建军, 李香钰, 刘哲, 卫俊宏, 李四维. 2021年度大气科学领域项目评审与资助成果简析. 地球科学进展[J], 2021, 36(11): 1204-1214 DOI:DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2021.104

HE Jianjun, LI Xiangyu, LIU Zhe, WEI Junhong, LI Siwei. General Analysis of Project Review and Funding Results in Atmospheric Science in 2021. Advances in Earth Science[J], 2021, 36(11): 1204-1214 DOI:DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2021.104

1 学科工作概述

国家自然科学基金委员会(以下简称“基金委”)地球科学部五处(大气学科)资助范围主要包括气象学、大气物理学、大气化学与大气环境等分支学科及其相应的支撑技术和发展领域。

在项目集中受理前,大气学科开展系列工作服务于项目申请和评审。首先,基于往年评审工作经验,综合申请人和专家提出的建议,大气学科协助“申请代码和关键词”战略研究工作组进一步优化二级申请代码下设的研究方向和关键词,升级和维护评审专家库。其次,为推动学界深入领会基金委改革举措的内涵,有效落实新时代科学基金资助导向,大气学科在项目分类评审改革试点工作的基础上,基于学科发展的内在需求对分类评审政策进行解读1,并在大气学科改革政策宣讲网站(https://kjc.nuist.edu.cn/xjh/index.htm)上展示,协助项目申请人准确选填适合的科学问题属性,帮助项目评议人精准把握评审要点,提升基金申请和评审质量。

按照基金委地球科学部统一部署,大气学科顺利组织并完成集中受理项目评审工作。考虑非共识项目特点,同等条件适当向原创类和交叉类项目倾斜确定上会方案。评审会明确“支撑技术”板块的定位,支撑技术类代码(D0509~D0512)适用于大气科学领域新技术与新方法研究,基于已有的技术开展理论和应用研究的项目申请不适合选择此类申请代码。评审会结束后邀请专家结合评审结果进行复盘分析,遴选优秀资助案例,献言献策完善评审工作。

大气学科积极推进学科发展战略研究:组织、协调“地球系统模式发展战略研究”咨询会,针对我国地球系统模式发展和资助格局开展战略研讨;启动“中国现代大气科学发展历史的若干回顾和启示”项目研究,为未来大气科学资助战略和工作提供支撑;启动“大气学科原创项目资助战略研究”项目研究,为原创探索类研究献计献策;“大气学科国家自然科学基金资助布局及其动态变化分析——以2020版申请代码为视角”和“天气学发展战略研究”获得资助;从不同维度积极布局学科战略研究,加强顶层设计,助力学科发展。

2 2021年集中受理项目统计分析

2.1 项目受理情况

2021年地球科学部五处面上项目、青年科学基金项目(以下简称“青年基金”)和地区科学基金项目(以下简称“地区基金”)(以上3类项目合称“面青地”项目)共接收1 715份申请,不予受理20项,受理1 695项,申请量比2020年增加了162项,增长率为9.6%2。其中,面上项目806项,青年基金817项,地区基金92项(表1)。比较大气科学“面青地”项目近几年的申请增量可看出,2021年申请增量较大2~5,可能与大气学科申请代码调整6拓展了大气学科的内涵和外延,吸引更大范围科研人员选择大气学科代码申请有一定关系。

表1   2021年“面青地”项目申请、重点审议及资助一览表

Table 1  Overview of project applicationreview and funding for General ProgramYoung Scientists Fundand Fund for Less Developed Regions in 2021

项目类型申请项数/项不予受理项数/项重点审议项数/项资助项数/项重点审议率/%资助率/%
合计1 71520582384151.622.4
面上项目80610291194150.024.1
青年基金8179271176154.021.5
地区基金9212014142.915.2

注:重点审议率为重点审议项目数与拟资助项目数的百分比;资助率为资助项目数与申请项目数的百分比。

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2021年因不合管理规范而不予受理的“面青地”项目申请书占申请总数的1.2%。主要原因是:①申请书缺项;②申请人或主要参与者填写的信息不一致;③未如实填写研究生导师或博士后合作导师姓名;④研究期限填写错误;⑤申请人或主要参与者申请超项;⑥参与人简历雷同。这些问题希望依托单位和申请人能够给予充分重视。

