2003 重大项目指南

“十五”第二批国家自然科学基金重大项目申请指南

一、核技术在分子水平上研究典型环境污染物的毒理

　　环境问题已成为全球共同关注的一个热点，亦是我国经济和社会可持续发展面临的主要问题之一。其中的一个关键问题则是"对环境污染物的科学的危险性评价，即在种群、个体、器官、细胞乃至分子水平上对环境污染物的科学评价"。这种评价的基础是环境毒理学，尤其是分子水平上的环境毒理学研究。

　　核技术由于其高灵敏度、高准确度、高分辨率、多元素分析能力等特点，更由于核技术可区分生物体中的内源性物质和外源性物质，因此在环境污染物的吸收、分布、代谢和排泄的研究，尤其是分子毒理机制研究中常可起到独特的作用。此外，这类毒理学研究需要多种先进核技术的联合应用。在研究环境污染物的过程中，进一步发展有关的核技术。

　　本项目拟重点研究环境毒理学领域中一些具有重要科学意义和社会效益，但尚未解决的典型问题：如汞与脑组织中生长抑制因子结合及其与神经系统中毒的关系，稀土是否进入脑组织及其与认知功能的关系，低剂量的有机化合物甲基叔丁基醚（MTBE）（无铅汽油的含氧添加剂）等的基因毒性，大气中可吸入颗粒物的重金属和有机卤族污染物的毒性，以及碳纳米材料在生物体中的分布和分子毒理等。这些科学问题都具有典型性，既属国际前沿，有创新性和前瞻性，又符合我国国情。

研究目标:
　　用先进核技术在分子水平上重点研究我国典型的环境污染物（重金属、大气细颗粒物、有机物等）的毒理作用机制和科学的、定量的危险性评价，以及新型碳纳米材料的毒理。瞄准当前国际环境科学发展动向，结合我国解决实际环境问题的重要需求，为我国有关的环境治理和决策提供科学依据。

主要研究方向:

金属的毒理研究。用分子-中子活化分析等核技术研究汞与生长抑制因子（MT-III）的结合和稀土是否进入脑组织及其作用于中枢神经系统的机理。
可吸入大气颗粒物的细胞毒理研究。用扫描质子微探针等核技术研究PM10和PM2.5中重金属和有机卤族污染物对肺和呼吸道以及细胞的毒理。
环境低毒有机物的毒理研究。用加速器质谱法研究MTBE、甲酸等的基因毒性和蛋白质毒性及其反应机制。
新型碳纳米材料的细胞和分子毒理研究。用多种核技术研究富勒烯和碳纳米管的放射性标记和在生物体内的吸收、分布、代谢、排泄和分子毒理。
发展用于分子水平环境毒理学研究的核技术。重点发展分子-中子活化分析技术、加速器质谱技术和基于核微探针的全元素分析等先进核技术方法。

研究期限：4年
拟资助经费：800万元
本领域由数理科学部、化学科学部联合提出，由数理科学部受理申请。

二、与人类健康相关的蛋白质结构和医学成像的同步辐射研究

　　同步辐射光源以其特有的高亮度、高准直性、良好的相干特性、以及从远红外到硬X射线范围的连续光谱等性质，已被广泛用于生命科学、环境科学和凝聚态物理等领域，成为当今世界上生命科学及医药科学研究不可缺少的手段，对于了解蛋白质与疾病的关系以及开展基于蛋白质三维结构的分子和药物设计起着关键性作用。

　　活体结构和功能成像技术对医学诊断和治疗水平的提高具有十分重要的意义。目前的医学成像技术其空间分辨率只能达到毫米数量级和亚毫米数量级，对软组织的衬度分辨率较低。利用同步辐射光源进行医学成像研究，如X射线相位衬度成像，由于具有较强的穿透性、较高的空间分辨率和好的相干性，不仅可以对软组织及细胞内部结构进行观察，而且适合于活体和整体观察，其衬度分辨率比常规X射线吸收的密度分辨率高出1000倍。对一些小的活体动物进行整体断面成像观察，其精度可达到在活体中整体观察显微组织结构和活细胞的水平。这将是生物医学成像技术的重大创新和突破。

　　本项目拟通过物理学、生物学和医学等领域专家的结合，基于我国的同步辐射装置，发展具有我国特色和创新的实验方法，研究与人类健康相关的蛋白质结构和医学成像，推动我国同步辐射在生物和医学中的应用研究，为今后我国在第三代同步辐射装置上建立生物大分子结构与功能研究平台打下坚实的基础。

科学目标：

建立和完善稳定运行的研究生物大分子结构的同步辐射大型综合实验研究平台，主要用于蛋白质晶体结构测定，同时具有研究蛋白质局域精细结构的能力。发展具有我国特色和创新的实验方法，提高我国同步辐射光束线的性能，为今后我国在第三代同步辐射装置上建立生物大分子结构与功能研究平台打下坚实的基础。
测定在生命活动中具有重要生物学功能、与人类健康关系密切的若干蛋白质晶体结构，结合局域精细结构和功能研究，阐明其作用机理，了解其与疾病发生的关系，提出药物设计方案。
建立我国高分辨硬X射线相位衬度成像实验平台，研究三维硬X射线相位衬度成像显微CT原理、技术和方法。为生物医学形态学研究提供一个动态显微观察的新方法及新手段，为将来研制应用于人体诊断的X射线相位衬度显微CT的原理与可行性奠定理论及技术基础。

