國家自然科學(xué)基金大氣科學(xué)學(xué)科二級申請代碼下設(shè)研究方向與關(guān)鍵詞解讀：D0505 大氣物理學(xué)

汪名懷 苗世光 卞建春 畢磊 陸高鵬

1 南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院, 南京210023

2 北京城市氣象研究院, 北京100089

3 中國科學(xué)院大氣物理研究所中層大氣和全球環(huán)境探測重點(diǎn)實驗室, 北京100029

4 浙江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 杭州310058

5 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院, 合肥230026

1 引言

為了更好地順應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展趨勢，滿足社會發(fā)展重大需求及應(yīng)對全球挑戰(zhàn)，國家自然科學(xué)基金委員會（簡稱自然科學(xué)基金委）開展了新時代科學(xué)基金資助系統(tǒng)性改革，而學(xué)科申請代碼調(diào)整是基金資助體系改革的重要組成部分（李靜海等, 2020）。自然科學(xué)基金委地球科學(xué)部積極響應(yīng)改革要求，提出了以“宜居地球的過去、現(xiàn)在和未來”為頂層設(shè)計的地球科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，推進(jìn)以“地球系統(tǒng)科學(xué)”引領(lǐng)地球科學(xué)研究范式轉(zhuǎn)變，搭建“三深（深地、深海和深空）一系統(tǒng)（地球系統(tǒng)）”的資助框架。地球科學(xué)部地球科學(xué)五處（大氣科學(xué)學(xué)科）積極響應(yīng)和落實自然科學(xué)基金委和地球科學(xué)部的改革精神和舉措，主動對接地球科學(xué)部“宜居地球”頂層設(shè)計，基于明確的“問題導(dǎo)向”，適時審視申請代碼與新時代大氣科學(xué)發(fā)展的銜接適應(yīng)問題，通過頂層戰(zhàn)略設(shè)計、戰(zhàn)略咨詢研究并廣泛征求意見，形成了2020 年度大氣科學(xué)學(xué)科（簡稱“大氣學(xué)科”）申請代碼設(shè)置方案，并在近年實施過程中進(jìn)一步優(yōu)化（劉哲等, 2020）。

2020 年版大氣學(xué)科申請代碼包含了“分支學(xué)科”“支撐技術(shù)”和“發(fā)展領(lǐng)域”三個板塊，共15 個二級申請代碼?！胺种W(xué)科”是大氣科學(xué)知識體系的骨架和主體，包含了8 個二級申請代碼?！爸渭夹g(shù)”鼓勵先進(jìn)技術(shù)和方法的創(chuàng)新，從而服務(wù)大氣科學(xué)基礎(chǔ)研究的發(fā)展，包括4 個二級代碼。而“發(fā)展領(lǐng)域”則與國家和社會發(fā)展重要需求緊密聯(lián)系，包含了3 個二級代碼。2020 年版大氣學(xué)科申請代碼解決了原申請代碼中邏輯結(jié)構(gòu)不自洽、分支學(xué)科不完整及與地球科學(xué)頂層設(shè)計脫節(jié)等方面的問題，有力助推大氣科學(xué)從傳統(tǒng)的“氣象學(xué)”到“地球系統(tǒng)科學(xué)”相適應(yīng)的轉(zhuǎn)變（劉哲等，2020）。而大氣物理學(xué)作為“分支學(xué)科”板塊下二級申請代碼，研究大氣的物理現(xiàn)象、過程及其演變規(guī)律，為大氣學(xué)科下設(shè)其他相關(guān)二級申請代碼方向提供基礎(chǔ)支撐。本文針對大氣物理學(xué)二級申請代碼下設(shè)研究方向和關(guān)鍵詞進(jìn)行解讀和分析，并進(jìn)一步基于文獻(xiàn)計量學(xué)方法探討不同方向發(fā)展態(tài)勢，為項目申請人選擇合適的研究方向和關(guān)鍵詞提供參考。

2 代碼內(nèi)涵和研究方向總體框架

大氣物理學(xué)是大氣學(xué)科的重要基礎(chǔ)分支方向，以實驗探測方法為基礎(chǔ)，利用物理學(xué)原理解釋和理解各種大氣物理現(xiàn)象和過程，并通過數(shù)學(xué)工具量化描述這些現(xiàn)象和規(guī)律，發(fā)展大氣物理過程參數(shù)化方案，最終實現(xiàn)對大氣物理現(xiàn)象和過程的模擬、預(yù)測和預(yù)報（呂達(dá)仁, 1999; 邱金桓等, 2003; 王體健等,2019）。大氣物理學(xué)與大氣科學(xué)多個分支方向聯(lián)系緊密，大氣物理過程深刻影響著大氣中的化學(xué)反應(yīng)過程，是理解天氣、氣候現(xiàn)象和過程的基礎(chǔ)，而大氣物理學(xué)的進(jìn)步更是為提高氣象預(yù)報和氣候預(yù)估精度提供了關(guān)鍵支撐。大氣物理學(xué)在基礎(chǔ)研究上的進(jìn)展和突破進(jìn)一步為各種大氣探測和實驗儀器設(shè)備的設(shè)計、制造提供了支撐和保障，而大氣探測技術(shù)的進(jìn)展則進(jìn)一步推動大氣物理學(xué)的發(fā)展。

