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1、2021年度国家自然科学基金专项工程指南面向国家碳中和的重大基础科学问题与对策2020年9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上 承诺，中国力争于2030年前到达CO2排放峰值，努力争取2060年前实现碳 中和。中国的碳达峰与碳中和战略，不仅是全球气候治理、保护地球家园、 构建人类命运共同体的重大需求，也是中国高质量开展、生态文明建设和 生态环境综合治理的内在需求。碳中和战略涉及深度社会经济开展转型， 以期实现低碳甚至零碳排放和基于技术变革的增汇目标，是面向可持续发 展的重大机遇。为满足国家实施碳中和战略对基础科学研究的需求，充分 发挥国家自然科学基金的基础性、科学性和前瞻性优
2、势，促进地球科学与 管理科学的融合创新，国家自然科学基金委员会地球科学部和管理科学部 联合启动“面向国家碳中和的重大基础科学问题与对策”专项工程，拟针 对国家碳中和的重大基础科学问题与对策开展专项资助工作。一、科学目标围绕“减排”和“增汇”这两条实现国家碳中和战略的根本路径，本 专项工程旨在系统揭示海洋和陆地碳汇格局、过程机制、演化趋势及其与 气候系统的互馈机理，说明地质碳封存过程机制、固碳功效、增汇潜力、 技术风险与管理模式，剖析经济转型、路径优化、气候治理、国际合作等 碳中和管理与政策问题，通过学科交叉融合研究，凝练关键基础科学问题 并提出解决方案，服务于国家碳中和战略。本专项工程鼓励自然
3、科学与管 理政策研究团队联合攻关，突破学科间屏障，面向国家碳中和战略解决基 激励机制研究；建立国家碳达峰、碳中和转型监测与战略决策支撑系统。（二十七）面向碳中和的国际气候合作研究（申请代码1选择管理科 学部G下属代码）开展世界主要国家碳中和愿景比拟和对我国的借鉴研究；面向全球碳 中和的市场和非市场合作机制研究；研究基于算法的全球碳排放数据报告 与核算理论和方法；研究国际碳定价机制链接和合作对我国和全球实现碳 中和愿景中的贡献和影响；提出我国深入参与并引领国际气候合作机制构 建的战略和策略。（二十八）碳中和路径与对策综合研究（申请代码1选择管理科学部G 下属代码）综合运用管理科学、自然科学等相关
4、领域的研究成果，建立由科学理 论与技术支撑的碳中和路径决策系统，识别和探索在不同自然生态系统碳 汇演化情景下的最优行动方案，支撑国家形成并实施碳中和综合战略和对 策。三、工程遴选的基本原那么除撰写提纲要求外，申请书内容还须表达如下几个方面：（1）申请项 目为实现总体科学目标的贡献；（2）针对本工程指南中研究方向拟重点突 破的科学问题、到达的研究目标或技术指标；（3）为实现总体科学目标和 满足多学科集成需要，申请人应承诺在研究材料、基础数据和实验平台上 的工程集群共享。四、资助计划本专项工程资助期限为4年，申请书中的研究期限应 填写“2022年1月1日-2025年12月31日”，拟在每个研究方向
5、资助1 项，共资助28项，直接费用平均资助强度约300万元/项。其中，研究方 向（二十）和（二十八）的集成工程资助强度可略高于平均资助强度。五、申请要求及考前须知（一）申请条件本专项工程申请人应当具备以下条件：1 .具有承当基础研究课题的经历；2.具有高级专业技术职务（职称）； 在站博士后研究人员、正在攻读研究生学位以及无工作单位或 者所在单位不是依托单位的人员不得作为申请人进行申请。（二）限项申请规定1 .本专项工程申请时不计入高级专业技术职务（职称）人员申请和 承当总数2项的范围；正式接收申请到国家自然科学基金委员会作出资助 与否决定之前，以及获得资助后，计入高级专业技术职务（职称）人员申