主要研究方向：

与人类健康相关的蛋白质结构同步辐射研究
　　利用各种晶体学方法研究与重大疾病相关的蛋白、抗菌药物靶蛋白和环境污染物分解酶等蛋白质的晶体结构及其三维结构与功能关系。利用X射线吸收谱学研究一些金属蛋白的局域精细结构，了解金属离子局域结构的精细变化对蛋白质功能的影响。为相关药物设计和环境污染的生物治理提供结构基础。
同步辐射X射线医学成像技术的发展及应用
a)　X射线相衬显微CT技术和方法的研究
　　发展我国微米级分辨的硬X射线（8～25KeV）相位衬度透射及衍射成像实验装置，获得二维直观、清晰的相位衬度成像；研发三维硬X射线相位衬度成像显微CT技术，包括成像原理、自动曝光系统、基于斜切晶体非对称Bragg衍射的X射线显微系统，以及适合显微CT及衍射相位成像的探测器系统等；研究三维相位衬度CT图像重建算法及原理，建立一套相位衬度CT的图像重建软件。
b)　X射线相衬显微CT在医学应用中的研究
　　利用和发展现有的同步辐射硬X射线相位成像技术，对一些影响人类健康的重要疾病进行动物活体的高分辨率动态研究，使疾病的防治和诊断方法提高到一个新的水平，并促进三维相位衬度CT技术的发展。例如：动脉硬化的病理过程；肿瘤的生长与血管新生；肝纤维化和肝硬化过程的实验研究等。
实验方法和理论模型的发展
　　提高光束的准直性和空间相干性，发展实际样品相位衬度成像的原理和方法；发展非Muffin-tin近似和基于第一原理的理论，建立分析不能结晶的蛋白质溶液的X射线吸收精细结构计算模型和方法；解位相直接法的应用研究；发展适用于低能区的XANES和中高能区的EXAFS新的计算机软件。

研究期限：4年
拟资助经费：800万元
本领域由数理科学部、生命科学部和信息科学部联合提出，由数理科学部受理申请。

三、分子固体材料的控制合成及功能性质研究

　　分子固体是指以分子为结构单元，通过配位共价键和非共价键作用，如氢键、p-p键、静电作用、范德华力等弱相互作用而构筑的固态物质。分子固体材料的合成和性质研究是一个跨学科的前沿研究领域。本项目拟以分子固体的控制合成方法研究为基础，通过不同的相互作用和反应条件控制合成具有不同组成、结构和形态的分子固体，研究分子固体的组装、复合和稳定性等规律及其对功能性质的影响。利用理论化学和凝聚态物理的方法，研究其功能的来源和机理等基础科学问题，发现和认识新型功能材料体系，为凝聚态物理、材料科学、信息科学和技术的研究和发展提供新的物质基础。

科学目标：

研究配体与金属离子间的成键及分子单元间的弱相互作用规律，建立具有特殊价态和电子自旋态、特定晶体结构和复合形式的分子固体材料的高效、可控的合成方法。
开展对分子固体磁性及其它功能性质的基础理论研究，为材料科学、信息科学等相关学科的重要基础问题研究提供模型体系。
利用分子固体材料可裁剪、易调控、便于复合的特点，改善分子固体材料的稳定性，开发其在磁性、导电、发光及非中心对称等功能材料和器件中的应用。
将性能表征和机理研究相结合，初步揭示不同尺度(分子、团簇、纳米和亚微米等)、不同形貌和形态(介孔和微孔、颗粒、薄膜)分子固体材料的形成规律和功能特性，为开发功能材料和器件提供理论依据。

主要研究方向：

研究超临界与亚临界、仿生合成和其它非常规合成方法在分子固体材料制备中的应用，发展具有特殊磁、电、光等性质及其复合功能分子固体的新型、高效和可控合成与制备方法。
在合成与制备方法研究的基础上，结合材料科学、凝聚态物理等领域的研究手段和理论基础，着重研究磁分子固体，特别是低维磁分子材料及其量子行为，磁性分子单元与具有导电或发光特性的分子单元间的组装和复合，分子固体材料的功能来源和不同功能间的相互关联规律及机理。
从晶体工程和超分子组装原理出发，利用分子固体材料的可裁剪、易调控性，开展分子固体材料的可控构筑研究，制备体相和薄膜分子固体材料，研究不同情况下分子成键特点和化学反应机理，调控和优化这些材料的物理化学性能，改善分子固体材料的稳定性，探索其在自旋电子学、导电和发光等功能材料和器件中的应用。
运用现代表征技术，开展分子固体形成过程、结构和性能关系、表面和界面相互作用及其规律的研究。发展分子固体的电子态理论，借助分子动力学、分子轨道理论和密度泛函等理论对与材料结构和性能相关的问题进行解析和模拟，指导材料的设计、合成及优化，探索分子固体材料在不同制备条件、不同结构和状态下的功能特性及其变化规律。

研究期限：4年
拟资助经费：800万元
本领域由化学科学部、工程与材料科学部和数理科学部联合提出，由化学科学部受理申请。

四、聚合物凝聚态的多尺度连贯研究

　　聚合物的基本特征是链式结构，因而具有其它材料所没有的标度性，是最典型的多尺度体系。聚合物的多尺度包括空间尺度，即从单分子到最终的成型材料，也包括时间尺度，即跨越了一、二十个数量级的松弛时间谱。从单分子设计一路贯通地到材料加工这样一个跨接多个尺度的科学问题，是一个具有前瞻性、挑战性的课题，同时也是高分子科学、凝聚态物理、材料科学和计算数学等新的学科交叉点和生长点，具有重要的科学意义和应用前景。

