大气科学学科发展研究报告.doc
?大气科学学科开展研究报告?专题报告气候专题专题报告提要2200字1学科定位与社会需求：作为大气科学的重要分支学科，气候学在国家和地区防灾减灾、自然资源合理开发利用和应对气候变化工作中占有重要的地位。2学科研究现状及成果：在过去几年，气候学获得了各国和学术界的高度重视，气候学研究和业务取得了巨大进步，主要表现在一系列重大国际和国家的观测、研究方案得到批准和执行，在气候监测和数值模拟、气候变异及可预测性、气候业务和效劳等多方面开展迅速。我国结合防灾减灾和应对气候变化工作，也发起了假设干重要研究和观测工程，促进了短期气候预测研究和业务，开发完善了气候系统模式，加强了极端天气气候事件影响评价工作。综观国内外气候研究、业务的历史和现状，可以看出以下开展趋势：1现代气候科技开展趋向于多学科穿插与融合，在深入了解各种时空尺度气候系统演变的同时，更加关注大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈和生物圈之间的相互作用。2不同时间尺度区域气候变异的监测、预测和影响评价研究、业务受到各国政府和科学界重视。3数值气候模式已成为气候业务、研究不可或缺的工具，在海陆气过程相耦合的气候系统模式中，进一步耦合生物地球化学过程、生态过程、化学过程以及电离层过程，研制更加完整的气候系统模式，已成为当前气候科技开展的重要方向。4气候资源的评估、利用和管理已成为关注的问题。 除传统的气候资源评价和气候区划工作，当前特别重视太阳能、风能资源精细化评估技术和大型工程、城市规划的气候评价技术研究。5国际科学方案的提出使气象科技研究的国际合作更加广泛和深入，为我国气候科学的开展带来机遇和挑战。3学科开展趋势、问题与战略：但是，气候学研究和业务也面临一些实际困难。目前世界和我国对传统气候学的许多分支领域投入较少，研究薄弱，应用气候学和区域气候学研究进展缓慢，一些领域甚至停滞不前。此外，我国在气候学研究上还有许多关键科学问题没有解决，这些问题包括：1 对亚洲季风区气候异常规律认识缺乏，监测和诊断东亚气候异常主要影响因子的能力较弱，特别是对太阳输出辐射、海洋、冰冻圈、青藏高原、陆面过程和中高层大气等的气候作用机理认识不深。2 用于气候和气候变异分析的观测系统资料质量代表性和可靠性还不够高，观测资料质量控制和处理工作亟待加强，多源观测资料的集成与再分析技术和能力比拟薄弱。3 对年代际尺度气候变异、变化的机理和可预测性缺乏充分了解，没有形成业务和效劳能力。4 气候系统模式研发仍存在薄弱环节，高分辨率气候模式的研发尚未完成，模式分辨率和物理过程的差距，使得国内气候模式对关键气候现象的模拟和预测能力较低。5 对应用气候学一些领域如城市气候、农业气候、交通气候、旅游气候、医疗气候、水文气候等，研究投入和研究能力缺乏，研究进展缓慢。6对国内陆地区域的研究多，而真对世界其他大陆地区特别是亚洲、海洋和极地地区的研究比拟少，对包括世界气候在内的传统区域气候学研究有所忽略。未来几年，气候科技开展将继续趋向于多学科穿插与融合，关注大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈和生物圈之间的相互作用，关注区域气候变异的监测、预测和影响评价研究、业务，开展数值气候模式系统，重视气候资源的评估、利用和管理。因此，我国气候学界应坚持“有所为、有所不为的原那么，把研究和业务效劳的重点放在亚洲、中国区域气候系统监测、气候系统的生物-物理-化学过程、气候系统模式开展和模拟、月-季-年尺度气候变异的预测、极端气候事件和气象灾害对生态系统、农业系统和社会经济系统影响评估等方面，关注应用气候和区域气候研究和业务、效劳工作。