在自然科學(xué)基金委2020 年版大氣學(xué)科申請代碼中，D0505 大氣物理學(xué)二級申請代碼包括了下列6 大研究方向：（1）邊界層大氣物理學(xué)與大氣湍流；（2）云降水物理學(xué)；（3）氣溶膠物理及氣溶膠—云相互作用；（4）大氣光學(xué)與大氣輻射；（5）大氣電學(xué)與大氣聲學(xué)；（6）中高層大氣物理學(xué)。而廣義大氣物理學(xué)的大氣探測部分則包含在支撐技術(shù)類二級申請代碼D0509（大氣觀測、遙感和探測技術(shù)和方法）中。和原代碼（這里指2019 年及之前使用的代碼）相比，新的“大氣物理學(xué)”二級申請代碼整合了原代碼中的多個二級申請代碼，包括“對流層大氣物理學(xué)”“邊界層大氣物理學(xué)和大氣湍流”“中高層與行星大氣物理學(xué)”“云霧物理化學(xué)與人工影響天氣”（劉哲等, 2020）。其中“邊界層大氣物理學(xué)和大氣湍流”成為新的“大氣物理學(xué)”一個研究方向，而“中高層與行星大氣物理學(xué)”中的“中高層大氣物理學(xué)”成為新代碼的另外一個研究方向（行星大氣部分則獨(dú)立成為D0508行星大氣二級申請代碼），“云霧物理化學(xué)與人工影響天氣”中大氣物理部分則并入“云降水物理學(xué)”和“氣溶膠物理及氣溶膠—云相互作用”兩個研究方向（人工影響天氣部分歸于新代碼D0505 應(yīng)用氣象學(xué)）。

這6 大研究方向的分類主要是基于不同大氣物理過程（大氣湍流、云和降水物理、氣溶膠物理、氣溶膠—云相互作用、大氣光學(xué)、大氣輻射、大氣電學(xué)和聲學(xué)），同時也考慮了大氣物理過程在地球大氣層中發(fā)生位置的特殊性（邊界層和中高層大氣），涵蓋了大氣物理學(xué)主要分支方向，不同方向之間具有較強(qiáng)獨(dú)立性，同時也有不同程度的互補(bǔ)性。具體來說，研究方向1——邊界層大氣物理學(xué)與大氣湍流主要探究不同天氣條件下各種下墊面之上的大氣邊界層內(nèi)部物理化學(xué)要素特征和熱動力機(jī)制，及其與邊界層下界（地表）和上界（自由大氣）之間相互作用的機(jī)理，對“D0501 天氣學(xué)”“D0502氣候與氣候系統(tǒng)”和“D0507 生態(tài)氣象”理論的發(fā)展具有重要意義，為“D0511 大氣數(shù)值模式發(fā)展”提供科學(xué)支撐。研究方向2——云降水物理學(xué)主要研究云和降水中的關(guān)鍵物理過程及其對天氣、氣候與大氣環(huán)境的影響等，支撐天氣、氣候和大氣探測中云和降水等基礎(chǔ)性問題和“人工影響天氣”的應(yīng)用，也為本代碼下設(shè)研究方向1、3 和4 中云相關(guān)過程提供重要支撐。研究方向3——?dú)馊苣z物理及氣溶膠—云相互作用主要側(cè)重氣溶膠物理特性和氣溶膠—云相互作用等過程，其中氣溶膠物理關(guān)注重要的氣溶膠物理特性和過程及光學(xué)特性參數(shù)，與研究方向4 中光學(xué)特性互為補(bǔ)充，并與D0507“大氣化學(xué)”二級申請代碼的“氣溶膠物理化學(xué)和非均相特性”交叉互補(bǔ)，而氣溶膠—云相互作用則是云和降水物理與氣溶膠物理的交叉，同時也為D0515“應(yīng)用氣象學(xué)”二級申請代碼的“人工影響天氣”方向提供科學(xué)支撐。研究方向4——大氣光學(xué)與大氣輻射主要針對大氣（氣體、顆粒、云/霧）等相關(guān)的光學(xué)過程和輻射傳輸開展研究，一方面為天氣和氣候等數(shù)值模式中輻射場計算提供支撐，另一方面為通過輻射觀測獲取大氣成分和氣象要素等信息奠定基礎(chǔ)（大氣環(huán)境遙感和資料同化）。研究方向5——大氣電學(xué)與大氣聲學(xué)主要研究行星低層大氣中發(fā)生的各種電學(xué)和聲學(xué)現(xiàn)象及其能量傳播所驅(qū)動的同中高層大氣之間的耦合過程，以及針對這些研究所發(fā)展的實驗手段、探測技術(shù)和數(shù)據(jù)應(yīng)用方法。研究方向6——中高層大氣物理學(xué)主要研究中高層大氣中的物理過程（含直接影響物理過程的化學(xué)組分及相關(guān)的化學(xué)過程等），其中平流層云與研究方向2 和3 密切關(guān)聯(lián)，平流層化學(xué)主要關(guān)注與平流層臭氧和平流層氣溶膠有關(guān)的化學(xué)過程，與D0506大氣化學(xué)二級申請代碼中的“反應(yīng)性氣體與氣相化學(xué)”和“氣溶膠物理化學(xué)與非均相特性”交叉互補(bǔ)。

