国家自然科学基金大气科学学...0510大气数据与信息技术_黄小猛.pdf

黄小猛,郑飞,杨犇,等.2023.国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读：D0510 大气数据与信息技术 J.大气科学,47(1):185193.HUANGXiaomeng,ZHENGFei,YANGBen,etal.2023.ResearchDirectionsandKeywordsundertheSecondaryApplicationCodesoftheAtmosphericSciencesDisciplineoftheNationalNaturalScienceFoundationofChina:D0510AtmosphericDataandInformationTechnologyJ.ChineseJournalofAtmosphericSciences(inChinese),47(1):185193.doi:10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22310国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读：D0510 大气数据与信息技术黄小猛1郑飞2杨犇3穆斌4周勇5罗京佳61清华大学地球系统科学系,北京1000842中国科学院大气物理研究所,北京1000293南京大学大气科学学院,南京2100234同济大学软件学院,上海2000925中国气象局气象发展与规划院,北京1000816南京信息工程大学大气科学学院,南京210044摘要2021 年，国家自然科学基金委员会进行了大气科学学科资助布局改革，形成了分属于“分支学科”“支撑技术”和“发展领域”三大板块的共 15 个二级申请代码的全新资助体系。作为“支撑技术”板块中的重要成员，“D0510 大气数据与信息技术”申请代码旨在鼓励先进技术与方法的创新以及大气学科基础理论与技术的交叉融合。本文从改革背景、逻辑框架、内涵构成等方面对新编“D0510 大气数据与信息技术”申请代码的四大类研究方向及关键词进行了专门解读，阐明了D0510 主要侧重于提高包容性与覆盖面的设计思路，强调了D0510 对“卡脖子”关键技术和潜在“颠覆性”技术的引领作用。本文对往年 D0510 各方向关键词的基金申请和文献使用情况进行了统计分析，以帮助相关科研人员及时把握 D0510 申请代码的发展趋势，充分理解研究方向与关键词的内涵和逻辑关系，避免研究方向和关键词的选取过于集中或者与其它板块申请代码间产生混淆等问题，从而为更准确地选择相应的研究方向与关键词提供参考。关键词支撑技术大气数据信息科学学科交叉融合关键词文章编号1006-9895(2023)01-0185-09中图分类号P409文献标识码Adoi:10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22310Research Directions and Keywords under the Secondary ApplicationCodes of the Atmospheric Sciences Discipline of the National NaturalScience Foundation of China:D0510 AtmosphericData and Information TechnologyHUANGXiaomeng1,ZHENGFei2,YANGBen3,MUBin4,ZHOUYong5,andLUOJingjia61Department of Earth System Science,Tsinghua University,Beijing 1000842Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 1000293School of Atmospheric Sciences,Nanjing University,Nanjing 210023收稿日期2022-11-13；网络预出版日期2023-01-11作者简介黄小猛，男，1980 年出生，教授，主要从事地球系统数值模拟、高性能计算、大数据和人工智能方面的研究。E-mail:第47卷第1期大气科学Vol.47No.12023年1月ChineseJournalofAtmosphericSciencesJan.20234School of Software Engineering,Tongji University,Shanghai 2000925Meteorological Development and Planning Institute,China Meteorological Administration,Beijing 1000816School of Atmospheric Sciences,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044Abstract The National Natural Science Foundation of China restructured the financing structure for atmosphericdisciplinesin2021,whichincludesatotalof15sub-codesthataredividedintothreecategories:(i)Subdisciplines;(ii)supportingtechnologies;and(iii)developmentfields.TheD0510“AtmosphericDataandInformationTechnology”section mainly focuses on advancements in new technologies and methodologies,as