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第二部分 发展任务与专题部署

第九章 重点领域

  (十五)跨科学部优先发展领域。以把握科学前沿和瞄准国家目标为出发点,根据我国科学技术进步和经济社会发展的需求,针对着力推动我国基础研究取得前沿突破、解决我国可持续发展特别是生态环境保护与自然资源利用中深层次关键科学问题、提升我国人口健康领域自主创新能力和促进经济社会协调发展、培育我国新兴战略产业制高点等四个方面所凝练的核心科学问题,组织科学家在综合性交叉领域开展具有战略导向性的基础研究。跨科学部优先发展领域将为制定未来五年重大项目和重大研究计划指南提供参考。

  1. 细胞的结构和分子功能。细胞如同一个高度有序的机器系统,生物分子根据其定位、结构、运动、浓度以及与其他生物分子的动态相互作用,精确、有序和协调地执行复杂多样的功能。细胞的结构是动态的,各种生物大分子、细胞内各种亚细胞器、分子复合物和生物大分子都是在高度复杂的细胞内环境中行使功能。愈来愈多的证据表明,只有通过实时动态观测与精准信息获取来对活细胞原位研究,才能准确地反映细胞内各种亚细胞器、分子复合物和生物大分子的真实结构和功能机制。

  核心科学问题:超分辨显微镜、单分子成像、非荧光成像等研究活细胞的技术与方法的建立;活细胞内的亚细胞器、分子复合物和生物大分子的结构、组装、运动和功能;细胞器之间的信号联系及功能。

  2. 系统生物学。从不同层次同时研究多重生物学信息之间复杂的相互作用, 包括基因组、蛋白质、代谢、信号传导途径、基因调控网络和蛋白质相互作用的网络等, 以期在此基础上理解它们之间协同作用对生命活动产生的影响。系统生物学借助发展多学科交叉的新技术方法, 研究功能生命系统中所有组成成分的系统行为、相互联系以及动力学特性, 进而揭示生命系统控制与设计的基本规律。系统生物学将不仅使人们全息地了解复杂生命系统中所有成分以及它们之间的动态关系, 还可以预测系统一旦受到了刺激和外界的干扰后系统的未来行为。系统生物学使生命科学由描述式的科学转变为定量描述和预测的科学。

  核心科学问题:生物系统的网络基本元件的构建和参数确定及生物系统网络模型的建立;生物系统的网络分析理论与方法;生物信息的整合与分析;生物系统动力学;生物环路的模拟与构建。

  3. 生物材料及其表界面生物功能与介入医学的相关基础研究。生物材料与生物体之间的相互作用是发生在生物材料的表面和界面上的。通过认识生物材料表面界面与血液、细胞等的相互作用规律,研究材料表面的活性和生物功能化修饰,有可能对生物材料的性能和应用带来突破性进展。生物医用材料就是一类用于诊断、治疗、修复或替换人体组织、器官或增进其功能的生物材料,其核心是赋予材料生物结构和生物功能。同时,生物材料与器械和信息技术的发展,使介入医学具有微创、安全可靠和术后恢复快等优点,并使介入医学与外科、内科一起成为医学的三大支柱性学科;研究开发安全、有效、方便的新型介入器具并降低医疗费用,是当前亟待解决的难题和主要研究方向。

  核心科学问题:生物材料表面与组织(细胞)的相互作用机理;组织再生过程中的关键微环境因素;生物材料表面的微纳结构及其与生物体的相互作用;生物医用材料的分子识别和生物导向性;生物医用材料的表面改性与生物相容性;生物植入材料及其调控组织再生的机制;介入治疗后疾病复发机制的研究;介入医学新技术与新型介入医疗器械的研究;图像引导下的介入医学与计算机辅助工程。

  4. 行星探测、演化过程和环境影响与地外生命研究。通过以嫦娥工程获取的探测数据为基础,综合分析和整理国外已有的月球探测成果,力图形成月球起源和演化模型的整体性和规律性认识,建立月球起源和演化的概念性模型,获得具有原创性的科学研究成果,其目的是为人类认知宇宙提供太阳系各层次天体的物质成分、生命早期的化学演化、行星与太阳系的形成与演化各阶段的过程与年龄的科学依据,同时满足人类拓展生存与发展空间、推动经济和科学技术可持续发展的社会需求。