D0505 大氣物理學(xué)作為“分支學(xué)科”板塊的二級申請代碼，雖然與“支撐技術(shù)”和“發(fā)展領(lǐng)域”板塊的相關(guān)二級申請代碼存在相同或相似的關(guān)鍵詞，但與這兩個板塊二級申請代碼存在著較為確定的邊界。D0505 主要側(cè)重于大氣物理現(xiàn)象和規(guī)律的理解，“支撐技術(shù)”板塊主要關(guān)注大氣物理過程的觀測和模擬手段的發(fā)展及觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升等，而“發(fā)展領(lǐng)域”板塊側(cè)重于大氣物理學(xué)知識在服務(wù)國家和社會重要需求上的應(yīng)用。以云和降水物理為例，D0505 大氣物理學(xué)主要是通過理論、觀測和模擬等手段來理解云和降水物理的關(guān)鍵現(xiàn)象和過程；D0509“大氣觀測、遙感和探測技術(shù)與方法”（支撐技術(shù)類）側(cè)重于發(fā)展先進(jìn)的云和降水觀測技術(shù)，提升云和降水觀測數(shù)據(jù)集的質(zhì)量等；D0511“大氣數(shù)值模式發(fā)展”（支撐技術(shù)類）則側(cè)重云和降水物理過程的參數(shù)化發(fā)展；而D0515“應(yīng)用氣象學(xué)”則運(yùn)用云和降水物理規(guī)律來支撐人工影響天氣的業(yè)務(wù)應(yīng)用。因此項目申請人應(yīng)根據(jù)項目研究目標(biāo)和任務(wù)來選擇合適的二級申請代碼。

3 關(guān)鍵詞解讀與說明

針對上述6 大研究方向，每個方向設(shè)置數(shù)量為20 個左右的關(guān)鍵詞（表1），從研究對象、研究過程、研究方法和科學(xué)問題等不同方面遴選關(guān)鍵詞。每個研究方向的關(guān)鍵詞設(shè)置和考慮介紹如下：

表1 D0505 大氣物理學(xué)二級申請代碼主要研究方向、關(guān)鍵詞Table 1 Research directions and keywords of the D0505 secondary application code of Atmospheric Physics

研究方向1——邊界層大氣物理學(xué)與大氣湍流，按照研究對象、研究方法和科學(xué)問題分為三類關(guān)鍵詞。研究對象包括按與天氣狀況相關(guān)的大氣層結(jié)穩(wěn)定性分類的“對流邊界層”和“穩(wěn)定邊界層”；按下墊面特征分類的“非均勻邊界層”“海洋大氣邊界層”和“城市邊界層”；不同天氣條件下的“高影響天氣邊界層”；描述與邊界層下界相互作用機(jī)理的“陸面過程”“地氣相互作用”和“近地層”過程；描述與自由大氣相互作用的大氣邊界層頂部的“夾卷層”；以及反映大氣邊界層內(nèi)復(fù)雜非線性熱動力作用的“湍流”特征及其生消演變的熱動力機(jī)制，還包括刻畫大氣邊界層內(nèi)平均狀況及其變化特征的“邊界層氣候”。研究方法包括“外場觀測試驗”“物理模擬實驗”和“數(shù)值模擬”。科學(xué)問題包括氣象與大氣環(huán)境研究中的重要物理參數(shù)之一“邊界層高度”的變化特征和機(jī)制，與天氣和氣候密切相關(guān)的“邊界層云”的產(chǎn)生及其對邊界層內(nèi)氣象要素的影響機(jī)理，數(shù)值模式中“邊界層參數(shù)化”和“陸面模式”的發(fā)展和優(yōu)化，地氣相互作用關(guān)鍵過程“地表能量平衡”中各能量源匯的觀測技術(shù)、配比特征和變化機(jī)理，以及描述大氣邊界層非線性熱動力特征的組織化“湍流結(jié)構(gòu)”和“湍流通量”，還包括其他所有與邊界層動力機(jī)理研究相關(guān)的“邊界層動力過程”。

