國家自然科學基金大氣科學學科二級申請代碼下設研究方向與關鍵詞解讀：D0509 大氣觀測、遙感和探測技術與方法

李銳 李正強 趙坤 孫業樂

1 中國科學技術大學地球和空間科學學院, 合肥230026

2 中國科學院空天信息創新研究院, 北京100094

3 南京大學大氣科學學院, 南京210023

4 中國科學院大氣物理研究所, 北京100029

1 引言

2019 年，國家自然科學基金委員會（以下簡稱自然科學基金委）要求按照新時代科學基金資助導向，以大氣科學為試點，率先開始改革，其中核心任務之一是“優化學科布局”。通過梳理、調整申請代碼以順應學科發展態勢與需求，構建“源于知識體系邏輯結構、促進知識與應用融通的學科布局”，形成以“分支學科”為主體，輔以“支撐技術”，服務于“發展領域”的整體結構；要求大氣科學學科下設的“研究方向”及其“關鍵詞”需進一步細化詮釋申請代碼的內涵和外延，體現申請代碼內部邏輯結構、分支方向、特色與交叉、需求與導向。通過改革，新的大氣科學二級代碼共有三大類（15 個），包括分支學科類（8 個）、支撐技術類（4 個）和發展領域類（3 個）。舊版涉及到的大氣探測兩個二級代碼（即“D0503 大氣遙感和大氣探測”和“D0515 大氣觀測原理方法及數據分析”）歸并為一個新代碼D0509，名為“大氣觀測、遙感和探測技術與方法”，歸類為“技術支撐”類（劉哲等, 2020）。

按照自然科學基金委的統一要求，新的D0509 二級代碼優化調整工作主要考慮內涵、外延以及服務國家需求三大要點，具體包括：（1）導向清晰，即完整涵蓋“大氣觀測、遙感和探測技術與方法”資助范圍，體現對應的分支學科/技術支撐/發展領域的內涵與外延；（2）數量適宜，原則上，每個“二級申請代碼”下設不超過6 個“研究方向”，每個“研究方向”下設不超過20 個“關鍵詞”；（3）便于智能指派：可基于“研究對象”“關鍵科學問題”“研究手段”及“其他相關內容”等因素，設置“研究方向”和“關鍵詞”，以便智能指派系統精準匹配函評專家；（4）結構清晰，邏輯自洽。

在以上政策導向下，自然科學基金委大氣學科提前布局了戰略研究項目組, 并成立了科學顧問組，邀請戰略專家領銜戰略研究并擔任科學顧問，主要任務是把握學術方向并形成代表科學界的政策建議（劉哲等, 2020），并在此基礎上，成立了二級代碼調整秘書組；由秘書組組織了D0509 代碼調整召集人工作組，后者召開會議，成立由數十名專家組成的代碼調整工作組，同時兼顧不同領域和不同單位的代表性。代碼調整工作組經過廣泛征求意見、集中討論、多次修改，形成了D0509 代碼初步方案，并提交顧問組專家審閱，做了進一步的調整。2019 年12 月，工作組形成了2020 版D0509 二級代碼。2020 年自然科學基金申請和評審結束后，自然科學基金委及時將新代碼的相關使用情況通知給相關代碼調整工作組，特別是對未使用過的代碼進行了討論、調整，在此基礎上形成了2021 版D0509 二級代碼。2021 年自然科學基金申請和評審結束后，工作組再次根據代碼使用情況，對代碼進行了優化調整，形成了2022 版D0509 二級代碼。

由于新版大氣科學二級代碼的研究方向和關鍵詞高度凝練，若僅閱讀代碼本身，不容易準確把握其設計理念，有可能造成一定的理解偏差，導致申請人和函評專家未能選擇適合自己的關鍵詞。本文作者作為D0509 二級代碼優化工作的召集人，深度參與了代碼編寫工作，并對代碼研究方向和關鍵詞的選擇進行了多次深入研討。鑒于此，本文試圖從作者個人的視角，解讀D0509 研究方向和關鍵詞的設計理念，為學界同仁準確理解D0509 的資助導向、正確的選擇二級代碼、研究方向及其關鍵詞提供一定的參考。