6、 请和承当总数2项的范围。 2.申请人和参与者只能申请或参与申请1 项本专项工程。 3.申请人同年只能申请1项专项工程中的研究工程。（三）申请考前须知1. 申请接收时间为2021年5月20日-2021年5月31日。 2. 本专项工程申请书采用在线方式撰写。对申请人具体要求如下：（1）申请人在填报申请书前，应当认真阅读本工程指南和2021年度国家自然 科学基金工程指南的相关内容，不符合工程指南和相关要求的申请工程 不予受理。（2）本专项工程旨在紧密围绕核心科学问题，将对多学科相关研究进行战略性的方向引导和优势整合，成为一个专项工程集群。申 请人应根据本专项拟解决的具体科学问题和工程指南公布的拟资
7、助研究方向，自行拟定工程名称、科学目标、研究内容、技术路线和相应的研究经 费等。（3 ）申请人登录科学基金网络信息系统. nsfc. gov. cn/ （没有系统账号的申请人请向依托单位基金 管理联系人申请开户），按照撰写提纲及相关要求撰写申请书。（4）申请书中的资助类别选择“专项工程”，亚类说明选择“研究工程”，附 注说明选择“科学部综合研究工程”。申请代码1应按照拟资助研究方向 后标明的申请代码要求选择地球科学部或管理科学部相应的申请代码。以 上选择不准确或未选择的工程申请不予受理。申请工程名称可以不同于拟 资助研究方向以下出的研究内容名称，但应属该内容所辖之内的研究领域。 其中，管理科学
8、部不受理如下申请人的工程申请：（i）作为工程负责人近 5年（2016年1月1日后）已经获得国家社科基金资助，但在本工程申请 截止日期前，尚未获得全国哲学社会科学工作办公室颁发的结项证书 者。假设已获得结项证书，申请人必须在申请书后附结项证书复印 件，并在复印件上加盖依托单位法人公章。（ii） 2021年作为负责人申请 国家社科基金工程者。（5）每个专项工程的依托单位和合作研究单位数合计不得超过3个；主要参与者必须是工程的实际贡献者。（6）申请人应当按照专项工程申请书的撰写提纲撰写申请书，请在申请书正文开 头注明“2021年度专项工程面向国家碳中和的重大基础科学问题与对策之 研究方向：* （按照
9、上述28个拟资助研究方向之一填写）”。申请书应 突出有限目标和重点突破，明确对实现本专项总体目标和解决核心科学问 题的贡献。如果申请人已经承当与本专项工程相关的其他科技计划项 目，应当在申请书正文的“研究基础与工作条件”局部论述申请工程与其他相关工程的区别与联系。（7）申请人应当认真阅读2021年度国家自然科学基金工程指南申请规定中预算编报要求的内容，认真如实编报工程预算，依托单位要按照有关规定认真进行审核。（8）本专项工程实行无纸化申请，申请人完成申请书撰写后，在线提交电子申请书及附件材 料。依托单位只需在线确认电子申请书及附件材料，无须报送纸质申请书, 但必须应在工程接收工作截止时间前（2
10、021年5月31日16时）对本单位 申请人所提交申请材料的真实性和完整性进行认真审核。工程获批准后， 依托单位将申请书的纸质签字盖章页装订在资助工程计划书最后，在 规定的时间内按要求一并提交。2. 本专项工程咨询方式： （1）申请代码1属于地球科学部的 专项工程国家自然科学基金委员会地球科学部综合与战略规划处联系 ：（2）申请代码1属于管理科学部的专项工程国家自然科学基金委员会管理科学部综合与战略规划处联系 ：（四）其他考前须知1.为实现专项总体科学目标，获得资助的工程负责人应当承诺遵守相 关数据和资料管理与共享的规定，工程执行过程中须关注与本专项其他项 目之间的相互支撑关系。2.为加强工程的
