楊萍
中國科學(xué)院科技促進發(fā)展局
自建院以來,中國科學(xué)院 51 個研究所在全國各地相繼建立了 275 個野外站(截至 2017 年底),涉及生態(tài)、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、海洋、地球物理、天文、空間、金屬腐蝕等研究領(lǐng)域,在服務(wù)國家和地方農(nóng)業(yè)發(fā)展、生態(tài)建設(shè)、環(huán)境治理、資源可持續(xù)利用、災(zāi)害防治等方面發(fā)揮著重要作用。
目前,野外站是中國科學(xué)院具有相對優(yōu)勢的科技基礎(chǔ)條件平臺——全國共有 167 個國家野外科學(xué)觀測研究站(以下簡稱“國家站”);其中,中國科學(xué)院 68 個,占 40.7%。在生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域的野外站中,中國科學(xué)院的優(yōu)勢更為明顯——在 95 個國家生態(tài)站中,中國科學(xué)院 53 個,占 55.8%,是我國生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域國家站的主體,主導(dǎo)、引領(lǐng)我國生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域國家站建設(shè)和發(fā)展的方向。
按照學(xué)科特征,中國科學(xué)院組建了野外科學(xué)觀測研究網(wǎng)絡(luò)(以下簡稱“野外站網(wǎng)絡(luò)”),包括中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(CERN)、高寒區(qū)地表過程與環(huán)境觀測研究網(wǎng)絡(luò)(HORN)、日地空間環(huán)境觀測研究網(wǎng)絡(luò)(STERN)、近海海洋觀測研究網(wǎng)絡(luò)(OMORN)等 4 個綜合觀測網(wǎng)絡(luò),以及中國陸地生態(tài)系統(tǒng)通量觀測研究網(wǎng)絡(luò)(China FLUX)、中國物候觀測網(wǎng)絡(luò)(CPON)、區(qū)域大氣本底觀測研究網(wǎng)絡(luò)(CAS-RAW)、遙感試驗與地面觀測網(wǎng)絡(luò)(CAS-RSON)、大地測量觀測網(wǎng)絡(luò)(CAS-GORN)、陸面過程觀測網(wǎng)絡(luò)(CAS-LASON)等 6 個專項觀測網(wǎng)絡(luò)。
組建于 1988 年的 CERN,同美國生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、歐洲生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)并駕齊驅(qū),且各具優(yōu)勢和特色。CERN 經(jīng)過 30 多年的建設(shè)和發(fā)展,積累了豐厚的野外站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運行和管理經(jīng)驗,成效逐步顯現(xiàn)。
經(jīng)過長時間的規(guī)范運行,一方面單個野外站持續(xù)開展長時間序列的觀測和科學(xué)研究,另一方面通過野外站網(wǎng)絡(luò)這種組織形式,實現(xiàn)了具有明確頂層設(shè)計的空間尺度擴展的觀測與科學(xué)研究,更加深入地揭示了自然環(huán)境的演化規(guī)律,取得了一批創(chuàng)新性科研成果,從而為國家糧食安全、空間環(huán)境安全、脆弱生態(tài)恢復(fù)和重大工程建設(shè)提供了重要的科技支撐。
近年來,隨著科學(xué)技術(shù)部對野外站的逐步重視,各行業(yè)部門、各省(自治區(qū)、直轄市)政府及高等院校正在興起建設(shè)野外站的熱潮,中國科學(xué)院系統(tǒng)以外的野外站得到了突飛猛進的發(fā)展,進而推動了國家野外站事業(yè)的快速進步。
相比之下,近年來中國科學(xué)院對野外站的投入明顯不足,野外站網(wǎng)絡(luò)的絕對優(yōu)勢正變成相對優(yōu)勢。絕對優(yōu)勢地位的逐步弱化,導(dǎo)致中國科學(xué)院系統(tǒng)內(nèi)野外站對優(yōu)秀人才的吸引力明顯降低,中國科學(xué)院的 3 位野外站站長不約而同調(diào)入某高校,就是其中一個典型案例。中國科學(xué)院如何創(chuàng)造野外站網(wǎng)絡(luò)的新優(yōu)勢,是一個迫在眉睫的嚴(yán)肅課題。
站在“兩個一百年”奮斗目標(biāo)歷史交匯點上,有必要對中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展進行思考,高起點地謀劃發(fā)展藍圖,大力提升野外站網(wǎng)絡(luò)的觀測和研究能力,更好地滿足全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的戰(zhàn)略要求。
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中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)的頂層設(shè)計與全面布局
強化頂層設(shè)計,構(gòu)建具有網(wǎng)絡(luò)化特征、體系化能力、建制化優(yōu)勢的野外科技基礎(chǔ)條件平臺。