2 “大氣觀測、遙感和探測技術與方法”的重要性

大氣觀測、遙感和探測技術與方法是大氣科學發展的基礎，其發展推動和引領了大氣科學的發展（呂達仁等, 2003; 王體健等, 2019）。例如，人類對熱帶對流云內部三維結構的理解，從熱塔模型到中尺度對流系統的深刻認識，再到熱帶、全球尺度風暴的全面認識，是緊緊伴隨著大氣探測平臺（地基—艦船—飛機—各類軌道衛星）、儀器（傳統儀器—可見光、紅外、微波被動遙感儀器—各類主動遙感儀器等）、反演技術的發展而不斷豐富起來的（Houze, 2003）。

國務院頒布的《氣象高質量發展綱要（2022～2035 年）》指出，到2025 年，氣象關鍵核心技術要實現“自主可控”。近30 年來，中國自主研制的大氣探測設備在大氣科學發展和氣象觀測業務中發揮了重要作用，以氣象雷達（Zhao et al., 2019）、成像光譜儀等為代表的遙感設備及技術得到了長足的發展。國產業務衛星系列（風云、海洋、資源、高分等）形成了穩定的業務觀測能力，對地觀測衛星信息定量提取和綜合應用形成了良好的規模（許健民等, 2010; Zhang et al., 2019）。在一些方面，中國氣象衛星的觀測能力已經國際領先，如風云3E“黎明星”的成功發射與運行，使我國成為國際唯一同時具有上午、下午、黎明三軌觀測衛星探測能力的國家（Zhang et al., 2022）。

同發達國家相比，我國在大氣探測的基本原理、技術方法、儀器研制等諸多方面仍存在一定差距。隨著國際形勢的變化，氣象科技的“自主可控”成為國家迫切需求。具體到大氣觀測、遙感和探測技術與方法領域，就是要打破對國外技術的依賴，研發具有中國自主知識產權的大氣探測理論、反演方法和儀器設備，實現大氣科學及相關領域的關鍵狀態參數和過程參數的精準測量。

2.1 大氣觀測、遙感和探測技術與方法的內涵和外延

雖然在新的自然科學基金委大氣科學代碼分類中，“大氣觀測、遙感和探測技術與方法”被歸入“技術支撐”類別，但不能將其簡單地理解為對已有工程技術的應用。大氣遙感充滿著未知的科學問題、有待解決的技術難題、有待拓展和完善的應用領域，是一個由基礎研究、高技術和重大應用密切結合的學科分支（呂達仁等, 2003）。

大氣觀測、遙感和探測技術與方法主要包括與大氣中各種現象和參數測量相關的原理、技術、方法和儀器，旨在為大氣科學以及地球科學相關學科發現、驗證和量化科學事實提供基礎技術支撐。研究方法主要包括原位探測和遙感等，研究對象包括大氣溫、壓、濕、風和輻射等狀態參數；氣體和氣溶膠化學成分及其物理與光學屬性；云和降水的動力、熱力和微物理特征以及相關的能量收支過程；與大氣過程密切相關的陸地表和海表的狀態參數和通量等。

在原理和方法層面，大氣遙感的原理基礎包括電磁場理論、分子和原子光譜理論、波與介質相互作用理論等；描述傳感器所測信號與地—氣物理參數之間物理聯系的直接或間接模型構成了遙感的應用理論基礎（呂達仁等, 2003），也就是反演的理論基礎。輻射傳輸理論描述電磁波等與大氣中不同成分的相互作用原理和計算過程，結合氣體分子、氣溶膠、云粒子等的吸收、散射、發射等機理，成為定量大氣成分、氣溶膠和云探測的重要基礎（胡斯勒圖等, 2020）。大氣中的各種降水粒子對雷達波的散射和吸收特征，以及描述雷達波在大氣中傳播的雷達方程，成為了氣象雷達定量探測云和降水的基礎。近年來，人工智能和機器學習方法被逐漸應用于大氣探測和遙感領域，成為大氣探測原理和方法基礎的重要一部分。