2.2 统计分析

2.2.1 科学问题属性统计

在“面青地”项目中(图1),B类(前沿类)和C类(需求类)项目占比相对较高,分别达到47.9%和40.3%,A类(原创类)和D类(交叉类)项目占比较低,分别为4.4%和7.4%;从不同项目类别上看,青年基金和面上项目的科学问题属性占比与总体状况较为一致。地区基金的A类和D类项目占比相对较低,这与青年基金和面上项目类似;而地区基金的C类占比(53.8%)远高于B类占比(23.1%),这与青年基金和面上项目明显不同。

图1

图1   2021年“面青地”项目4类科学问题属性申请项目占比

Fig. 1   The proportion of applications of General Program Young Scientists Fund and Fund for Less Developed Regions with four scientific natures of research in 2021


2.2.2 申请代码统计

2021年“面青地”项目申请量前3位的代码分别为气候与气候系统(D0502)、大气物理学(D0505)和大气观测、遥感和探测技术与方法(D0509),单项占比超过12%,加和占比达40.3%;申请量较为可观的6个代码分别为大气化学(D0506)、天气学(D0501)、应用气象学(D0515)、气候变化及影响与应对(D0513)、大气环境与健康气象(D0514)和气候动力学(D0504),单项占比为5%~10%;申请量较小的3个代码包括大气数值模式发展(D0511)、生态气象(D0507)和大气数据与信息技术(D0510),单项占比为3%~5%;申请量最小的3个代码分别为古气候学(D0503)、地球系统模式发展(D0512)和行星大气(D0508),单项占比不足1.5%,加和占比不足2.1%(图2)。

图2

图2   2021年“面青地”项目各代码申请项目比例

Fig. 2   Proportion of applications of General Program Young Scientists Fund and Fund for Less Developed Regions with different application codes in 2021


2.2.3 申请人和研究队伍统计

2021年“面青地”项目申请人最小年龄26岁,35岁及以下868人,36~45岁583人,46~60岁240人,60岁以上4人,申请人年龄在40岁以下的青年科研人员占“面青地”项目申请人总数的73%(图3)。申请人的学历和职称分布如图4和5所示,以具有博士学位和高级职称的科研人员为主。另外,女性申请人为717人,占总申请人数的42.3%。其中,小于40岁(含)的占所有女性申请人的95.3%。

图3

图3   2021年不同年龄段申请人的“面青地”项目申请量

Fig. 3   Number of applications of General ProgramYoung Scientists Fund and Fund for Less Developed Regions with different age groups in 2021


图4

图4   2021年不同学历申请人的“面青地”项目申请量

Fig. 4   Number of applications of General Program Young Scientists Fund and Fund for Less Developed Regions with different education background in 2021


2.2.4 依托单位统计

2021年“面青地”项目申请单位共340个,较2020年增加了26个。来自高校的申请有739项,占总数的43.6%。来自中国气象局所属单位的申请有622项,占总数的36.7%。来自中国科学院的申请有251项,占总数的14.8%(主要依托单位申请情况如表2和3所列)。

表2   2021年“面青地”项目申请(受理)、审议及资助一览表(按部门统计)

Table 2  Overview of project applicationreview and funding for General ProgramYoung Scientists Fundand Fund for Less Developed Regions in 2021statistics by department attribute

部门类别申请数/项占总数比例/%重点审议项目数/项重点审议占比/%资助数/项资助率/%
中国科学院25114.811646.29236.7
中国人民解放军301.81343.3620.0
高等院校73943.628939.119826.8
中国气象局系统62236.7153

24.6

20.8

8413.5
其他533.11147.5
合计1 69510058234.338422.7

注:重点审议占比为重点审议项目数与申请项目数的百分比;资助率为资助项目数与申请项目数的百分比。

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图5

图5   2021年不同职称申请人的“面青地”项目申请量

Fig. 5   Number of applications of General ProgramYoung Scientists Fund and Fund for Less Developed Regions with different academic title in 2021