  核心科学问题:月球化学不均一性分布及其起因;外动力构造及其与月球演化的关系;月球内部结构与质量分布的不均一性;太阳系的早期演化历史;生命存在的极端环境和条件探究;火星上是否存在生命的探索;小行星以及彗星的联系;小行星和彗星与地球生命的起源、小行星和彗星撞击地球诱发环境突变和生物灭绝的联系等。

  5. 太阳活动对日地空间天气的影响。太阳活动及其对日地空间环境的影响是21世纪重大前沿交叉课题, 涉及天文学、地球科学、物理中的等离子物理等众多学科领域的交叉与综合。随着进入高技术时代,人类对空间天气预报的要求也越来越迫切。太阳爆发产生的高能粒子和高能辐射输出以及大规模的等离子体抛射现象是空间灾害性天气的源头,对宇航员、航天器的安全和地球环境产生重大影响,因此需要对太阳活动所导致的日地空间的响应等问题展开深入探讨。

  核心科学问题:太阳活动的内部机理;太阳剧烈爆发现象(耀斑和日冕物理抛射)的前兆特征和物理过程;太阳爆发的形式及其在行星际空间的传播;磁层与太阳活动的关系;电离层对太阳活动的响应;中高层大气在日地关系链中的作用;空间天气预报的原理与方法;空间灾害性天气的效应评估。

  6. 大规模高性能科学计算。科学计算是指通过建立实际问题的模型和发展相应的计算方法,并利用强大的计算机能力,对科学和工程中的复杂问题开展数值模拟研究。随着现代科学技术各领域进入更深的层次和更广的范畴,大规模高性能科学计算已与理论和实验一起成为当今科学研究的主要手段,成为发展高新技术的重要支撑。在物质科学、生命科学、材料科学、地球和环境科学、信息科学、工程与高技术等领域中,人们有可能利用科学计算来扩展、深化甚至代替科学理论或实验研究,使许多过去难以开展或难于实现的理论研究和科学实验有可能通过计算机模拟获得新的知识。大规模高性能科学计算能力的提高能够推动相关学科的进步,带动相关信息产业的发展。

  核心科学问题:科学、工程和社会经济问题数学模型建立及其理论分析;发展适合复杂问题和模型的计算方法与计算技术;提高计算精度和效率的方法;海量数据的处理方法与技术;适应高性能计算机并行计算方法;高性能计算通用软件平台建设;各类专业应用软件及数值计算软件包研制;开发科学、工程与社会经济问题的数值模拟技术及实现;支撑数值模拟技术的计算方法基础理论研究。

  7. 量子计算与量子通信。量子信息技术是后摩尔时代各国战略竞争焦点之一。量子信息学是量子物理与信息学科交叉融合的新兴学科,量子信息技术可望为信息科学技术发展提供变革性手段和能力。量子密码在物理上提供了不可窃听的安全性,而量子计算可为指数级增长的传统不可解难题提供计算可能性。目前量子密码技术正向实用化方向发展,而量子计算机的研究仍然处于基础研究阶段。在少数量子比特物理系统中已可成功演示量子计算的工作原理、量子门操作、量子编码和量子算法等。当前量子计算的物理实现遇到两个关键性的困难,一是如何研制大规模量子比特的物理系统,即物理可扩展性问题;二是容错计算的难题,即如何使量子门操作的出错率低于容错阈值,使得门操作的差错可以有效纠正,确保量子计算的可靠性。

  核心科学问题:量子比特物理扩展的途径、基于新材料与新结构的量子器件、具有扩展潜力的量子计算体系;量子计算系统相干与退相干;量子逻辑运算、信息编制、形态转换及测量;容错量子计算实现的机理和方法;量子模拟的理论方案与实验;量子信息存储器和量子中继;自由空间量子密码系统、新型量子密码原理;全量子网络的实现以及其信息传递和处理问题。