　　目前在不同的尺度上都有一些相对成熟的理论体系和模拟方法，但无论是理论、模拟上还是实验上，迄今为止还没有一个较为成熟的方法，可以把不同的尺度贯穿起来。本项目旨在发展现有的理论和模拟方法，特别是利用实验去填补由于理论和模拟上的局限性造成的不同尺度间的断层，实现衔接。

科学目标：
　　解决各个尺度上遗留的困难，如高阶涨落问题、非线性效应问题、流场中的本构方程问题等；发展和建立不同尺度间的衔接方法，即从微观到介观的衔接、从介观到宏观的衔接、从宏观到材料设计、加工间的衔接，研究界面相问题等。切实与国际保持同步，并在一些方面取得领先地位。在这一研究过程中，将发展一系列理论、模拟方法，完善相应实验表征手段；最终的目标，是建立从单分子设计到聚合物材料加工的一致贯穿的平台，以期对聚合物材料的设计、加工、应用给出理论上的指导。

主要研究方向：

以典型的聚合物体系为例，建立和完善微观、介观、宏观尺度上的理论和模拟，尤其是超越平均场近似的理论体系、远离平衡态时的非线性非平衡态热力学、分相存在时的本构方程等；同时建立相应的实验-理论／模拟反馈平台。
建立从微观到宏观的衔接。由小到大做粗粒化近似，建立理论／模拟上不同尺度之间的输入、输出接口；发展和建立实验方法，实现微观与介观、介观与宏观过渡区的在线观测，用实验结果来填补不同尺度间理论、模拟上的断层。
建立从宏观到微观的衔接。由大到小做细粒化，实现从宏观到介观、再到微观的逆向衔接；体现在加工问题上，要能从构件来反推出微观或介观的结构、形貌及化学环境。
界面相的衔接与关联以及流场中的本构方程问题。寻求普遍性规律来研究过渡层中的界面相问题；建立非线性非平衡态热力学理论与本构方程的结合；建立包含高分子内部自由度以及非连续相颗粒尺寸可变时的本构方程；发展聚合物体系的新的有限元方法。
对弹性共混体系进行相应的多尺度理论、模拟、实验研究。参比实验结果对理论预测结果进行反馈与校正，以调整预测与结果的偏差。
对聚烯烃共混体系进行相应多尺度的理论、模拟、实验研究。建立预测－实验反馈机制，实现全尺度材料设计上的突破。

研究期限：4年
拟资助经费：800万元
本领域由化学科学部、数理科学部和工程与材料科学部联合提出，由化学科学部受理申请。

五、大型水利工程对重要生物资源长期生态学效应研究

　　"大型水利工程对重要生物资源长期生态学效应研究"是流域生态系统的研究热点和全球变化的重要研究内容之一，也是当今大尺度复合生态系统跨学科研究的前沿领域。其主要研究方向宜以重要大型水利工程水域为重点，将某个流域生态系统当作一个有机的整体，以背景场动态过程（地形学、物理学、化学过程）和生物过程相互作用和耦合为核心，紧扣流域生态系统的连续性、阶梯性和流动性特征，研究典型子系统（库区、下游和河口）的结构、功能及时空演变规律以及子系统间的相互作用、定量大型水利工程物理、化学及生物过程对水生生态系统的影响及生态系统对其变化的反馈机制，解析大型水利工程对重要经济生物资源的影响机制，为建立我国可持续发展的流域经济、合理的流域管理体系和符合生态安全的水资源开发制度提供科学依据。该项目涉及的关键科学问题有：1. 关键区域的地形学过程及其生态响应；2. 关键区域的物理、化学过程及其生态响应；3.流域生态系统生物多样性的维持机制；4. 水利工程对流域生态系统完整性的影响。为此，需要选择典型的流域，从关键的地形学、物理学、化学过程与生物生产过程、资源生物学及其相互作用等层面开展过程研究。

科学目标：
　　通过多学科交叉整合研究，该项目预期目标如下：1）确定不同类型水利工程对生态环境长期影响的程度、性质和范围；2）确定流域生物多样性和重要生物类群受胁迫的性质、程度和保护策略；3）为流域资源（水资源、生物资源）的可持续利用提供适时科学依据。从生态安全和可持续利用为出发点，针对流域生态特征，为己建和在建的大型水利工程的建设和运行（满足生态安全的调流、调蓄）提供科学依据。

主要研究方向：

关键区域地形学过程及其生态响应。
关键物理化学过程对重要生物的影响机理。
生境结构变化对生物资源的影响机制研究。
对重要生物资源不利影响的重要补偿途径。

研究期限：4-5年
拟资助经费：800万元
本领域由生命科学部、地球科学部和工程与材料科学部联合提出，由生命科学部受理申请。

六、免疫识别相关的结构信息的研究

　　免疫识别是诱导免疫应答的起始阶段，是免疫学研究中的一个关键问题，也是医学乃至生命科学中探讨细胞、分子相互作用的重要研究内容。免疫识别过程中各细胞、分子的结构特点很大程度上决定着免疫识别的特异性、强度及其后续事件。因此，通过深入研究免疫识别过程中各细胞、分子的结构特点，以及它们相互作用形成信息流的结构模式规律，有助于深入了解细胞、分子的结构特点如何影响免疫识别的特异性和免疫应答的强度及其后续事件。例如具有不同结构特点的抗原，其活化固有免疫应答细胞的种类及所产生信号类型、活化的抗原提呈细胞类型及所提呈抗原的特点和所介导的免疫应答类型及强度等各异。拟解决的重要科学问题是：1）免疫识别模式；2）免疫识别中关键分子及其相互作用的结构基础；3）基于免疫识别相关分子结构基础而集成的结构模式规律。