3 申请项目通讯评议概况

2021年,基金委进一步扩大基于4类科学问题属性的分类评审范围,在2020年重点项目和面上项目试点工作基础上,将青年基金纳入分类评审。

2021年大气学科扩充通讯评审专家库,注重遴选年轻的科研人员担任通讯评审专家。“面青地”项目通讯评议人数为5人/项。2021年度“面青地”项目(不包括不予受理项目)共发出评议8 475份,评议意见回收率达100%,共1 662位专家参加了通讯评议工作。从项目综合评价来看,“优”占32.5%,“良”占38.4%,“中”占26.3%,“差”占2.8%。从资助意见来看,“优先资助”占36.3%,“可资助”占34.6%,“不予资助”占29.1%。

2021年的通讯评审过程仍然存在如下问题:①部分专家未能按时返回评审意见,个别评议意见略显空泛;②未及时更新关键词等信息影响智能辅助指派7的准确性;③专家邮件地址未更新、邮件拦截等原因导致未能及时收到基金委评议通知等。鉴于以上问题,建议曾经获得过基金资助及曾经评议过基金委科学项目的专家,完善并定期维护基金委ISIS系统中个人信息,每年以评议专家身份登录ISIS系统,查阅评审任务。建议将report@pro.nsfc.gov.cn加入个人邮箱的白名单。通讯评议专家及时返回评议意见是基金委“负责任、讲信誉、计贡献(Responsibility,Credibility,Contribution,RCC)”评审机制8的指标之一。大气学科被列入2022年度RCC改革试点学科,通讯评议专家需要仔细检查评审意见并及时返回。

4 重点审议原则及统计分析

4.1 确定重点审议项目的原则

大气学科聚焦明确新时代科学基金资助导向、完善评审机制、优化学科布局等三大核心改革任务,在充分汲取基金改革探索经验的基础上,确定了2021年度“面青地”项目的重点审议标准,并经部务会同意。依据相关规定,重点审议项目同行评议不予资助意见必须小于等于2个。按照平均分及资助意见从高到低排序,确保无逆序上会。更加注重学科发展的内在需求和资助缺口,考虑非共识项目特点,同等条件适当向原创类和交叉类项目倾斜确定上会方案。

面上项目重点审议的分数线为3.2分,为了鼓励原创研究,A类末档全部上会,B类、C类和D类末档无不予资助意见项目上会。青年基金重点审议的分数线为3.2分,为了鼓励原创研究,A类末档全部上会,B类、C类和D类末档申请人为女性科研人员或地区基金资助范围内的且无不予资助意见的项目上会。地区基金重点审议项目分数线为3.2分,末档申请人为女性科研人员的项目上会。2021年度“面青地”项目重点审议率为151.6%(表1),符合《2021年度评审工作意见》重点审议率介于130%~160%的要求。

4.2 重点审议项目依托单位及学科方向分布

表2为2021年“面青地”项目各部门的申请和重点审议情况。从主要申请部门分布来看,中国科学院重点审议占比最高(46.2%),其次为中国人民解放军系统和高等院校(43.3%和39.1%),而中国气象局系统则相对较低(24.6%)。申请量较多的依托单位如表3所列,各依托单位申请量差异的主要是各单位从事大气科学研究的科研队伍体量不同。

表3   2021年“面青地”项目申请、审议及资助一览表(申请量前20依托单位统计)

Table 3  Overview of project applicationreview and funding for General ProgramYoung Scientists Fundand Fund for Less Developed Regions in 2021 statistics of the top 20 host institutions

依托单位申请数/项占总数比例/项重点审议项数/项重点审议占比/%获资助数/项获资助率/%

中国科学院大气物理研究所

南京信息工程大学

1438.47955.26142.7
1297.65240.32821.7
中国气象科学研究院845.03035.71922.6
中山大学603.54168.33253.3
北京城市气象研究院452.7817.836.7
成都信息工程大学402.4820.0615.0
中国气象局广州热带海洋气象研究所321.91134.4618.8
中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所311.84

12.9

31.0

13.2
国家气候中心291.79827.6
中国科学院合肥物质科学研究院291.7931.0724.1
中国人民解放军国防科技大学261.51246.2519.2
南京大学241.41979.21875.0
国家气象中心231.41043.5730.4
复旦大学221.31359.1836.4
南京气象科技创新研究院221.3731.8627.3
兰州大学211.21047.6628.6
中国气象局武汉暴雨研究所211.2942.9314.3
中国气象局上海台风研究所201.2630.0525.0
暨南大学191.1736.8736.8
中国海洋大学191.1736.8526.3