  8. 多相复杂系统中的介尺度结构。多尺度结构是自然和工程复杂系统的共同特征,介尺度结构是决定其宏观行为的关键因素,很多领域的介尺度结构都显示出共同的规律。目前,能源与资源短缺、环境污染、气候变暖已成为全球共同关注的焦点问题,而化学反应工艺、过程和系统的量化设计、放大和优化调控是应对这些挑战的共性核心技术体系。同时由于工艺、过程和系统各层次又各自呈现动态多尺度结构,存在于这些层次的边界尺度间的介尺度结构则是发展这一核心技术必须突破的共同科学难题。这一科学问题既有解决人类面临的重大挑战的应用背景,又具突破共同科学难题的普遍意义,也呈现出化学、物理、生物、材料和信息等多领域交叉的特征。在介尺度结构方面的探索将为人类顺利解决能源、资源和环境问题奠定科学基础,并有力推动物质转化相关学科和产业研发模式由经验探索向量化仿真过渡。

  核心科学问题:介尺度结构的形成机理及其存在的稳定性条件(包括对非线性热力学和统计力学的相变和多态等行为的理论分析);介尺度结构的定量描述与行为预测(包括多尺度耦合的机理与跨尺度关联的方法以及介尺度结构与系统中的基元过程和整体行为的关系);介尺度结构的调控方法(包括多尺度结构与反应动力学的作用机理与规律以及催化体系、反应微环境、反应器、反应工艺对介尺度结构进行调控的规律);介尺度结构和多尺度计算理论(包括介尺度计算理论和方法以及通过问题、软件和硬件体系结构相似来实现复杂反应过程实时模拟的途径)。

  9. 重大环境演化与突变的理论与方法。21世纪以来,重大环境演化和频发的自然灾害事件(如土地荒漠化、沙尘暴、洪水、滑坡、泥石流、酸雨、赤潮等)对人类社会可持续发展的影响与日俱增,已引起国际社会的高度重视。这些环境介质的运动呈现出极其复杂的变化行为,且始终伴随着流动和质量、能量输运等过程。针对与我国经济和社会发展密切相关的重大环境问题,从多学科角度加强对其中共性科学问题的研究,将不断深化对重大环境演化内在机理的认识,提高我国环境保护和治理的水平,同时将大力推动我国在复杂介质和多过程耦合的科学前沿的创新研究。

  核心科学问题:环境介质多过程耦合的自然环境流动特性和物质、能量的输运与转化规律;介质特性变化对流动、变形、破坏的影响规律与模拟方法;典型环境演化发生突变的内在机理和临界条件;西部干旱环境演化的动力学理论、方法及防治措施;重大水环境问题的孕育、发生、发展规律和突变机理。

  10. 重大灾害事件的机理与减灾。地球各个圈层处于不断的运动和变化之中,这种变化不但提供人类赖以生存发展的资源、能源和适宜的生态环境,也会产生危及人类社会的自然灾害。同时,不合理的人类活动干预地球系统的自然过程,会对自然灾害起到诱发和加剧作用。我国是一个自然灾害频繁的发展中国家,灾种多、分布广、频次高、灾情综合复杂,对我国经济建设和社会发展有重大影响的自然灾害主要包括气象灾害、地震灾害、地质灾害、海洋灾害、生态灾害等。随着社会发展水平的迅速提高,各种自然灾害对社会的影响程度也不断加大,社会面对自然灾害的脆弱性已成为备受关注的问题。对重大灾害事件的特征和发生发展规律进行准确描述和刻画,深刻理解致灾机理及其与人类活动的互馈,对重大灾害过程进行模拟和预测,有效地预防和控制自然灾害,最大限度地减轻灾害损失,对保证我国经济社会可持续发展有着重要意义。

  核心科学问题:灾害发生的机理与预测理论;灾害孕育和发生的环境因素;减轻自然灾害的对策与工程措施;对自然灾害的有效监测、数据处理和模拟机制;建立和完善对各类灾害的评估、预警和应急能力。