科学目标：
　　本项目旨在通过研究免疫识别配体、受体分子的基本结构和功能性结构信息，以及配体－受体相互作用形成信息流的结构模式规律，深入了解细胞、分子结构特点对免疫识别特异性、免疫应答强度及其后续事件的作用，并借助理论化学等多学科的理论及技术手段，建立免疫识别相关的结构信息预测体系，为探索人体重要疾病的发病机制以及与疫苗设计、小分子药物及新型抗体设计、抗体工程等相关的免疫学干预奠定基础。在配体/受体识别的研究中，鼓励选择与重要疾病相关的病原体抗原、自身抗原、移植抗原、过敏原、肿瘤抗原（蛋白质、糖类、脂类分子）等为研究对象。在方法学上，鼓励生物学试验和计算机模拟相结合；鼓励免疫学家与化学家、结构生物学家等共同协作，以深入揭示免疫识别过程中配体－受体相互作用的本质。

主要研究方向：

以重要疾病相关的蛋白质抗原为目标，从固有免疫细胞活化、抗原提呈细胞活化、T/B细胞活化三个层面和细胞、分子、原子三个水平，研究抗原结构特性对免疫识别的影响及其规律。
研究抗原修饰（糖、脂等修饰）对蛋白质的构象、识别模式和免疫效应的影响，提出这些识别模式中抗原的结构信息特点。
抗体结合抗原、MHC提呈抗原、TCR识别MHC－抗原多肽中的限定性、包容性的结构信息特点。
借助理论化学的相关理论及技术手段，深入研究免疫识别的动态作用机制，预测免疫识别关键分子的结构及相互作用，设计新的免疫功能分子。

资助年限：5年
拟资助金额：800 万元
本领域由生命科学部、化学科学部联合提出，由生命科学部受理申请。

七、大豆优异基因资源发掘及其基因组研究

　　大豆种质资源研究是大豆遗传育种及其相关学科发展的基础。造成我国大豆育种水平停滞不前的主要原因之一是对大豆种质资源研究不够深入。我国是大豆的起源中心，收集保存的3万余份大豆资源居世界之首，其中蕴藏丰富的有益基因。这是我国特有的财富，也是我国大豆产业持续发展的坚实基础和巨大的潜在优势。如何将这一潜在优势变为现实优势，是目前迫切需要解决的一个科学问题，同时也是世界各国所普遍关注的一个研究领域。植物基因组研究是生命科学的重要前沿领域，近年来在国内外都取得了重要进展。在分子水平或基因组水平开展大豆优异基因资源发掘研究，不仅可以获得大豆最基本的生物遗传信息，发掘重要的功能基因，促进对大豆遗传机理的综合了解，而且可为大豆基因资源研究和遗传改良奠定坚实的理论基础，最终全面推动大豆的应用研究。

科学目标：
　　本项研究的科学目标是利用我国丰富的大豆优异基因资源，对优良的农艺性状进行分子标记，获得与育种相关的重要性状的基因或主效基因并进行功能鉴定，探索某些农艺性状形成的机理。初步构建针对大豆基因组的生物信息学分析和处理体系。本项目将推动大豆的分子生物学研究和提高大豆的分子育种水平，为大豆遗传改良奠定坚实的科学基础。国际上拟南芥、水稻基因组测序的工作已完成，利用大豆优异基因资源发掘及其基因组研究的结果，则可初步构建我国经济作物基因组研究和利用的平台，并为农作物比较基因组研究打下基础，从而带动整个粮油作物的基础与应用研究，以提高粮油作物的研究水平。

主要研究方向：
　　根据项目的科学目标，在国内外现有的研究基础上，本项目将针对大豆优异基因资源发掘、大豆基因组序列测定与生物信息学分析、大豆优异基因的分子标记、定位与克隆等关键科学问题，开展以下几方面的研究：

大豆优异基因资源发掘、鉴定和优良性状的遗传分析和分子标记。
大豆重要性状基因组序列测定及生物信息学分析。
应用基因组和比较基因组方法研究与主要农艺性状相关的基因的结构和功能以及所涉及的生理生化过程的分子机制。

资助年限：4-5年
拟资助经费：800万元
本领域由生命科学部、信息科学部和数理科学部联合提出，由生命科学部受理申请。

八、上层海洋-低层大气生物地球化学与物理过程耦合

　　在全球气候变暖的背景下，随着我国经济持续高速发展，排放到大气中的物质（如辐射活性气体、沙尘气溶胶、氮等营养物质）不断增多。大气物质浓度的增加不仅对全球气候产生了极大的负面影响，而且通过长距离输送使愈来愈多的营养物质沉降到海洋中，从而有可能改变海洋营养盐水平，影响海洋生态系统，造成海洋对辐射活性气体吸收与释放能力的变化，进而通过上层海洋-低层大气之间的相互作用对全球气候变化产生反馈作用。国际地圈生物圈计划（IGBP）、国际海洋研究委员会（SCOR）、全球气候研究计划（WCRP）和国际大气化学与全球污染委员会(CACGP)于2000年联合提出了上层海洋-低层大气研究（SOLAS，Surface Ocean-Lower Atmosphere Study）的国际研究计划。揭示中国海域上层海洋-低层大气生物地球化学与物理过程耦合及其在气候变化中的作用，研究海洋-大气界面上的物质和能量交换过程，认识海洋在辐射活性气体吸收与释放中的作用，为改进气候模式以降低对气候变化预测的不确定性奠定基础。这是我国面临的重大环境问题之一，也是海洋科学－大气科学－化学科学交叉学科研究的新课题。

