科学通报 | 聚焦圈层动力跨维整合 基金委地球科学部发布 “十五五” 十大重点资助领域

近日，由中国科学院院士、国家自然科学基金委员会地球科学部主任郭正堂、基金委地球科学部常务副主任姚玉鹏、副主任刘哲等学者完成的“圈层动力跨维整合：社会对地球科学源头创新的迫切需求”一文在《科学通报》正式发表。

文章系统梳理现代地球科学的百年嬗变，研判学科发展全新态势，以“圈层动力跨维整合”为核心思路，提出亟需的科学范式变革，明确“十五五”期间地球科学十大优先资助方向，为我国地学基础研究顶层规划、源头创新突破提供清晰行动蓝图。

1. 百年学科迭代：基础研究认知框架驱动科学及产业格局的重大变革

现代地球科学历经二百多年发展，近百年来每隔 20~30 年便迎来一次“主旋律”的重大革新，成为重塑全球性产业格局的深层次驱动力：1910年代大陆漂移、冰期理论、地球圈层结构的发现等彻底打破地球静态演化的传统认知，地球科学从“描述现象”真正迈向“揭示机理”，极大地推动了资源研究和相关产业发展；1940年代的米兰科维奇假说重塑了人类对地球环境演变的认知，成为后来地球环境科学的重要基石之一；1960年代的板块构造研究主攻地球固体圈层运动规律，成为自然科学的重大突破，极大地推动了资源和灾害研究及相关产业格局重构；1980年代全球变化研究主攻地球表层圈层的运动规律，开启了表层地球系统时代（图1），改变了世界经济发展的范式，极大地重塑了全球的产业格局。

图1 近百年地球科学研究的“主旋律”每隔20~30年发生一次大变革，对全球性产业格局产生了深远影响

2. 圈层动力跨维整合：当今人类社会对地球科学源头创新的迫切需求

当前，气候变化、环境污染、资源紧缺、灾害频发等全球性难题，已触及传统分科研究体系的认知瓶颈。单一割裂的深部、表层圈层研究，难以解析多尺度、跨圈层耦合的地球复杂过程，难以解析上述社会需求背后的深层次难题。

在这种背景下，地球科学正在进入“圈层动力整合”的新时代。它是地球科学正在兴起的新“主旋律”，是解决资源-环境-灾害难题的突破口，也是地球科学下一个新理论的前景所在。主攻的纲领性科学问题是理解从地质到人类时间尺度上，联系地球各个系统变化的物理、化学、生物、地质过程及动态变化机制（图2）。

文章对科学范式的内涵进行了重新梳理，主张科学范式主要包含“科学理念”及“科学方法学体系”，提出圈层动力整合需要科学理念的变革，即从传统的平面和分尺度动力整合研究，转向立体、跨尺度动力整合，特别是时-空维度上的动态耦合机制研究，践行打破时-空尺度界限、跨越地球固体-流体-生物-人类圈层的“跨维动力整合”的科学理念（图2）。

圈层动力跨维整合也亟需科学方法学的变革，即以先进观测-实验体系（关键新数据获取能力）和数据信息系统为支撑，自主研发并全面耦合高精度固体地球系统、表层地球系统和社会经济系统数值模式与AI模式，构建“数据-模式双驱动的科学方法学体系”（图2）。

图2.一图解释“圈层动力跨维整合”

3. 锚定核心逻辑布局“4-4-2”十大重点资助领域

立足学科前沿、国家战略、方法学变革三重需求，基金委地球科学部构建“4前沿 + 4需求 + 2方法” 的“4-4-2”资助布局，划定 “十五五” 十大重点资助领域，推动跨学科深度融合（图3）。

四大基础科学前沿领域

（1）地球系统碳循环与水循环：主攻地球形成以来不同阶段碳、水循环的演化规律及其过程与机制是什么？碳、水循环与气候—环境变化之间如何相互反馈？

（2）全球变化与自然—社会系统耦合：主攻全球变化背景下，自然环境系统与社会经济系统如何相互作用与反馈？其机理是什么？应如何优化调控？

（3）地球和行星宜居性及生命起源：主攻地球与太阳系其他行星及卫星是如何分异演化的？地外行星存在哪些生命迹象？生命起源的条件是什么？

（4）人类和文明演化与环境：主攻气候—环境演变对人类演化与文明演替具有怎样的影响？过去人类如何适应气候—环境变化？

四大社会需求领域

（5）跨圈层物质循环与资源环境：主攻地球系统各圈层之间的物质交换与循环机制是什么？其如何控制关键资源与能源的形成与分布？

（6）海洋系统演化与跨圈层互馈：主攻海洋系统具有怎样的演化规律？其跨圈层物质—能量循环的特征与机理是什么？如何评估其生态、气候与资源效应，并实现可持续治理与利用？