研究方向2——云降水物理學(xué)主要研究云和降水中的關(guān)鍵物理過程及其對天氣、氣候與大氣環(huán)境的影響等，包含了科學(xué)問題、研究對象（云核化介質(zhì)和云的宏觀類別）及研究方法等3 類關(guān)鍵詞?？茖W(xué)問題類關(guān)鍵詞包括了不同相態(tài)的云微物理過程（液相、冰相和混合相）、降水過程、動力過程、輻射和氣候效應(yīng)等。云動力過程包含了“云動力過程”這一概括性詞條，同時單列了“湍流混合夾卷”，是考慮到夾卷過程的復(fù)雜性及其對云發(fā)展的重要作用。云的輻射與氣候效應(yīng)包含了“輻射和氣候效應(yīng)”這一概括性詞條，同時單列了“云反饋”，主要是考慮云反饋問題的復(fù)雜性和科學(xué)前沿性。研究對象類關(guān)鍵詞中包含了“云凝結(jié)核”和“冰核”兩類云核化介質(zhì)，兩者是氣溶膠通過微物理過程影響云和降雨的主要介質(zhì)。研究對象中云的宏觀類別類關(guān)鍵詞包括了“層狀云”“對流云”及“中尺度對流系統(tǒng)”，以區(qū)分不同類別的云。云和降水研究方法類關(guān)鍵詞中包含了觀測（飛機(jī)觀測、遙感觀測和云室實驗）與模擬（大渦模擬、云解析模式和云參數(shù)化）兩類共6 個關(guān)鍵詞。在模擬手段上，大渦模擬和云解析模式是研究云過程的高精度數(shù)值模擬工具，而云參數(shù)化則是大氣模式中物理參數(shù)化的重要組成部分。

研究方向3——?dú)馊苣z物理與氣溶膠—云相互作用主要研究氣溶膠物理特性和過程，以及氣溶膠與云和降雨的相互作用，包含了氣溶膠的物理特性和過程，以及科學(xué)問題兩類關(guān)鍵詞。氣溶膠的物理特性和過程類關(guān)鍵詞包括了決定氣溶膠粒子大小和組分的信息（粒徑分布、組分和混合態(tài)）、垂直分布（垂直廓線）、微物理過程（凝結(jié)和碰并）、吸濕性和沉降過程（干沉降和濕沉降）及光學(xué)特性參數(shù)。氣溶膠光學(xué)特性參數(shù)部分包含了“光學(xué)參數(shù)”這一概括性詞條，同時也單列了“光學(xué)厚度”和“單次散射反照率”兩個具體光學(xué)參數(shù)詞條，主要是考慮這二者廣泛用于氣溶膠遙感觀測和輻射效應(yīng)研究，同時這兩個關(guān)鍵詞也與研究方向4 中光學(xué)特性的關(guān)鍵詞互補(bǔ)?？紤]到大量大氣物理學(xué)科學(xué)問題和氣溶膠相關(guān)，“氣溶膠”列入了這類關(guān)鍵詞中。氣溶膠物理特性和過程類關(guān)鍵詞列出了氣溶膠主要的物理特性和過程，而很多具體特性和過程，特別是大氣化學(xué)相關(guān)特性和過程則可以參考D0507 大氣化學(xué)二級申請代碼中的多個研究方向相關(guān)的關(guān)鍵詞。科學(xué)問題類關(guān)鍵詞包含了不同類型的氣溶膠氣候效應(yīng)，包括“氣溶膠—輻射相互作用”和“氣溶膠—云相互作用”兩大類，同時進(jìn)一步包含了“氣溶膠—邊界層相互作用”“氣溶膠半直接效應(yīng)”“云反照率效應(yīng)”“云生命周期效應(yīng)”“氣溶膠—深對流相互作用”“氣溶膠—層云相互作用”“氣溶膠—冰云相互作用”和“氣溶膠—云—降雨相互作用”等更具體的氣溶膠氣候效應(yīng)。

