全球变化研究国家重大科学研究计划.docx

1、全球变化研究国家重大科学研究计划附件6：全球变化研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划一、形势与需求全球变化是指由自然因素和人类活动引起的地球系统功能的全球尺度的变化，以全球变暖为突出标志的气候变化是全球变化的重要表现之一。全球变化研究是本世纪国际地球科学的前沿领域，其关注的科学问题对当今世界政治、经济发展和外交事务具有重大和深远的影响。当前国际全球变化研究强调以可持续发展为导向，建立、加强和整合全球和区域的观测体系，提高对未来环境变化及其对人类影响预测的可靠性，避免和控制具有破坏性的全球环境变化，健全评估机制，鼓励技术、政策和社会响应创新，设计能有效推动全球可持续发展的制度和行为，为未来

2、10年实现全球可持续发展的目标提供科学支撑。我国在过去气候变化、季风、生态系统碳循环、干旱化与冰冻圈等方面已取得了一批有国际影响的重要成果，其中在高分辨率气候序列重建、东亚季风机制和陆地生态系统碳收支等方面形成了优势。但与发达国家相比，还存在跨学科交叉集成程度不高，数据系统参与国际比较能力不足，地球系统模拟研究深度不够等问题。通过部署全球变化研究国家重大科学研究计划，抓住国际全球变化科学发展的契机，全面开展全球变化科学研究，在若干关键科学问题上取得重大突破，有力推动我国全球变化科学发展，为国家应对全球变化、保障社会经济可持续发展和参与国际气候变化谈判提供科学支撑。二、总体思路与发展目标（一）总

3、体思路积极贯彻落实国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）、应对气候变化国家方案和中国应对气候变化科技专项行动，面向国家重大需求和国际科学前沿，进一步整合资源，强化全球视野，突出中国特色，加强学科交叉和集成研究，完善平台建设，实现数据共享，研发地球系统模式，显著提升我国全球变化研究水平和为全球可持续发展提供科学支撑的能力。（二）发展目标在全球变化基本规律、人类活动对全球变化的影响、气候变化影响与适应、地球系统模式、地球系统变化趋势预测等研究领域的关键科学问题上取得一批原创性成果，在季风亚洲-北太平洋-印度洋区域地球系统动力学与气候变化研究方面取得国际领先地位；建立和完善全球变化

4、科学数据采集、处理和管理平台，建设全球变化科学基础数据集（库）；建立具有自主知识产权的地球系统模式；提高对未来环境变化及其对人类影响预测的可靠性；培育国际一流水平的研究队伍。为国家应对全球变化，保障社会经济可持续发展和参与国际气候变化谈判提供科学支撑。三、主要任务（一）全球变化的事实、过程和机理研究从地球系统的整体性出发，通过统计和动力诊断、理论分析、实验模拟和数值模拟、综合集成等研究手段，揭示全球变化的事实、过程和机理，辨识地球系统圈层相互作用和非线性响应机理，探讨全球变化可预报性与有关认识的不确定性，建立全球变化的预测理论。全球气候变化的事实、成因及多尺度相互作用。全球气候变化事实、过程及

5、其驱动机制诊断；全球气候变化区域差异及多尺度相互作用；地球系统自然历史周期特征及机制分析；气溶胶-云-辐射反馈过程在全球气候变化中的作用及不确定性；东亚季风气候的年代际变化及其与全球气候变化的联系和预测；西风带气候变化及其对全球变化的响应和影响；过去3000年树轮、沉积等气候代用记录及发展趋势；长时间气温时空演变及其与全球变化的联系；过去千年全球气候演变特征及其与中国气候演变的对比；小冰期后期以来极端气候事件的发生发展规律。海-陆-气相互作用的过程和机理及其与全球变化的关系。地表圈层生物地球化学（C、N、S、P等）耦合循环对全球变化的影响和反馈机理；气候变化背景下冰冻圈-生物圈-水圈非线性相互