強化野外站網(wǎng)絡(luò)層面的頂層設(shè)計
加強頂層設(shè)計,是確保野外站網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行和發(fā)揮作用的基本保障。歷史地看,“先有站、后有網(wǎng)”,中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)客觀上存在先天不足。
CERN 建設(shè)時間較長,一直有堅強的領(lǐng)導(dǎo)小組和科學(xué)委員會的領(lǐng)導(dǎo)及指導(dǎo),頂層設(shè)計的思想得到體現(xiàn)和堅持,各生態(tài)站基本遵循“觀測、研究、試驗、服務(wù)”八字方針,核心任務(wù)明確。
而 HORN、STERN、OMORN 等 3 個網(wǎng)絡(luò)的頂層設(shè)計明顯不足,旗下的野外站有比較獨立的目標(biāo)和任務(wù),網(wǎng)絡(luò)層面的觀測研究還沒有真正開展起來;因此,需要借鑒 CERN 的成功經(jīng)驗,強化網(wǎng)絡(luò)層面的頂層設(shè)計,突出網(wǎng)絡(luò)化特征,增強體系化能力,開展具有明確科學(xué)問題和重大需求的聯(lián)網(wǎng)觀測研究,重點回答國家尺度或大區(qū)域尺度的科學(xué)和需求問題。
優(yōu)化野外站網(wǎng)絡(luò)的整體布局
當(dāng)前,野外站網(wǎng)絡(luò)中 4 個綜合觀測網(wǎng)絡(luò)的體系較為完整,為綜合研究和學(xué)科交叉創(chuàng)造了條件,成為國家科技基礎(chǔ)條件平臺的重要組成部分,是中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家重點研發(fā)任務(wù)和國家自然科學(xué)基金委重大基金等項目的重要科技支撐平臺。
在未來優(yōu)化野外站網(wǎng)絡(luò)整體布局中,一方面,要推動專項觀測網(wǎng)絡(luò)與綜合觀測網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合,力爭更多地利用綜合觀測網(wǎng)絡(luò)的野外站來進行專項觀測;同時,擴展專項觀測網(wǎng)絡(luò)野外站的功能,將其逐步建設(shè)成為綜合觀測網(wǎng)絡(luò)的野外站。另一方面,根據(jù)綜合觀測網(wǎng)絡(luò)、專項觀測網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)和需求目標(biāo)發(fā)展的需求,遴選部分所級野外站進入到綜合觀測網(wǎng)絡(luò)、專項觀測網(wǎng)絡(luò),逐步調(diào)整和優(yōu)化布局,強化建制化優(yōu)勢,增強體系化運行能力。
明確野外站網(wǎng)絡(luò)的定位
中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)具有明確的定位:
1.與行業(yè)部門的野外監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)相比,中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)是一個觀測研究平臺,主要圍繞國家資源、生態(tài)、近海環(huán)境、空間環(huán)境等領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題展開研究。通過建設(shè)長期定位觀測、聯(lián)網(wǎng)實驗平臺及數(shù)據(jù)集成系統(tǒng),中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)長期、系統(tǒng)地為科技界、行業(yè)部門、地方政府提供科學(xué)數(shù)據(jù)、技術(shù)模式、決策依據(jù)。
2.與高等院校的野外站相比,中國科學(xué)院野外站的網(wǎng)絡(luò)化特征十分突出,可以解決單一野外站依靠長期觀測不能明確的科學(xué)規(guī)律,依靠網(wǎng)絡(luò)層面的研究實現(xiàn)空間尺度的拓展,解決宏觀尺度的問題。今后,中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)化這一特征還需要繼續(xù)強化,不斷增強野外站網(wǎng)絡(luò)在解決科學(xué)問題和重大需求方面的核心競爭能力。
野外站網(wǎng)絡(luò)需要長期、連續(xù)定位觀測,以揭示短時間尺度不可能確定的科學(xué)規(guī)律。世界上最著名的英國洛桑試驗站,積累了長達 150—170 年的連續(xù)定位觀測數(shù)據(jù)(超過 100 年的長期定位試驗有 7 個),就連兩次世界大戰(zhàn)期間都沒有中斷過,從而為農(nóng)學(xué)、土壤學(xué)、植物營養(yǎng)學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)的發(fā)展作出了重要貢獻。
中國科學(xué)院歷史最長的野外站——沙坡頭沙漠研究試驗站成立于 1955 年,迄今已開展了 65 年長期觀測,不僅在干旱區(qū)土壤-水分研究、植被恢復(fù)技術(shù)方面取得了創(chuàng)新性成果,還確保了包蘭鐵路 60 年安全穿越騰格里沙漠,相關(guān)成果獲得國家科技進步獎特等獎。
沙坡頭站