在技術與手段層面，根據是否與探測對象直接接觸，大氣探測和遙感可分為直接測量和遙感兩種類型。直接測量中又分為實驗室測量和野外測量兩大類。大氣遙感技術有多種分類視角，根據所利用的電磁波的光譜段可分為紫外遙感、可見光遙感、紅外遙感和微波遙感等；根據遙感信號的來源可分為主動和被動大氣遙感；根據遙感儀器所依托的平臺可分為地基、空基（飛機）和星載三大類等。

在探測對象層面，人類主要生活在地球表面。地表不僅僅是大氣流體運動的下邊界，而且與大氣有著直接的物質和能量交換，因此地表狀態和大氣狀態參數是大氣探測的首要對象。其次，云和降水是全球水循環和能量平衡的核心過程，探測其時空變化是認識天氣氣候變化的關鍵。近年來，以激光雷達、雙偏振雷達和相控陣雷達等為代表的主動遙感新技術的蓬勃發展，促進了大氣成分、氣溶膠、云和降水的精細結構和宏、微觀物理特征的認識，但其定量反演也一直是大氣遙感的熱點和難點問題。

綜上，從方法論的角度，大氣觀測、遙感和探測技術與方法涉及原理、技術方法、儀器硬件；從探測對象而言，可大致分為地表狀態、大氣狀態、大氣氣體成分、大氣氣溶膠、云和降水等。盡管眾多大氣觀測研究均可以歸納為方法論的一種，但不同對象所涉及的原理、技術、硬件可能差別很大。以“原理和方法”為例，研究大氣成分探測原理的學者，專業背景可能是實驗室化學，而研究大氣云和降水探測原理的學者，專業背景可能是電磁波輻射傳輸。因此，僅從方法論的角度對大氣觀測、遙感和探測技術與方法進行分類可能是不夠的，難以保證同一分類下的研究者具有相近的知識背景，為此，需要進一步區分探測對象，進而提高相關分類的準確性，這對精準匹配項目評審專家尤為重要。

2.2 大氣觀測、遙感和探測技術與方法的發展現狀和趨勢

自1949 年新中國成立以來，我國在大氣觀測、遙感和探測技術與方法研究中取得了豐碩成果，相關文獻對此作了詳細的闡述（趙柏林, 1995; 呂達仁等, 2003; 張大林, 2005; 郄秀書等, 2008; 邱金桓等,2008; 王體健等, 2019）。深入理解該學科方向的國內外發展現狀、趨勢和前沿動態，是準確制定相應二級代碼的前提與基礎。

一些新物理、化學原理與技術、新興材料和計算科學被應用到了大氣探測和遙感儀器研發領域，如高光譜分辨率激光技術、紅外和微波成像、絕對低溫輻射定標、納米技術、相控陣雷達、超光譜成像探測等。而一些原理相對成熟的探測技術也伴隨著材料科學和生產技術的發展和國家經濟實力的提升得到進一步發展和應用，如小型傅里葉光譜技術、拉曼散射、中高層大氣探測技術、下投探空等。同時，觀測平臺從車載、船舶、無人機、飛機、飛艇，發展到火箭、衛星、空間站，這極大地拓展了大氣觀測與探測的應用場景和探測范圍。隨著探測平臺的拓展，大氣觀測逐步從城市向極地、沙漠、深空等極端環境發起挑戰，且已從人們生活的大氣邊界層向平流層和熱層延伸。大氣觀測與探測目前正在向高覆蓋、高分辨、高精度方向發展，并預期在未來實現對地球大氣的宏觀監控和微觀探析。