具体地说，今后几年要在以下方面开展工作：1加强亚洲和中国地区气候系统监测诊断，建立具有东亚季风区域特色的气候系统监测诊断理论和方法，提醒亚洲和中国地区气候要素异常的环境和环流背景条件，建立开展极端天气气候事件的监测检测技术；2开展月-季-年尺度气候变异的可预测性研究，提取大气外强迫影响东亚环流系统低频变化的关键区域信号，建立完善月-季-年际尺度气候预测的理论和应用模型，提高短期气候预测水平；3开展气候区划与气候灾害影响评估工作，建立气候影响评估、重大气象灾害风险区划及评估的模型和技术方法，提供全国重大气象灾害精细化区划成果，建立气象灾害风险管理理论和技术方法，提醒重大工程和城市化等人类活动的气候效应；4开展气候资源开发及气候可行性论证，建立适合国情的太阳能、风能资源精细化评估和风电场风电功率预报技术，开展气候资源开发利用评价技术和工具；5加快气候系统模式研发步伐，建立海-陆-气-冰-生耦合的、包含气溶胶、大气化学和碳循环过程的地球气候系统模式，建立物理过程完善、高分辨率、在东亚地区具有良好性能的多圈层耦合的区域气候模式，建立我国第二代短期气候预测模式业务化系统；6重视应用气候学研究，恢复和开展具有一定根底的应用气候研究领域工作，提升农业气候、城市气候、建筑气候、医疗气候、旅游气候、水文气候等研究水平，效劳于经济和社会可持续开展。4学科开展对策建议：为了完成上述工作，建议今后几年在相关领域增加投入，切实加强人才队伍建立，结合各级各类研究开发工程，组织多部门联合攻关，深入开展科技和业务体制机制改革，建立完善不同层次研究和咨询机构，采取措施鼓励开展应用气候研究和业务效劳，建立和强化国内外相关机构之间的合作，增进与相邻地球科学学科之间的联系，是保证完成上述开展目标，促进气候学科开展的重要措施。专题报告正文8700字气候学是研究气候的特征、形成和演化规律的学科，是大气科学或气象学的一个重要分支。现代气候学由以下分支领域构成：气候动力学(物理气候学)，天气气候学，统计气候学，应用气候学包括城市气候，建筑气候，农业气候，旅游气候，医疗气候，水文气候等，区域气候学包括中国气候，世界气候，海洋气候，极地气候，山地气候，高原气候等，高空气候学包括边界层气候，对流层气候，平流层气候等和古气候学。气候学与大气科学其他学科以及地球科学假设干分支领域如地理学、地球物理学、水文学、生态学、海洋科学等具有密切联系。一、学科定位与社会需求气候研究、业务是大气科学开展的重要领域，也是现代大气科学和气象业务体系的重要组成局部，在国家和地区防灾减灾、自然资源合理开发利用和应对气候变化工作中占有重要的地位。气候科学研究是支撑现代气象业务开展的重要保证，是国际和国家大气科学科技创新体系建立的重要任务。20世纪80年代以来，气候科学发生了革命性的变化。气候系统的概念被引入气候学，对传统气候学产生巨大冲击，气候的形成与演化问题不再仅限于大气内部动力学过程，还与气候系统其它局部的地球物理、化学、生物过程密切联系，是气候系统外部影响因子和内部过程之间相互作用的共同结果。气候系统各圈层的相互作用是气候变异和变化的重要原因。气候科学需要与地球科学及其它科学的融合开展。目前的气候研究和相关穿插领域在很多方面还需要探索，科学认识水平还远不能确切地解释清楚许多热点和难点问题。因此，气候科学自身需要加快开展，同时还需要与地球科相邻学科的穿插融合，共同开展。我国社会经济开展要以协调与和谐为目标。气候研究、业务对国家社会经济可持续开展具有很强的现实性作用。我国是世界上受天气气候灾害影响最为严重的国家之一,气候灾害种类多、范围广, 干旱、洪涝、台风、高温、冷害、雪灾、沙尘暴等气象灾害频繁发生，造成的损失严重。极端气候事件严重地危害着社会经济的开展和人民生命财产平安。我国人地矛盾十分突出，资源承载能力有限，北方水资源短缺形势严峻，环境严重退化。这些问题均与气候空间分异和气候时间变异密切相关。