6、作用过程及互馈联动机制；海-陆-气相互作用对季风爆发及变化的影响；地表各圈层运行的临界突变过程与不可逆性；重大环境事件的形成原因及其区域响应的非线性特点；亚洲风尘起源和沉降的过程及其对全球变化的作用；新生代大陆风化剥蚀过程与全球二氧化碳排放变化的关系；第三极环境（TPE）过程及其对全球和中国周边地区环境变化的影响；海洋对全球变暖的响应及其对气候变化的调控作用；海洋生物地球化学循环与海洋碳封存效应；暖池及海洋通道变化对中国近海环流的影响机制；太平洋-亚洲边缘海相互作用与环境演变；太平洋-印度洋-南大洋环流变异对暖池及全球气候的影响；深海混合过程在热盐环流和全球气候变化中的作用；深海物理数据的重构

7、、误差估计及年代际气候变化信号提取；南极冰架-南大洋-三大洋海气过程对全球变化的作用。气候系统的敏感性、突变及其变化的可预报性。全球气候变化阶段性转折的基本特征和规律；气候系统对外在因素扰动的敏感性以及突变的机理；引起全球气候突变的可能阈值；各种时空尺度气候变化以及全球海洋-大气-陆地系统的季-年际-年代际气候变率的可预报性；全球气候变化阶段性转折和突变的预报理论与方法。全球变化敏感区的气候与环境变化规律及其预测。对全球气候变化较为敏感的地区的辨识理论；敏感区气候系统季节-年际-年代际尺度的海陆气相互作用特征；敏感区气候预测、预报理论与技术；中国上新世以来陆地生态系统与气候环境的协同演化及青藏

8、高原隆升驱动；全球干旱化及其区域分异的规律和机理；全球变化对非洲大陆干旱化影响与驱动力。日地关系、地球深部过程对全球变化的影响。天文与地球运动因子对气候变化影响；空间辐射对全球气候影响的机制及其定量评估；岩浆火山活动、地震活动、不同规模和能量级别的构造活动对大气中温室气体及全球变化的影响。（二）人类活动对全球变化的影响研究重建温室气体、人为气溶胶排放和大尺度土地与近海利用变化过程，在充分认识气候的自然变率及其成因机制的基础上，评估人类活动对全球变暖的贡献，建立全球温室气体排放、碳转移检（监）测技术体系，预测未来20-50年全球温室气体排放趋势。全球温室气体排放、碳转移检（监）测技术体系。全球温

9、室气体排放“三可”技术、方法体系；历史和当代国际温室气体排放、碳转移检（监）测技术、方法；未来20-50年全球温室气体排放趋势预测。大尺度土地与近海利用变化对全球变化的影响。强烈人为扰动背景下的流域侵蚀与碳循环过程和通量；不同时空尺度土地利用与土地覆被变化过程、驱动机制及其对全球变化的影响；土地利用对区域生态系统结构与功能、生物多样性、生态系统服务功能的影响；大型工程（大型植被恢复与建设工程、水利工程等）的环境效应；城市化过程的气候与生态效应；近海养殖与海岸带开发对海洋生态系统及生物多样性的影响；近海地区营养物质对碳收支和全球变化的影响。人为气溶胶排放对全球变化的影响。人为气溶胶排放的时空分布

10、规律、干湿沉积过程和辐射特征及其对全球变化的影响；重点区域气溶胶的起源、气候和生物地球化学效应及其对全球变化的作用。人类活动对20世纪全球变暖的贡献。大气温室气体增加对20世纪全球变暖的贡献；人为气溶胶对20世纪全球变暖的贡献；土地利用变化（包括城市热岛效应）对20世纪全球变暖的贡献；自然和人为因素对全球变暖的贡献。（三）气候变化的影响及适应研究探讨气候变化背景下多个自然圈层与人类社会的脆弱性和适应性，建立全球变化经济学、地球系统管理与综合风险防范的基础理论与技术体系，探寻针对气候变化的影响趋利避害的最佳人类社会适应途径。生物圈结构和功能对气候变化的响应与调控。主要生物群区碳氮过程及其与气候变

