1、1大气科学学科发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、研究计划得到批准和执行，在气候监测和数值模拟、气候变异及可预测性、气候业务和服务等多方面发展迅速。我国结合防灾减灾和应对气候变化工作，也发起了若干重要研究和观测项目，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。
2、综观国内外气候研究、业务的历史和现状，可以看出以下发展趋势：（1）现代气候科技发展趋向于多学科交叉与融合，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发展的重要方向。（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
3、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。2（5）国际科学计划的提出使气象科技研究的国际合作更加广泛和深入，为我国气候科学的发展带来机遇和挑战。3学科发展趋势、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不足，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
4、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较薄弱。（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，没有形成业务和服务能力。（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不足，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
5、亚洲、海洋和极地地区的研究比较少，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，气候科技发展将继续趋向于多学科交叉与融合，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，发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”的原则，把研究和业务服务的重点放在亚洲、中国区域气候系统监测、气候系统的生物-物理-化学过程、气候系统模式发展和模拟、月-季-年尺度气候变异的预测、极端气候事件3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、服务工
6、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，揭示亚洲和中国地区气候要素异常的环境和环流背景条件，建立发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，揭示重大工程和城市
7、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，发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，恢复和发展具有一定基础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，服务于经济和社会可持续发展。4学科发展对策建议：为了完
8、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设，结合各级各类研究开发项目，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服务，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，是保证完成上述发展目标，促进气候学科发展的重要措施。4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
9、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若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、业务是大气科学发展的重要领域，也是现代大气科学和气象业务体系的重要组成部分，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发展的重要保证，是国际和国家大气科学科技创新体系建设的重要任务。20 世纪 80 年代以来，气候科学发生了革
10、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，还与气候系统其它部分的地球物理、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发展。目前的气候研究和相关交叉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发5展，同时还需要与地球科相邻学科的交叉融合，共同发展。我国社会经济发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发展具有很强的现
11、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发展和人民生命财产安全。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部分，人口、资源与环境的协调发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发展，对气候研究和业务发展提出了很高的要求。全
12、国基础设施建设和重大工程建设，特别是区域经济发展中的基础设施和生态环境建设，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、生态环境建设和防沙治沙工程等国家重点工程建设，开展有针对性的科技咨询和服务。二、当前学科现状和进展当 前 ，国 内 外 气 候 科 技 发 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 计 划 ，其 中 包 括 全 球 气 候 观 测 系 统 计 划 （GCOS）、世 界 气候 研 究 计 划 （WCRP）
13、和 国 际 地 圈 -生 物 圈 计 划 （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 2005-2015 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 计 划 之 一 CLIVAR 计 划 ，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6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
14、 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 计 划 、多 个 工 作 组 、各 种 交 叉 活 动 。四 个 核 心 子 计 划 分 别 是 ：（1）气 候 变 异 与 可 预 测 性计 划 （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 计 划 （GEWEX），目 的 是 理 解 决 定 全 球 和 区域 水 循 环
15、 、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 计 划 （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 计 划 （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计划。如2003 年 7 月美国在原来“ 全球变化研究计划 ”计划基础上，组织发起了美国的“气候
16、变化科学 计划（CCSP）” 和“气候 变化技术计划（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 计划确定了 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、预测预警与服务，在国家和地区防灾减灾、资源利用等方面发挥着重要作用。2009 年 8 月底召开
17、的第三次世界气候大会通过了“全球气候服务框架” ，集中体现了经济社会对气候业务产品和服 务的需求。 针对气候7敏感行业，提供无缝隙、精细化服务产品，提高业务服务能力，是今后气候服务业务面临的重要任务。“十 五 ”以 来 ，通 过 国 家 科 技 支 撑 计 划 （科 技 攻 关 计 划 ）、国 家基 础 研 究 发 展 计 划 （973 计 划 ）、自 然 科 学 基 金 委 员 会 的 重 大 项 目 计划 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 项 目 。其 中 包 括 ：科 技 部 科 技 攻 关 项 目 （科
18、技 支 撑 计 划 项 目 ）“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 计 划 项 目 “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 项 目 “中 国 树 轮 与 千 年 气 候
19、 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 项 目 “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 计 划 ，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 基 础 ，在 短 期 气 候变
20、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 发展 。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
21、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8后 发 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
22、看 出 以 下 发 展趋 势 ：（1）现 代 气 候 科 技 发 展 趋 向 于 多 学 科 交 叉 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
23、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 发 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 计
24、 划 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 发 展 带 来 机 遇 和 挑 战 。但是，也应该看到，不论国外还是国内，气候学的发展仍面临着许多问题。目前气候学发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较重视，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较也存在一定差距。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、9
25、应用气候研究和服务、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发展的需求，若干方面与发达国家存在较大差距。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 规律认识不足， 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较薄弱。3. 对年代际尺度
26、气候 变异、变化的机理和可预测性缺乏充分了解，没有形成业务和服务能力。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不足，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较少，对包括世界气候在内的传统区域气候学研究有所忽略。三、未来学科发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
27、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10的物理过程，而是与地球的化学过程、生物过程和地质过程紧密联系在一起。 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发展，将受到更多的关注。气候研究也将更加重视学科交叉和综合集成，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
28、系统建设，包括用于气候和气候变异监测、分析的基准站网建设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馈机理研究，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服务方面开展深入工作，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、业务的可持续发展，结合国际学科发展趋势、国内与国外先进水平的差距，以及国家社会经济发展的重大需求，未来几年我国气候工作应坚持“有所为、有所不 为” 的原则，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、气候系统模式发展和模拟、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；揭示亚洲和中国地区气候要素异常的环境和环流背景条件；