大氣成分探測方法和技術手段在過去二十年也得到了長足的進步，有力推動了大氣污染機制研究等相關學科分支的發展（孫業樂, 2018; Zhou et al.,2020）。在國家“碳達峰、碳中和”需求背景下，溫室氣體如二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、水汽（H2O）和氧化亞氮（N2O）等，及其重要同位素如13C、17O 和15N 等的測量精度和時間分辨率均得到了大幅提升。與此同時，大氣中短壽命物種如大氣自由基和大氣氧化劑等測量方法和技術也在不斷發展，如化學電離質譜（CIMS），激光誘導熒光技術（LIF）和差分吸收光譜技術（DOAS）等，大幅提高了我們對大氣自由基化學的認知。在實時在線測量技術和方法快速發展的同時，由于經濟、便攜等優勢，基于化學傳感器測量大氣成分和氣溶膠理化特性的技術與方法也在國內外迅速發展和應用，但受限于標定方法和測量穩定性等影響，未來仍需進一步發展數據質控方法，并提高傳感器的耐用性。大氣污染和氣候變化監測需求的日益增長對于大尺度大氣成分的精細化探測提出了更高的要求。借助遙感手段，通過偏振、多角度等先進探測技術，可提高氣溶膠光學性質探測精度（Li et al., 2018a,2018b, 2019a），并實現對氣溶膠成分的初步識別。同時，基于國產衛星平臺的遙感監測大氣污染氣體成分（如臭氧及其重要前體物NOx、VOC 等）的儀器、方法和應用在過去五年也取得了許多重要進展，有力支撐了環保和氣象業務部門工作（Xia et al., 2021; Liu et al., 2022）。此外，探測手段的豐富和探測精度的提高促進大氣化學模式的快速發展，急需集合多源、多變量觀測以及數據同化方法建立高精度、高時空分辨率的氣溶膠和大氣成分數據集。

地球氣候系統的水循環及其能量平衡對大氣動力學、云霧物理、陸—氣相互作用等重要的大氣科學研究領域具有重要意義。近年來，對水汽蒸散發、云、降水（黃美元等, 2003）及其相伴隨的長、短波輻射平衡、潛熱釋放等過程關鍵參數的探測水平有了很大發展。除了利用傳統的地基通量觀測、雨量計觀測等手段對地表水汽通量、云、降水進行精確的點測量之外，地基遙感（趙傳峰和楊以坤,2021）、氣象雷達（Zhao et al., 2019; Weber et al.,2021）和衛星（Wang et al., 2019; Letu et al., 2020）遙感技術在該領域也取得了一系列進展。其中，氣象雷達是基于云和降水粒子數量、大小、形狀、指向和介電性能的遙感觀測，通過雙偏振、雙波長等雷達技術的發展，能獲取云和降水系統內部三維立體空間的粒子相態、大小分布等微物理結構特征，并提高定量降水估計精度（Huang et al., 2020）。目前國際上正在發展下一代的相控陣雷達探測技術，通過多波束快速掃描，實現對降水精細結構演變特征觀測（Kollias et al., 2022）。

在降水的衛星遙感領域，1997 年熱帶降水測量衛星TRMM（Kummerow et al., 1998; Fu and Liu,2001; Li and Fu, 2005）攜帶人類第一顆星載測雨雷達升空，第一次為人類提供了南北緯37 度之間，全球性降水和潛熱（Tao et al., 2006）的三維結構信息，并同時提供了降水云的雷達回波反射率因子、多通道微波亮溫、多通道可見光及紅外信號的聯合測量，為全球性融合降水資料的產生提供了重要基礎。2014 年全球降水測量衛星GPM 攜帶了人類第一顆雙頻測雨雷達（Ku、Ka）升空，可以對南北緯65 度之間，降水粒子的更細致微物理特征、以及潛熱釋放率（Tao et al., 2006; Li et al., 2019b; 李銳等, 2021）等提供觀測信息。更重要的是GPM提出了全球降水測量“星群”的概念，即以一顆攜帶主、被動微波探測儀器的主星為參考，一群攜帶多通道微波輻射計（被動微波）的伴星組成衛星網絡，實現對全球降水的連續探測（Skofronick-Jackson et al., 2017）。另外，中國第一顆、人類第三顆主動測雨雷達衛星風云降水星（谷松巖等,2022）也即將升空，該星除了攜帶雙頻測雨雷達之外，還設計了通道更多的被動微波輻射計、彌補了GPM 不具備可見光紅外探測能力的不足、創新性的增加了對降水云偏振特性的觀測，相信將對全球降水三維結構探測帶來新的突破。