重視觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量,推動數(shù)據(jù)共享
觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量是野外站的生命線,野外觀測環(huán)境、野外觀測儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸條件和觀測人員的素質(zhì)等是保障觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的基礎(chǔ)。目前,中國科學(xué)院野外站的上述條件都還有待改善,不僅影響了觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量,也對數(shù)據(jù)的開放、共享造成一定困難。
具體來看,中國科學(xué)院 4 個綜合觀測網(wǎng)絡(luò)體系在數(shù)據(jù)質(zhì)量和共享方面的現(xiàn)狀為:STERN 各野外站的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制及共享工作進展相對順利,這主要得益于我國空間科學(xué)在國際學(xué)術(shù)界的交流相對較多,儀器設(shè)備的國際化程度高、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化進程較快;CERN 各野外站的數(shù)據(jù)較為規(guī)范,并建立了數(shù)據(jù)共享機制,但長期觀測數(shù)據(jù)的知識產(chǎn)權(quán)、歷史數(shù)據(jù)的挖掘等問題需要合理解決;HORN 各野外站觀測要素尚未完全統(tǒng)一,觀測儀器設(shè)備不盡相同,觀測儀器設(shè)備損耗大、老化快,導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度漂移;OMORN 各野外站部分觀測數(shù)據(jù)獲取的方法、類別、質(zhì)量等,還存在較大差異。
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野外站網(wǎng)絡(luò)的體制機制和規(guī)范制度建設(shè)
建制化優(yōu)勢是中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)的鮮明特征。結(jié)合國家、中國科學(xué)院科技體制改革的方向,可從以下 3 個方面不斷建立、健全、完善野外站網(wǎng)絡(luò)的管理體制和運行機制。
增強體系化能力
1. 強化野外站網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)導(dǎo)小組(或管委會)領(lǐng)導(dǎo)職能。強化野外站網(wǎng)絡(luò)科學(xué)委員會的學(xué)術(shù)指導(dǎo)功能,建立管理委員會與科學(xué)委員會年度聯(lián)席會議制度,共同解決野外站網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)目標(biāo)、發(fā)展方向、重大項目部署、重大成果凝練、野外站布局調(diào)整等重大問題。
2. 建立院機關(guān)相關(guān)職能局、業(yè)務(wù)局日常溝通機制。將涉及到野外站發(fā)展的各類資金(如基本運行、儀器設(shè)備購置、基礎(chǔ)設(shè)施修繕、信息化建設(shè)、野外安全保障等經(jīng)費)、各類政策(如野外站支撐人員崗位及其考核評價、野外工作出差補助、野外站資產(chǎn)管理、野外站科學(xué)家精神宣傳、科技副職選派等政策)、各類科研項目(如前沿科學(xué)計劃項目、重點部署項目、戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、青年創(chuàng)新促進會人才創(chuàng)業(yè)項目、儀器研制項目等)進行協(xié)調(diào),實現(xiàn)經(jīng)費、政策、項目、人才、平臺等資源統(tǒng)籌,形成支持野外站發(fā)展的合力。
3. 壓實野外站依托單位的主體責(zé)任。野外站是研究所的組成單元,服務(wù)于研究所的定位、主體學(xué)科方向、發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃等;研究所是野外站的建設(shè)主體、責(zé)任主體、管理主體,是野外站運行、發(fā)展的第一責(zé)任人。因此,要牢牢壓實野外站依托研究所的主體責(zé)任。
發(fā)揮建制化優(yōu)勢
野外站網(wǎng)絡(luò)是將隸屬于不同研究所的野外站組建為具有明確科學(xué)和需求導(dǎo)向、問題導(dǎo)向的分布式科研基礎(chǔ)條件平臺,因此科學(xué)委員會的學(xué)術(shù)領(lǐng)導(dǎo)作用至關(guān)重要。可以將建制化優(yōu)勢轉(zhuǎn)換成科學(xué)優(yōu)勢,增強野外站網(wǎng)絡(luò)的凝聚力和學(xué)術(shù)影響力。野外站網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)導(dǎo)小組(管委會)是決策機構(gòu),決定重大計劃和關(guān)鍵問題,推動科學(xué)委員會科學(xué)建議的落實,是野外站網(wǎng)絡(luò)良性發(fā)展的決定環(huán)節(jié)。