注:重点审议占比为重点审议项目数与申请项数的百分比;资助率为资助项目数与申请项目数的百分比。

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不同分支学科统计数据如表4所列。重点审议占比排位较前的分支学科分别为古气候模拟与动力学(59.1%)、大气动力学(58.6%)、地球系统模式发展(50.0%)和大气化学(49.7%),气候变化及影响与应对、应用气象学重点审议占比低于20%。

表4   2021年“面青地”项目申请、审议及资助一览表(按申请代码统计)

Table 4  Overview of project applicationreview and funding for General ProgramYoung Scientists Fundand Fund for Less Developed Regions in 2021 statistics by application codes

申请代码名称申请数/项占总数比例/%重点审议项目数/项重点审议率/%资助数/项资助率/%
合计1 69510058234.338422.7
D05150.9533.3426.7
D0501(天气学)1508.84429.32818.7
D0502(气候与气候系统)26815.811542.97126.5
D0503(古气候模拟与动力学)221.31359.11150.0
D0504(大气动力学)875.15158.63944.8
D0505(大气物理学)20512.17737.65727.8
D0506(大气化学)1659.78249.74829.1
D0507(生态气象)724.21926.41318.1
D0508(行星大气)30.2133.3133.3
D0509(大气观测、遥感和探测技术与方法)21012.45325.23516.7
D0510(大气数据与信息技术)643.81523.4710.9
D0511(大气数值模式发展)734.32939.71723.3
D0512(地球系统模式发展)100.6550.0550.0
D0513(气候变化及影响与应对)1277.52418.91612.6
D0514(大气环境与健康气象)955.62930.51818.9
D0515(应用气象学)1297.62015.51410.9

注:学科处鼓励申请人结合申请书内容准确选择二级申请代码。

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5 资助情况及相关统计

5.1 资助情况统计

学科评审组会议专家组由21位专家构成,选择1位组长和4位副组长。青年基金首次纳入分类评审。评审会明确“支撑技术”板块的定位,支撑技术类代码(D0509~D0512)适用于大气科学领域新技术与新方法研究,基于已有的技术开展理论和应用研究的项目申请不适合选择此类申请代码。

2021年度地球科学部五处“面青地”项目拟资助384项,平均资助率为22.4%(表1)。不同部门、不同依托单位、不同申请代码的资助率如表2~4所列。各类项目资助经费和强度情况如表5所列。3项青年基金研究期限为2年(申请人为博士后),直接经费节省24万元,用于面上项目资助。

表5   2021年度“面青地”项目资助经费和强度统计

Table 5  Statistics of total and averaged funding for General ProgramYoung Scientists Fundand Fund for Less Developed Regions in 2021

项目类型资助直接经费/万元平均资助强度/(万元/项)
面上项目11 16257.54
青年基金4 22424
地区基金49035

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图6是资助项目不同科学问题属性的占比。资助项目中B类占比最高,C类占比次之,A类和D类占比较小,这与4类项目申请项目占比(图1)大体一致。与申请项目C类占比相比,获得资助的C类项目占比有所降低。

图6

图6   2021年“面青地”项目4类科学问题属性资助项目占比

Fig. 6   The proportion of project funding of General Program Young Scientists Fund and Fund for Less Developed Regions with four scientific natures of research in 2021


5.2 资助项目选介

2021年学科处继续认真贯彻新时代基金资助导向,评审会推动“精准资助”取得不错的效果,一些难度大、风险高、原创性强的项目在新资助导向下,得到了有效甄别并受到会评专家的一致认可,最终获得资助,从而减小了高原创和真交叉项目被“误判”的风险。以下分别就基于4类科学问题属性的代表性资助项目做简要介绍。