11、化的关系；陆地生态系统碳氮储量及变化的区域特征；中国陆地碳增汇的调控机制与生物地理区划；中国重要生物物种和生物类群对气候变化的响应与适应机制；生物物种和生态系统对极端气候事件的响应。冰冻圈的变化及其影响。过去百年全球和区域冰冻圈变化的事实；冰冻圈变化与全球变暖的关系和机制；冰冻圈与大气、生物、水以及人类等圈层相互作用机制及其趋势；冰冻圈变化的综合效应与人类适应途径；冰冻圈变化对中国和毗邻地区社会经济可持续发展的潜在影响。气候变化对水资源和海洋环境的影响及人类适应途径。气候变化对东亚季风区水循环的影响；气候变化对大江大河水文过程及水安全的影响；气候变化对干旱区水循环及水资源的影响；近现代荒漠地带

12、演替与全球气候变化的相互影响；重点海域海-气边界过程对全球变化的响应与反馈及其对生态系统的影响；湿地、湖泊等生态系统对全球变化的响应与生态恢复；海洋环境（物理及生物地球化学）、海岸带等对气候变化的响应特征与机理及其对生态系统的影响；海平面上升对中国沿海社会经济发展和岛、礁、沙领土安全的影响及适应；全球变化对中国近海生物多样性的胁迫。极端天气气候事件演变规律、影响与适应。全球变化背景下的环境风险和灾害（包括极端天气气候事件检测、成因及演变规律，天气气候灾害及其衍生的地质灾害综合防范理论与方法等）。全球变化对粮食安全和人类健康的影响与适应。农业生态系统能量物质循环对气候变化的响应和调控途径；全球变

13、化对区域和全球粮食安全的影响；全球变化对人类健康的影响评估；全球变化背景下保障中国粮食安全和人类健康适应性对策和模式。全球变化经济学、地球系统管理与综合风险防范。2阈值条件下，世界主要国家减排温室气体的成本与相应的经济格局；中国减排温室气体潜力、区域减排经济成本与相应的经济格局；2阈值或其他相关背景下中国温室气体减排路线图；国际碳贸易管理体系基础理论；国际减排方案设计基础理论；全球变化与可持续的生态系统、水资源、粮食和区域安全管理；不同减排目标下地球工程理论和技术；不同社会发展阶段人类适应气候变化机理和模式；全球变化风险综合防范理论与技术；全球变化和有限自然资源约束下的新的经济理论研究；地球工

14、程理论和方法及其效应的模拟与评估。地球系统适应全球变化的弹性与阈值。全球变化背景下中国地表过程、关键参数和地理环境格局的变化；地球系统关键变量突变机制及其阈值；全球变化背景下生态、海洋、冰冻圈等主要分量系统自适应过程、弹性和阈值。（四）综合观测和数据集成研究为完善我国新一代全球变化综合观（监）测系统，开展相关的基础研究，并实现多源数据同化，提高变量估计精度及全球变化预测和评估水平，构建国家全球变化数据集成平台，实现数据的规范管理与共享服务。全球变化关键参数和过程的综合观（监）测。陆地生态系统关键参数和水、碳、氮等物质循环过程的观测；大气温室气体、气溶胶和主要污染物等的观测；冰冻圈综合观测；中长

15、期全球海平面变化精密监测；近海及深海大洋关键过程及海气通量的综合观测；典型区域的能-水循环与物质迁移观测；全球变化关键人文过程与参数观（监）测。高精度遥感原理研究和星机地观测资料的校准。卫星遥感全球大气、地表特征和冰雪监测技术的原理；遥感器的研发及其反演方法；全球典型生态系统演变与碳源、汇动态变化的遥感观测；典型区域的星-机-地同步观测试验；遥感-地面观测资料的校准。多源观测数据的质量控制、同化、融合与集成及共享机制。中国全球变化数据集成平台；亚洲区域气候观测资料的质量控制与同化、融合技术；海-陆-气-冰耦合气候系统模式的同化方法研究；东亚区域关键参数的集成分析与同化；卫星定标及其与全球变化观