科学目标：
　　深入了解我国典型海域重要大气物质（沙尘气溶胶、含氮物质）的输入通量及其对海洋初级生产过程的影响，揭示控制CO2和其它辐射活性气体（DMS、CH4、N2O等）在上层海洋-低层大气界面交换速率的关键物理和生物地球化学过程，为海洋中辐射活性气体释放对气候变化影响的研究奠定科学基础。

主要研究方向：

沙尘等颗粒物输送、沉降及其对海洋初级生产的影响。
大气沉降对中国近海及其邻近大洋氮营养物的贡献。
海－气界面物质、能量交换过程和耦合机制。
边缘海真光层生物地球化学过程及其对大气CO2的调控。
海洋辐射活性气体释放及其对云和辐射过程的影响。

研究期限：4-5年
拟资助经费：800万元
本领域由地球科学部、化学科学部联合提出，由地球科学部受理申请。

九、深部岩体力学基础研究与应用

　　能源和矿产资源制约着国民经济的发展。随着浅部资源的逐渐减少和枯竭，矿物资源地下开采的深度越来越大。同时，地下工程建设如复杂地质条件下的长大山岭隧道、核废物料堆放、能源储存、地下水电站、地下厂房等的建设，迫切需要解决深度增加后，地质环境更加复杂情况下破碎岩体增多、地应力增大、涌水量加大、地温升高，导致提升难度加大，突发性灾害事故增加，作业环境恶化，通风降温和生产成本急剧增加等关键问题。尤其是对深部岩层组织结构、强度、变形、破坏特性的变异以及由此引起的重大事故如顶板来压、岩爆、煤与瓦斯突出、底板突水等的机理、预测与防治以及深部资源开采新技术的相关理论问题还缺乏必要的基础研究。另外，深部资源开采突破了传统意义上的单纯的矿物资源开采，还涉及到深部丰富地热资源的开发利用。本领域涉及力学、地质、工程等科学。

科学目标：
　　由于深部岩体所处的复杂的地质环境，导致地应力高、温度高、渗透压高，加之较强的时间效应，使深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应均发生根本性变化。另一方面，深部岩体处于多场、多相耦合作用，地下水、瓦斯、温度均会对岩体的基本性质和工程响应带来很大影响。因此，研究深部采动时岩体的应力场、温度场、渗流场的分布特征与变异规律；揭示深部岩体力学特性与时效特征；阐明深部多相介质、多场耦合作用机制；建立深部工程灾变动力学与岩层控制理论，为深部岩体工程灾害的预测和控制提供理论基础。

主要研究方向：

深部岩体高应力场和地质构造精细探测的理论基础与方法。
深部岩体力学特性和工程响应、岩体时效特征、高应力下岩爆机理、预测及控制、高应力岩石破碎诱导机理。
深部采动矿压显现及上覆岩层移动规律与控制、深部开采对环境的影响与保护、3 高应力下巷道围岩失稳机理及控制。
深部多相介质、多场耦合作用及其灾害发生机理与防治，高温、高压下矿岩固-液-气相互耦合作用与灾变动力学、高应力与高渗透压下矿山突水机理与防治、低渗透性、高孔隙压瓦斯运移规律及煤与瓦斯突出机理和预测。

　　本领域(不包括油气开采)提倡学科交叉，鼓励应用单位和部门联合资助。
　　申请者可就整个项目提出联合申请，亦可按上述内容单项申请，鼓励与国际同行间有较好的合作与交流基础的中青年学术带头人作为课题负责人提出申请。研究队伍精干，人均经费不宜低于4万元/年。

研究期限：4年
拟资助经费：800万元
本领域由工程与材料科学部、数理科学部和地球科学部联合提出，由工程与材料科学部受理申。

十、新一代光学频标物理及技术的基础研究

　　现代科学技术的发展是建立在精密实验测量基础之上的，在人们目前所涉及的物理量和物理常数中, 时间频率作为最精密、准确的计量单位，决定着其它许多物理量及基本物理常数的定义及精度。计量精度的提高，不仅为人们更精确的认识和发现物质世界提供了机会，而且也是一个国家战略竞争力的重要标志之一。目前以微波频标为核心的原子钟除了作为全世界时间频率的基准外，同时也在全球定位系统、信息高速公路等方面起着关键的作用，在信息科技日益发达的今天，高精度频标的研究是关系经济发展、科技创新和国家安全的重要内容。

　　光学频标是比微波频标具有更高频率精度的新型频率标准。近年，由于飞秒激光相干控制技术的突破性进展，引起了光学频标研究以其前所未有的速度快速发展，并使得人们用相对简单的装置，直接在微波频标与光频标之间建立起了准确的传递关系。这一重要研究，不仅向人们展示了光学原子钟时代的曙光，而且通过飞秒脉冲的相干合成还可望得到光学波段的阿秒脉冲。本项目涉及超快科学、计量科学、量子物理及精密电子技术的多学科交叉，特别需要飞秒激光与频标科学、高频电子技术的协同发展。

科学目标：
　　以相干飞秒激光的突破为契机，创新一或两种高稳定的飞秒激光频率梳，发展具有我国知识产权的频率精度比对系统，在光学频标研究方面取得若干原创性成果，并建立起与微波频标之间简捷而准确的传递关系，初步达到10-13～10-14的时间测量精度。进一步在国际上作出由我国科学家研制的具有标志性的高精度激光频率标准，为建立我国独立的时间频标体系，满足国防、科研、空间导航等战略研究需要的高精度频率标准提供理论和技术基础。