融合多平臺、多通道、多種技術裝備，在熱點區域開展大氣探測聯合試驗可以最大程度發揮探測功能，在大區域增進人類對復雜大氣現象的綜合理解并產生較大的科學發現。例如美國能源部和美國宇航局于2011 年4～5 月在俄克拉荷馬進行了中緯度陸地對流云實驗MC3E（Jensen et al., 2016），通過多元觀測的集成與分析，深刻揭示了對流云動力學和微物理學特征，并為衛星遙感降水算法的改進提供了寶貴資料。中國淮河流域能量與水分循環試驗和研究（丁一匯等, 2020）建立了一套覆蓋不同尺度（α、β、γ）、常規與加密觀測配合的地基大氣與水文觀測網，揭示了梅雨期大尺度環流和天氣尺度系統的基本特點，揭示了不同類型梅雨鋒系統內中小尺度系統發展演化的機理，同時促進了陸面過程與水文過程的模式發展。又如，青藏高原熱動力作用與地氣相互作用過程對我國的天氣和氣候具有極其重要的影響作用。經過國家自然科學基金重大研究計劃“青藏高原地—氣耦合系統變化及其全球氣候效應”（周秀驥等, 2022）、國家自然科學基金委基礎科學中心項目“青藏高原地球系統”等的推動，已在青藏高原建成了包含地基、空基、天基的多平臺、多時空、多要素觀測系統，取得了豐碩的成果。

綜上所述，大氣探測經歷了從地基到天基、從宏觀到微觀，從人工到智能、從單一到協同的發展脈絡。從大氣科學發展對大氣探測的需求來看，還有大量的科學問題亟需解決，需要從原理、技術、方法、儀器等多方面結合具體的觀測對象進一步提高。

3 D0509 申請代碼解讀

3.1 目前D0509 申請代碼的研究方向解讀

如2.1 節所述，在新的大氣科學學科申請代碼分類中，D0509 屬于“支撐技術”板塊。然而，由于大氣科學所涵蓋的時間、空間尺度廣，大氣現象與人類所能感知的信息之間只有相對有限的聯系，如何發現、測量、描述大氣現象和參數不僅是一個“技術應用”問題，還是一個具備自身知識體系、研究方法、應用對象的獨立學科。因此，研究方向的設立，首先應該把大氣探測與遙感的主要學科分支單列出來，鼓勵對本領域基礎性原理、關鍵技術、重要儀器的創新性研究，其次是考慮如何利用這些手段對重要的大氣參數進行測量。

根據第2 節的分析，新版D0509 的研究方向從學科基礎層面和具體應用層面設計了6 個研究方向，如圖1 所示。在學科基礎層面，設計有“大氣觀測基本原理和反演方法”“大氣探測與遙感技術和手段”和“大氣觀測儀器研發和定標”三大研究方向，為該學科的基本原理、實用技術、和硬件儀器奠定學科基礎。

圖1 “D0509 大氣觀測、遙感和探測技術與方法”的6 個研究方向之間的邏輯關系及與其他二級代碼的關系Fig.1 Relationship between the six research directions in D0509 “Atmospheric Observation, Remote Sensing and Detection Technology and Methods” and the relationship with other secondary application codes

概括而言，D0509 所包含的所有研究都可以歸為以上三類其一，但是，實際上，大氣科學的觀測往往又是根據所觀測的對象進行分類的，而且針對某一特定對象所研發的觀測方法可以同時涵蓋“原理”“技術”和“儀器”，如果僅僅包括上述三個研究方向，很可能導致某個研究特定研究對象的申請書難以對應到合適的評審專家。所以，目前的D0509 還設計了另外一個“維度”，以觀測對象劃分研究方向，包括“大氣和地表狀態參數觀測”“大氣成分與氣溶膠觀測”和“云和降水觀測”。

