雙碳目標下加強氣象學科交叉的路徑探索

楊萍 王志強

摘 要 習近平主席在第七十五屆聯合國大會上首次提出中國力爭在2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。碳達峰、碳中和目標（以下簡稱雙碳目標）隨之被納入生態文明建設整體布局。雙碳目標在提振全球應對氣候變化信心的同時，也給中國提出了巨大的挑戰。在實現雙碳目標的進程中，氣象學科要為能源開發利用提供更加科學的支撐保障，為保證能源安全提供更具實效的科學服務，為生態環境保護提供更有影響力的決策選擇。氣象學科交叉融合發展推進雙碳目標的實現，應加強頂層設計，加強跨學科合作;優化資源配置，重點營造有利于跨學科研究的平臺環境;做好政策銜接，重點攻關創新型關鍵技術。

關鍵詞 碳中和 學科交叉 新能源 氣候治理 能源安全 生態環境保護 應對氣候變化

作者簡介：楊萍，理學博士，中國氣象局氣象干部培訓學院研究員;王志強，哲學博士，中國氣象局氣象干部培訓學院正高級工程師。

基金項目：中國氣象局2021年軟科學重點項目“氣象學科交叉與科技創新路徑選擇”（2021ZDIANXM13）

①《習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上發表重要講話》，《人民日報》，2020年9月23日。

②《推動平臺經濟規范健康持續發展 把碳達峰碳中和納入生態文明建設整體布局》，《人民日報》，2021年3月16日。

③《習近平出席〈生物多樣性公約〉第十五次締約方大會領導人峰會并發表主旨講話》，《人民日報》，2021年10月13日。

一、引 言

2020年9月，中國宣布將采取更加有力的政策和措施，力爭在2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和，①之后，碳達峰、碳中和目標（下文簡稱雙碳目標）被納入生態文明建設整體布局。②為實現雙碳目標，中國將陸續發布重點領域和行業碳達峰實施方案和一系列支撐保障措施，構建日漸完善的碳達峰、碳中和“1+N”政策體系。③雙碳目標是國家重大戰略決策，相關的科學研究不僅涉及能源和環境，而且涉及整個地球系統，將與經濟、社會等眾多要素產生復雜關聯。由于戰略目標的長期性、研究對象的多樣性和復雜性，不同領域不同學科的深度交叉和融合已成為未來發展的必經之路。

學科交叉發展并非新的話題，但在全球科技發展重大變革的背景下，呈現出新的特點和趨勢。首先，解決氣候變化、災害防治、自然環境退化等社會重大問題成為學科交叉融合的主要動力，這是由于社會重大挑戰帶來的問題在本質上都是復雜的和跨學科的，相關科學技術問題常常需要通過多學科交叉融合才能解決。其次，自然科學和社會科學的交叉趨勢顯著增強，如全球生物多樣性、海洋環境惡化等都需要科學家和社會科學研究者的緊密合作，最明顯的標志是國際科學理事會和國際社會科學理事會于2018年合并，此次合并勢必會使社會、環境、經濟等領域的專家學者開展更加緊密的合作。最后，學科交叉相關研究正在形成新的創新生態系統，各國在資助、組織、文化、環境等方面將采取更加有力的措施，更好地釋放學科交叉的活力。樊春良、樊天：《國外學科交叉研究的發展趨勢及啟示》，《中國科學基金》，2019年第5期，第446-452頁。

大氣科學是人類對天氣、氣候知識的不斷認識和總結。大氣運動讓五大圈層（大氣圈、巖石圈、生物圈、海洋圈、冰雪圈）連貫成為一體，該特性使大氣科學與地球科學的其他分支存在不能割斷的聯系。郭正堂：《〈地球系統與演變〉：未來地球科學的脈絡》，《科學通報》，2019年第9期，第883-884頁。同時，大氣科學涉及人類生產生活和社會經濟發展的方方面面，圍繞雙碳目標，氣象學科與相關學科、相關領域開展更深層次、更廣泛的交叉融合將成為必然。本文擬圍繞雙碳目標的實現，以學科交叉為切入點，分析雙碳目標對氣象學科發展的新需求、氣象學科交叉的現狀和問題，提出建議，為實現雙碳目標、制定政策措施提供參考和借鑒。