11、学术交流，促进专项工程集群的形成和多学科交叉，本专项工程集群将设专项工程指导专家组和协调 推进组，每年举办一次资助工程的年度学术交流会，并将不定期地组织相 关领域的学术研讨会。获资助工程负责人必须参加上述学术交流活动，并 认真开展学术交流。来源： 国家自然科学基金委员会础性和前瞻性的重大科学问题。二、拟资助研究方向（一）中国海生态系统碳汇格局、清单及不确定性（申请代码1选择地 球科学部D下属代码）集成现场观测和卫星遥感数据，结合数值模拟等技术手段，系统评估 中国海生态系统主要碳库时空变化，揭示渤海、黄海、东海和南海等主要 中国近海系统的碳源汇格局，降低其评估的不确定性，提供中国区域高时 空分辨
12、率的海洋碳收支清单。（二）中国海生态系统固碳关键过程与调控机制（申请代码1选择地球 科学部D下属代码）集成分析历史观测数据，深入研究我国邻近海域典型生态系统结构和 碳汇功能的关系，揭示海水碳酸盐体系、浮游植物初级生产过程、群落净 生产和浮游动物传递等关键碳汇过程的调控机制，甄别自然和人类活动对 碳汇的影响，厘清暖化和富营养化等环境变化对生态系统碳汇功能的影 响。（三）海洋微型生物驱动与耦合的综合负排放机理（申请代码1选择地 球科学部D下属代码）通过学科交叉同步研究微型生物代谢驱动的碳、氮、硫循环过程，从 分子、基因水平到种群、生态系统水平上阐释微型生物碳泵与无机碳汇的 协同作用机理，探究微型生
13、物碳泵驱动与耦合的有机碳-自生碳酸盐联合 负排放路径，从实验观测到数值模拟建立微生物驱动的碳、氮、硫循环与 碳汇耦合关系，实现海洋负排放机理上的突破，为碳中和目标提供海洋负排放的创新性理论和技术储藏。（四）中国陆地生态系统碳库现存量及其不确定性（申请代码1选择地 球科学部D下属代码）系统地评估2010-2020年间中国森林、草地、农田、湿地和内陆水体 生态系统的全组分碳库的现存量、空间变异特征及其影响因素；量化地上 植被、地下植被、土壤、凋落物碳库组分及其关系；评估碳库的现存量与 容量，揭示碳库的稳定性以及估算的不确定性，凝练提出碳储量评估及其 不确定性量化的方法体系。（五）中国陆地生态系统固
14、碳速率及其不确定性、稳定性和持续性（申 请代码1选择地球科学部D下属代码）基于长期调查样地、通量观测、多模型比对、多源数据整合等途径， 定量分析森林、草地、农田、荒漠、湿地、内陆水体等类型陆地生态系统 的固碳速率，以及以县、市、省等行政区划为主体的固碳速率，分析不同 体系下固碳速率的不确定性；定量揭示中国陆地生态系统固碳速率的时空 变异特征、影响因素和调控途径；评估碳汇功能的稳定性和持续性。（六）中国陆地生态系统碳固持与碳汇功能的关键过程与调控机制（申 请代码1选择地球科学部D下属代码）研究土壤有机碳库关键属性的空间分布规律特征，解析森林、草地、 农田、荒漠、湿地、内陆水体等类型生态系统土壤有
15、机碳库的形成与稳定 机制；研究主要生态系统类型土壤碳库关键属性和土壤碳转化的关键过程 对全球变化的响应及其生物与非生物机制;探究植物及土壤微生物群落对 土壤有机质稳定性的影响机制。（七）中国陆地生态系统增汇潜力及风险评估（申请代码1选择地球科 学部D下属代码）根据不同的气候变化和大气沉降情景，结合我国重大生态工程及各类 人为管理措施等，探讨不同时期、不同排放情境下的增汇潜力，量化气候 变化和人为活动各分量对生态系统增汇潜力的贡献，在充分考虑固碳速率 （动态特征）、稳定性、持续性的基础上，提出陆地生态系统增汇的系统 管理优化方案。（八）中国区域岩溶碳汇机理、清单及增汇潜力（申请代码1选择地球 科
16、学部D下属代码）集成分析岩溶系统监测数据，开展新型融合观测系统，研究其中的碳 循环过程与机理，建立岩溶碳汇算法，量化我国岩溶碳汇清单，评估岩溶 碳汇速率与稳定性；研究微生物、碳酸甘酶、土地利用形式等对岩溶形成 及碳汇的影响，探索通过人工干预加速岩溶碳汇的方法与途径，并评估其 潜力。（九）CO?封存的地质体结构透明化表征方法与埋存场地选址（申请代码 1选择地球科学部D下属代码）开展区域地质调查和工程地质勘察，进行多尺度地质结构观测，进行 地表水/地下水物理化学力学性质测试，建立多尺度三维地质结构模型和 水文地质结构精细化模型，开展数据挖掘、人工智能与大数据分析，建立 COZ地质封存潜力评价指标体