從 CERN 的成功實踐來看,只要有領(lǐng)導(dǎo)小組(管委會)、科學(xué)委員會的堅強領(lǐng)導(dǎo)、指導(dǎo),在后期工作中可以彌補網(wǎng)絡(luò)的先天不足。30 多年來,CERN 領(lǐng)導(dǎo)小組、科學(xué)委員會一直強化網(wǎng)絡(luò)層面的頂層設(shè)計,制定并逐步完善了一系列規(guī)章制度,嚴(yán)格督促生態(tài)站完成“觀測、研究、試驗、服務(wù)”四大核心任務(wù);特別是持續(xù)部署了一批網(wǎng)絡(luò)層面的觀測研究項目,在碳通量觀測研究、生態(tài)系統(tǒng)固碳速率和潛力研究、農(nóng)田土壤肥力試驗研究、北方荒漠-草地樣帶水分循環(huán)觀測研究等方面取得了創(chuàng)新性進展
穩(wěn)定投入渠道
目前,中國科學(xué)院本級財政預(yù)算中有單獨支持野外站網(wǎng)絡(luò)基本運行的專項經(jīng)費,但近幾年沒有增長。野外站的實驗用房、公寓、觀測場地、樣品庫等設(shè)施的維護成本高,現(xiàn)有運行費不能保障野外站基本運行,資金缺口較大。
野外站的儀器設(shè)備更新,依靠財政部修購專項解決能夠滿足基本需求;但用于野外觀測的交通工具,還缺乏更新機制和穩(wěn)定支持經(jīng)費。此外,野外站是中國科學(xué)院各研究所園區(qū)的延伸,但野外站基礎(chǔ)設(shè)施的修繕、建設(shè)還沒有整體納入到中國科學(xué)院基建規(guī)劃中,投資渠道不穩(wěn)定。今后需加大對野外站運行的投入,確保野外站可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。
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加強運行保障能力建設(shè),改善野外站網(wǎng)絡(luò)的科研環(huán)境
野外站是研究所園區(qū)的重要組成部分。截至 2017年底,中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)擁有建設(shè)用地 1.42 萬畝,房屋面積 55.90 萬平方米,儀器設(shè)備總價值 39.0 億元,單臺超過 50 萬元的儀器有 726 臺(套)。由于野外環(huán)境條件相對惡劣,今后仍需要持續(xù)加強運行保障能力的建設(shè),為科學(xué)研究創(chuàng)造良好的外部條件。
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繼續(xù)實施儀器設(shè)備修購專項
實施近 10 年的財政部修購專項,有效緩解了多年來野外站觀測儀器設(shè)備老化、更新渠道不暢的困境。在適時更新常規(guī)監(jiān)測儀器設(shè)備、保障野外站基本觀測能力的基礎(chǔ)上,需要前瞻性地進行野外站網(wǎng)絡(luò)觀測儀器設(shè)備的升級換代,建設(shè)觀測功能完備、型號標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備統(tǒng)一的野外觀測網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,逐步形成野外觀測—數(shù)據(jù)積累—數(shù)據(jù)服務(wù)一體化的規(guī)范化科學(xué)數(shù)據(jù)共享體系。
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全面推進長期科研樣地建設(shè)
科研樣地是野外站的核心設(shè)施,是完成監(jiān)測、研究和試驗的重要基礎(chǔ)條件。“十三五”期間,中國科學(xué)院科研樣地試點建設(shè)取得初步成效,積累了豐富的建設(shè)經(jīng)驗,并完成了以提升野外站科學(xué)研究能力為目標(biāo)的科研樣地總體規(guī)劃。應(yīng)全面推進野外站長期科研樣地建設(shè),形成開展關(guān)鍵過程與機制的長期觀測與聯(lián)網(wǎng)研究的平臺,在大區(qū)域尺度、長時間尺度上獲得標(biāo)準(zhǔn)化的、具有可比性的觀測數(shù)據(jù),為開展聯(lián)網(wǎng)研究奠定重要基礎(chǔ)。
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繼續(xù)開展信息化能力試點
“十三五”期間,中國科學(xué)院東湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗站、藏東南高山環(huán)境綜合觀測研究站等的信息化能力試點建設(shè),解決野外觀測長期存在的數(shù)據(jù)獲取、自動傳輸、大數(shù)據(jù)分析、智能分析、管理決策和可視化平臺等方面的技術(shù)瓶頸,實現(xiàn)了從野外觀測數(shù)據(jù)自動獲取到信息綜合集成的重點突破、從小型局域網(wǎng)到綜合性網(wǎng)絡(luò)平臺的重點突破、從提供簡單數(shù)據(jù)服務(wù)到云計算模擬平臺的重點突破。
今后,中國科學(xué)院將繼續(xù)在 3 個層面對野外站網(wǎng)絡(luò)開展信息化能力試點建設(shè):
1. 在觀測設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化程度高的 STERN、OMORN 等綜合網(wǎng)絡(luò)開展試點;
2. 在 China FLUX 等專項觀測網(wǎng)絡(luò)開展試點;