主要研究方向：

飞秒激光频率的扩展及高精密相干控制的研究
　　开展具有不同输出波长的高稳定同步飞秒激光的新原理、新技术研究，探讨飞秒激光同步的物理机制、动力学特性及影响同步时间精度的各种物理原因；开拓飞秒激光器直接产生超宽带连续光谱的新机理及新技术；进行高稳定高频电子伺服反馈电路的设计研究，通过电子精密稳定系统实现对飞秒激光相移的精密相干控制。
离子光频标的物理技术及与飞秒激光频率梳的测量比对研究
　　以Ca+或Sr+等典型离子为对象，进行离子光频标相关的物理及技术研究，在未来的3～5年内，初步建立起可靠的离子光频标系统，并结合超稳飞秒激光频率梳进行频率比对的测量研究，得到10-13～10-14的时间精度，为进一步发展10-15乃至10-18的新一代光学频率标准提供前瞻性的研究基础。
光学频率到微波频率的传递与控制关键技术研究
　　进行典型光学波段光频标研究，使得频率稳定度和复现性分别达到10-11～10-13量级的水平，在此基础上利用飞秒激光频率梳作为传递工具，进行上述光频标控制典型微波频标振荡器的研究，使微波振荡器输出频率的稳定度和准确度达到与上述光频标相近的量级。

研究期限：4年
拟资助经费： 800 万元
本领域由信息科学部与数理科学部联合提出，由信息科学部受理申请。

十一、超高密度、高速光-磁混合数字信息储存研究

　　随着现代社会科学技术的高速发展，信息量急剧增加，对于信息处理和传输的速度以及存储容量的要求越来越高。根据不同的目标, 实现这些信息存储的方式可分为光存储、磁存储以及磁光存储等，它们依靠各自的优势，分别显示出前所未有的快速发展趋势。光盘存储器件已在数据和活动图像存储等方面得到了广泛应用，高清晰度数字电视、数字摄录像机、数字电影、以及海量网络和卫星数据下载的发展，对其存储密度提出了更高的要求；作为计算机核心磁存储设备的硬盘，持续以每年近2倍存储密度的速度发展；磁光存储具有可擦重写、使用寿命长、可更换和速度快等优点，在计算机、MD随身听和高清晰度视听存储媒体中得到广泛应用。光-磁混合存储是一种磁存储、光存储和磁光存储相结合的新型存储方式，它利用了各自的优点进行记录和读出。采用新型垂直磁化记录膜，通过磁光记录或光辅助磁记录来提高记录的道密度，利用高灵敏度和高分辨率的磁电阻/巨磁电阻探测，提高位密度，并得到较强的读出信号，在此基础上，再配合采用蓝紫光、近场和超分辨技术等，可获得更高记录密度。
本项目涉及到纳米尺度材料制备及性能、晶粒微结构、各记录点的量子效应、近场结构中材料表面的等离子体非线性效应、以及材料结构优化、器件制备工艺和高精度测试等，这些都是我国在存储领域中需要解决的重要科学问题和关键技术瓶颈。

科学目标：
　　研究纳米尺度下的材料制备及性能、晶粒微结构和各记录点的量子效应等；研究磁超分辨和磁畴膨胀读出等过程中的层间磁耦合机理、动力学机制等；研究材料和膜层结构的优化设计、器件制备工艺、超高密度光－磁混合记录的高精度测试；解决光-磁混合记录中的关键技术和相关科学问题，获得若干发明专利；通过磁/磁光混合存储技术、以及近场超分辨技术，为制备超高密度、高速、蓝紫光可擦重写光-磁混合记录盘提供技术基础。

主要研究方向：

研究制备适合于蓝紫光条件下的光－磁混合记录垂直磁化记录膜材料，满足超高密度、高速存储要求，并研究其形成机理及物性。
研究应用于蓝紫光记录条件下的信号检测技术，包括光学超分辨、超分辨近场结构、磁超分辨、磁电阻/巨磁电阻等，并设计制备出相应的检测系统。
研究分析亚微米级及纳米级垂直磁性记录单元，及其各向异性、光磁记录特性、温度特性和热稳定性。
研究磁畴放大及图像处理等相配合的显微图形分析和测试技术，测定纳米记录磁畴的结构和形貌，并研究记录及读出过程和动态特性。

研究期限：4
拟资助经费：800万元
本领域由信息科学部、材料科学部联合提出，由信息科学部受理申请。

十二、正负电子对撞粲物理的系统研究

　　粒子物理是研究物质深层结构的一门基础学科。粲物理是粒子物理中的一个重要的研究领域。粲粒子的产生和衰变过程与微扰QCD和非微扰QCD有密切关系，是研究和深入认识QCD的重要途径。在粲物理研究领域，轻强子谱特别是胶球和混杂态的研究、粲偶素强衰变的研究和粲偶素家族中未知成员的寻找、D物理和y(3770)到非衰变过程的研究都是非常重要而又亟待解决的问题。

　　升级以后的北京谱仪（BESII）成功获取了5800万J/y数据和1400万y(2S)数据，是目前世界上最大的样本，超过其它实验组数据约一个量级。计划还将获取一批y(3770)数据。利用这批数据样本可系统地研究J/y、y(2S)和y(3770)的衰变，可以刷新一大批物理结果，在粲物理研究方面取得新的突破，为标准模型、QCD理论的检验提供更多的实验事实。通过中国高能物理界的共同努力、实验和理论研究的密切结合，使中国高能物理在粲物理的研究领域继续处于国际先进地位，保持已取得的一席之地。同时为即将上马的BEPCII/BESIII 工程的物理研究打下良好的物理分析的基础。