研究方向4——大氣光學(xué)和輻射，研究大氣散射、吸收、發(fā)射和輻射傳輸過程，同時研究與光學(xué)、遙感、天氣和氣候相關(guān)的大氣輻射問題。在氣體分子和顆粒的光學(xué)特性方面，關(guān)鍵詞包括概括性詞條“光學(xué)特性”，4 個具體詞條（氣體吸收、消光系數(shù)、后向散射和輻射偏振特性），和1 個與光學(xué)特性直接相關(guān)的詞條“能見度”。從科學(xué)計算方法上看，輻射傳輸計算包含單次散射和多次散射過程。單次散射關(guān)鍵詞選擇了概括性詞條“光散射”，并突出“非球形粒子”散射。多次散射關(guān)鍵詞選擇了概括性詞條“輻射傳輸方程”，單列“3D 輻射傳輸”，后者更加復(fù)雜。另外，“透過率”和“高光譜”相關(guān)計算也是大氣輻射學(xué)的重要研究內(nèi)容。這些關(guān)鍵詞的選擇考慮到了概括性，相對獨(dú)立性，也突出了重點(diǎn)和難點(diǎn)研究。在輻射與遙感應(yīng)用方面，僅選擇“定量反演”，考慮到該方向與“D0509 大氣觀測、遙感和探測技術(shù)”的相關(guān)性。在輻射與天氣和氣候研究方面，從模式的角度，需要針對大氣組分進(jìn)行“輻射參數(shù)化”，從物理過程上需要研究“云—?dú)馊苣z與輻射相互作用”以及“輻射反饋”過程。從影響大氣輻射場的因素角度，選擇了“海表面輻射特性”和“陸表面輻射特性”。最后，選擇了“輻射效應(yīng)”“輻射強(qiáng)迫”和“輻射平衡”三個代表性詞條概括輻射對地—?dú)庀到y(tǒng)的影響。

研究方向5——大氣電學(xué)與大氣聲學(xué)，主要研究行星低層大氣介質(zhì)中的電學(xué)和聲學(xué)現(xiàn)象，這包括地球雷暴內(nèi)部的起電、放電過程，閃電的電磁輻射效應(yīng)，雷電探測技術(shù)及數(shù)據(jù)的氣象學(xué)應(yīng)用，以及由雷電活動驅(qū)動的對流層雷暴同中高層大氣之間的中高層放電現(xiàn)象等瞬態(tài)發(fā)光事件，而大氣聲學(xué)從探測方式（波動信號的探測）的角度同雷電信號的電磁探測較為類似。大氣電學(xué)與大氣聲學(xué)研究方向按照科學(xué)問題、研究方法和研究內(nèi)容遴選了3 類關(guān)鍵詞?？茖W(xué)問題類關(guān)鍵詞包括了相對獨(dú)立、自成體系的幾個研究方向（如，雷暴電學(xué)、雷電物理學(xué)、雷電氣象學(xué)），其中“全球大氣電路”是大氣電學(xué)的整體理論框架；大氣聲學(xué)較為獨(dú)立，但在雷聲探測方面與雷電物理學(xué)相關(guān)性較高。研究方法類關(guān)鍵詞包括了研究閃電物理過程的可控實驗方法（人工引發(fā)閃電）、針對自然雷電過程的遙感和原位測量方法，以及數(shù)字孿生技術(shù)在雷暴云內(nèi)起、放電過程研究中的應(yīng)用（起電—放電數(shù)值模擬）。研究內(nèi)容類關(guān)鍵詞包括了雷電研究的傳統(tǒng)對象（如，雷暴系統(tǒng)、高建筑物雷電），當(dāng)前深空探測國家戰(zhàn)略中具有重要地位的研究方向（如，行星閃電、中高層大氣放電）以及雷電物理與其他領(lǐng)域的交叉研究方向（如，閃電高能輻射、雷電電磁耦合、閃電氮氧化物和閃電資料同化）。

研究方向6——中高層大氣物理，主要研究平流層、中間層和低熱層中發(fā)生的各種大氣物理化學(xué)現(xiàn)象和過程，以及外部強(qiáng)迫（包括由對流層或火山噴發(fā)向平流層輸送的大氣成分、星際塵埃的注入）對中高層大氣的影響。該研究方向按照研究高度范圍、研究對象和科學(xué)問題遴選了3 類關(guān)鍵詞。研究高度范圍類關(guān)鍵詞包括了中高層大氣中關(guān)注度最高的兩個區(qū)間（平流層和中間層）和對流層與平流層交換的內(nèi)邊界（上對流層—下平流層和對流層頂），目前階段我國大氣科學(xué)研究重點(diǎn)關(guān)注平流層（這是臭氧層存在的高度范圍，也是當(dāng)前臨近空間飛行器的主要活動區(qū)域）。研究對象類的關(guān)鍵詞包括了反映全球變化趨勢指標(biāo)之一的“平流層溫度”以及與之相關(guān)聯(lián)的輻射活性大氣成分（平流層臭氧、平流層水汽、平流層氣溶膠、平流層云），還包括了與臭氧化學(xué)相關(guān)聯(lián)的氣體成分（如，臭氧損耗物質(zhì)、極短壽命物質(zhì)等）?？茖W(xué)問題類的關(guān)鍵詞包括了全球環(huán)境問題“臭氧洞”及其主要產(chǎn)生機(jī)理“平流層化學(xué)”、為減緩全球變暖而擬開展的“地球工程”以及該想法靈感來源的“火山氣溶膠”、幾個重要的“平流層—對流層交換”過程（包括平流層脫水、深對流傳輸、平流層侵入）。

