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：D0515,应用气象学

王开存 袁慧玲

1 北京大学城市与环境学院, 北京 100871

2 南京大学大气科学学院, 南京210023

应用气象学主要研究如何基于大气科学基础科学问题的认识和技术方法的发展，服务相关行业部门，从而为国家社会经济的发展趋利避害，是大气科学基础研究和服务国民经济建设的重要组成部分。在不同语境下，应用气象学具有不同意义。首先，应用气象学是我国高等学校本科专业目录理学门类大气科学一级学科的两个二级学科之一。大气科学起源于农业应用需求，具有明显的应用导向。农业、军事、航空、航海、水利等行业的应用需求，极大地促进了大气科学的进步。因此国务院学位委员会将应用气象学和大气科学并列设置为大气科学类仅有的两个本科专业。应用气象学专业的培养目标是将气象学原理、方法和成果应用于农业、水文、航海、航空、军事、医疗等领域，解决相关领域的气象问题，最终同各个专业学科相结合形成交叉学科。

应用气象学也是自然科学基金委地球科学部大气科学学科下15 个二级申请代码之一。2019 年地球科学部大气学科率先启动了新一轮申请代码调整，把大气科学分成“分支学科”“支撑技术”和“发展领域”三个板块、15 个二级申请代码（刘哲等，2020）。应用气象学（D0515）属于发展领域，分类类型为国家经济社会需求（https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab1093/info84661.htm[2022-11-06]）。

在战略研究专项项目的支持下，应用气象学二级申请代码关键词调整工作于2019 年启动。为此组建了由20 多位青年学者组成的工作组，进行了多轮深入讨论，征求领域内资深科学家的意见，给出了应用气象学二级申请代码关键词建议稿。此后，又根据2020 和2021 年基金项目申请过程中关键词的实际使用情况进行了微调。2021 年应用气象学与大气数据和信息技术两个二级申请代码联合组织了线上青年论坛，对代码关键词调整工作进一步征求意见和宣讲。

设置关键词的主要目的有两个：第一个是帮助申请人准确选择吻合申请书内容的关键词，第二个是帮助自然科学基金委智能辅助指派系统精确匹配评审专家。为了达到这两个目的，一方面要求设置的关键词具有代表性，具有较好的覆盖度，能够满足申请人撰写申请书的需求。另外一方面也要求，申请人尽量从自然科学基金委关键词库中选取作为项目申请书的关键词，同时也要求评审专家在维护个人信息时尽量从关键词库中选择，这样更有利于自然科学基金委智能辅助指派系统精确匹配专家。因此本文从服务申请人的角度出发，梳理了应用气象学二级申请代码内涵和外延的演变，介绍了应用气象学二级申请代码下的关键词，结合文献检索，分析了这些关键词在国内外科研前沿和基金项目申请书中的使用情况，梳理了应用气象学的主要申报单位，以及在基金申请过程中关键词使用和科学问题属性选择的相关问题。

应用气象学与生态系统紧密相关，新一轮申请代码调整后，大气学科增设了生态气象二级申请代码（D0507），属分支学科板块。生态气象重点研究气象要素及大气成分变化与生态系统组成、结构、功能及生态过程等相互作用，为理解自然过程对于天气、气候和大气环境的影响，以及大气过程对于生态系统的影响提供基础支撑（见周广胜和周莉,2021）。新设置的“生态气象”二级申请代码与“应用气象学”二级申请代码有交叉，为此刘哲等（2020）专门撰文解释了二者的选择问题：以农业气象研究为例，如果申请书内容更多关注大气圈层与生态系统在物质、能量、信息上的互馈过程, 侧重基础研究, 则申请代码优先选择“D0507 生态气象”。若申请书更侧重利用生态气象的基础知识,服务于农业生产过程, 那么应该申请代码可优先选择“D0515 应用气象学”。

应用气象学主要研究内容和对象包括：以天气学和大气物理的基础知识支撑人工影响天气的业务应用；
影响农业和林业生产活动的主要气象过程及其定量评估；
天气气候事件（特别是灾害性天气）对水文过程和水利行业的影响及其应对技术；
影响太阳能、风能、水力发电等气象过程及其预测与定量评估；
影响民航、航海和陆（水）路交通的气象过程；
以及其他不属于上述范围的应用气象相关行业和领域。应用气象学申请代码下设六个研究方向：（1）人工影响天气；
（2）农林气象；
（3）水文气象；
（4）资源气象；
（5）交通气象；
（6）其他应用气象方向。