5.2.1 原创类

湍流是经典物理学中未解决的最后一个大难题。无论是人类环境尺度湍流, 还是从自然界行星尺度(地球大气)湍流, 星际尺度(分子云)湍流到量子尺度(涡旋线)湍流都遵从各向同性能量串级衰减律。各向同性能量串级湍流理论已完全成熟,为各个湍流研究领域所公认。而湍流结构的各向异性和谱隙主导着湍流结构整体特征及其演化,至今却没有一个完善理论。因此湍流各向异性和湍流谱隙研究越来越为各领域共同关注,成为湍流研究前沿的热点之一。湍流结构的各向异性和谱隙的形成是一个非常复杂的非线性动力学与非平衡态热力学过程,这正是造成湍流成为经典物理学中未解决的最后一个大难题的根本物理原因之一。在此背景下,面上项目“大气湍流各向异性和谱隙的形成机理研究”(项目批准号:42175104)基于湍流物理学为母科学,结合大气非线性动力学和非平衡态热力学理论,以大气系统为平台,以原创的湍流系统模型、湍流涡旋模型和大气湍流结构模型等3个理想化湍流物理模型以及湍流系统层次性原理和湍流频谱调谐和解调原理作为研究的理论基础,以大气湍流结构的各向异性和谱隙的形成机理及作用研究为突破口,揭示大气边界层物理约束条件下湍流结构的生成演化机理;探索湍流物理学最关心的科学核心问题“湍流结构及其形成和演化的一般物理机制”。评审专家认为项目强调对大气湍流“各向异性”和谱隙的形成机理展开研究,是结合湍流物理学,对大气湍流理论的大胆探索和尝试,是具有相当的勇气和高度原创性的研究。属于典型的“鼓励探索,突出原创”的科学属性类别。在基金委新时代科学基金的资助导向下,由于采用了分类评审,使得该项目脱颖而出,最终获得了资助。

5.2.2 前沿类

对流云在大气水循环和能量循环中发挥着重要作用。由于天气气候模式的网格较粗,不足以显示描述对流云过程,需要借助对流参数化方案。然而,对流参数化有很大的不确定性,其中一个重要原因是模式不能很好地表征对流云侧边界夹卷过程,这又与卷入卷出诊断方法的不足紧密相关。在此背景下,面上项目“对流云卷入卷出速率的诊断新方法及参数化方案的开发”(项目批准号:42175099)分3步走,探索该问题。首先,从理论上推导适用于飞机观测资料的卷入卷出速率诊断新方法,并加以验证;其次,利用该方法,计算积云中的卷入卷出速率,揭示影响卷入卷出速率的主要热力和动力因子;最后,构建和评估卷入卷出新的参数化方案,并植入Kain-Fritsch对流方案,用观测资料评估新方案对云和降水等的模拟性能。评审专家认为该项目立足国际云物理研究的前沿和热点问题,综合运用理论推导、外场观测和数值模拟,属于典型的“聚焦前沿,独辟蹊径”的科学属性类别,既强调了项目科学问题的前沿性,也体现了研究方法的“独特性、新颖性”。该项目的实施有望加深云卷入卷出过程的认识,提升天气气候模式模拟能力。

5.2.3 需求类

夏季500 hPa西太平洋副热带高压(简称西太副高)季节内变动有2次明显北跳,第一次北跳(6月中旬)导致华南前汛期结束江淮梅雨建立,第二次北跳(7月中旬)标志梅雨结束华北雨季开始。西太副高第二次北跳异常与我国东部地区洪涝或者高温事件直接联系,是东亚环流次季节变化研究重点问题之一。在业务部门,每年盛夏7月西太副高第二次北跳时间及其稳定性对于确定“出梅”时间以及华北后汛期雨季开始十分重要,一直是次季节预测重点之一,也是副高预测的瓶颈问题之一。在此背景下,面上项目“大气次季节异常影响盛夏西太平洋副热带高压第二次北跳的过程和机制研究”(项目批准号:42175021)提出,热带西太平洋地区对流活动和中纬度大气环流次季节异常是影响西太副高第二次北跳异常的关键因素。该项目分析热带西太平洋对流活动次季节异常对西太副高第二次北跳的影响;探讨欧亚中纬度东传低频波列通过影响东北冷涡活动次季节异常而影响副高第二次北跳的过程和机制;查明夏季北太平洋中纬度“西传”低频波列形成机制及其对副高第二次北跳的影响;揭示中纬度东传和“西传”大气低频波列与来自低纬度次季节信号配合影响副高第二次北跳异常的物理图像,从动力学机理上理解西太副高位置中期变动问题,为副高延伸期预报提供先兆信号。评审专家认为西太副高的第二次北跳对应着长江流域出梅和华北地区汛期开始,是我国汛期防灾减灾的重要预测预报目标,由于该过程的复杂性,目前科学机理仍然认识不足、业务预报水平仍然偏低,不能够很好地满足国家防灾减灾需求,本申请为解决这一瓶颈提出了很好的思路。该研究直面次季节预报的国家需求及其背后的瓶颈问题,非常值得予以资助。该项目一旦有所突破,有望提升次季节预报预测能力。