3. 在研究水平高的野外站,如中國科學(xué)院太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站、沙坡頭沙漠研究試驗站、鼎湖山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站等開展試點。
上述措施取得成熟經(jīng)驗后,應(yīng)推動中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)信息化能力提升建設(shè)的全面開展。
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建立基礎(chǔ)設(shè)施定期修繕和車輛更新機制
1. 中國科學(xué)院野外站大多距離研究所園區(qū)較遠,甚至遠離當(dāng)?shù)卮濉㈡?zhèn),水、電、污等基礎(chǔ)設(shè)施自成體系,房屋損壞速度快,個別野外站還不時遭受地震、洪水、地質(zhì)災(zāi)害的威脅。因此,需要建立中國科學(xué)院野外站園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施定期(比如 5 年一次)修繕機制,以保障野外站的正常運行。
2. 野外站車輛屬于開展野外科研工作、獲取科研數(shù)據(jù)的必備“儀器設(shè)備”,是事業(yè)單位車輛分類管理中的“業(yè)務(wù)用車”,不同于公務(wù)車。為了確保人員及其科研活動的安全,必須由專業(yè)司機駕駛,且不能依靠社會、公司渠道解決(特別是在青藏高原、新疆、內(nèi)蒙古等偏遠地區(qū))。目前,急需建立野外站車輛的定期更新機制,滿足野外站的正常運行。
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加強野外站能力提升建設(shè),推動重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的立項
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在野外站網(wǎng)絡(luò)層面
積極推動“中國陸地生態(tài)系統(tǒng)觀測實驗網(wǎng)絡(luò)”(坤脈工程)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目盡快立項、建設(shè)。該項目曾經(jīng)被列入國家發(fā)展和改革委員會、財政部等聯(lián)合發(fā)布的《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》后備項目清單,目前是中國科學(xué)院向國家發(fā)展和改革委員會推薦的“十四五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目。
該項目包括分布式景觀協(xié)同觀測系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境要素控制實驗系統(tǒng)、生態(tài)大數(shù)據(jù)傳輸與集成系統(tǒng)、生態(tài)預(yù)測與預(yù)警系系統(tǒng)、技術(shù)支撐系統(tǒng)等 5 個系統(tǒng)。以 CERN 生態(tài)站為基礎(chǔ),構(gòu)建由地表站點-樣帶-網(wǎng)絡(luò)觀測、無人機-遙感立體化觀測相結(jié)合的涵蓋全國分布式的研究設(shè)施,實現(xiàn)多時空尺度長期連續(xù)監(jiān)測、對碳氮水通量及循環(huán)過程多尺度協(xié)同觀測,以顯著提升野外觀測和實驗研究的綜合能力,服務(wù)于生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應(yīng)和適應(yīng)、生態(tài)系統(tǒng)對全球變暖的減緩能力的定量評價、生態(tài)系統(tǒng)承載力定量評價等科學(xué)目標(biāo)和國家需求。
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在野外站層面
重點建設(shè)基于頂層設(shè)計的野外重點科技基礎(chǔ)設(shè)施,使之成為多所聯(lián)合、多學(xué)科交叉的野外研究平臺。目前已經(jīng)建設(shè)了沙坡頭、阜康、欒城、太湖、清原、禹城、封丘等 10 個站的野外控制實驗平臺、野外物理模擬實驗裝置等野外重點科技基礎(chǔ)設(shè)施,在總結(jié)成功建設(shè)的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,面向?qū)W科前沿,針對國家重大需求,突出科學(xué)問題,繼續(xù)推動在若干野外站建設(shè)野外重點科技基礎(chǔ)設(shè)施,切實解決野外站大型控制性試驗設(shè)施不多、對重大科技問題解決能力不強等緊迫問題;逐步實現(xiàn)每個野外站至少有 1 個符合該站學(xué)科特點的標(biāo)志性裝置,作為鎮(zhèn)站之寶,以顯著改變野外站的裝備狀況,增強野外站的科學(xué)研究能力和核心競爭能力。
太湖站
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深化科學(xué)研究,凸顯野外站網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)價值