科学目标：
　　利用已获取的和未来两年将获取的一批J/y、y(2S)、y(3770)和3GeV以下的数据样本，系统地研究J/y、y(2S)和y(3770)的衰变，在轻强子谱和粲夸克偶素物理研究方面获得新的突破，同时进行D物理和粲偶素稀有衰变等研究，刷新粒子表中一大批物理结果。对一些过去长期悬而未决的问题给出进一步明确的判断，如确定某些可能的胶球候选者的自旋宇称，检验y(2S)相对J/y的衰变分支比之比12%规则和rp之谜，以及y(3770)到非末态衰变的特性。

主要研究方向：

J/y 物理研究。系统研究J/y衰变特性和分支比, 较全面地刷新粒子表的有关数据；系统研究轻强子谱，寻找胶球和混杂态候选者，开展分波分析，确定其自旋宇称；寻找和确定一些重子激发态的质量和自旋宇称。
y(2S)物理研究。系统研究y(2S)衰变特性和分支比, 较全面地刷新粒子表的有关数据；和J/y的衰变比较，研究y(2S)相对J/y的衰变分支比之比"12%的规则"；测量y(2S) 衰变产物cCJ的衰变的特性和分支比。
非共振区强子产生特性的研究。继续完成2-5GeV R值测量的数据分析；开展非共振区的强子产生机制和QCD检验的实验研究；研究在该能区进一步提高R值测量精度的可能性。
y（3770）和D物理的研究。测量y（3770）的共振参数和衰变性质；y（3770）的非衰变的研究；D介子某些重要衰变特性的研究。
稀有衰变和可能的新物理的研究。利用目前世界上最大的数据样本，在J/y、y(2S)事例中进行稀有衰变的研究，对一系列稀有衰变设定比现有结果更精确的上限，寻找可能超出标准模型的物理现象。
正负电子对撞粲物理中相关的理论研究。对重要相关的理论问题，如胶球和混杂态的理论研究和实验判据、NRQCD和粲偶素性质的研究、非微扰QCD和强子化机制的研究和实验检验、hc′、1P1的性质研究和探测、以及各种可能的新粒子与新物理的理论研究和实验判据等。对BEPC的未来发展予以前瞻性的深入探讨。

研究年限：4-5年；
拟资助金额：500万；
本领域由数理科学部提出并受理申请。

十三、未来移动通信系统基础理论与技术研究

　　经历了十余年发展演进的蜂窝通信技术已经到了取得全新突破的前夜，采用全新的网络结构以及全新的无线传输理论与技术解决频率资源有限与通信业务量爆炸式增长的矛盾已成为可能。目前世界各国在推动第三代移动通信系统产业化的同时，目前已把研究重点逐渐转入后三代（Beyond 3G）移动通信技术的先期研究，在概念和技术上寻求创新和突破，从而使无线通信的频谱效率、容量和速率有十倍甚至百倍的提高。在我国适时启动有关未来移动通信基础性重大研究项目，对推动通信及相关学科的发展以及我国未来移动通信产业的跨越式发展，使我国在未来的无线通信领域逐渐成为国际上重要的主导力量之一，无疑是至关重要的。

　　本项目拟与国家八六三未来移动通信研发计划 - FuTURE计划密切衔接、互为配套，形成基础理论研究与高技术研发的互动发展。鼓励国内在未来移动通信基本理论方面具有显著优势的大学和研究所联合申请，并鼓励国外在移动通信基本理论研究方面取得突出成绩的教授参与，共同开展未来移动通信基础理论与技术方面的源头创新研究，使我国在这一领域的基础研究与国际同步发展，并使我国在这一领域的研究地位与我国作为第一大移动通信市场的实际情况相适应。

科学目标：
　　提出符合未来移动通信需求的广义蜂窝系统网络构造方法，探讨全新的移动通信小区与网络拓扑结构，对抗2G以上频段的电波衰减特性，扩展可用于蜂窝移动通信系统的频率资源；探索充分利用空间资源的蜂窝通信无线传输基本理论与链路技术；建立广义蜂窝结构下的无线资源预测与规划理论框架，针对未来移动通信业务模型，提出新的无线资源调配机制与空中接口方式；突破MIMO技术在移动终端的关键技术。通过该项目研究，发展新型通信系统理论与方法，构建下一代移动通信原型系统；形成一批有自主知识产权的研究成果；为我国未来移动通信的发展提供必要的基础支撑和人才支撑，提升我国在下一代移动通信领域的整体创新能力和国际竞争力。

主要研究方向：

广义蜂窝通信网络理论与构造方法
　　适合IP包高效可靠传输并提供服务质量保证的分布式智能无线媒体接入控制方法；自适应于无线信道条件、系统业务负载、以及业务要求等因素的智能无线链路控制方法；包括越区切换和漫游在内的基于移动IP的移动性管理方案；网络自组织、自动重配和自优化方案；网络安全与保密机制；无线资源分配策略。
充分利用空间资源的无线通信传输理论
　　空时信道模型与信道容量计算；空时信道估计；联合传输与联合检测；空时编码理论；MIMO无线通信系统构架。
新型载波系统传输理论与技术
　　系统信道估计、联合传输与联合检测方法；提高系统抗多经干扰能力、抗衰落能力和抗多用户干扰能力的方法；新型载波系统的设计与实现方法。
新型编码、调制与自适应链路技术
　　高效编码技术，高性能迭代式联合解码、解调技术研究；实现多用户分集的自适应链路技术。
新型天线与射频技术
　　新型宽带分布式天线的研究；射频宽带、线性化技术研究；针对未来系统工作环境的室内外电波传播特性研究；计算电磁学问题研究。

