鉴于气候对环境、自然资源及经济发展的广泛影响以及为应对气候及其变化研究方面的挑战，作为美国全球变化研究计划（USGCRP，气候变化及全球变化研究领域国际最大科研投资计划）的延续和美国气候变化研究行动（CCRI）的重要组成部分，气候变化科学计划（CCSP）设立于2002年，旨在提升气候变化预测水平、降低管理风险及有效利用气候变化与气候差异效应等方面为美国乃至世界范围内的研究提供科学依据。CCSP研究基于近几十年来全球科学进步以及人类对自然因素同人类活动之间的相互作用对气候系统影响认识的积累，研究内容涵盖生物学、地球科学、工程学、数学、物理学、社会学、行为科学及经济学等学科领域。

 

CCSP由包括美国国家科学基金会（NSF）在内的美国13个联邦政府机构共同发起，致力于推动气候变化相关的基础研究、综合观测、统一建模以及相关决策支持系统的研发。

 

 

NSF通过资助气候相关的基础研究、调动科学界全部智力资源、利用先进研究基础设施以及创新教育活动等全面关注影响全球气候的关键要素（大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈及生物圈）。作为CCSP的关键支持机构，NSF鼓励相关的跨学科研究并特别强调地球系统过程及其变化效应。具有高度资助优先权的研究方向包括：全球变化相关数据获取与信息管理；地球系统过程相关优化模型设计；相关先进分析研究方法开发。除此之外，涉及面向确定和评估应对环境条件变化响应措施的一般过程的基础研究也在NSF关注之列。通过对上述方向研究的资助，NSF为CCSP战略计划所确定的诸多目标的实现提供着广泛的科研支撑。

 

 

近年来，NSF面向CCSP的资助规模总体上保持相对稳定（2007和2008年资助总额分别为2.066亿和2.053亿美元），2009年预算总额达到2.206亿美元，预计比2008年增长7.5%。

 

从NSF面向CCSP资助的具体学科领域来看：地球科学是NSF面向CCSP资助的首要学科，其资助额占资助总额的75%以上。与2008年相比，2009年其生物学、工程学、社会学、行为学及经济学领域资助规模保持不变，地学、数学与物理学、极地研究等领域均有不同程度的增长，其中对极地研究的资助规模增幅达到74.3%。

 

 

2009年，美国国家科学基金会面向“气候变化科学计划”重点资助的7个研究领域为：大气组分研究、气候变率及变化研究、全球水循环研究、土地使用及土地覆盖变化研究、全球碳循环研究、生态系统研究以及人类对气候变化的作用与响应研究。

 

1.大气组分研究。包括大气化学组成及其与气候差异及气候变化的关系；大气与生物圈、陆表、海洋及冰冻圈之间的联系；气态组分与气溶胶的运移与转化（特别关注温室气体）。上述研究旨在为联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）有关气候变化的评估报告提供重要科学依据。

 

2.气候变率及变化研究。包括跨时空尺度的气候变率与气候变化；洋流结构、洋流循环及其同大气之间的交互作用；区域气候系统模型优化（纳入复杂因子使区域气候系统模型更好地整合气溶胶辐射效应、同温层动力学、交互化学及生物地球化学循环）；极端气候现象（如飓风、干旱）及重大生态系统失调的模拟分析（以确定其发生机制并评估其模拟结果）；古气候研究（提供历史及关键气候地区自然气候差异基准数据）。

 

上述研究将改进人们对气候系统自然差异的理解，尤其将在实现历史环境变化的重构与评估（关系到模型的有效性）方面发挥重要作用。

 

3.全球水循环研究。用于研究目的的不同水文资料的有效利用方式；水循环过程研究（用于模型优化）；高分辨率云系模型优化（确定气候变化计算的关键要素，水蒸汽对流及云过程）；15个水文观察站原型设计，将支撑“半干旱地区水文学及流域科学技术中心”的发展并联合其他各方致力于相关先进研究成果转化及处理相关研究。

 

4.土地使用及土地覆盖变化研究。包括相关生物多样性及生态变化；北极系统、临时变异、水以及能源对植被系统的影响；人类活动对土地使用的不同影响。

 

5.全球碳循环研究。将继续关注土地与海洋生态系统及其对碳循环的作用方面的研究，包括碳存储、河流碳传输、高海拔土壤碳通量、山地碳排放、海底地下水流注、海洋中层的海水酸化与矿化等。碳循环研究将实现观测数据同模型的整合以获得对全球碳循环、气候系统反馈的深层认识并服务于气候变化研究及通过CO2封存应对气候变化之战略的制定。

 

6.生态系统研究，重点在于陆地及海洋生态系统研究。包括：长期生态研究（LTER），获取关键生态系统过程的时间序列数据；陆地及海洋生态系统变化的驱动机制研究；全球海洋生态系统动力学研究（GOED），全球海洋变化对海洋生态系统的影响研究，关注目标为北大西洋和北太平洋；二氧化碳排量的增加对珊瑚钙化、繁殖及造礁珊瑚的共生关系的影响研究。

 

7.人类对气候变化的作用与响应研究。包括与人类活动（个体、群体或组织）同自然环境系统交互作用过程有关的一系列基础研究。关注不确定状态下的气候变化相关决策的制定以改进应对未来不确定性气候变化的决策水平。

 

 

1.气候变化对水供给的影响。该研究由斯克里普斯海洋学研究所、劳伦斯里弗莫尔国家实验室联合NSF圣地亚哥超级计算中心展开。目的是探明全球气候变化对美国西部地区水资源供给的影响。科学家首先借助超级计算机完成全球气候变化模拟，然后重点考察美国西部地区所受影响，最后将模拟结果同实际观测结果比较，对结果进行进一步分析并据此确定全球气候变化模拟的精度。研究过程中，科学家借助圣地亚哥超级计算中心开发的专门工具“存储资源代理”实现了数据的分布式管理及共享。

 

2.气候研究与教育。美国继续依托大气棕色云计划（ABC）推动其气候研究及教育的发展。由于大气污染所导致的气候变化及其他效应已普遍为亚洲国家和地区所接受，目前“大气棕色云计划”使美国在气候研究及教育的引领地位，在总人口占世界人口一半以上的南太平洋及亚太地区获得了高度认同。

 

“大气棕色云计划”作为目前气候变化领域重要的全球性科研攻关行动之一，旨在帮助亚太（及其周边）地区寻求应对当前所面临的首要环境及气候威胁——大气棕色云之举措。该行动汇集并联合了国际顶尖大气科学家及研究人员，亚洲、欧洲及美国的一流研究机构以及亚洲各有关国家及地区政府。

 

3.氮循环研究。氮循环研究取得重要突破。通过对来自21个不同生态系统的数据长达10年的分析，科学家们发现释放到土壤中的氮数量完全取决于两大要素：氮的初始浓度及腐烂植物根叶中所残存的有机物总量。这一发现使得构建可用于所有类型生态系统氮释放模拟的数学模型成为可能，该数学模型将改进人们对植物生长机理的理解，并进而提高全球气候模型中碳吸收循环的精度。

 

（作者单位：中国科学院国家科学图书馆兰州分馆，中国科学院资源环境科学信息中心）

 

《科学时报》 (2009-5-18 A4 科学基金)