气候资源是自然资源的重要组成局部，人口、资源与环境的协调开展需要加强气候和气候变异对自然资源的影响评价和资源合理开发利用区划工作。因此，解决我国灾害监测预警、环境和资源评价等现实问题，保证社会经济可持续开展，对气候研究和业务开展提出了很高的要求。全国根底设施建立和重大工程建立，特别是区域经济开展中的根底设施和生态环境建立，也对气候工作提出了新的要求。气候工作要重点配合好三峡工程、南水北调、青藏铁路、生态环境建立和防沙治沙工程等国家重点工程建立，开展有针对性的科技咨询和效劳。二、当前学科现状和进展当前，国内外气候科技开展迅猛。二十世纪九十年代以来，世界气象组织和有关国际组织相继发起了一系列气候和气候变异观测和研究方案，其中包括全球气候观测系统方案GCOS、世界气候研究方案WCRP和国际地圈-生物圈方案IGBP。世界各主要大国也投入大量人力和财力开展气候和气候变异研究。WCRP在2005-2021 年期间的目标是：1确定气候的可预测性；2确定人类活动对气候的影响。其子方案之一CLIVAR方案，就是把理解过去和现代气候变异及其原因，理解各种时间尺度气候变异的可预测性作为主要目标。现在的WCRP囊括了全球大气、海洋、海-陆-冰、生物圈和陆面等多个地球气候系统圈层，其中包括四个核心方案、多个工作组、各种穿插活动。四个核心子方案分别是：1气候变异与可预测性方案CLIVAR，目的是观测、模拟和预测地球气候系统，特别关注海洋-大气相互作用，以便理解气候变异、可预测性和变化；2全球能量与水循环试验方案GEWEX，目的是理解决定全球和区域水循环、辐射和能量输送的大气和热-动力过程；3平流层过程及其在气候中的作用方案SPARC，目的是了解平流层过程及其对地球气候的影响，特别是化学和气候的相互作用；4气候与冰冻圈方案CliC，目的是了解气候与冰冻圈之间的相互作用，确定全球冰冻圈的稳定性。世界各国也相继组织了本国的气候和气候变异研究方案。如2003年7月美国在原来“全球变化研究方案方案根底上，组织发起了美国的“气候变化科学方案CCSP和“气候变化技术方案CCTP，把年际和年代际气候变异和可预测性研究作为其重要研究目标。其中，CCSP方案确定了5项科学目标：一是深入认识地球过去和现在的气候和环境及其自然变率，深入了解所观测到的变率和变化的原因；二是进一步量化引起地球气候和相关系统变化的驱动力；三是减少未来地球气候和相关系统变化预测中的不确定性；四是了解自然和人工生态系统以及人类系统对气候和全球变化的敏感性和适应性；五是控制风险，把握时机。利用系列观测资料和科学研究结果，开展气候监测、预测预警与效劳，在国家和地区防灾减灾、资源利用等方面发挥着重要作用。2021年8月底召开的第三次世界气候大会通过了“全球气候效劳框架，集中表达了经济社会对气候业务产品和效劳的需求。针对气候敏感行业，提供无缝隙、精细化效劳产品，提高业务效劳能力，是今后气候效劳业务面临的重要任务。 “十五以来，通过国家科技支撑方案科技攻关方案、国家根底研究开展方案973方案、自然科学基金委员会的重大工程方案等，中国先后组织开展了一系列与气候和气候变异有关的观测和研究工程。其中包括：科技部科技攻关工程科技支撑方案工程“全球环境变化对策与支撑技术研究、“全球环境变化应对技术研究与示范、“我国主要极端天气气候事件及重大气象灾害的监测、检测和预测关键技术研究；科技部973方案工程“我国生存环境演变及其北方干旱化趋势预测研究、“全球变暖背景下东亚能量与水循环变异及对我国极端气候的影响；基金委重大工程“中国树轮与千年气候变化研究等。过去的几年，我国还同世界各国开展了多方位合作研究，最近的例子如中-欧合作研究工程“中国沿海风能资源普查及其影响评价等。通过这些大型科技方案，我国气候领域在气候变异和可预测性研究、气候和气候变异影响评价、气象能源评价和应用气候研究等方面取得了进展。