17、系。（十）深地C02封存多相流体与地质体的长时耦合作用（申请代码1选择 地球科学部D下属代码）建立真三向应力状态下C02注入-运移-封存全周期过程中储层孔隙率 -渗透率演化机制；揭示C02-咸水-岩层耦合作用下储层孔隙力学长期变形 规律以及时效致裂机理；建立渗透-化学-力学耦合作用下盖层岩体的真三 向破坏准那么及强度理论，揭示C02聚集压力下盖层岩体时效损伤变形规律 以及渐进式破坏机理。（十一）去碳目标导向的C02驱油与埋存的关键理论与技术（申请代码1 选择地球科学部D下属代码）研究适应不同类型地质封存需求的烟气净化和C02捕集原理，分析高 含水油藏开发历程对渗流、封存效率和封存平安性的影响规
18、律，说明高含 水油藏中C02-水-油-岩的微观相互作用，揭示高含水油藏封存C02后流体 重新分布及长期封存机制。（十二）C02地质封存潜力与资源协同方法（申请代码1选择地球科学部 D下属代码）构建区域尺度地质结构时空数据，量化不同区域的潜在碳封存储层及 能力，探讨不同区域工业CO2排放源与区域碳封存能力的匹配性问题，揭 示不同区域生物质能源、水资源、清洁能源等资源与碳封存的协同性。（十三）地质碳封存平安与风险（申请代码1选择地球科学部D下属代 码）开展CO?-咸水物理化学作用下盖层渗漏破坏试验与模拟研究，揭示非 纯CO?-咸水作用下盖层密闭性与力学特性演化机理，建立考虑储层密闭性 及盖层突破性
19、的力学稳定性评价方法；开展物理和化学两种捕获方式下多 尺度地质结构劣化试验，建立断层活化判据，建立封存CO2后的监测方法,评价封存C02后的长期封存机制、泄露风险和引发地质灾害的潜在风险。（十四）中国海岸带生态系统碳汇格局、清单及潜力（申请代码1选择 地球科学部D下属代码）结合长期样地、通量观测、遥感监测、模型模拟等技术手段，构建红 树林、盐沼、海草床等中国海岸带典型生态系统碳储量与碳通量的评估体 系，说明气候变化与人类活动影响下碳储量与碳通量的时空格局、演变规 律及演化特征，揭示碳汇关键过程与调控机制，提供碳收支清单及不确定 性，评估碳库稳定性、碳汇可持续性及潜力。（十五）中国河流-河口-近
20、海连续体碳交换与循环（申请代码1选择地 球科学部D下属代码）结合长期观测、遥感分析与模型模拟，厘清中国主要河流-河口-近海 连续体的多界面碳传输通量特征，揭示碳传输的关键过程与调控机制，阐 明气候变化与人类活动双重压力下河流-河口-近海碳交换的演变规律及 其对海洋与陆地碳收支的影响。（十六）陆海统筹下的中国海岸带生态系统保护修复与固碳增汇协同增 效（申请代码1选择地球科学部D下属代码）构建和开展陆海统筹下的中国海岸带生态系统固碳增汇的基础理论， 研发红树林、盐沼、海草床等典型海岸带生态系统的增汇措施与关键技术, 探索兼顾生态系统保护修复与固碳增汇的协同增效途径，评估不同增汇措 施与技术实施的潜
21、在风险，提出面向碳中和的海岸带生态系统保护修复的 最优化管理方案。（十七）区域碳循环过程与区域地球系统模式（申请代码1选择地球科学部D下属代码）研发或优化包含碳循环过程的区域海陆气耦合的理论方法与关键技 术，开展适用于中国区域海陆气耦合的区域地球系统模式；研究未来气候 变化情景下东亚区域海洋和陆地生态系统碳循环及其与气候系统的互馈 作用，说明海陆气耦合对海洋和陆地生态系统碳源汇的影响。（十八）中国碳中和行动有效性监测评估（申请代码1选择地球科学部D 下属代码）充分融合观察数据与数值模式，研究碳中和行动有效性监测评估的关 键科学与技术，开展中国区域碳中和行动有效性监测评估，支撑碳收支盘 点工作；
