2019年度专项项目极地基础科学前沿项目指南

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南北两极作为全球治理新焦点、科技竞争新高地、海上新通道和资源新产地，已成为人类活动发展的“新疆域”以及世界大国经略全球的战略要地。为落实习近平总书记 “认识南极、保护南极、利用南极”等关于极地的批示精神，充分发挥国家自然科学基金根据国家科技发展战略，吸引和调动全国高等院校、科研机构的力量解决国家重大需求背后的基础科学问题的支撑作用，为突破极地变化预测的关键技术瓶颈奠定理论基础，为我国应对气候变化和参与全球治理提供科学支撑。国家自然科学基金委员会现启动“极地基础科学前沿”专项项目, 从冰下基岩和湖泊科学钻探、南极气候环境演化和北极多圈层相互作用三个角度，开展探索极地海-陆-气-冰-生态耦合系统的基础科学问题研究。

一、科学目标

发展极地深冰钻、多平台协同观测等技术手段，揭示极地多圈层相互作用过程和机理，评估南极冰盖-冰架-海冰系统的不稳定性及其潜在影响，解析北极快速变化的关键物理-化学-生物过程与主要驱动因素，提高对极地变化的预测能力，增强我国在极地科学领域的学术话语权。

二、拟资助研究方向和研究内容

（一）东南极古大陆的早期演化

基于冰下基岩钻探、各类露头剖面和地球物理方法等，研究南极大陆早期陆核的形成过程及其与澳大利亚、非洲等大陆的亲缘关系，揭示后期大陆块体聚合的时限、过程和机制，构建东南极古大陆从初始成核到最终聚陆的历史框架。

（二）南极冰下湖科学钻探选址与研究

通过冰雷达和航空遥感等技术手段，开展冰下湖科学钻探选址，对冰层热熔钻孔倾斜和纠斜机理、钻孔闭合及其对钻具冻胀机理、冰下湖体系的理化参数与水质特征进行研究，探索南极冰下湖的形成演化过程和冰下环境的生命形态。

（三）南极冰盖结构与动力学模型

利用航空遥感和现场观测等技术手段，研究东南极冰盖的冰层结构和底部融水过程，分析冰下地热通量和深部冰温分布，获取冰盖接地线区域的冰下精细地形，构建可靠的冰盖动力学模型，定量估算冰盖的物质平衡和稳定性。

（四）东南极海洋环流与冰架的相互作用

通过高分辨率数值试验和观测资料分析，研究东南极多尺度海洋环流对冰架底部质量平衡的影响、冰架出流水对海洋环境的影响、冰架-海洋界面的边界层过程及其参数化方案，提高对冰架-海洋耦合系统的模拟和预测能力。

（五）西南极冰-海相互作用与海洋生态系统

通过环境与生态的多尺度综合观测、现场实验及数据与模型的综合分析，研究西南极冰-海环境和生态结构的时空变异、冰-海相互作用对海洋过程的调控机理，认知气候变化对生物生产力、种群结构和碳通量的潜在影响。

（六）南极海冰变化的机制及影响

利用耦合模式、卫星遥感数据及资料同化技术，研究南极海冰范围和体积在全球变化背景下的缓变与突变过程及机制，分析海冰变化对南极冰盖和气候系统的影响，为预估南极海冰变化及其全球效应提供科学依据和技术支撑。

（七）南极冰盖对全球增温的敏感性

利用资料诊断、理论分析和数值模拟等手段，研究气候变暖对南极冰盖影响的程度、途径、时空变化特征及机理，建立全球增温影响南极冰盖的物理图像，评估南极冰盖对气候变暖响应的敏感性及可能产生的全球效应。

（八）北极大气多要素变化观测与诊断研究

应用先进的地基和星基环境光学装备和技术等，开展北极大气痕量气体组分和气溶胶的长期监测，建立大气环境参数综合分析方法，获得对流层大气关键成分的区域和垂直分布特征，揭示大气辐射强迫对北极快速变化的贡献。

（九）北极快速变化的能量过程研究

通过北极海冰-大气与海冰-海洋界面上的热通量观测与分析，研究北极大气、海洋过程对北极气候系统中能量分布与输运的影响，揭示影响北极快速变化的能量收支关键过程，提升对北极未来变化趋势的预测能力。

（十）环北极海洋初级生产过程与生源要素循环

通过对典型北极海冰快速减退区域走航、船基和遥感观测，冰浮标和潜标周年多要素同步观测，揭示北冰洋营养盐、初级生态过程和浮游植物的变化规律，评估海洋生源要素循环和生物泵过程对北极快速变化的响应和反馈。

（十一）环北极海-冰-气界面物质交换及其气候效应

通过对典型北极海冰快速减退区域走航和冰基观测，获取生源活性气体等挥发性成分和半挥发性成分等物质的海-气或冰-气交换通量, 揭示其时空分布格局、变化趋势、源汇及转化机制，评估其对北极快速变化的响应和反馈。

（十二）北极快速变化归因与环境效应研究

模拟并解析北极海冰快速融化的主要驱动因素，厘清其中自然和人为胁迫的相对贡献。研究极地植被变化及其对区域生物地球化学循环和生物物理特征的影响。定量评估北极海冰融化和极地植被变化对北极区域气候的可能影响。