目前，我国气候研究与业务工作已具备较好根底，在短期气候变异监测和预测、气候灾害影响评价、仪器观测时期和历史时期气候变化检测、气候系统模式开发和应用、人为气候变化的影响与适应性评价、应用气候的少数领域、气候资源评估和国家气候图集编制等方面，获得了大量科研成果，促进了相关气候业务的形成和开展。特别是，我国已初步建成了短期气候预测和评价业务系统，有效提高了对短期气候和极端气候的监测、预测、影响评价能力。当前，动力气候模式正逐步成为全球和区域模拟、预测的有力工具。中国科学院大气物理研究所和中国气象局国家气候中心，先后开展了大气环流模式、海洋环流模式、陆面模式、海冰模式及海陆气耦合模式，初步建成了全球气候模式短期气候预测系统，并进入准业务化运行阶段。综观国内外气候研究、业务的历史和现状，可以看出以下开展趋势：1现代气候科技开展趋向于多学科穿插与融合，在深入了解各种时空尺度气候系统演变的同时，更加关注大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈和生物圈之间的相互作用。2不同时间尺度气候变异的监测、预测和影响评价研究、业务受到各国政府和科学界重视。3数值气候模式已成为气候业务、研究不可或缺的工具，在海陆气过程相耦合的气候系统模式中，进一步耦合生物地球化学过程、生态过程、化学过程以及电离层过程，研制更加完整的气候系统模式，已成为当前气候科技开展的重要方向。4气候资源的评估、利用和管理已成为关注的问题。 除传统的气候资源评价和气候区划工作，当前特别重视太阳能、风能资源精细化评估技术和大型工程、城市规划的气候评价技术研究。5国际科学方案的提出使气象科技研究的国际合作更加广泛和深入，为我国气候科学的开展带来机遇和挑战。但是，也应该看到，不管国外还是国内，气候学的开展仍面临着许多问题。目前气候学开展的一个明显倾向是，各个国家普遍对于与短期和长期气候预测有关的气候动力学(物理气候学、天气气候学和统计气候学比拟重视，而对于传统气候学的许多分支领域投入较少，研究薄弱。特别是，应用气候学和区域气候学研究进展缓慢，有些领域甚至停滞不前。我国的气候工作与世界先进水平比拟也存在一定差距。在亚洲季风变异的机理、可预测性研究、我国短期气候预测业务的精准水平、应用气候研究和效劳、气候变异监测系统的可靠性和稳定性、气候系统模式研发等诸多方面，国内的研究和业务依然存在不少问题，不能满足国家经济社会开展的需求，假设干方面与兴旺国家存在较大差距。具体地说，当前我国气候研究、业务工作中面临的主要科学技术问题有：1. 对亚洲季风区气候异常规律认识缺乏，监测和诊断东亚气候异常主要影响因子的能力较弱，特别是对太阳输出辐射、海洋、冰冻圈、青藏高原、陆面过程和中高层大气等的气候作用机理认识不深。2. 用于气候和气候变异分析的观测系统资料质量代表性和可靠性还不够高，观测资料质量控制和处理工作亟待加强，多源观测资料的集成与再分析技术和能力比拟薄弱。3. 对年代际尺度气候变异、变化的机理和可预测性缺乏充分了解，没有形成业务和效劳能力。4. 气候系统模式研发仍存在薄弱环节，高分辨率气候模式的研发尚未完成，模式分辨率和物理过程的差距，使得国内气候模式对关键气候现象的模拟和预测能力较低。5. 对应用气候学一些领域如城市气候、农业气候、交通气候、旅游气候、医疗气候、水文气候等，研究投入和研究能力缺乏，研究进展缓慢。6对国内陆地区域的研究多，而真对世界其他大陆地区特别是亚洲、海洋和极地地区的研究比拟少，对包括世界气候在内的传统区域气候学研究有所忽略。三、未来学科开展趋势与战略现代气候学研究的是全球和区域气候系统。气候的观测不再只限于地面测站，而是广泛应用各种卫星遥感技术；研究方法不再仅是统计分析，而是广泛利用各种数值气候模式；研究内容也不仅限于气候的物理过程，而是与地球的化学过程、生物过程和地质过程严密联系在一起。 