4 基于文獻(xiàn)計量法的關(guān)鍵詞使用統(tǒng)計分析

基于科睿唯安Web of Science 數(shù)據(jù)庫檢索了大氣物理學(xué)下設(shè)6 大研究方向關(guān)鍵詞在2017～2021年這5 年間收錄文章的使用情況，統(tǒng)計分析了關(guān)鍵詞（關(guān)鍵詞中英文對照見表A1）出現(xiàn)頻次，以及國內(nèi)學(xué)者在關(guān)鍵詞頻次上的占比（圖1），以幫助了解不同研究方向的動態(tài)和趨勢。

圖1 （續(xù)）Fig.1 (Continued)

圖1 基于Web of Science 數(shù)據(jù)庫檢索的2017～2021 年D0505 大氣物理學(xué)下設(shè)研究方向1～6 的關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次（左）及其國內(nèi)學(xué)者文獻(xiàn)占比（右）Fig.1 Frequency of keywords (left) and the corresponding portion (right) in China for six research directions in D0505 Atmospheric Physics based on Web of Science from 2017 to 2021

研究方向1——邊界層大氣物理學(xué)與大氣湍流的關(guān)鍵詞中出現(xiàn)5000 次以上的高頻關(guān)鍵詞包括“陸面模式”“陸面過程”“湍流”“近地層”“邊界層氣候”和“邊界層云”等6 個。由于“陸面模式”“陸面過程”“湍流”和“近地層”本身及其在天氣氣候研究中的重要性，觀測資料較豐富，因此相關(guān)研究較多。對比國內(nèi)外研究趨勢，位于前三的高頻詞匯中的“陸面模式”和“陸面過程”的國內(nèi)研究占比分別達(dá)到33%和35%，高于研究方向1 的平均值31%。但作為定義邊界層特征的“湍流”研究，國內(nèi)只占25%，亟待加強(qiáng)?！皩α鬟吔鐚印狈矫娴膰鴥?nèi)外總文章數(shù)多于“穩(wěn)定邊界層”，然而我國學(xué)者“穩(wěn)定邊界層”文章數(shù)占比更高，表明我國學(xué)者更重視對于“穩(wěn)定邊界層”的研究。在不同下墊面邊界層研究方面，“城市邊界層”論文最多，然而亟需加強(qiáng)對“非均勻邊界層”和“高影響天氣邊界層”的研究。由于對“夾卷層”開展直接觀測較困難，相關(guān)研究工作較少，亟需加強(qiáng)。在研究手段上，“數(shù)值模擬”由于其低成本、易于開展的特點(diǎn)，論文數(shù)較多；“外場觀測試驗”和“物理模擬試驗”是邊界層研究的重要手段，論文數(shù)亦較多。

研究方向2——云降水物理學(xué)的高頻關(guān)鍵詞包括“降水過程”“遙感觀測”“對流云”和“云參數(shù)化”等。在宏觀云類型上，“對流云”頻次最高，而“中尺度對流系統(tǒng)”其次，表明了對流相關(guān)過程的研究是云降水物理學(xué)的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。而“降水過程”的頻次（超過25000 次）則遠(yuǎn)高于其他關(guān)鍵詞的頻次，表明降水過程是大氣科學(xué)關(guān)注的核心科學(xué)問題。而在觀測手段上，“遙感觀測”頻次遠(yuǎn)高于“飛機(jī)觀測”和“云室實驗”，表明遙感觀測已經(jīng)成為研究云降水物理的主導(dǎo)性觀測手段。在模擬手段上，“云參數(shù)化”頻次高于“大渦模擬”和“云解析模式”，表明發(fā)展云參數(shù)化已經(jīng)成為云和降水物理的主要研究任務(wù)。我國學(xué)者在冰相過程研究上占比較高（38%），而在混合相云研究上占比較低（15%），在云凝結(jié)核上占比（29%）高于冰核（20%）?？紤]混合相過程和冰核對我國云和降水過程的重要影響，未來值得加強(qiáng)研究。在研究手段上，我國學(xué)者在云解析模式（15%）、大渦模擬（21%）上占比都相對較低，部分原因可能是受計算資源限制，這些高精度模式模擬需要海量的計算和存儲資源。