研究期限：4年
拟资助经费：700万
本领域由信息科学部提出并受理申请。

十四、非规范知识处理的基础理论及关键技术研究

　　目前大部分的知识系统都只能处理那些具有良好的结构、封闭的范围、协调的内涵、明确的外延、完整的内容等特征的规范知识，一碰到稍稍超出系统边界的问题或稍稍违背这些特征的知识，系统就会崩溃，表现出系统的极端脆弱性。要促进知识系统的进一步发展需要对知识处理本身进行更深入的研究。

　　由于实际应用的迫切需要，计算机科学的研究发生了许多重大的变化。人们从注重研究对象的形式（form）转向研究对象的内容（content）；从注重研究良构问题（well-structured problem）转向研究病构问题（ill-structured problems）；从注重研究封闭性世界转向研究开放性世界；从研究内涵完整、协调和精确的问题转向研究内涵不完整、不协调和不精确的问题。这些趋势在知识处理的研究中表现为一个过去研究得较少的、十分困难的课题，即非规范知识处理。

　　非规范知识处理的最典型应用领域是因特网上知识的处理。因特网上的知识大部分是非结构或半结构的，它们以各种媒体形式存在，以自然语言为载体，分布在几亿个网页上，每天以百万网页的数量级在增长、消失或改变内容，它充满了各种矛盾的事实、数据和观点，几乎体现了非规范知识的所有特点。可是，因特网的快速发展与广泛应用要求在开放、动态环境下实现灵活的、可信的、协同的、深层次的知识共享和利用。这个目标的实现在很大程度上依赖于非规范知识处理技术的进步。生命信息学（包括生物信息学和神经信息学）是从海量数据中发现（非规范）知识的另一个典型应用领域。为研究生物信息学，科学家们几乎已用尽了所有能想到的数学模型。目前，任一单一模型的使用效果均有局限，各种模型所得结果的综合是一大问题。这又提出了各种非规范知识的融合问题。正是在这样的背景下，需要系统而深入地开展非规范知识处理的基本理论和核心技术的研究。

科学目标：
　　以因特网和生命信息学等领域中的知识处理为主要背景，研究非规范知识处理的基本理论问题和核心技术问题，力图建立一套非规范知识处理的基础理论，研究和开发出一系列有效的关键技术，并把它应用于实际问题的解决。本项目预计的近期研究目标是争取在4年内在以下几个方面取得重要进展：

在非规范知识处理的数学理论、逻辑基础和认知理论的某些重要方面取得实质性进展，例如非规范知识的结构分析理论、度量和复杂性理论、非规范知识的规范化理论、适于刻画多种非规范知识并存的逻辑系统（特别是相应的新的语义理论）、基于物理模式的非规范知识认知理论、非规范知识的通讯理论和协议等。
研究和开发一套以非规范知识模型处理为中心的新技术（包括非规范知识的获取和融合技术、转换和通讯、表示和建模），要求能处理知识的不确定性、不协调性、时变性和非恒常性。
利用上述技术，建立一个非规范知识处理的实验平台。其知识库兼含多学科专业知识和常识，在规模上要求达到海量。
利用上述平台和技术，开发因特网上非规范知识处理的示范性应用，主要是建立一个具有相当规模的实验性语义网（Semantic Web）。

主要研究方向：

非规范知识的表示和建模。从五个方面进行研究：非协调知识的表示和建模，时空交叉知识的表示和建模，多种不确定性并存知识的表示和建模，知识的定性和定量表示模型和非规范知识的模型表示语言。
非规范知识的获取和融合。展开以下问题的研究：非规范知识的获取，矛盾知识的融合，时变知识的融合，不确定知识的融合和多表示知识的融合。
非规范知识的转换和传播。重点解决如下的三个技术问题：不同类（非规范）知识表示的相互转换，内涵和外延、定量和定性知识表示的转换，不同抽象层次之间（面向知识内涵发掘）的知识表示转换。
非规范知识处理的基础理论。从四个方面进行研究：（1）研究（非规范）知识的数学理论，主要包括：（非规范）知识的复杂性理论，（非规范）知识的结构性理论，（非规范）知识的协调性理论和（非规范）知识的完备性理论；（2）研究（非规范）知识处理的逻辑基础，主要包括：（非规范）知识的新逻辑模型的提取，具有更强的表达能力的非经典逻辑，词计算的理论基础和面向非规范知识的逻辑程序设计方法；（3）研究（非规范）知识的通信理论，主要包括：基于内容的知识通信理论，大粒度知识通信理论，知识通信网络理论；（4）研究（非规范）知识的认知理论，主要包括：基于非规范知识的认知逻辑系统，适用于非规范知识处理的语义理论，基于非规范知识的多Agent认知理论，基于认知物理学思路的数据场理论用于非规范知识处理，非规范知识在人类认知过程中所起的作用。
试验平台及示范应用。试验平台是一个集成各种非规范知识处理功能的多学科海量知识库；示范应用是一个涉及多应用领域的试验性语义网（Semantic Web）。

研究期限：4年
拟资助经费：650万元
本领域由信息科学部提出并受理申请。