预计未来3-5年，气候和气候变异领域将进一步重视气候系统多圈层相互作用及气候监测-诊断-预测理论与方法研究，气候系统模式研发和应用，气候监测资料质量控制和多源资料的综合应用技术研究，气候资源开发利用评价方法与技术研究等。人类活动对全球和区域尺度气候变异、变化的影响直接关系到社会经济可持续开展，将受到更多的关注。气候研究也将更加重视学科穿插和综合集成，重视国际和国内合作研究。我国未来几年将结合气候和气候变化研究需求，加强气候观测系统建立，包括用于气候和气候变异监测、分析的基准站网建立和长序列资料质量评价和订正，继续开展东亚季风系统的演化机理和可预测性研究，开展海陆气冰生相互作用和反应机理研究，提高亚洲和中国地区气候监测、预测和评价业务水平。今后也将在气象能源开发利用评价和效劳方面开展深入工作，开展气候资源、气候条件和气象灾害对农业生产、经济社会其他领域影响的评价。着眼于我国气候研究、业务的可持续开展，结合国际学科开展趋势、国内与国外先进水平的差距，以及国家社会经济开展的重大需求，未来几年我国气候工作应坚持“有所为、有所不为的原那么，重点在亚洲和中国区域气候系统监测、气候系统的生物-物理-化学过程、气候系统模式开展和模拟、月-季-年尺度气候变异的预测、极端气候事件和气象灾害对生态系统、农业系统和社会经济系统影响评估等方面加强研究，适当关注应用气候和区域气候研究和业务工作。为此，今后我国气候领域需要特别关注以下几方面工作：1亚洲和中国地区气候系统监测诊断预期目标：建立具有东亚季风区域特色的气候系统监测诊断理论和方法；提醒亚洲和中国地区气候要素异常的环境和环流背景条件；建立极端天气气候事件的监测检测技术。关键科技问题：东亚地区气候季节和年际异常特征的监测、诊断判识方法，以及极端天气气候事件监测技术。优先主题包括：东亚季风区气候系统监测诊断理论和方法研究；极端天气气候事件的监测检测技术研究；2月-季-年尺度气候变异的可预测性预期目标：提取大气外强迫影响东亚环流系统低频变化的关键区域信号，建立月内天气过程预测方法和季节内尺度预测模型，开发动力模式月-季节内气候预测的解释应用技术；提高对我国季节-年际气候异常规律及其形成机制的认识，进一步提醒海洋、陆面、中高层大气等的作用，建立滚动的季节-年际气候预测的理论和应用模型，提高短期气候预测水平。关键科技问题：大气内部低频动力过程及演化规律，陆气、海气相互作用过程对月-季节内尺度气候影响，气候模式动力延伸的释用方法；东亚季风活动季节-年际尺度演变特征的诊断和识别；热带与热带外强迫、中高层大气和年代际变化对季节-年际气候异常的影响和作用；多种预测方法集成。优先主题包括：月-季节内尺度气候可预测性研究；月-季节内气候模式预测产品解释应用技术研发；热带MJO监测、预测及对中国气候的影响研究；高原及陆面热力异常对季节内气候预测的影响研究；台风和沙尘暴生成频数和活动规律的月-季节内预测技术研究；基于模式最优信息的解释应用方法研究；东亚季风活动的多尺度演变特征研究；中高层大气对气候异常的影响研究；中高纬外强迫源与大气环流的相互作用研究；海洋关键区对季节-年际气候异常的影响研究；气候系统年际与年代际变化的联系和相互作用机制研究3气候区划与灾害影响评估预期目标：建立气候影响评估、重大气象灾害风险区划及评估的模型和技术方法，提供全国重大气象灾害精细化区划成果，建立气象灾害风险管理理论和技术方法，提醒重大工程和城市化等人类活动的气候效应。关键科技问题：全球变化背景下气候区划的变化特征；重大气象灾害评估技术；气象灾害保险指数体系制定。优先主题包括：全球变化背景下中国气候区划研究；气象灾害风险区划和评估技术研究；气象灾害风险保险指数研究及应用；重大工程的气候影响评估技术方法研究。4气候资源开发及气候可行性论证预期目标：建立适合国情的太阳能、风能资源精细化评估技术，研发太阳能、风电场风电功率预报技术；开展气候资源开发利用评价技术和工具；建立大型工程和城市规划的气候可行性论证技术和标准。