以上兩個分類維度的設計類似直角坐標系的X和Y坐標，而相應的關鍵詞如同坐標值。一旦申請人分別選定了X、Y兩個坐標上的關鍵詞，而評審專家也準確地選擇了自己所擅長評審的研究方向和關鍵詞，就可以較為精準地將項目申請人和相應的評審人聯系在一起。

研究方向1——大氣觀測基本原理和反演方法：主要包括原位探測和遙感所依賴的具有共性的基本測量原理，如光譜學、電磁學、輻射傳輸、渦動力學；以及在未知量遠多于控制方程情形下所發展出的最優化反演理論方法等。該方向下的研究成果對大氣觀測的學科發展有整體性、普惠性的推動作用，可以說屬于D0509 的“基礎研究”。

研究方向2——大氣探測與遙感技術和手段：主要包括利用上一類研究成果，針對具體的觀測目標和測量要求，研發和改進具體的大氣觀測、探測和遙感的實用技術和手段。

研究方向3——大氣觀測儀器研發和定標：一切理論和方法，要具體實踐到大氣探測上，不可缺少各類先進的儀器。儀器的研發和定標也成為了D0509 不可或缺的重要研究方向。該研究方向包括設計、研制和改良大氣觀測儀器，主要針對大型儀器的預研究和儀器定標研究。

研究方向4——大氣和地表狀態參數觀測：主要針對大氣溫、壓、濕、風、輻射等狀態參數，以及和大氣過程密切相關的陸地表、海表狀態參數的觀測研究。

研究方向5——大氣成分與氣溶膠觀測：主要針對大氣中不同氣相成分和氣溶膠的物理、化學和光學等特性，利用多原理、多方法、多技術或儀器進行觀測和分析。

研究方向6——云和降水觀測：針對云和降水的動力、熱力和微物理特征、以及相關的能量收支過程參數的觀測研究。

3.2 目前D0509 代碼各研究方向下的關鍵詞解讀

由于各個研究方向下的關鍵詞總數有一定的限制（20 個左右），同時關鍵詞是幫助申請書精準匹配評閱專家的關鍵“輸入”，因此對關鍵詞的選擇必須兼顧“概括性”和“具體性”。申請人對兩大類研究方向都可以選取關鍵詞，通過取交集的方式有利于精準匹配評審專家。此外，關鍵詞的選取，應同時保留具有歸納和總結性質的關鍵詞和較具體的研究重點、熱點關鍵詞，做到既“全覆蓋（歸納總結性）”，又“精準匹配（具體）”。表1 展示了6 大研究方向及關鍵詞，下面對6 大研究方向所包含關鍵詞的分類做一簡要說明。

研究方向1——大氣觀測基本原理和反演方法:

大氣與電磁波相互作用的一些關鍵原理是大氣遙感的基礎。如定量遙感大氣氣體成分依賴于原子和分子光譜、氣體選擇性吸收等系列理論；定量遙感氣溶膠、云和降水依賴于粒子光學特性計算理論和輻射傳輸理論。注重基礎理論研究才可能取得大氣探測與遙感原創性突破，因此，該研究方向下的第一大類關鍵詞是探測理論類關鍵詞，如氣體吸收、光譜學、激光光譜、光學特性計算、輻射傳輸理論、湍流理論和渦度相關理論等（參見表1）。

表1 “D0509 大氣觀測、遙感和探測技術與方法”研究方向和關鍵詞Table 1 Research directions and keywords of D0509 "Atmospheric Observation, Remote Sensing, Detection Technology and Methods"

其次，對上述相互作用過程的反向求解，牽涉到一系列獨特的數學、統計方法和理論，這構成了該研究方向的第二類關鍵詞，即反演方法類關鍵詞，如物理反演、統計反演、貝葉斯、協同觀測與反演等；