二、雙碳目標下氣象學科交叉的內涵、現狀及問題

（一）氣象學科交叉的內涵

要實現雙碳目標，我國將在經濟、能源、技術等領域迎來重大的變革和挑戰，需要持續的科研技術投入，必須加深對全球氣候治理、應對氣候變化、可再生能源開發和利用的科學認識，加強對關鍵減排技術、能源系統支撐技術、重點領域近零排放技術的革新。多學科、多產業、多部門的深度融合，必然會催生一系列新的科學和技術，并深刻影響我國經濟、社會的變革和發展。從近現代科學技術發展歷程看，新突破、新思想、新的生長點常常是在不同學科彼此交叉和相互滲透中形成的。

氣象學主要研究大氣的各種物理和化學性質、現象及變化規律。隨著研究領域的擴大，氣象學已經發展成為大氣科學，“大科學”特征愈發明顯，氣象學科交叉呈現出多重內涵和方向。第一，氣象學科交叉并非新事物，大氣科學在現代科學和社會發展背景下被賦予了更多的含義，逐漸從傳統的單一學科向多學科轉變。第二，在雙碳目標下，大氣科學不僅僅需要和數學、物理、化學等基礎學科進行交叉，還要和生態學、環境學、生物學、建筑學、新能源等應用學科進行交叉，甚至還需要和經濟學、管理學、社會學等社會科學交叉，同時與人工智能、大數據等技術深度融合。第三，在氣象學科建設過程中，學科交叉既是目的，也是手段，最終目標是不斷拓展大氣科學的邊界和前沿，不斷融合相關技術推動創新，從而完成氣象學科助力雙碳目標的使命。

（二）氣象學科交叉的現狀

從學科發展的邏輯來看，傳統學科發展到一定階段，會出現“天花板”效應，迫使研究人員將視野放大并投向其他學科，借鑒有益的思想、理論和方法，從而找到學術延伸的突破口。姚建年：《學科交叉驅動源頭創新》，《科技導報》，2016年第1期，第8-9頁。氣象學科的發展一直伴隨著不同知識體系的交織和共享，從其學科發展的脈絡和歷程看，與其他學科交叉融合是大氣學科不斷創新和突破的主要動力。國家自然科學基金委在優化大氣科學資助布局中，更加重視為民生和社會的可持續發展提供有力科學支撐的多學科交叉研究，如將原代碼“大氣環境”修改為“大氣環境與健康氣象”，鼓勵科學家在研究大氣成分的同時，積極開展與醫學、環境和健康等領域的交叉;再如“氣候變化及影響與應對”注重大氣科學與社會科學的交叉。劉哲、丁愛軍、張人禾：《調整國家自然科學基金申請代碼，優化大氣學科資助布局》，《科學通報》，2020年第12期，第1068-1075頁。國家自然科學基金委對大氣學科資助布局的調整，反映了氣象學科與其他學科和領域交融不斷深入的發展態勢。1B464F7B-5FE0-4E50-B08C-3B7275142D42