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強化網(wǎng)絡(luò)層面的科學(xué)問題研究
發(fā)揮野外站網(wǎng)絡(luò)具備的多站聯(lián)網(wǎng)觀測研究的優(yōu)勢,回答單個野外站難以回答的不同區(qū)域、不同尺度的科學(xué)問題。
比如,中國生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)治理的基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)問題研究、重要區(qū)域生態(tài)環(huán)境綜合治理與生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量提升的過程機理研究、氣候變化的區(qū)域生態(tài)適應(yīng)性研究,以及京津冀城市群生態(tài)屏障、長江中上游生態(tài)屏障、粵港澳大灣區(qū)生態(tài)屏障等重大問題的研究。
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爭取建立國家自然科學(xué)基金委-中國科學(xué)院“生態(tài)系統(tǒng)過程”聯(lián)合基金
強調(diào)基于 CERN 的長期觀測與研究,強調(diào)野外站觀測數(shù)據(jù)的獨特作用、長時間序列數(shù)據(jù)的獨特作用和多站聯(lián)合觀測及聯(lián)網(wǎng)研究的獨特作用,著力開展生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)過程重點研究、觀測(監(jiān)測)新技術(shù)和新方法研究,以及生態(tài)學(xué)分析方法、模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)同化、歷史數(shù)據(jù)挖掘、野外站信息化應(yīng)用等研究。
3
開展野外觀測技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)與新方法研究
為了進一步促進野外站網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范化管理,亟待建立完善的標(biāo)準(zhǔn)和方法。建議參照 CERN 規(guī)范管理的做法,推動 HORN、STERN、OMORN 建立符合學(xué)科特點的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。針對野外站監(jiān)測指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范及其技術(shù)方法,開展長期動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制方法和數(shù)據(jù)管理關(guān)鍵技術(shù)研究,進而推動野外站長期監(jiān)測數(shù)據(jù)的整合、分析和研究,歷史數(shù)據(jù)整理挖掘與數(shù)據(jù)分析。
4
繼續(xù)推動野外站聯(lián)盟的建設(shè)
野外站聯(lián)盟是中國科學(xué)院加強對外合作、實現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新、服務(wù)國家需求的重要行動,不僅推動了野外站網(wǎng)絡(luò)對外開放,加強了部門間野外站交流和聯(lián)合共建、共享,還深化了野外站服務(wù)于國家重大需求的認識。
應(yīng)繼續(xù)加強與行業(yè)部門、地方政府的合作,簽訂數(shù)據(jù)開放共享合作戰(zhàn)略協(xié)議,推進觀測數(shù)據(jù)的開放共享;繼續(xù)推動農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)盟、森林生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)盟、荒漠-草原生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)盟、濕地生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)盟、高寒區(qū)環(huán)境變化聯(lián)盟等,拓展建立日地空間環(huán)境野外站聯(lián)盟(聯(lián)合中國氣象局、工業(yè)和信息化部、高等院校等)和近海環(huán)境野外站聯(lián)盟(聯(lián)合自然資源部、生態(tài)環(huán)境部等)等;加強同高等院校相關(guān)野外站的合作。
6
建設(shè)與拓展專項觀測網(wǎng)絡(luò)
專項觀測網(wǎng)絡(luò)是針對特定科學(xué)問題或國家需求,以專題和科學(xué)計劃等方式組織聯(lián)網(wǎng)研究,在此基礎(chǔ)上形成了專項觀測網(wǎng)絡(luò)。
1
繼續(xù)建設(shè)已有專項觀測網(wǎng)絡(luò)
1.區(qū)域大氣本底觀測研究網(wǎng)絡(luò)(CAS-RAW)。通過對不同區(qū)域大氣本底情況的長期監(jiān)測,為研究大氣氣溶膠污染(霾)形成機理及對氣候變化的影響等重大問題提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。