另外，針對大氣探測數據的分析研究構成了第三類數據分析理論與方法類關鍵詞，如數據同化、數據再分析、大數據、人工智能、機器學習、質量評估、數據融合等。

必須承認，上述分類并不是嚴格的，例如第三類關鍵詞中的人工智能、機器學習方法也可以是歸屬為反演方法類。

研究方向2——大氣探測與遙感技術和手段：

直接測量類技術手段關鍵詞：實驗室觀測、云室、煙霧箱、單顆粒、化學成分、同位素、光譜、質譜、色譜、顯微分析、電鏡等。

間接測量類技術手段關鍵詞：熒光光譜、太陽光譜、光學遙感、紅外遙感、微波遙感、氣象雷達、全球定位系統（如水汽測量）、激光雷達、拉曼光譜、高光譜、超光譜等。

由于同樣的技術手段，運用于不同平臺時，或產生全新的科學問題，因此又按平臺進行分類，如空基遙感、地基遙感、衛星遙感等。

研究方向3——大氣觀測儀器研發和定標：

儀器類別和依托平臺分類關鍵詞：原位觀測儀器、遙感儀器、探測儀器、偏振儀器、星載儀器、機載儀器等。

儀器校正與定標類關鍵詞：定標、標準與計量、輻射校正、幾何校正、實驗室定標、替代定標、星上定標、地基校正、大氣訂正等。

另外，該研究方向下專設了熱點儀器關鍵詞：如多頻雷達、氣象雷達、相控陣雷達、云雷達、降水雷達、激光雷達、太赫茲等。嚴格意義上說，這里所列的關鍵詞可能有所重疊，例如相控陣雷達也屬于氣象雷達的一種，但考慮到它較為先進、發展迅速、應用越來越廣泛，因此也單列出來。這雖然降低了關鍵詞的邏輯性，但提高了相關申請項目的匹配精準性。類似情形在其他研究方向中也有所體現，不再一一贅述。

研究方向4——大氣和地表狀態參數觀測：

大氣狀態參數類關鍵詞：如溫、壓、濕、風、湍流、垂直速度、大氣輻射、大氣折射率、大氣波導、重力波、垂直大氣組分、大氣邊界層、中高層大氣、云跡風等。

地表狀態參數類關鍵詞：如地表輻射收支、蒸散發、碳通量、地氣通量、地表溫度、海表鹽度、植被、地表反照率、地表發射率、粗糙度、土壤濕度、積雪等。國家“雙碳戰略提出后，對碳達峰、碳中和相關的觀測科學與技術研究增加，因此特別加入了這兩個關鍵詞。

研究方向5——大氣成分與氣溶膠觀測：

氣相成分類關鍵詞：如大氣成分、痕量氣體、溫室氣體、大氣自由基、大氣氧化劑、揮發性有機物、氮氧化物、臭氧、鹵素化合物、甲烷、氨氣、二氧化碳等。注意到這里的“大氣成分”屬于總攬性的關鍵詞，可供少數申請書無法找到準確的關鍵詞時選用，類似情形在其他研究方向中也可能存在。所以給定方向下的關鍵詞列表本身是在“邏輯自洽”和“精準匹配”之間的平衡所得結果。