关键科技问题：数值模式的精细化评估技术；太阳能、风能预测模型；气候资源开发利用评价技术。优先主题包括：风电场风能资源精细化评估与预报技术研究；太阳能资源精细化评估技术与预测研究；农业气候资源开发利用评价；旅游气候资源开发利用评价；区域气候资源承载能力评估；人为活动和气候变化背景下的气候资源管理与优化调控技术；大型工程气候可行性论证技术；城市规划气候可行性论证技术方法研究。5气候系统模式研发预期目标：初步建立海-陆-气-冰-生耦合的、包含气溶胶、大气化学和碳循环过程的地球气候系统模式；建立物理过程完善、高分辨率、在东亚地区具有良好性能的多圈层耦合的区域气候模式；建立我国第二代短期气候预测模式业务化系统。关键科技问题：包括海-陆-气-冰-生耦合、气溶胶、大气化学和碳循环过程的地球气候系统模式；模式系统的并行化技术、耦合技术；高分辨率区域气候模式；业务气候预测模式对亚洲季风区降水的预测能力。优先主题包括：“海洋-大气-陆面-海冰-人类活动多圈层耦合的地球气候系统模式预研；海气耦合的区域气候模式研发；我国第二代短期气候预测业务模式的建立。6应用气候学研究预期目标：恢复和开展具有一定根底的应用气候研究领域工作；提升农业气候、城市气候、建筑气候、医疗气候、旅游气候、水文气候等研究水平，效劳于经济和社会可持续开展。关键科技问题：年际气候变异和极端气候事件对我国农业生产的影响；特大城市和大城市城市气候时空变异规律；极端天气气候事件和气候区域分异对人类安康和疾病的影响；区域旅游气候评价；年代尺度水文气候预测。优先主题包括：变化气候背景下的我国主要农业区农业气候预测和评价；特大城市和大城市城市气候时空变异和极端气候事件的影响；气候时间变异和区域分异对人类安康和疾病的影响；重点旅游区域和城市的旅游气候资源评价；东部季风区河流流域未来10-20年降水和径流趋势预测研究。四、关于我国气候科学开展的建议为了完成上述气候研究和业务工作，未来几年国家要在相关领域增加投入，加强人才队伍建立，结合各级各类研究开发工程，组织多部门联合攻关，促进我国气候研究与业务上一个新的台阶。1人才培养引进。我国从事气候研究和开发的专业技术人员仍然较少，特别缺乏高层次科技人才。在一些传统气候学领域，如应用气候和区域气候领域，正面临着人才极度缺乏的局面。建议大力支持高端人才培养和引进力度，均衡学科内不同专业人才布局，为最终形成一支学科、层次和年龄构造合理的高水平研究开发队伍奠定根底。2体制机制改革。当前的气象科技体制还不十分有利于气候科技人才积极性、主动性和创造性的发挥。要建言相关部门进一步改革人事、工资待遇和经费管理制度，减轻行政干预，建立完善人才流动机制，建立统一、稳定、合理的工资年薪制度，建立长效、持续的科研经费拨款制度。3组织机构建立。气候学是正在开展中的学科。气候业务也是在开展中的业务，需要强大的研究作为支撑。在注重业务开展的同时，要十分注意加强相关领域的科学研究。建议建立和完善不同层次研究机构，包括开展国家级气候研究开放室建立，协调各个部门、单位和机构之间的关系，推进学科进步。4学科专业布局。我国气候研究和业务与国际关注热点一致，但对于应用气候和区域气候研究和效劳有所无视。应采取措施，鼓励开展非热点、但仍有需求的气候问题的持续研究，特别是在应用气候的某些领域，结合国家和地方社会经济开展需求，加强研究和科技效劳工作。5国内国际合作。通过部门、学会和学科委员会的协调，以及国家和国际的观测、研究和业务方案，建立和强化相关单位之间的合作，增进与相邻地球科学学科如地理学、地球物理学和水文学之间的联系，促进气候学科开展。参考文献Bradley, 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