（7）新污染物循环与治理：主攻新污染物在地球系统各圈层中具有怎样的来源归趋、迁移转化与生物地球化学循环演替规律？其引发的生态与健康风险如何？

（8）灾害多圈层动力过程与防控：主攻地球系统跨圈层过程如何控制复合灾害？如何实现有效的灾害防控与减灾？

两大关键方法学领域

（9）地球系统模式与人工智能技术：主攻如何从数值模拟与人工智能角度，构建并完善全球尺度的表层与深部地球系统模式，实现二者的有效耦合？

（10）面向圈层整合的观测新方法与新技术：主攻如何将数理、化学、生命和信息科学等学科的理论与技术，应用于地球系统的跨尺度、动态化、高精度与定量化观测？重点资助领域布局

图3 “十五五”期间国家自然科学基金委地球科学部的十个重点资助领域

4. 我国地球科学人才与平台基础扎实，短板与优化路径明晰

我国已建成完整地学本硕博人才培养体系，近 20 年地学国际论文产出全球领先，优势方向达国际先进水平。依托基金各类专项，形成覆盖全学科的高水平科研团队，围绕宜居地球前沿产出原创成果，同时支撑资源、环保、减灾、气候治理等国家需求，培育大批领军人才。

国内建成国家实验室、重大基础设施、重点实验室等多层次科研平台，带动观测设备自主研发，支撑国际大科学计划，持续产出突破性成果。

对标发达国家仍存在明显短板：高端研判型科学家群体体量仍然不足，学科交叉融合薄弱、跨学科团队稀缺；人才梯队结构不尽合理，部分青年科研方向分散。科研平台区域、领域布局不均，核心仪器软件依赖进口，各平台数据、设备共享不畅，难以适配AI科研新范式。

对此提出优化举措：强化学科顶层规划，充分发挥不同年龄的科学家群体在科技创新中的作用，完善人才培养与基金资助机制，稳定支持青年学者，通过各类专项和原创探索项目推动交叉创新；长期资助前沿攻关，搭建国际合作平台；均衡优化科研平台布局，打通资源共享通道。未来重点培育跨学科复合型顶尖人才与创新团队，完善一体化科研数据平台，全面提升我国地学全球引领能力。

5. 未来展望：构建地球科学“中国学派”，引领全球地学发展

资源、环境、灾害、气候变化等全球性难题，已触及地球科学传统认知体系的“天花板”，学科亟待源头理论创新，迈入多分支整合、理论与技术协同创新的新阶段。我国地学需统筹前沿探索与国家需求，深化跨学科融合，打造地学“中国学派”，力争成为全球学科引领者。

一是转变学科思维，践行圈层动力跨维整合的科学理念，打破圈层、时空尺度壁垒，建立一体化地球系统认知框架；

二是升级研究范式，搭建数据 - 模式双驱动的科学方法学体系，融合观测、模拟与人工智能，实现地球系统精准定量解析，提高预测能力；

三是攻坚原创基础理论，聚焦跨圈层耦合等核心科学问题产出原创成果，抢占国际地学前沿话语权；

四是攻关自主核心技术，自研观测、模拟与数据分析装备，强化资源安全、防灾减灾、双碳等国家战略科技支撑。

同时，以评价体系改革、资助导向和学科结构优化为抓手，构建更加符合地球科学发展规律的评价体系，深化以代表性成果为核心的评价制度，健全不同类型人才的分类评价标准，引导科研人员潜心“做实事、做难事、做大事”，培育复合型顶尖人才梯队，全面夯实地学创新根基。

文章信息

郭正堂, 姚玉鹏, 刘哲. 圈层动力跨维整合: 社会对地球科学源头创新的迫切需求. 科学通报, 2026, 71(22): 5225-5239, doi: 10.1360/CSB-2026-0615.

https://doi.org/10.1360/CSB-2026-0615

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