5.2.4 交叉类

气候变化是人类面临的最严峻挑战之一,历史上气候变化相关的传染病暴发对社会稳定形成了巨大冲击,国内外对气候变化与人类传染病之间关系的认知大都集中于当代几十年时间尺度,缺乏评价大尺度长时间气候变化如何影响传染病的研究,导致对中国百年尺度到千年尺度,气候变化与传染病的关系所知较少。在此背景下,“气候变化对二千年以来中国传染病时空分布影响”(项目批准号:4217050240)创新性地将气候变化与人口、饥荒、战争、水旱灾害等多因素相结合,量化气候变化本身及其与多因素对传染病的协同影响;建立网格化数据,研究气候变化对传染病暴发时间、空间和时空交互作用的影响。通过以上工作,综合揭示气候变化对传染病的影响机制。在基金委新时代科学基金的资助导向下,函评和会评专家一致认为该项目所提出的科学问题和解决方案属于“共性导向,交叉融通”。评审专家指出,该项目拟开展气候变化对2 000年以来中国传染病时空分布影响,是气象学、医学、流行病学和统计学等学科的交叉研究,预期的研究成果能够填补大尺度长时间气候变化对传染病影响的缺失,对我国和全球应对气候变化具有重要的启发价值。

6 2020年度结题项目取得的主要研究成果

6.1 2020年度结题成果统计

2020年,“面青地”项目实际结题305项,具体成果统计如表6所列。2020年结题项目平均每项发表期刊论文9.4篇,授权专利0.2项,软件著作权0.2项,培养人才1.2人。

表6   2020年结题项目成果统计

Table 6  Statistics on the outcomes of completed projects in 2020

项目类别结题项目数/项论文平均数/篇专利平均数/篇软著平均数/个人才培养平均数/人
合计3059.40.20.21.2
面上项目15212.20.30.22.0
青年基金1436.40.10.30.3
地区基金1012.20.70.61.0

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6.2 结题项目研究成果选介

(1) 天气学

“春、夏季印太暖池区域Hadley环流年际变率主导模态对西北太平洋台风活动的影响”(项目批准号:41705057)。结合资料分析、动力诊断、理论模型和大气环流数值试验等方法,将印度洋和西太平洋区域作为一个整体,研究春季和夏季印度洋—太平洋暖池区域Hadley环流年际变率主导模态对西北太平洋台风活动的影响,揭示其协调不同气候因子共同影响台风活动的物理机制,阐明春季和夏季印度洋—太平洋暖池区域Hadley环流年际变率主导模态对西北太平洋台风活动影响的相对贡献,建立相应的物理概念模型。项目研究将为西北太平洋台风活动的短期气候预测提供科学依据,同时为认识西北太平洋台风活动年际变化规律提供一个新的视角。

(2) 气候与气候系统

“背景大气浓度变化对地表温度的影响及其机制”(项目批准号:41675071)。氮气(N2)和氧气(O2)作为背景大气,占现代地球大气总质量的99%,在亿年时间尺度上,它们的浓度存在显著的变化,比如27亿年前太古宙时期的地表气压可能只有5×104 Pa。通过扩充大气环流模式和耦合大气—海洋环流模式的辐射传输与气压坐标,使其可以适用于不同的大气气压。利用该模式针对现代地球和27亿年前地球进行数值模拟,探索一定范围内背景大气浓度的气候效应。发现背景大气气压降低,地表温度也会随着降低。对于早期地球而言,如果其背景大气浓度比现在低的话,那么需要更多的温室气体(如CO2或者CH4)来维持一个比较温暖的早期气候。这一研究结果为重建和模拟古气候提供新的思路,即考虑背景大气的作用;对于理解地球早期气候和解决暗弱太阳问题具有重要意义,对于理解其他行星的大气与温度也具有重要的借鉴意义。

