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2022年度國家自然科學基金專項項目 《面向碳中和實現路徑的自然-社會系統多尺度模式耦合關鍵理論和技術預研究》項目指南

時間:2022-10-26

為認真貫徹落實黨中央國務院關于“雙碳”重大決策部署,加快構建碳達峰碳中和“1+N”政策體系,國家多部委聯合編制印發了《科技支撐碳達峰碳中和實施方案(2022-2030年)》(下文簡稱《實施方案》)。2022年7月18日國家自然科學基金委員會發布了《“雙碳”基礎研究指導綱要》(下文簡稱《綱要》),強調了系統性和綜合性研究對碳中和戰略路徑選擇的重要性。為貫徹落實《實施方案》和《綱要》的重要戰略部署,積極應對涉及多層面、多尺度的復雜系統科學研究范式變革,對國家“雙碳”政策提供定量化、動態化的科學支撐,國家自然科學基金委員會交叉融合板塊決定設立“面向碳中和實現路徑的自然-社會系統多尺度模式耦合關鍵理論和技術預研究”專項項目,以激勵多學科交叉研究的引領和原創突破。


  一、科學目標


  鑒于碳中和問題的復雜性,迫切需要以系統科學的研究方法,并遵循地球科學、能源科學、材料科學與工程、運籌學、經濟科學、管理科學、計算機科學等多學科理論,發展自然-社會系統多尺度模式耦合關鍵理論和技術,搭建地球系統模式與綜合評估模型的耦合框架,實現“人為及自然碳源匯變化”“能源結構-非化石能源替代-儲能布局”“產業結構”“政策管理”和“經濟社會”在全球與區域尺度上雙向耦合運行,為國家碳中和實現路徑提供決策支撐平臺。


  二、關鍵科學和技術問題


  (一)自然-社會系統多尺度相互作用模式耦合原理與算法


  1. 針對碳在自然-社會耦合系統的循環,各分支系統內部有待完善的關鍵過程及建模技術:氣候變化和微觀氣象條件改變對能源結構、產業結構、經濟社會變化的多層次影響及反饋過程;刻畫大規模間歇性可再生能源、氫能、儲能、零碳負碳等能源深度轉型所需各類能源技術特征的精細化建模方法;產業轉移與技術演進路徑對產業結構轉型和政策的關鍵影響機制及激勵兼容政策的算法設計等。


  2. 各分支系統間多尺度相互作用原理及建模技術:碳交換的時空及分辨率匹配方法和多模式語言協調技術;開放可擴展的耦合模式框架與靈活接口技術;多模式耦合原理與算法,以及異常運行狀態監測技術等。


  (二)支持耦合系統運行的數據融合技術


  1.支撐自然-社會耦合模式平臺的數據庫構建技術,數據庫主要包括:可識別氣候風險和可再生能源供給情況的高時空分辨率、格點化的氣候變化數據;面向復雜耦合系統、觀測與模式相結合的生態碳匯數據;能源、產業、經濟和社會發展變化數據等。


  2.數據同化再分析技術:數據質量控制與偏差訂正技術;人為碳排放和自然碳交換復雜同化反演技術;多元數據智能融合與聯合同化再分析技術等。


 (三)戰略路徑優化選擇輔助決策支持技術


  1.面向碳中和實現目標戰略路徑優化選擇的輔助決策功能設計技術:能源結構調整、工業脫碳、產業轉型與經濟社會發展路徑預測技術;溫室氣體減排對減緩氣候變化的貢獻機制分析技術等。


  2.支撐面向碳中和實現路徑的自然-社會耦合模式平臺發展的底層支撐技術:氣候變化歸因、敏感因子識別、集合預測、模擬系統誤差分析技術;考慮氣候變化約束、成本效益、公平效應、技術創新效應、規避風險等多指標綜合分析技術等。


  三、主要研究方向


  本專項旨在構建以具有開放架構的新一代地球系統模式為載體,深度耦合社會科學領域各分系統的、開源共享的復雜系統模型。主要研究方向擬資助1個總課題及5個子課題,總課題與子課題間應圍繞核心目標,有機聯系??傉n題與子課題具體包括:


  (一)自然-社會系統多尺度相互作用模式耦合和決策支撐研究的頂層設計(總課題)


  研究可反映高分辨率、格點尺度氣候變化信號對能源結構、產業結構、經濟社會變化影響機理的建模方法;研究碳中和約束下,可刻畫風能、太陽能資源間歇性、波動性和不確定性的建模方法;研究可體現土地利用和微氣象條件影響的可再生新型能源電力裝機布局的建模方法;以地球系統模式為核心、以碳循環為邊界、以氣候變化和碳源匯變化為橋梁,研究自然系統與社會系統的多層面、多尺度雙向耦合建模技術;研發自然-社會模式時空及分辨率匹配技術、高運算復雜度的模式雙向反饋快速求解技術;研究構建開放、簡潔、模塊化、易封裝、易擴展的自然-社會耦合模式開發框架。