在科学基金网络信息系统中，申请人可以在同一二级申请代码不同研究方向下选择合适的关键词，因此应用气象学在设置每个研究方向关键词时统筹考虑整个二级申请代码的需要。鉴于应用气象学研究前沿和实际应用方向较多，适当提高了关键词的总量，共设置118 个关键词（见表1）。考虑到研究手段和方法更新较快，而研究对象和关键科学问题则较为稳定，在设置关键词时更倾向于研究对象和关键科学问题。应用气象学二级申请代码现有研究对象类关键词82 个，占总数的69.5%；
关键科学问题类关键词22 个，占总数的18.6%；
研究手段和方法类关键词14 个，占11.9%（见表1）。

表1 应用气象学（D0515）二级申请代码研究方向和关键词Table 1 Research directions and keywords for the secondary application code of applied meteorology (D0515)

应用气象学的方向较多，一个二级申请代码下能够设置的研究方向又有限，因此把应用气象学的主要研究方向设置成了关键词，包括“人工影响天气”“农业气象”“林业气象”“水文气象”“交通气象”“航空气象”“航海气象”“城市气象”“工程气象”“海洋气象”“建筑气象”“商业气象”“决策气象”“军事气象”，共14 个，占所有关键词的11.9%。这些关键词可以和其他关键词联合使用。比如，由于研究方向的限制，城市气象没有能够单独列为其中一个研究方向，但“城市气象”关键词可以和其他关键词组合使用，比如“城市热岛”“城市内涝”等。

为了解国内外学者对应用气象学二级申请代码关键词的使用情况，在科睿唯安Web of Science 数据库对每一个关键词在近五年（2017～2021 年）和近二十年（2002～2021 年）的使用情况进行了检索，统计包含每一个关键词的论文发表总数，并对其排序，图1 列出了排名前30 名的关键词。因为近五年的排序结果与近二十年的排序结果大同小异，这里仅列出了近五年的检索结果。为了调研国内学者与国外学者在使用这些关键词的差异，一方面，对Web of Science 数据库检索排名靠前的30名关键词，按照中国作者论文占比（包含中国作者的论文数与总论文数的比值）进行了重新排序。同时在维普网对中文期刊的每一个关键词在近五年和近二十年的使用情况进行检索，统计包含每一个关键词的论文发表总数，并对其进行排序（见图1）。

根据对Web of Science 数据库的检索结果，农林气象研究方向上的高频词最多，30 个中占12 个，分别为 “高温”“产量”“生物量”“水稻”“遥感”“作物模型”“小麦”“碳循环”“水量平衡”“能量平衡”“玉米”“光合作用”。其中使用 “碳循环”“遥感”“光合作用”“作物模型”等关键词的论文中国作者的占比较高。在维普网对中文期刊的检索结果类似，农林气象研究方向上的高频词最多，30 个中占11 个，分别为 “产量”“玉米”“水稻”“小麦”“遥感”“高温”“光合作用”“生物量”“保险”“森林火灾”“生态宜居”。相对于国际期刊论文，国内中文期刊论文对主要农作物及其产量的关注更多，“保险”“森林火灾”“生态宜居”等关键词被中文期刊论文使用频率更高，进入了前30 名。

资源气象方向的关键词词频在两个数据库中排名第二。根据对Web of Science 数据库的检索结果，资源气象方向上有7 个关键词进入了前30 名，分别为 “水资源”“风险管理”“气候变化”“太阳能”“生产力”“风能”“光伏发电”。其中使用 “光伏发电”等关键词的论文中国作者的占比较高。在维普网对中文期刊的检索结果类似，资源气象研究方向上的高频词更多，为9 个，分别为“风险管理”“气候变化”“地质灾害”“水资源”“太阳能”“光伏发电”“生产力”“风力发电”“台风”。相对于国际期刊论文，“地质灾害”“风力发电”“台风”等关键词被中文期刊论文使用频率更高，进入了前30 名，这些关键词是中国的特色或优势方向。