(3) 大气动力学

“基于大气随机动力学的米兰科维奇周期形成机理研究”(项目批准号:41675056)。针对零维能量平衡模式进行了随机动力学模拟,在Benzi有关随机共振研究的基础上将气候系统的内部过程和外强迫扰动因子分别加以考虑,分析了其对气候系统的相对贡献率,证明了太阳辐射随机扰动的重要性。并引入更复杂的一维(纬度)能量平衡模式,在辐射能量和湍流热量输送相平衡所推导出的一维能量平衡模式基础上,加入了时间变化项,得到温度变化的方程及相应的初始条件和边界条件。初始条件由辐射能量和湍流热量输送相平衡时的模式方程解出。对一维能量平衡的理论模式进行求解分析,将理想反照率模型与气候系统的地质证据和观测事实相结合,构建了新的反照率模型,并将其引入能量平衡模式,用以描述近百万年来的冰期、间冰期旋回特征。在同时考虑太阳辐射周期变化和各种随机扰动的情况下进行的模拟研究表明,单纯地依靠太阳辐射随机扰动并不能使气候系统产生随机共振现象,还需要同时考虑气候系统内部过程中各种扰动因子的随机动力学影响,才能解释气候变化的米兰科维奇周期问题。尽管如此,太阳辐射随机扰动仍然对随机共振的发生有着至关重要的作用。

(4) 大气物理学

“华北区域大气细粒子混合态及老化对其核化效率的影响研究”(项目批准号:41675141)。气溶胶可作为云凝结核(Cloud Condensation Nuclei,CCN)影响云的微物理特性,进而改变全球能量辐射平衡而产生间接气候效应,是气候变化评估中最不确定的因子。解决这一问题的关键之一需弄清气溶胶转化为CCN的机制,了解气溶胶的吸湿和核化能力及制约这些能力的理化特性(人类密集区其状况更复杂)。该项目基于在北京开展的气溶胶多参数综合强化观测,获得了气溶胶粒径谱、化学组成、吸湿性、挥发性(混合态)及CCN谱的区域特征及变化规律;分析了气溶胶理化特性对其核化效率的影响和贡献,重点研究了粒子老化和混合态的影响;基于寇拉理论模型,设计了多方案(考虑分粒径段有机物的影响)估算CCN数浓度;通过闭合试验,揭示了大气细粒子作为CCN的关键影响因素;结合前期华北区域已有观测资料,阐明了代表高气溶胶背景浓度区域其理化特性与核化效率的关系。该项目的研究成果期望为我国的CCN参数化方案的建立奠定基础,降低模式估算气溶胶间接气候效应的不确定性提供观测基础。

(5) 大气化学

“典型多官能团醛酮化合物大气非均相反应过程的环境模拟研究”(项目批准号:41675122)。多官能团醛酮化合物是众多挥发性有机物大气光化学反应的重要中间产物,其大气非均相反应可影响大气迁移转化、颗粒物性质及二次有机气溶胶的生成等。该项目采用理论化学计算手段,对典型多官能团醛酮在矿物颗粒物表面的吸附机理及大气非均相反应机制开展环境模拟研究。利用量子化学和分子动力学等多种理论化学计算方法和软件相结合的手段,探索最接近实际大气环境的理论模型。明晰吸附机理,探讨多官能团醛酮、活性物种与水分子之间的竞争吸附关系。探明非均相反应降解途径与机理,定量阐明产物分布及其对大气颗粒相的贡献,阐释多官能团醛酮转化形成二次有机气溶胶的非均相反应可能性,同时阐明该类反应对颗粒物性质的改变和影响。该项目的成果可以为醛酮化合物在大气环境中的化学反应机制提供理论佐证和基础数据,对探讨全球大气污染、气候变化和地球化学循环等过程具有重要的意义。