在我國，氣象學科交叉涉及高等院校、氣象部門、科研院所、相關行業等，在雙碳目標的推進過程中，氣象學科需要更多地突破天氣與氣候系統研究本身，廣泛地與自然、社會、工程、技術等領域深度融合。學科建設水平和以學科建設為基礎的學科交叉是高校綜合實力的體現，在國家政策導向和社會需求的推動下，高校對跨學科人才的培養給予了更多關注。同時，高校的發展離不開廣泛深入的學術交流，開展多領域跨學科的學術交流已經成為高校提高學術水平、適應社會需求的主要措施，如南京信息工程大學舉辦“全球氣候變化與中國行動方案——碳中和實現路徑與政策選擇”學術研討會，圍繞我國碳中和的能源方案、實踐路徑展開深入交流。董戰峰、季曦、劉宇等：《碳中和實現路徑與政策選擇（筆談）》，《閱江學刊》，2021年第3期，第5-34頁。氣象部門歷來重視氣象業務的全鏈條發展，同時非常關注多領域合作的創新團隊建設，而觀測、預報、服務等氣象業務的協同發展和人才隊伍建設也離不開氣象學科的交叉融合。在雙碳目標的推進過程中，氣象部門圍繞氣候變化、風能太陽能氣象業務等出臺工作方案或行動計劃，通過統籌謀劃、機構改革和結構優化，高效服務國家戰略，兼顧原有不同層次的氣象業務體系，核心是強化跨學科、跨領域的交叉融合，實現相關科研和業務領域的科學布局，提升決策咨詢能力，發揮氣象部門對雙碳目標的科學支撐作用。科研院所的學科交叉主要體現在人才培養的院企合作、跨學科合作等方面，如中國科學院大氣物理研究所以國家重點研發計劃為平臺，開展風能、光伏等領域的氣候預測，為國家電力預測、優化電力規劃等提供學術支持。在各行各業的需求越來越多樣化、保障國家重大發展戰略任務越來越多的背景下，氣象學科交叉的作用已得到初步體現。

但是，氣象業務分工和相關學科分支越來越細，氣象專業人才在知識結構、實踐能力等方面的“偏科”現象還比較突出，綜合素養無法適應復雜工作的要求。同時，氣象學科及相關專業分布在全國幾十所高校，統籌謀劃跨學科人才培養難度較大，科研院所作為大氣科學研究的主體，偏重團隊和項目，學科交叉融合缺乏深度，這些都是不利因素。

（三）氣象學科交叉的問題

第一，缺乏圍繞國家戰略的整體策劃。氣象學科發展的主力軍是高校和科研院所，目前中國已有三十多所高校設置了氣象專業，但在學科建設方面，主要以單一學科作為整體單元進行推進，基礎課程教育偏少、專業概念輸入偏早，這導致相關專業的學生在知識面的拓展、發散思維的訓練方面長期偏弱，以大氣科學為主導的單一學科的科研思維意識過強，限制了學生對其他學科的關注。高校、科研院所囿于辦學目標，對國家發展實際需求的關注度不夠高，例如，圍繞雙碳目標，應重點發展哪些學科、如何推動學科交叉融合、培養怎樣的跨學科人才……關于這些問題，高校和科研院所需要更多的思考和更合理的布局。氣象部門和行業主管部門應研究雙碳目標對學科發展的現實需求和潛在需求，在此基礎上出臺相關政策，幫助高校和科研院所打破學科界限，推動交叉融合取得實效。

第二，缺乏相關組織機構的橫向溝通。雙碳目標涉及能源、環境、經濟、社會等多個領域，科學支撐必然需要跨學科合作、多學科交叉，需要多領域、多部門、多團隊的協同合作。然而，要搭建跨學科的研究平臺、取得多學科交叉融合的重大成果，還存在一些障礙甚至壁壘。一方面，氣象部門以服務保障國家需求為主要任務，實際業務是重點，服務為首要責任，由于業務分工不斷細化、服務更加專門化，客觀上導致專業技術人員知識復合程度不高、儲備較為單一、對非業務急需的知識和技能學習動力不足，影響了高水平跨學科人才和團隊的培養。另一方面，高校目前主要以縱向、單向管理為主，對不同學科之間的交叉融合形成了事實上的阻礙。

第三，缺乏錨定重點領域聯合攻關的體制機制。美、日、英、德、法等發達國家在20世紀70年代已經開始進入碳達峰階段，相比之下，我國要在十年內完成碳達峰目標，任務的難度很大。此外，在碳達峰之后用30年時間實現碳中和，這個計劃比歐盟縮短了40年的時間，挑戰巨大。從碳排放的演化和發展來看，實現碳中和是一個長周期的過程，從微觀層面的脫碳技術研究到中觀層面的脫碳規劃，還不足以實現最終的減排目標，迫切需要宏觀層面的頂層設計和聯合攻關。然而，受制于行業和學科的條塊分割，從國家戰略高度集中開展能源、氣候、環境、社會等領域的交叉融合和量化研究，從深度和廣度而言，推進力度不足。以大氣科學研究和相關技術開發為例，氣象工作者在新能源、生態環境、人體健康、基礎設施等重點領域貢獻不足，氣象學科服務雙碳目標的靶向還不夠精準，原因之一便是尚未打破學科、部門、行業的分割，缺乏國家層面的關鍵技術和重點領域聯合攻關體制機制，未形成不同學科的真交叉和真融合。