well as integrations betweenatmospherictheoriesandtechnologies.Inthiscasestudy,weinterpretthebackground,logicalstructure,andsettingofthefourmajorresearchdirectionsandkeywordsinthenewD0510“AtmosphericDataandInformationTechnology”section.ThispaperhighlightsD0510sprimaryobjectivesforenhancinginclusivenessandcoverageinatmosphericdisciplines,aswellasD0510sleadingrolesinpromotinginclusiveandpotentiallydisruptivetechnologies.WealsoprovidestatisticalanalysesofthefundapplicationsandbibliometricsintermsofkeywordsineachdirectionofD0510overthepastyears.Overall,ourgoalistoassistrelevantresearchersinbetterunderstandingthefuturedevelopmentoftheD0510section,aswellastheconnotationandlogicalrelationshipsamongkeywords,researchdirections,andsub-categoriesfromvariouscategories,whichwillultimatelyhelpresearchersintheirresearchdirectionandkeywordselection.KeywordsSupportingTechnologies,AtmosphericData,InformationScience,InterdisciplinaryIntegration,Keywords 1 引言2021 年以来，作为国家自然科学基金委员会（简称自然科学基金委）的改革试点，根据“源于知识体系逻辑结构、促进知识与应用融通、突出学科交叉融合”的原则，对接地球科学部倡议的“宜居地球”顶层战略，坚持“问题导向”，大气科学学科（简称大气学科）进行了资助布局改革。大气数据与信息技术研究是发展大气科学的重要“支撑技术”，为了促进科技创新、落实改革要求、优化学科布局，自然科学基金委对“D0510 大气数据与信息技术”（简称 D0510）的研究方向及关键词进行了优化调整，重点提高了申请代码的包容性和覆盖面，强调“卡脖子”关键技术和潜在“颠覆性”引领技术的创新（刘哲等,2020）。本文对新编 D0510 研究方向及关键词进行解读，旨在帮助相关领域科研人员选报项目、开展合作，共同致力于大气数据与信息技术学科方向新技术新方法的研究，激励原始创新，拓展科学前沿，促进交叉融合，对接国家需求。2 大气数据与信息技术学科的重要性与发展机遇近些年来，在卫星/雷达观测、超级计算、云计算和物联网等信息技术的推动下，大气数据呈现爆炸式增长，数据资源的内涵不断丰富、外延不断拓展，数据向精细化、体系化、集约化、智能化发展的趋势日益明显。2022 年 4 月，国务院印发的 气象高质量发展纲要（20222035 年）中提出“加强人工智能、大数据、量子计算与气象深度融合应用”，为大气学科未来发展指明了方向（国务院,2022）。数据、算法和算力是大气数据与信息技术研究的三条主线。当前，数据研究的重点是如何提高数据资源的共享访问和服务能力，如欧洲中期天气预报中心（ECMWF）正在推动“数字孪生地球”建设，开发高精度地球数字模型，为用户提供高质量数据服务；美国国家海洋和大气管理局（NOAA）启动大数据项目（BigDataProject），与 Amazon、Microsoft 和 Google 等云服务提供商合作将关键数据存储在云中，无需进一步分发即可直接在数据上进行计算。算法的研究重点是如何开展人工智能技术在天气预报、气候预测、仿真研究和图像识别与处理等领域的应用，如 NOAA 出台人工智能战略、ECMWF 加快开展“全工作流”人工智能应用等。算力的研究重点是如何提高各种类型计算设备和器件运行气象软件的效能。当前，国家大力推进高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的信息基础设施建设（新华社,2021），缓解我国科学研究面临的数据和算力瓶颈，必将推动大气数据与信息技术迈向新高峰。大气数据与信息技术研究呈现五大趋势。一是大气科学47卷186ChineseJournalofAtmosphericSciencesVol.47学科交叉融合更加紧密。大气科学与信息技术、自然科学与社会科学为学科发展开创了新空间,在科技创新和产业升级中的提效增能作用广受学术界和企业界认同（FaghmousandKumar,2014;Guoetal.,2016;Baumannetal.,2016;Fordetal.,2016;Braccoet al.,2018;Reichstein M et al.,2019;Ham et al.,2019）。二是知识与应用融通更加广泛。大数据、云计算和人工智能等技术，使大气数据在“生命安全、生产发展、生活富裕、生态良好”各领域应用不断推陈出新。三是支撑学科发展的资源更加丰富。国家“基建”将促进数据中心、超算中心等国家信息基础设施的建设，为大气学科发展提供更加丰富的计算、存储和数据资源。四是科技焦点更加清晰。人工智能已明显成为跨学科、跨领域的研究焦点，而且在今后若干年内还会保持这一态势（Hsuetal.,2014;Apteetal.,2017;Jiangetal.,2018）。五是潜在颠覆技术涌现。虽然还处于探索性研究阶段，但量子计算技术无疑会对大气科学带