氣溶膠粒子類關鍵詞：如氣溶膠、生物氣溶膠、海洋氣溶膠、黑碳、棕碳、重金屬、氣溶膠光學特性、吸濕性、揮發性、粒子譜分布。

研究方向6——云和降水觀測：

宏觀特性類關鍵詞：如云和降水、三維結構、光學特性、化學特性、輻射特性、雷電特性、垂直運動、云廓線等。

微觀特性類：如微物理特征、相態識別、潛熱、云滴譜、雨滴譜等。

研究熱點類：如云和降水識別、檢測和分類、雷達估測降水、雙偏振雷達、綜合性數據集、氣溶膠間接效應等。

4 結語

2020 年，新版的D0509 二級代碼首次投入使用。經統計，2020 年代碼D0509 的項目申請數為222 項，占大氣學科總數的13.5%，居第二位（何建軍等, 2020）。該結果說明我國的大氣科學研究隊伍中，有大量人員聚焦于大氣觀測、遙感與探測研究方向，也反映出該學科方向在整個大氣學科中的重要性。同時，6 個研究方向均有研究人員選擇，說明研究方向設定是合適的。其中，大氣探測與遙感技術和手段研究方向收到了111 項申請，是大氣學科新版二級代碼所有研究方向（共78 個）中收到申請數量最多的。大氣和地表狀態參數觀測方向收到的申請書最少，僅8 項。一方面可能是因為傳統的大氣狀態參數探測方向相對成熟，另一方面可能是因為地表參數探測有部分研究人員從其他學科（如地理）申請。但隨著大氣與地表耦合作用研究的交叉融合，特別是地球系統科學的興起，相信這一研究方向的申請人會逐漸增多。另外，在大氣學科2020 年申請項目Top5 關鍵詞中，D0509 學科方向的“氣溶膠”和“臭氧”入選（基金委內部交流材料）。

值得指出的是，作為支撐技術，D0509 與大氣科學學科的分支學科、發展領域的其他二級代碼存在確定的邊界。自然科學基金委明確指出“支撐技術類代碼服務于中國自主知識產權的技術研究，純技術應用類研究不適合填報此類型代碼，而應從“分支學科”或“發展領域”中選擇相應的代碼?！保▌⒄艿? 2020）。也就是說，D0509 所針對的是如何發現和測量大氣科學事實與關鍵參數，而不是對數據結果的應用。舉例而言，研發衛星遙感原理和方法以揭示我國降水和潛熱的三維結構，并利用所獲得結果驗證、改進相關的原理方法，屬于D0509的范疇；而直接利用所獲得結果研究某地區、某天氣和氣候過程中的降水三維結構特征及演變則不屬于D0509 的范疇，而屬于大氣物理、天氣學或氣候學等范疇。此外，有些研究旨在提高大氣探測數據精度，因而對其作出分析、比較、評估研究，其成果對大氣觀測、遙感和探測技術與方法的發展有重要推動作用，事實上也屬于D0509 涵蓋的范疇。隨著科學技術水平的提高，大氣科學各個領域本身也是處于不斷變化、發展過程中。其研究方向、重要關鍵詞不可避免的會出現變化，因此D0509 二級代碼也會有一定的動態調整。

在將來的D0509 二級代碼的修訂中，需要注意

（1）征求更廣泛的代碼意見：目前的代碼優化調整，征求了大部分學者專家的意見，但仍有不足或者遺漏之處。為此，在后續的修改中，會進一步吸納更廣泛、更深入的專家意見，并進一步優化調整和完善相關代碼，更好地服務于項目申請人。申請代碼是所有學術界專家共同的工具，每個研究者都有權利、有責任提出自己的見解，只要保持言論暢通，并且設置相應的管理機制，高效吸納這些合理化建議，就能保持高質量的代碼設計及其關鍵詞匹配。

（2）更精準的關鍵詞：在每個研究方向有限的關鍵詞中（約20 個），如何同時體現該方向自身的邏輯合理性和內涵完整性，又反映該方向發展的前沿熱點是后續代碼調整考慮的重要因素。一方面，有些關鍵詞雖然重要，但已趨于成熟，相對新意較小，但也不能保證沒有新的突破出現；另一方面，有些關鍵詞雖然代表著發展前沿，但從事該研究的科研人員仍然較少。目前D0509 研究方向下的關鍵詞只是一定程度上體現了邏輯合理、內涵完整和方向前沿。

限于作者本身水平，對二級代碼的解讀還存在很多局限、不足之處，懇請國內外專家批評指正。

致謝“D0509 大氣觀測、遙感和探測技術與方法”二級申請代碼的制定是在國內幾十位專家學者的共同努力下制定的，在此表示深深的謝意。本文的寫作得到了國家衛星中心張鵬，大氣物理研究所段民征，空天信息創新研究院胡斯勒圖，北京大學趙傳峰，安徽省氣象局黃勇，合肥物質研究院劉東，北京大學李婧，武漢大學李四維，浙江大學畢磊，中國科學技術大學趙宏偉等的大力幫助，在此表示衷心的感謝！