三、雙碳目標對氣象學科交叉融合發展的新需求

（一）為能源開發利用提供更加科學的支撐保障

雙碳目標的深層次背景是在生態文明新形態下構建環境友好型、資源節約型社會，核心是綠色低碳轉型，關鍵是從傳統化石能源向高比例可再生能源轉型發展。據研究，到2030年，我國非化石能源的一次能源消費比重要達到25%左右，風電、太陽能發電總裝機容量要達到12億千瓦以上。《習近平在氣候雄心峰會上發表重要講話》，《人民日報》，2020年12月13日。合理開發利用風能、太陽能等可再生能源，不僅是政策問題，更是科學問題，如果不科學分析資源總量、可開發量、地域分布特征等，就難以為制定風能太陽能的發展建設規劃、宏觀選址、有序開發、合理利用等提供科學依據。申彥波：《我國太陽能資源評估方法研究進展》，《氣象科技進展》，2017年第1期，第77-84頁。李正泉、宋麗莉、馬浩等：《海上風能資源觀測與評估研究進展》，《地球科學進展》，2016年第8期，第800-810頁。經過多年發展，氣象部門已經能夠提供風能太陽能資源監測、評估和預報業務，開展精細化風能太陽能資源評估，并形成了風能太陽能監測和預報能力。在雙碳目標的引領下，開展更為精細的風能太陽能資源評估、提供更加精準的風能太陽能預報、提升風能太陽能資源延伸期預報能力，都需要氣象學科的不斷發展。1B464F7B-5FE0-4E50-B08C-3B7275142D42

（二）為保證能源安全提供更具實效的科學服務

為推進雙碳目標，電力系統利用可再生能源發電的比例要不斷提升，這是必然的趨勢。然而，風、光等氣候資源的間歇性和不穩定性使風電、光電具有顯著的波動性特點，無法保持穩定。例如，大面積、長時間的陰天、雨天、靜風天氣會影響以光伏、風電為主體的電力系統的穩定性，甚至會造成電力斷供的重大風險。更加精準的風能、太陽能發電功率預報，對于增強并網調峰調度水平、提高現有裝機規模的利用時數和運行時數、提升風能太陽能等新能源的利用效果至關重要。同時，氣候變化引起極端天氣氣候事件不斷增多，負面影響不斷增強，高溫、雨雪冰凍、強風、暴雨、雷暴、沙塵暴等災害性天氣增大了電力基礎設施受損的可能性，從而造成更加嚴重的能源安全隱患。例如，美國加利福尼亞州“8·14”停電事故（2020年）和得克薩斯州“2·14”停電事故（2021年）都是由極端天氣氣候事件引起的，而可再生能源發電系統在應對極端天氣氣候事件時的調節能力不足。米建華：《從美國近期大停電事故的共因看當前電力安全供應問題》，《中國電力企業管理》，2021年第7期，第42-46頁。此外，可再生能源的大規模開發意味著風電、光伏發電裝機量將出現數倍乃至數十倍的增長，大規模風、光電站的開發利用也可能對氣候、生態、環境產生影響，這些都需要開展多學科的交叉研究，進行更科學的論證。李芬、楊勇、趙晉斌等：《光伏電站建設運行對氣候環境的能量影響》，《氣象科技進展》，2019年第2期，第71-77頁。