2.中國陸地生態(tài)系統(tǒng)通量觀測研究網(wǎng)絡(luò)(China FLUX)。國內(nèi)唯一可以連續(xù)動態(tài)獲取生態(tài)系統(tǒng)水、碳和能量通量、植被群落微氣象要素和植物生理生態(tài)過程動態(tài)變化資料的野外網(wǎng)絡(luò)觀測系統(tǒng),提高了我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳收支的研究能力,已成為我國生態(tài)系統(tǒng)與全球變化科學(xué)研究的野外觀測平臺及國際通量觀測研究的重要區(qū)域網(wǎng)絡(luò),受到國際同行的極大關(guān)注。
3.中國物候觀測網(wǎng)絡(luò)(CPON)。通過廣布在不同氣候條件下的觀測點進行長時間尺度的物候觀測,研究中國物候變化的區(qū)域差異,為評估全球變化的生態(tài)影響提供證據(jù);揭示了氣候變化對物候的復(fù)雜影響,揭示了群落不同物種對氣候變化的響應(yīng)差異。
4.遙感試驗與地面觀測網(wǎng)絡(luò)(CAS-RSON)。通過多站多場地協(xié)同聯(lián)網(wǎng)觀測,服務(wù)于遙感傳感器定標(biāo)-算法研制-產(chǎn)品制備-真實性檢驗-應(yīng)用服務(wù)的全鏈條,提升我國關(guān)鍵陸表、大氣和水體參數(shù)的遙感算法,實現(xiàn)全國定量遙感產(chǎn)品的真實性檢驗。
5.大地測量觀測網(wǎng)絡(luò)(CAS-GORN)。以武漢大地測量國家野外科學(xué)觀測研究站(九峰站)為中心,包括分布在萬州、吉安、湛江、林芝、珠峰、拉薩、麗江、長春和南極中山等地的9個輻射觀測點共同形成“1+9”格局的大地測量觀測網(wǎng)絡(luò),提供高質(zhì)量的我國動力大地測量觀測數(shù)據(jù)。
6.陸面過程觀測網(wǎng)絡(luò)(CAS-LASON)。形成覆蓋我國半干旱區(qū)、干旱區(qū)、荒漠、高寒濕潤、高寒半濕潤/半干旱和高寒干旱區(qū)的陸-氣相互作用聯(lián)網(wǎng)觀測和試驗平臺,開展不同氣候區(qū)陸面過程及其與大氣邊界層耦合的機制研究,探討陸面過程對天氣和氣候變化的影響和響應(yīng)機制。
2
拓展建設(shè)新的專項觀測網(wǎng)絡(luò)
1.中國森林生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(CForBio)。全球森林生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,涵蓋了中國主要氣候帶的地帶性森林類型,包括針闊混交林、落葉闊葉林、常綠闊葉林和熱帶雨林等;其主要圍繞密度制約、空間分布格局、功能性狀、生物多樣性和生物量、森林動態(tài)、群落譜系、群落基因組開展對森林生物多樣性及其共存機制、群落多生活史種群調(diào)節(jié)、生境過濾擴散限制、系統(tǒng)發(fā)育與功能性狀和分布格局的關(guān)系等方面的研究。
2.天地一體化綜合實驗網(wǎng)絡(luò)(CAS-SEN)。以覆蓋全國的密云、喀什、三亞、麗江和漠河 5 個遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站為節(jié)點,與中國科學(xué)院遍布全國各地的野外站緊密結(jié)合,實現(xiàn)互聯(lián)互通、點面結(jié)合,構(gòu)建中國科學(xué)院天地一體化綜合實驗網(wǎng),實現(xiàn)大范圍遙感數(shù)據(jù)與野外站數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息匹配與共享。
7
重視野外站網(wǎng)絡(luò)的國際交流與合作
在確保國家資源與數(shù)據(jù)安全的前提下,積極推進與發(fā)達國家、發(fā)展中國家在野外觀測研究領(lǐng)域的國際科技交流與合作。
1
融入國際組織或國際計劃
繼續(xù)支持野外站網(wǎng)絡(luò)融入國際長期生態(tài)學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)(ILTER)、全球冰凍圈觀測計劃、全球高山生態(tài)環(huán)境觀測研究計劃等,并在這些國際組織和全球觀測計劃中發(fā)揮作用。發(fā)起或聯(lián)合發(fā)起成立新的國際組織或國際計劃。例如,CERN 與美國、歐洲和澳洲等網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合發(fā)起成立全球生態(tài)研究設(shè)施(GERI)等。
2
發(fā)起成立以中國為主的國際科學(xué)計劃
在ANSO(“一帶一路”國際科學(xué)組織聯(lián)盟)框架下,發(fā)揮各野外站網(wǎng)絡(luò)的科技平臺和國際化人才優(yōu)勢,在國際科學(xué)計劃執(zhí)行中發(fā)揮作用。例如,子午工程、泛第三極環(huán)境專項、全球干旱生態(tài)系統(tǒng)計劃等,吸納國際知名學(xué)術(shù)機構(gòu)和科學(xué)家參加,并將“一帶一路”沿線國家的“協(xié)同觀測”“聯(lián)網(wǎng)研究”納入國際科學(xué)計劃。
3
依托國際組織或機制建立長期穩(wěn)定的合作模式