水文气象方向的关键词词频在两个数据库中排名第三。根据对Web of Science 数据库的检索，水文气象方向上有4 个关键词进入了前30 名，分别为“不确定性”“降水”“洪水”“干旱”。在维普网对中文期刊的检索结果显示，水文气象研究方向上的高频词更多，为8 个，分别为“不确定性”“地下水”“参数优化”“滑坡”“降水”“暴雨”“干旱”“泥石流”。相对于国际期刊论文，“地下水”“参数优化”“滑坡” “暴雨”“泥石流”等关键词被中文期刊论文使用频率更高，进入了前30 名，说明国内学者对水文气象方面的问题给予了更多关注，这些问题也是中国的特色。

人工影响天气、交通气象和其他应用气象方向的进入前30 名的关键词相对较少，具体见图1。

我们调研了应用气象学二级申请代码下2020～2022 年青年基金、面上项目和地区科学基金项目申请书中关键词的使用情况。选择这三类基金项目申请书是因为这三类项目申请书的覆盖面大，代表性好。图2 显示了2020～2022 年中应用气象学二级申请代码青年基金、面上项目和地区科学基金项目申请书选择使用关键词的词频分布情况，字越大说明该关键词使用频率越高。项目申请书的高频词（图2）与研究前沿的高频词具有高度相似性（图1），项目申请书词频排名前40 名的关键词均出现在新一轮应用气象学关键词库中。同时因为应用气象学具有明显的交叉属性，申请人有时还会选择其他二级申请代码的关键词，例如有的研究涉及到人工智能，会选择“机器学习”作为关键词，这是值得鼓励的。但我们在调研时也发现，有些项目申请书使用“特性”和“升高”等作为项目申请书的关键词，这样的关键词对精准匹配评审专家方面作用不大，也不在自然科学基金委公布的关键词词库中。这种情况下，建议选用词库中的关键词，帮助精准匹配评审专家，使评审过程更有针对性和专业性。

图1 科睿唯安Web of Science 数据库近五年（2017～2021 年）收录使用应用气象学二级申请代码关键词的论文总数排名（第二列），第三列为按照中国作者论文占比（包含中国作者的论文数与总论文数的比值），对这些关键词进行了重新排序。第四列为维普网收录的使用应用气象学二级申请代码关键词的中文期刊论文总数排名Fig.1 Ranking of the total number of papers using the keywords of the secondary application code for applied meteorology in the Web of Science database in the past five years (2017-2021) (the second column).The third column is the reordering of these keywords according to the proportion of papers by Chinese authors (the ratio of the number of papers by Chinese authors to the total number of papers).The fourth column is the ranking of the total number of papers in Chinese journals using the keywords of secondary application code of applied meteorology

应用气象学二级申请代码的几个主要研究方向农林气象、水文气象、资源气象、人工影响天气和交通气象等在图2 上都有体现，说明新一轮应用气象学二级申请代码关键词可以满足项目申请的需要。农业气象、作物产量和气候变化等关键词使用频率最高，属于第一梯队。这与图1 显示的在国内外科学前沿中农林气象研究方向的热点一致。农业是第一产业，是我国国民经济的基础，也是最基本的物质生产部门，事关粮食安全、国运民生和国家安全。作为农业发展水平的重要指标，作物产量与天气气候条件息息相关。气候变化是热门话题，不仅影响农业生产和粮食安全，而且影响水资源安全、生态安全、人类健康和“双碳”目标的实现等。气候变化不仅仅是气象研究的核心内容，也为我国参与国际气候谈判提供科学基础。应用气象学在服务这些国家重大需求方面发挥重要作用。

图2 2020～2022 年中应用气象学二级申请代码青年基金、面上项目和地区科学基金项目申请书选择使用关键词的词频分布情况。Fig.2 Frequency distribution of keywords used in the applications for the young scientist fund, general program, and fund for less developed regions in the secondary application code of applied meteorology from 2020 to 2022