（三）為生態環境保護提供更有影響力的決策選擇

氣候是自然生態系統中最為活躍的因素之一，是自然生態系統狀況的綜合反映，也是人類賴以生存和發展的基礎。氣候及氣候變化的相關科學問題是自然生態系統變化最重要的領域之一，全球變暖程度一旦達到氣候變化臨界點，將導致難以逆轉的氣候巨變。 Steffen W， Rockstrim J， Richardson K， et al，“Trajectories of the earth system in the anthropocene”，Proceedings of the National Academy of Sciences，vol.115，no.3（2018），p.201810141.IPCC第六次評估報告重點關注兩個問題，一是限制升溫2 ℃和1.5 ℃的減緩路徑是否可行，二是采取何種措施來實現減緩并展示政策可行性。姜克雋：《IPCC第三工作組第六次評估報告：全球減緩走向何方？》，《氣候變化研究進展》，2020年第2期，第251-252頁。已發布的第一工作組報告從科學的角度指出，在限制全球變暖的過程中，既要控制二氧化碳的累積排放量，又要控制其他溫室氣體排放。劉毅：《中國氣象局有關負責人解讀IPCC第六次評估報告的第一工作組報告——為全球氣候治理提供堅實科學支撐》，《人民日報》，2021年8月24日。加強生態系統保護和修復，主動順應氣候規律，需要在科學應對氣候變化、統籌開發利用空中水資源、有效防御氣象災害、合理利用氣候容量、著力改善氣候環境等方面加強研究，為生態環境保護提供更加有影響力的決策選擇。

實現雙碳目標，關系經濟發展、行業轉型、新興領域發展、生產生活方式調整等，從碳達峰到碳中和只有30年時間，任務異常復雜艱巨。大氣科學的研究對象是復雜系統，與其他學科的交叉融合不僅有助于自身的拓展，也有助于解決影響和制約雙碳目標實現的重大理論問題和技術難題。一方面，從發展的歷史軌跡看，氣象學從描述性科學已經變為以數學、物理為基礎的現代科學，尤其是當代大氣科學具備與其他學科進行交叉融合的天然動力。肖子牛、葉夢姝：《大氣科學歷史進程中多學科的交叉影響》，《氣象科技進展》，2014年第6期，第50-53頁。另一方面，雙碳目標涉及面之廣、難度之大、問題之復雜絕非單一學科所能涵蓋，氣象學科與能源安全、資源開發利用、生態環境保護等領域關系密切。因此，推動氣象學科與生態學、環境學、新能源、經濟學等多學科交叉的外在驅動力強大。在雙碳目標的戰略性引領下，開展氣象學科交叉既是挑戰也是機遇。

四、氣象學科交叉融合發展推進雙碳目標實現的可行路徑

（一）加強頂層設計，圍繞雙碳目標加強跨學科合作

實現雙碳目標，需要資源、環境、能源、工業、建筑、交通、材料、海洋、農林、氣象等各個領域和行業的科技創新和技術推廣，形成合力完成溫室氣體減排目標。王燦、張雅欣：《碳中和愿景的實現路徑和政策體系》，《中國環境管理》，2020年第6期，第58-64頁。上述各個領域的科技創新離不開相關學科的基礎支撐，從這個角度看，溫室氣體減排需要多學科交叉融合。針對氣候系統的定量評估、太陽能風能等新能源的精細化特征、災害性天氣的影響等科學問題，亟須開展跨學科研究，科研成果如何更好地為政府和企業發揮決策咨詢作用，亟須開展跨領域合作，這些都離不開頂層設計和統籌謀劃。氣象部門應主動聯合高校、科研院所、行業企業協同合作，共同深入研究能源轉型、溫室氣體減排、污染治理等領域的理論問題和技術問題，與經濟發展、環境治理協同增效。建議氣象部門加強頂層設計、建立跨部門協調機制，依托局校合作、國際合作等方式開展跨學科合作，統籌考慮雙碳目標下氣象學科與其他學科交叉融合的發展規劃或工作方案，根據短期、中期、長期等時間尺度，制定經濟復蘇、結構調整、發展轉型等階段性目標，建立穩定支持機制，爭取設立跨部門的聯合實驗室或跨學科的國家重點實驗室。