在研究方向3——?dú)馊苣z物理及氣溶膠—云相互作用上，氣溶膠物理特性和過程類中高頻關(guān)鍵詞包括“氣溶膠”“組分”“粒徑分布”和“氣溶膠光學(xué)厚度”等。我國學(xué)者在大部分這類關(guān)鍵詞中占比都比較高（超過35%），表明我國氣溶膠相關(guān)研究隊伍已經(jīng)成為全球氣溶膠研究的一支重要力量。但我國學(xué)者在氣溶膠微物理過程方面研究占比相對較低（比如，“碰并”占比23%），而氣溶膠微物理過程是大氣灰霾生成及增長成為云凝結(jié)核的重要過程，未來需要進(jìn)一步加強(qiáng)。在科學(xué)問題類關(guān)鍵詞中，高頻關(guān)鍵詞包括“氣溶膠—云相互作用”“氣溶膠—云—降水相互作用”“氣溶膠—輻射相互作用”和“氣溶膠—邊界層相互作用”等。我國學(xué)者在“氣溶膠—邊界層相互作用”和“氣溶膠—云—降水相互作用”占比相對較高，對前者的關(guān)注得益于我國近年對大氣灰霾污染治理的重視；而在后者的高占比則部分源于降水問題是我國學(xué)者長期關(guān)注的重要問題。我國學(xué)者在“云反照率效應(yīng)”上占比（30%）高于“云生命周期效應(yīng)”上占比（15%），而后者是當(dāng)前氣溶膠—云相互作用領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，未來值得更多關(guān)注。

研究方向4——大氣光學(xué)和大氣輻射的高頻關(guān)鍵詞包括“光學(xué)特性”“輻射傳輸”（代替“輻射傳輸方程”用于檢索）“輻射效應(yīng)”“輻射強(qiáng)迫”和“輻射偏振特性”等?！肮鈱W(xué)特性”和“輻射傳輸”的概括性比較強(qiáng)，研究內(nèi)容涉及廣，作為高頻詞與該研究方向的主體地位匹配?！拜椛湫?yīng)”和“輻射強(qiáng)迫”作為高頻詞主要與云和氣溶膠輻射效應(yīng)這一研究熱點(diǎn)相關(guān)。近年來，偏振遙感是大氣遙感中研究的主要趨勢之一，“輻射偏振特性”作為高頻關(guān)鍵詞出現(xiàn)也反映出該研究方向的活躍程度。“光散射”和“后向散射”頻次相對較高，一方面體現(xiàn)出光散射過程的重要性，也體現(xiàn)出主動遙感（激光和微波雷達(dá)）在大氣探測領(lǐng)域的重要地位?！?D 輻射傳輸”出現(xiàn)頻率不高，主要原因或許是應(yīng)用條件不成熟，研究學(xué)者相對較少。我國學(xué)者在所列關(guān)鍵詞文章占比分布在20%到50%之間，多數(shù)在30%左右，頻次分布與總體頻次分布基本一致，一方面說明我國學(xué)者在研究方向4 中有重要的作用，也說明國內(nèi)外研究的關(guān)注點(diǎn)基本相同。我國學(xué)者在“能見度”關(guān)鍵詞統(tǒng)計中占比（47%），可能與我國大氣環(huán)境治理的高度重視相關(guān)。

研究方向5——大氣電學(xué)與大氣聲學(xué)的高頻關(guān)鍵詞包括“雷暴系統(tǒng)”“大氣聲學(xué)”“雷電探測”和“雷暴電學(xué)”等?！袄妆┰葡到y(tǒng)”頻次最高，表明作為全球大氣電路中發(fā)揮充電主導(dǎo)作用的因素，對流層雷暴是大氣電學(xué)研究的核心，同時也是同其他研究方向（如深對流、災(zāi)害性天氣等）交叉的主要著眼點(diǎn)?！按髿饴晫W(xué)”頻次較高是因為該關(guān)鍵詞較為集中的涵蓋了這一學(xué)科的眾多概念，而“聲波探測”頻次較高是因為在很多領(lǐng)域都存在聲波信號探測的問題（如，地球物理和流體力學(xué)等）。在研究手段上，我國學(xué)者關(guān)注“人工引發(fā)閃電”和“起電—放電模擬”的比例分別高達(dá)57%和48%，說明可控實驗手段和數(shù)字孿生技術(shù)受到國內(nèi)學(xué)者重視，這符合國內(nèi)人工引雷實驗平臺的增長情況，說明利用該平臺開展具有應(yīng)用前景的實驗和防雷測試手段受到廣泛關(guān)注。此外，我國學(xué)者對“中高層放電”（43%）和“閃電資料同化”（39%）的關(guān)注度比例也較高，這些是較為前沿、同其他學(xué)科有較多交叉的研究方向，說明中國學(xué)者在新興方向的研究已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平?！叭虼髿怆娐贰薄靶行情W電”和“閃電高能輻射”的國內(nèi)關(guān)注度均較低（依次為3%、7%和17%），在國家深空戰(zhàn)略下這些是亟需加強(qiáng)的研究方向。