16、测的结合。（五）地球系统模式研究通过动力框架的原始创新、物理过程参数化方案的改进或新方案的提出，以及地球系统模式（包括近地空间环境模型和固体地球模型）的研制，以高性能计算技术的研发为支撑，发展具有国际先进水平的高分辨率气候系统模式和地球系统模式，深入研究影响模式不确定性的过程，并开展气候变化模拟研究、年际和年代际预测、以及百年际预估研究，为全球变化研究提供强有力的综合模拟公共平台。高分辨率气候系统模式的研发与应用。模式的不确定性、模式中云与辐射相互作用、云的特性，大气对流过程和海洋混合等若干关键过程；高分辨率大气环流模式的建立、评估及应用；高分辨率海洋环流和海冰模式的建立、评估及应用；全球陆面

17、-水文过程的模式发展；区域和全球气候模式中的积雪、冻土、冰川（盖）参数化方案；冰冻圈陆面模式与气候模式的耦合机制；分量模式集成及高精度、高分辨率物理气候系统模式的建立和发展；气候年代际可预测性理论。地球系统模式的研发与应用。气溶胶与大气化学模式的发展和完善；全球海洋、陆地生物地球化学模式和碳氮循环模式的改进和完善；土壤风蚀、运移与起沙扬尘模式的建立和改进；大陆冰原和山地冰川动力学模式的建立与改进；植被动力学模式的发展和完善；地球系统模式中的高效计算方法研究与动力框架设计；地球系统模式多时间和空间尺度的高效并行算法研究；多模式集合-耦合的理论和方法研究；各分量模式的集成及其与地球系统模式的耦合技

18、术研发；区域和全球模式的双向嵌套理论和方法研究；全球水循环过程的综合观测与模拟及其与地球系统模式的耦合研究。近地空间环境模式和固体地球模式研发与应用。全球电离层/中高层大气和对流层之间的电磁耦合、动力学耦合模型；中高层大气与低层大气能量、动量的交换模式；固体地球模式。实现近地空间模式和固体地球模式同已建地球系统模式的耦合，开展火山喷发导致的气溶胶效应的模拟与预估；探索地球演化与地球环境演变的数值模拟方法；地球工程效应的模拟与评估。地球系统模式的支撑环境研发。面向地球系统模式的高性能低功耗定制处理器和高性能计算机软硬件体系、专用加速部件、可视化、集成开发环境；分量模式和耦合系统的应用支撑及共享技

19、术；地球系统模式的性能优化与诊断分析软件；模拟平台的流程管理技术；多机构、跨学科协同合作环境；气候变化模拟评估系统。四、保障措施（一）加强顶层设计，实施好专项研究计划继续实施全球变化研究重大科学研究计划，加强顶层设计与统筹协调，面向国家重大战略需求和世界科学前沿，进一步强化重大科学目标导向，完善项目首席科学家负责制及鼓励创新的评价机制，促进系统性、原创性重大成果的产出。（二）加强基地建设，促进项目、基地、人才结合继续加强全球变化研究基地建设，充分发挥国家重点实验室、数据观（监）测网络和拟建的超级站、地球系统模拟设施等研究基地的科研平台作用，促进项目、基地与人才紧密结合；加强已有数据观（监）测网络标准化及共享，强化科技资源开放共享机制，促进科技资源的合理配置和高效利用。（三）加大创新人才培养和引进力度充分利用各种高层次人才计划，培养和造就一批具有国际视野、能够引领全球变化研究的高水平领军人才，创新体制机制、优化政策环境、强化保障措施，加大海外优秀人才的引进力度，建设国际一流水平的全球变化研究团队。（四）加强国际合作与科学普及吸纳优秀外国科学家和海外优秀华人学者以多种方式参与全球变化研究重大科学研究计划实施，支持我国科学家参与国际合作和在国际组织中任职，鼓励提出国际合作计划。重视科学普及，弘扬科学精神，将科学普及工作作为重大科学研究计划实施的目标和任务之一，促进全民科学素养的提高。