22、开发碳同化系统、甄别自然与人为碳排放等关键措施与技术，评 价不同碳中和路径的不确定性。（十九）碳中和路径下的中国区域气候系统动力学（申请代码1选择地 球科学部D下属代码）从气候系统对温室气体强迫的快慢响应、反应过程和气候敏感度等方 面，揭示碳中和目标下中国区域气候系统的变化、不确定性以及关键的动 力过程；研发能够有效减少模式预估不确定性的“涌现约束”方法，提高 碳中和目标下东亚地区气候变化的预估可靠性，量化气候均态和极端事件 等关键指标的变化和空间分布特征；评估碳中和政策在减缓增温、减轻气 候灾害等方面的有效性；评估我国生态工程的碳汇作用及其气候影响。（二十）面向不同碳中和路径下的自然生态系统
23、碳汇演化集成研究（申 请代码1选择地球科学部D下属代码）探讨中国实现碳中和愿景的动态路径和技术途径，核算不同人为生态 工程及管理措施对自然生态系统碳汇的影响潜力，基于不同的碳中和路径 评价不同的管理体系对自然生态系统增汇的有效性、可行性以及经济性， 提出自然生态系统增汇新技术方法和政策理论体系。（二十一）面向碳中和的经济转型模式构建研究（申请代码1选择管 理科学部G下属代码）研究碳中和愿景与长期经济增长的相关影响；2030年前碳达峰和2060 年碳中和愿景下经济结构形态演变特征和动力机制；碳中和愿景下的经济 转型本钱；碳中和愿景下的企业技术创新模式；研究进出口贸易对我国碳 中和路径的影响；开展
24、适合中国国情的碳中和经济学理论。（二十二）面向碳中和的能源革命路径研究（申请代码1选择管理科 学部G下属代码）研究碳中和愿景下颠覆性能源系统技术与结构特征；碳中和愿景下能 源系统形态动态演化过程、驱动机制和管理理论；基于大数据的能源系统 复杂性建模方法；高比例可再生能源下的电力系统平安运行管理理论与方 法；颠覆性能源技术和碳移除（CDR）技术在实现碳中和目标中的作用和发 展路线图。（二十三）重点行业和领域碳达峰、碳中和路径优化研究（申请代码1 选择管理科学部G下属代码）研究钢铁、水泥、石化等重点行业和交通、建筑等关键领域实现碳达 峰和碳中和目标的主要障碍、技术措施、转型本钱和优化路径；研究数字
25、 经济开展战略和乡村振兴战略对我国碳中和路径的影响；从物质流动和供 给-需求系统的角度，综合分析主要行业和领域低碳开展的系统路径。（二十四）碳达峰、碳中和区域协同路径优化研究（申请代码1选择管 理科学部G下属代码）研究自上而下与自下而上相结合的全国分区域碳中和路径评价理论和 方法体系；碳中和愿景下我国分区域能源结构和产业结构转型的特征和驱 动机制；全国重点产业空间布局特征对于区域和全国碳中和路径的影响机 制；建立省级尺度的全国能源经济综合评估模型体系，识别实现碳达峰和 碳中和目标的区域协同优化路径；选择京津冀、长三角、粤港澳、西部等 区域开展碳中和先行示范区案例研究。（二十五）面向碳中和的环境
26、协同治理研究（申请代码1选择管理科 学部G下属代码）研究碳中和愿景下碳排放与大气污染物排放协同治理的模式与机制； 研究不同区域碳中和路径对于大气污染物排放影响机制；研究不同碳中和 路径下的空气质量空间格局特征、人群暴露风险特征和协同效益；研究碳 中和与水污染、土壤污染治理的协同路径；研究碳中和路径下的中国分区 域生态环境承载力；研究碳排放和非二氧化碳温室气体排放治理的协同路 径。（二十六）面向碳中和的国家气候治理体系研究（申请代码1选择管 理科学部G下属代码）研究面向碳中和愿景的法律法规体系创新；研究碳中和愿景下行业、 地方碳排放总量控制的制度安排和协调机制；研究碳中和愿景下不同政策 的交互影响；面向碳中和的政策工具创新和评估方法研究；碳汇体系建设 与低碳消费模式对碳中和的贡献与激励机制研究；企业碳中和管理方法和