同样地，有关灾害、干旱、极端、降水、高温、城市、人工、预报、模拟、模式等是项目申请书关键词词频第二梯队。这与图1 显示的国内外研究热点一致，也是应用气象学设置水文气象和资源气象研究方向的主要原因之一。近年来，气象灾害频发，诸如干旱、强降水和高温等极端天气气候事件，引起了广泛关注。在城市尺度上，随着我国城市化的发展，城市问题成为应用气象研究的重点之一，例如城市内涝、城市热岛、高温、城市对降水的影响以及城市化对空气质量和区域气候的影响等。如何利用人工方法，影响中小尺度（例如城市尺度）的天气过程，也是长期被关注的研究内容，例如人工增雨、人工防雹、人工消雾和人工防霜等。为了研究以上气象灾害和人工影响天气的机理，模拟预报是重要途径，已经被广泛应用于科学研究和业务工作；
模拟预报离不开模式的发展，包括动力框架和次网格尺度物理过程的参数化等，这为理解不同尺度大气过程演变规律提供了重要的研究工具。

第三梯队中除了偏理论的关键词（例如辐射、低温、光合作用）外，也包含了大量应用方面的关键词（例如光伏发电、航空等）。这充分体现了应用气象学二级申请代码的特点，即理论研究和实践应用互为补充、相辅相成。比如，通过分析影响能见度的因子、优化参数化方案，更好地预报能见度，服务于航空气象、航海气象等，减少交通气象灾害。通过对辐射、光谱、风场等理论研究，实现对太阳能和风能的预警预报，服务于光伏发电和风力发电。据报道，我国光伏和风力发电累计装机容量稳居世界首位，并且规模正在大幅扩大。因此，在未来基金申请中，这方面关键词的使用频次有望增加。

2020～2022 年应用气象学的项目申请总数占大气学科总申请量的6.4%，在15 个二级申请代码位居第7 位，排位居中。表2 显示了2020～2022年三年期间应用气象学（D0515）二级申请代码下申请次数大于等于4 次的30 家单位。中国气象科学研究院和南京信息工程大学的申请量明显大于其它单位。各省级气象科学研究所已经成为项目申请的主力军，成为D0515 二级申请代码的主要服务对象。表2 还显示虽然应用气象学具有明显的学科交叉属性，但来自传统气象行业部门以外的申请仍然相对较少。

表2 2020～2022 年应用气象学（D0515）二级申请代码2020～2022 年累计申请4 次及以上的单位列表Table 2 List of institutions applying with the secondary application code of applied meteorology (D0515) four or more times from 2020 to 2022

2019 年地球科学部选择和支持大气学科结合学科特点进行分类评审试点（姚玉鹏等，2020）。四类科学问题属性分别为：鼓励探索，突出原创（属性A）；
聚焦前沿，独辟蹊径（属性B）；
需求牵引，突破瓶颈（属性C）；
共性导向，交叉融通（属性D）。2022 年集中接收期间，自然科学基金所有学部面上项目申请中，四类科学问题属性的占比分别为：5.1%、44.6%、45.1%和5.2%。地球科学部面上项目四类属性占比分别为：4.40%、41.24%、47.38%和6.98%（郝红全等， 2022）。2021 年大气学科面上项目、青年基金和地区基金项目申请书四类属性占比分别为：4.4%、47.9%、40.3%和7.4%（何建军等，2021），2022 年分别为：2.9%、49.6%、41.4%和6.1%（何建军等，2022）。表3 给出了应用气象学二级申请代码下的项目申请科学问题属性选择情况。2021 年应用气象学二级申请代码面上项目、青年基金和地区基金项目申请书四类属性占比分别为：2.7%、17.2%、67.5%和13.0%，2022 年分别为：1.1%、14.2%、77.2%和10.5%。应用气象学项目申请属性C 的占比要明显大于高于所有学部、地球科学部和大气学科的平均值，具有明显的需求牵引特征。其中2022 年面上项目和地区科学基金申请属性C 的比例都超过了80%，青年基金的比例也达64.3%，相对于2020 年和2021 年均有较大提高。为了帮助申请人和评审人更好地理解四类科学问题属性，刘哲等（2021）基于大气学科发展的内在需求对分类评审政策进行解读。