(6) 大气观测、遥感和探测技术与方法

“一类混合T矩阵算法的研制用于研究多成分气溶胶的光学特性”(项目批准号:4167050090)。大气辐射传输、环境遥感和气溶胶的气候效应均需要深入研究气溶胶光学特性。然而,大气气溶胶复杂的物理化学特征给准确研究其光学特性带来了很大困难。首先,非球形和多成分混合气溶胶的光散射特性计算需要快速准确的电磁散射数值技术。其次,准确的气溶胶光学模式还需要发展先进的气溶胶物理建模方法。该项目在以上2个方面均取得了进展。项目一方面提升了T矩阵电磁散射技术的模拟能力,实现了多种成分气溶胶光散射特性的快速准确计算。另一方面,发展了基于超椭球的气溶胶建模方法,建立了典型的气溶胶物理模型(沙尘模型,沙尘—黑碳混合模型和非均匀海盐模型),并系统地研究了粒子长宽比、圆滑度和混合状态对光学特性的影响。通过理论模拟和实验室测量数据,以及地基和卫星观测资料的对比,该项目验证了所建气溶胶模型的合理性及其在主被动遥感和辐射传输中的应用价值。例如,在主动遥感方面,通过理论模拟厘清了沙尘和黑碳气溶胶的混合状态对激光雷达观测量的影响,气溶胶混合导致退偏比减小,雷达比增大。在被动遥感方面,项目系统分析了沙尘天气对大气层顶偏振辐亮度的影响因素,确定了最优的沙尘形貌特征参数。在红外遥感方面,项目发展了新参数化方案,弥补了欧洲数值预报中心快速辐射传输模式RTTOV(Radiative Transfer for TOVS)不能模拟方解石和高龄石吸收特征的缺陷。基于CESM(Community Earth System Model)气候模式,项目进一步研究了沙尘和海盐气溶胶的气候效应。研究发现,沙尘气溶胶的短波吸收效应会影响西风急流强弱,从而进一步影响梅雨带的对流性降水量;海盐气溶胶的非均匀性对辐射强迫的影响在近海岸带表现地更加明显。以上研究成果提升了对气溶胶光学特性的认知,有助于理解气溶胶对大气辐射传输的影响及其气候效应。发展的参数集有助于提升遥感精度并纠正大气辐射传输模拟偏差,该数据集已被应用于国家气象局ARMS(Amplification Refractory Mutation System)快速辐射传输模式。

(7) 大气数值模式发展

“基于质量坐标的非静力谱模式高精度垂直离散格式研究”(项目批准号:41705079)。快速球谐函数变换算法是高分辨率全球非静力数值天气预报模式的关键技术。随着模式水平分辨率的提高,快速增长的勒让德变换计算开销成为模式性能提升的瓶颈。该项目针对全球非静力数值天气预报模式中的球谐函数变换过程,设计和实现了基于稀疏数据存储结构的快速球谐函数变换算法;分析和研究了超高分辨率基于蝶形矩阵压缩的快速球谐函数变换的潜在不稳定性和勒让德变换插值分解过程的误差特性;针对高阶勒让德变换的潜在不稳定性,提出了基于勒让德—范德蒙德矩阵块分割和蝶形算法的快速勒让德变换算法;为了进一步提升性能,设计和实现了单精度快速球谐函数变换算法。最后将研究成果应用到高分辨率全球非静力数值预报模式中,有效提高了预报的计算性能。

6.3 存在的主要问题

2020年的结题报告和进展报告依然存在很多不规范之处:①结题报告未按照规范撰写,对研究的核心成果凝练不够;②基金成果标注不规范,发表成果与项目关联性不高,以第一标注为主的科研成果较少;③部分项目负责人不及时提交结题报告;④部分依托单位对结题报告审核不严。

7 结 论

2021年大气学科进一步完善申请代码下设的研究方向和关键词、维护和扩充专家库,提升智能辅助指派系统指派效率,将青年基金纳入分类评审。在国家自然科学基金深化改革的目标和思路指导下,顺利完成2021年的基金评审任务,并提出如下建议:

在科学问题的选择上,大气学科以“落实资助导向、推动精准资助”为总体思路,鼓励原始创新和学科交叉,激励科学家勇闯“无人区”9、勇于破解“卡脖子”关键技术难题背后的科学问题;在选择科学问题属性方面,请申请人基于研究方向及具体研究内容正确选择项目的科学问题属性;在申请代码的选择上,支撑技术类代码(D0509~D0512)适用于大气科学领域新技术与新方法研究,基于已有的技术开展理论和应用研究的项目申请不适合选择此类申请代码;在科研诚信方面,国家自然科学基金委高度重视科研诚信10,建议申请人在申报项目过程中,严格遵照项目指南及撰写提纲,如实填写相关内容,避免出现同年申请不同类型项目未上报、科研成果不诚实标注及与其他申请或获批项目出现高相似度等问题。

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