  構建可提供碳中和約束下,小時級時間分辨率及10 km空間分辨率的氣候變化格點數據支撐系統;研發面向復雜耦合系統、觀測與模式相結合的生態系統碳交換模擬支撐系統;研究不同尺度人為碳排放和自然碳交換復雜同化反演技術,構建支撐自然-社會耦合模式平臺的多元數據聯合同化反演碳源匯數據監測核校支持系統;研究多源、多維度、異質長序列數據背景誤差協方差優化估計等方法;研發碳源匯再分析系統;構建可支持能源-產業-經濟-社會數據預測機制理解的數據支撐系統。


  開發可動態支撐我國未來不同時期碳中和路徑實現、保障經濟社會高質量發展,能夠刻畫以煤電轉型為主的新型電力系統布局與發展、工業脫碳、產業轉型、低碳城市建設、綠色發展的經濟社會發展路徑選擇和政策與市場需求的支撐平臺;此平臺可同時支撐氣候變化國際談判,以及回答氣候變化科學亟待解決的重大問題。


  (二)以煤電轉型為主的中國能源結構變化建模及預測研究(子課題1)


  研究碳中和約束下,可體現我國煤基能源全過程、分級分質有序轉化,水電因地制宜,核電安全有序發展,以及與新能源耦合降碳技術應用的建模方法和預測技術。


  (三)面向能源結構轉型的中國儲能布局預測研究(子課題2)


  研究碳中和約束下,將儲能、氫能等納入能源系統整體優化的建模方法;研究基于能源大數據的儲能智能調控方法及快速響應規律;研究儲能技術變革對整體能源系統的影響規律及深度重構策略;研究多能互補儲能柔性系統的時空多尺度布局及動態優化和預測方法;研究能源大系統的安全風險評估及防控策略。


 (四)中國碳中和實現路徑的預測研究(子課題3)


  研究碳中和約束下經濟社會發展、產業轉型、人口遷移與結構變化情景下能源轉型路徑的預測與優化;研究能夠刻畫經濟發展、產業結構轉型、產業轉移以及能源技術發展演進對能源轉型與碳中和路徑影響的建模方法;研發可體現技術創新效應、土地利用變化、基礎設施和公共治理需求變化對能源轉型與碳中和路徑影響的建模方法。


  (五)中國及全球能源轉型風險、金融風險、資源風險和氣候損失等建模和預測研究(子課題4)


  研究碳中和約束下,考慮各產業供應鏈安全的能源雙控、碳雙控的總量設定與目標分解建模;研究能夠刻畫碳中和進程中金融風險、資源安全風險的建模方法;研究全球主要國家和地區以能源價格、經濟成本為約束的未來能源轉型、自主貢獻更新、綠色增長與產業轉型路徑;研究區域尺度氣候變化對勞動生產率、水資源、糧食種植、區域經濟轉型、產業鏈等影響過程的建模方法。


 (六)碳中和產業轉型與經濟社會系統變革的政策驅動機制與異質性建模研究(子課題5)


  研究碳中和約束下,高碳產業轉型與低碳、零碳、負碳產業發展的驅動機制與復雜路徑;針對不同階段碳減排與碳中和方案的激勵兼容政策設計與優化,開展建模研究;識別異質性企業主體條件下多重政策的交互機制與不確定性特征,刻畫產業鏈風險傳導特征和價值鏈重構路徑。


  四、其他研究方向


  本專項同時資助培育項目,鼓勵探索新原理、新技術和新方法。培育項目研究內容應聚焦以下某一具體研究方向:


  (一)研究可定量刻畫自然-社會耦合系統中不同行業、產品碳足跡全生命周期的建模方法。


  (二)研究面向自然-社會耦合系統的次網格過程參數化方法,及參數不確定性評估方法。


  (三)研究耦合系統的穩定性測試和改進方法;研究耦合系統運行狀態自動監測、診斷等測試技術。


  (四)研究多源海量數據捕捉、集成與處理的自然-社會耦合系統數據匯聚、共享技術。


  (五)研究碳中和約束下極端氣候變化、氣候風險及可再生能源等高時空分辨率格點數據構建及匯聚共享技術。


  (六)研究自然-社會耦合系統關鍵信號提取及檢測歸因技術。


  (七)研究基于集合預測和模擬系統誤差分析的決策平臺不確定性評估技術。


  五、資助計劃


  擬資助“主要研究方向”總課題和每個子課題各1項,共資助6項;其中,總課題的直接費用資助強度為2000萬元左右,子課題4的直接費用資助強度為800萬元左右,其他各子課題直接費用資助強度為400萬元左右。


  擬資助“其他研究方向”培育項目共8項左右,直接費用資助強度為60萬元/項左右。


  六、申請要求及注意事項


  申請人在填報申請書前,應當認真閱讀本指南和《2022年度國家自然科學基金項目指南》的相關內容,不符合項目指南和相關要求的申請項目不予受理。


  (一)申請條件


  申請人應當具備以下條件:


  1.具有承擔基礎研究課題或者其他從事基礎研究的經歷;


  2.具有高級專業技術職務(職稱)或者具有博士學位。


  正在博士后流動站或者工作站內從事研究工作、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得申請本項目。