對于研究方向6——中高層大氣物理學(xué)，研究高度范圍類的3 個關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率都比較高，但需要說明的是，“中間層”出現(xiàn)頻率最高，因為“平流層”沒有作為一個單獨(dú)的關(guān)鍵詞列出，但是其他關(guān)鍵詞中幾乎都包含“平流層”。研究對象類關(guān)鍵詞中高頻詞條是“平流層溫度”“平流層臭氧”和“平流層云”等，這說明與全球變化和平流層化學(xué)都有關(guān)聯(lián)的熱力特性和平流層最重要的大氣成分仍是永恒的研究課題。由于目前探測能力的制約，“臭氧損耗物質(zhì)”和“極短壽命物質(zhì)”方面的研究仍然不足，盡管其在平流層化學(xué)中的作用很重要?？茖W(xué)問題類中出現(xiàn)頻率最高的關(guān)鍵詞包括“臭氧洞”“平流層化學(xué)”和“火山氣溶膠”等，這再次說明平流層臭氧問題以及與之關(guān)聯(lián)的機(jī)理問題是人們主要關(guān)注的科學(xué)問題。需要說明的是，國內(nèi)在中高層大氣物理學(xué)方面的研究相較于國際來說仍有較大的距離，幾乎所有關(guān)鍵詞所占比例都小于22%，部分甚至不足10%。這說明國內(nèi)大氣科學(xué)需要加強(qiáng)中高層大氣物理學(xué)研究方面的投入和重視。

5 結(jié)束語

本文主要對自然科學(xué)基金委大氣學(xué)科二級申請代碼D0505 大氣物理學(xué)下設(shè)研究方向和關(guān)鍵詞進(jìn)行了解讀。相比原版代碼，2020 版大氣物理學(xué)二級申請代碼融合了原版的多個二級申請代碼，形成了邊界層大氣物理學(xué)與大氣湍流、云降水物理學(xué)、氣溶膠物理及氣溶膠—云相互作用、大氣光學(xué)與大氣輻射、大氣電學(xué)與大氣聲學(xué)及中高層大氣物理學(xué)6 大研究方向，涵蓋了大氣物理學(xué)主要分支方向，不同方向既具有較強(qiáng)獨(dú)立性同時也有一定程度的互補(bǔ)性。每個研究方向從研究對象、研究過程、科學(xué)問題和研究手段等不同方面設(shè)置20 個左右的關(guān)鍵詞。本文進(jìn)一步基于文獻(xiàn)計量學(xué)的方法對這些關(guān)鍵詞近5年（2017～2021 年）在國際期刊論文中的使用情況進(jìn)行了統(tǒng)計分析，探討了不同研究方向的研究動態(tài)和趨勢，包括中外學(xué)者所關(guān)注研究領(lǐng)域的異同等。

2020 版大氣學(xué)科申請代碼實施近3 年時間，自然科學(xué)基金委資助數(shù)據(jù)顯示大氣物理學(xué)二級申請代碼的面上項目、青年科學(xué)基金項目和地區(qū)科學(xué)基金項目（合稱“面青地”）申請量、獲資助項目數(shù)和資助率基本保持穩(wěn)定（表2）。大氣物理學(xué)的申請量占大氣學(xué)科“面青地”項目總申請數(shù)的11%左右，其中2022 年的占比和2020 年相比略有下降（從12.4%到10.8%），而資助項目占總資助項目數(shù)比例也有所下降（從16.7%到13.9%）?？紤]到大氣物理學(xué)在大氣學(xué)科中的基礎(chǔ)地位，保持一支穩(wěn)定和優(yōu)秀的大氣物理學(xué)隊伍對大氣學(xué)科的健康發(fā)展和氣象現(xiàn)代化建設(shè)有重要意義。研究手段的進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)的需求長期以來是大氣物理學(xué)發(fā)展的兩大主要驅(qū)動力，未來大氣物理學(xué)的發(fā)展需要更加積極地?fù)肀录夹g(shù)，主動對接國家和社會發(fā)展的重大需求，推動大氣物理學(xué)的發(fā)展再上新臺階。

表2 2020～2022 年D0505 大氣物理二級申請代碼“面青地”項目申請和資助情況Table 2 Number of projects applied for and funded under the D0505 Atmospheric Physics from 2020 to 2022

致謝感謝大氣物理學(xué)D0505 申請代碼關(guān)鍵詞編寫組的顧問專家（郄秀書、田文壽和銀燕）和成員（陳寶君、程雪玲、葛覲銘、郭建平、杭建、李靖、呂偉濤、李煜斌、孫丙強(qiáng)、施春華、薛惠文、伊炳祺、俞鵬飛和周博聞）對本代碼的研究方向和關(guān)鍵詞設(shè)置方案順利完成作出的重要貢獻(xiàn)。感謝自然科學(xué)基金委和大氣學(xué)科關(guān)鍵詞編寫組對本文寫作的大力支持，感謝南京大學(xué)黃康恩和張瑩對本文完成提供的支持！

附錄A

表A1 D0505 大氣物理二級申請代碼主要關(guān)鍵詞中英文對照表Table A1 Keywords in Chinese and English for the D0505 secondary application code of Atmospheric Physics

表A1 （續(xù)）

表A1 （續(xù)）

表A1 （續(xù)）