表3 应用气象学（D0515）二级申请代码2020～2022 年青年基金、面上项目和地区科学基金项目申请选择四类科学问题属性的比例Table 3 Proportion of applications for the young scientist fund, general program, and fund for less developed regions with four scientific attributes during the period of 2020-2022 for the secondary application code of applied meteorology (D0515)

地球科学部面上项目、青年基金和地区基金2020 年的资助率分别为23.05%、20.79%和15.68%（张朝林等，2021），2021 年的资助率分别为22.31%、21.51%和15.68%（郑袁明等，2022）。大气学科面上项目、青年基金和地区基金2020 年申请项目数1553 项，获资助数348 项，资助率22.4%，应用气象学申请项目数106 项，获资助数13 项，资助率12.3%，应用气象学申请数占大气学科的6.8%，获资助数占大气学科的3.7%（何建军等，2020）；
2021 年大气学科面上项目、青年基金和地区基金申请项目数1695 项，获资助数384 项，资助率22.7%，应用气象学申请项目数129 项，获资助数14 项，资助率10.9%，应用气象学申请数占大气学科的7.6%，获资助数占大气学科的3.6%（何建军等，2021）；
2022 年大气学科面上项目、青年基金和地区基金申请项目数1817 项，获资助数411 项，资助率24.6%，应用气象学申请项目数137 项，获资助数12 项，资助率8.8%，申请数占大气学科的7.5%，获资助数占大气学科的2.9%（何建军等，2022）。这说明应用气象学二级申请代码下面上项目、青年基金和地区基金的资助率要远低于地球科学部和大气学科的平均值。因此，从事应用气象研究的科研人员应进一步思考应用气象面临的科学问题，扩展知识链条，提升申请书质量。

应用气象学与不同学科领域相结合加强了大气科学的应用属性，服务于不同行业需求和社会发展，同时推动了大气科学的进步。设置基金申请关键词的主要目的有两个，第一个是帮助申请人准确选择吻合申请书内容的关键词，第二个是帮助自然科学基金委智能辅助指派系统精确匹配评审专家。为了达到这两个目的，一方面要求设置的关键词具有代表性，具有较好的覆盖度，能够满足申请者在撰写申请书时的需求。考虑到研究手段和方法更新较快，而研究对象和关键科学问题则较为稳定，应用气象学二级申请代码设置关键词更倾向于研究对象和关键科学问题，分别占69.5%和18.6%。另外一方面也要求，申请人尽量从自然科学基金委网站公布的关键词库中选取申请书的关键词，同时也要求申请人在维护个人信息时尽量从公布的关键词库中选择，这样更有利于自然科学基金委智能辅助指派系统精确匹配专家。

通过文献检索，统计了应用气象学二级申请代码下所有关键词在近五年国内外论文发表中的使用情况，根据发表论文总数对关键词进行排序，发现进入前30 名的关键词中，农林气象研究方向关键词最多，其次是资源气象和水文气象。这与通过应用气象学二级申请代码下2020～2022 年面上项目、青年基金和地区基金项目申请书中关键词的使用情况得出的结论一致。这说明了应用气象学关键词的设置契合了当前国内外研究热点，也得到了基金申请人的认可和使用。

应用气象学二级申请代码大部分面上项目、青年基金和地区基金项目申请书选择的科学问题属性是“需求牵引，突破瓶颈”，说明应用气象学在满足国家需求和服务行业方面大有可为。虽然应用气象学具有明显的学科交叉属性，但主要申请仍然多数来自各省级气象科研所（院）等气象行业部门，期待更多来自海洋、新能源、交通等相关行业的申请，更好地服务社会和经济发展的需求。

致谢感谢大气学科关键词编写组的对本文写作的大力支持，感谢应用气象学D0515 申请代码关键词编写组的顾问专家（张强、罗勇、段青云、何清）、召集人之一（陆春松）以及工作组成员（段婧、房世波、费建芳、姜元俊、杭建、蒋日升、景晓琴、刘海文、鲁玺、宋莉丽、汪洋、吴欢、杨军、张劲松、张珂、郑小童、周莉、钟中）为本代码的研究方向和关键词调整工作顺利完成做出的重要贡献。感谢北京大学李云和范崇光，南京信息工程大学林玉豪进行的文献检索与统计工作。

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