面向聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(SDGs),積極參與聯(lián)合國 2021—2030 年生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)十年計劃;依托聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)國際生態(tài)系統(tǒng)管理伙伴計劃(UNEP-IEMP),通過 UNEP 的多邊合作機制,把援建的境外站等納入到所在國的監(jiān)測或研究體系,使之成為注冊用戶;選擇有影響的大學(xué)或研究機構(gòu),建立“野外觀測與研究卓越中心”,并由中國科學(xué)院授牌,建立長期穩(wěn)定的合作模式。
4
規(guī)范援建境外野外站的管理
發(fā)揮中國科學(xué)院在境外建設(shè)的加德滿都科教中心和中亞生態(tài)與環(huán)境研究中心的協(xié)調(diào)作用,規(guī)范境外聯(lián)合共建野外站的管理,支持援建野外站所在大學(xué)和科研機構(gòu)加入相關(guān)國際組織(如境外生態(tài)站加入 ILTER),并資助其網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)員參加有關(guān)活動;舉辦面向境外野外站的監(jiān)測指標(biāo)和規(guī)范等技術(shù)培訓(xùn);支持建立和維護境外野外站元數(shù)據(jù)庫、具備條件的境外站數(shù)據(jù)庫實體,納入各網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)匯交與共享范疇。
5
推進野外站網(wǎng)絡(luò)成就與經(jīng)驗的國際推廣
通過 UNEP-IEMP 的平臺優(yōu)勢,展示中國在退化生態(tài)恢復(fù)、環(huán)境治理等方面的成功經(jīng)驗,將相關(guān)合作與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)相結(jié)合,為全球生態(tài)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。
8
野外站網(wǎng)絡(luò)人才隊伍建設(shè)
中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)成為優(yōu)秀科學(xué)家領(lǐng)銜、科技骨干團結(jié)協(xié)作、監(jiān)測和管理隊伍支撐的野外科研平臺,其人才培養(yǎng)功能正在逐步顯現(xiàn)。2019 年新增兩院院士中,有 4 位的主要成就是依靠野外站長期監(jiān)測數(shù)據(jù)取得科學(xué)進步來支撐的。目前,中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)的大多數(shù)站長為該學(xué)科領(lǐng)域的中青年科研骨干,近半數(shù)是國家自然科學(xué)基金委杰出/優(yōu)秀青年基金獲得者、重大項目首席科學(xué)家等。
1.培養(yǎng)和引進高層次人才。重點培養(yǎng)依托野外站成長起來的青年科研人員,為他們創(chuàng)造良好的工作環(huán)境和成長條件;吸引國內(nèi)外有成就的科技人才到野外站工作;促進學(xué)科之間的交叉、融合。
2.穩(wěn)定高質(zhì)量的監(jiān)測技術(shù)隊伍。建立有利于野外監(jiān)測技術(shù)人才成長的考核和晉級指標(biāo),加強野外監(jiān)測技術(shù)人員的資格認證和技術(shù)培訓(xùn),穩(wěn)定一支高素質(zhì)的野外站技術(shù)監(jiān)測隊伍。
3.弘揚野外站科學(xué)精神,追求品質(zhì)科研。弘揚“熱愛自然、不畏艱險、甘于寂寞、無私奉獻”的野外站精神,注重第一手?jǐn)?shù)據(jù)的獲取,嚴(yán)格監(jiān)測規(guī)范,杜絕數(shù)據(jù)造假,在野外科研工作中推崇和追求寧靜致遠的風(fēng)范,潛心學(xué)問,追求品質(zhì)科研。
楊 萍 中國科學(xué)院科技促進發(fā)展局研究員。地理學(xué)博士,沙漠化與遙感地理信息系統(tǒng)專業(yè)。曾獲西藏自治區(qū)科學(xué)技術(shù)獎一等獎。目前主要從事中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)的管理與研究工作。先后組織參與《中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃(2008—2020)》《“十二五”中國科學(xué)院科技支撐體系建設(shè)規(guī)劃:野外臺站建設(shè)研究》《“十二五”國家自主創(chuàng)新能力建設(shè)-野外站(網(wǎng))信息化建設(shè)規(guī)劃》《中國科學(xué)院野外站網(wǎng)絡(luò)“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》等編寫工作。負責(zé) 3 期《中國科學(xué)院野外觀測網(wǎng)絡(luò)修購專項工作規(guī)劃》的組織編寫及項目實施工作。
文章源自:
楊萍. 中國科學(xué)院野外科學(xué)觀測研究網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的思考. 中國科學(xué)院院刊, 2021, 36(1): 104-112.
總監(jiān)制:楊柳春
責(zé)任編輯:張帆
助理編輯、校對:PAN
排版:百里
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