  (二)限項規定


  1.本專項項目從申請開始直到國家自然科學基金委員會做出資助與否決定之前,不計入申請和承擔總數范圍,獲資助后則計入申請和承擔項目總數范圍內。


  2.申請人和主要參與者申請或參與申請本專項“主要研究方向”中的總課題、子課題以及“其他研究方向”的培育項目的總數限1項。


  3.申請人和主要參與者同年只能申請或參與申請1項專項項目中的研究項目。


  4.“主要研究方向”中的總課題合作研究單位數量不得超過4個;“主要研究方向”的子課題以及“其他研究方向”的培育項目合作研究單位數量不得超過2個。


  (三)注意事項


  1.申請人應登錄科學基金網絡信息系統https://grants.nsfc.gov.cn/,采用在線方式撰寫申請書;沒有系統賬號的申請人請向依托單位基金管理聯系人申請開戶。


  2.申請書中的資助類別選擇“專項項目”,亞類說明選擇“研究項目”,附注說明選擇“科學部綜合研究項目”。項目研究期限為3年,起止時間:2023年1月1日—2025年12月31日。以上選擇不準確,將不予受理。


  3.鼓勵跨科學部申請?!吧暾埓a1”須選擇地球科學部(D)、管理科學部(G)或交叉科學部(T)的下屬代碼;“申請代碼2”根據研究領域自主選擇相應的申請代碼。未按要求選擇“申請代碼1”,將不予受理。


  4.申請人應按照“申請書撰寫提綱”撰寫申請書。此外,補充要求如下:


  (1)申請書正文開頭應首先說明申請本指南的具體研究課題或研究方向名稱,如:[本申請針對“面向碳中和實現路徑的自然-社會系統多尺度模式耦合關鍵理論和技術預研究”專項項目指南中“主要研究方向”子課題1“以煤電轉型為主的中國能源結構變化建模及預測研究”撰寫,……。],以便評審專家清楚了解申請人所針對的研究題目和內容。


  (2)整體申請“主要研究方向”的團隊,應分別提交總課題申請書和各子課題申請書??傉n題申請人在申請書中應明確說明總課題與子課題之間的分工與聯系,并附上“整體申請項目承諾函”(附件);子課題無需提供承諾函。


  5.申請人完成申請書撰寫后,務必于2022年11月18日—2022年11月25日16時期間通過科學基金網絡信息系統,在線提交電子申請書及附件材料??傉n題提供的整體申請項目承諾函和各課題申請材料中所需的附件材料(有關證明信、推薦信和其他特別說明要求提交的紙質材料原件),全部以電子掃描件上傳。


  6.依托單位應對本單位申請人所提交申請材料的真實性、完整性和合規性進行審核,對申請人編制項目預算的目標相關性、政策相符性和經濟合理性進行審核,并在規定時間內提交申請材料至國家自然科學基金委員會。具體要求如下:


 (1)應在專項項目申請截止時間(2022年11月25日16時)前通過科學基金網絡信息系統逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料,無需報送紙質申請書。項目獲批準后,將申請書的紙質簽字蓋章頁裝訂在《資助項目計劃書》最后,一并提交。簽字蓋章的信息應與電子申請書嚴格保持一致。


 (2)依托單位完成電子申請書及附件材料的逐項確認后,應于申請材料提交截止時間前通過科學基金網絡信息系統上傳項目申請清單和本單位科研誠信承諾書的電子掃描件(請在信息系統中下載模板,打印填寫后由法定代表人簽字、依托單位加蓋公章;若當年集中申請階段已上傳本單位科研誠信承諾書的電子掃描件,則不用再重新提交),無需提供紙質材料。材料不完整的,國家自然科學基金委員會將不予受理。


  7.鼓勵團隊整體申請“主要研究方向”的總課題及其子課題;對不能組織團隊整體申請,但對某一課題確有研究優勢的也可單獨申請,單份申請也有可能獲得資助,該申請獲準立項后申請人將歸入整個項目團隊。


  8.對于申請“主要研究方向”總課題、各子課題的項目,經函評后,擇優推薦上會答辯。接到答辯通知的申請人須親自參加答辯,未能按時參加答辯者視為自動放棄申請。經評審專家組評議,國家自然科學基金委員會計劃擇優資助一個團隊(可能會擇優組合團隊)。


  9.對于申請“其他研究方向”的培育項目,經函評后,擇優推薦上會(無須答辯)。經評審專家組評議,由國家自然科學基金委員會做出資助決定。


  10.最終獲得資助的各子課題及培育項目,應配合總課題的要求,在填寫計劃書時進一步優化研究方案,以形成具有密切聯系的專項項目集群。


  七、咨詢方式


 (一)填報過程中遇到的技術問題,可聯系國家自然科學基金委員會信息中心協助解決。聯系電話:010-62317474。


 (二)國家自然科學基金委員會項目材料接收工作組負責接收申請材料,如材料不完整,將不予接收。聯系電話:010-62328591。


 (三)其他問題可咨詢相關科學部。聯系電話:010-62328511(地球科學部)、010-62327152(管理科學部)和010-62328382(交叉科學部)。


附件:

整體申請項目承諾函


信息來源:國家自然科學基金委員會

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