（二）優化資源配置，重點營造有利于跨學科研究的平臺環境

推進雙碳目標，核心是既能穩步推動經濟發展，又能有效應對氣候變化。這種綠色轉型發展需要各個行業、各個部門、各個領域的通力合作，也離不開各個學科內部、各個學科之間的交叉融合。不可否認，由于各個行業的分工越來越細化，氣象領域同樣存在業務與科研脫節、科研與服務脫節、學科融合壁壘等問題，例如，高質量的氣象數據是開展氣候變化研究的重要基礎和取得科研突破的關鍵，但是，數據的質量控制工作通常由不同機構獨立開展，導致業務機構、科研部門、科研人員等多方主體都在從事氣象數據質量控制工作，既不集約，也不高效。瞄準雙碳目標，氣象部門已經采取行動，對氣候變化中心、溫室氣體及碳中和監測、風能太陽能服務等部門的優勢力量進行重組，目的是加強統籌、促進融合。未來，應對相關重點攻關領域給予人、財、物等方面的重點扶持，吸引高校、行業、企業等進行跨領域深度合作，推動學科交叉，增強解決復雜綜合問題的基礎能力。1B464F7B-5FE0-4E50-B08C-3B7275142D42

（三）做好政策銜接，重點攻關創新型關鍵技術

實現雙碳目標的重要途徑是通過綠色低碳轉型發展，減少能源資源消耗，從而減少溫室氣體排放。這涉及兩個層面的內容：一是轉型，這種轉型不僅是能源結構的轉型，還有發展方式的轉型，實現這種轉變并非意味著不再消耗能源和資源，而是要實現能源的可再生和資源的循環利用，充分利用風、光等與氣象具有密切關系的綠色能源是重點。二是減排，如何減排、怎樣減排，要回答這些問題，需要對氣候變化等科學問題有更加深刻的研究和認知。不管轉型還是減排，都需要全社會的共同參與，特別要充分發揮智庫、非政府組織和企業的作用，發揮氣象學科與多領域其他學科的交叉滲透優勢。一方面，要更加關注氣象學科與其他學科的交叉、與相關重點領域的融合。比如，提升新能源預報預測準確度，加強對能源低碳轉型的技術支撐;重點加強脆弱地區基礎設施布設、生態系統、金融等方面的政策制定;與多行業融合，為國家電力與能源等產業的結構布局、空間規劃以及減排方案等政策的制定提供科學的依據。另一方面，我國區域發展不平衡現象客觀存在，不同區域在科學研究、經濟發展水平、資源分布等方面存在較大差異，我國天氣、氣候條件同樣具有明顯的地域差別。推廣大氣科學研究成果要與區域資源利用、綠色轉型等有效結合，提高關鍵數據融合和應用共享能力、分時分區可再生能源預報預測準確性、區域高影響天氣預警精確性，加強能源安全，在關鍵技術等方面與電力、能源、金融等行業開展更有效的融合，做好體制機制、政策標準、規劃方案的銜接，匯聚人才資源，形成互聯互通的跨學科網絡，從整體上構建有利于實現雙碳目標的學科交叉融合發展格局。

五、結 語

實現雙碳目標是一項系統工程，兼具長期性、復雜性、艱巨性，需要多措并舉、多領域發力，跨學科融合、多學科交叉。一方面，雙碳目標屬于長期戰略目標，過程將延續30～40年。學科交叉是學科發展的內在規律之一，但也需要外力的推動，長遠謀劃非常重要。通過學科交叉融合推動學科創新發展，實現雙碳目標，在時間尺度上高度契合。另一方面，雙碳目標涉及學科廣、覆蓋領域多，屬于國家亟須解決的重大問題，學科交叉在解決復雜的系統問題上優勢明顯，從目標與手段的契合來看，可以也應該成為推動雙碳目標的重要手段。世界科技經歷了多輪革命，在新一輪科技革命的推動下，氣象業態已經發生了改變，將來還要發生更深刻的轉變。在大數據、人工智能等技術與氣象行業融合程度越來越高的過程中，面對日益更新的技術方法和不斷變化的社會需求，如何使傳統優勢學科與自然科學、社會科學的最新發展深度融合，以應對不斷出現的重大挑戰，不僅是氣象學科發展所面臨的挑戰，也是其他學科和技術研究領域需要深入思考的問題。

〔責任編輯：沈 丹〕1B464F7B-5FE0-4E50-B08C-3B7275142D42