  11. 全球变化与地球系统。伴随臭氧洞的产生、人口膨胀与资源短缺、生态破坏与环境污染、全球气候变暖和极端天气事件频发,人类社会经济发展与生存环境问题之间的矛盾日益突出。全球变化和人为活动对陆地生态系统格局、重要生态过程及其功能产生重大影响,特别是化石燃料燃烧以及工业生产过程向大气圈排放化学物质,改变着大气的化学组分,而如何通过技术创新、制度创新、产业转型和新能源开发等多种手段,尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗以及温室气体排放,以实现适应全球变化的经济社会协调发展,已成为重大的科学挑战。全球变化研究也日益成为当代面对社会可持续发展需求的重大前沿研究领域之一。全球变化的同时性、人类活动影响气候变化以及将地球作为一个整体系统进行研究等认识已得到广泛接受,地球系统科学的理念应运而生,即研究与各子系统相互作用联系的地球整体系统的变化规律、动力学机制和发展趋势,以适应和管理地球系统变化。

  核心科学问题:亚洲季风—干旱环境系统的变化特点与趋势;区域水系统(含冰冻圈)循环及其对气候变化的影响与响应;海平面与海陆过渡带变化的动力学机制及趋势;生态系统对气候变化的适应过程、机制和预测;全球变暖的自然和人类因素以及地球系统管理;地球系统模拟的关键技术及科学问题。

  12. 多尺度海洋过程与海洋工程。人类社会经济发展所面临的资源、环境、生态、灾害等问题都给海洋科学与工程发展提出了新的课题,已经成为国际海洋科学技术竞争的前沿和热点领域。海洋是一个包含多种时空尺度过程的复杂动力系统,对“全球变化”和“深海”的关注是当前海洋科学与工程的两大发展趋势,而科学和技术的协同发展在其中起着关键作用。,海洋科学的每一个飞跃均与观测技术与设备的突破密切相关,有时甚至是决定性的作用。推动海洋科学与海洋工程的交叉融合,开展由科学问题引导的海洋观测、勘探技术与设备的研究,不仅是海洋科学未来发展的需要,也是海洋资源合理开发利用、实施可持续发展的重要保障。

  核心科学问题:西太平洋的多尺度过程与高低纬相互作用;我国近海的海陆相互作用;海洋微生物与生物地球化学循环;极区环境变化与海洋过程;深海浮式结构物系统环境载荷与动力响应;深海装备安全设计和测试的前沿技术; 水下探测与通信;海洋传感器技术。

  13. 人类活动的环境效应。环境变化研究表明,人类已具有通过改变生物和非生物的过程来影响和改变地球系统运行状态的能力。由于人类活动影响地球系统的方式和程度有所不同,地球环境在不同尺度和不同区域的响应方式和表现结果存在显著差异。如何定量地刻画和区分人类活动对环境变化的贡献,特别是如何理解土地利用与土地覆盖变化、城镇化、工业化等大规模人类活动过程与地球自然过程的叠加和相互作用,已成为学术界关注的重大科学挑战。人类活动的环境效应研究,以地球系统科学和可持续发展理念为指导,以区域性、系统性及关键性环境问题为突破口,聚焦近现代环境变化过程,揭示不同尺度人与环境相互作用的机理,探讨环境变化与区域协调发展的途径和模式。

  核心科学问题:人类高强度土壤利用下土壤肥力演变过程及其调控;高原山地环境变化与人类适应;多尺度毒害污染物归趋与区域暴露风险;土地利用变化和土地管理对陆地生物圈自然过程的影响及其效应。

  14. 变化环境下水资源高效利用。全球气候变化和我国经济社会发展,改变了流域的水文过程和水资源供需时空格局。流域洪旱灾害防治和水资源高效利用,需要具有防洪、灌溉、发电、供水和环保等功能的水资源利用工程和高效的水资源利用技术。它们涉及水文学、水资源学、农业水利学、河流动力学、水环境与生态水利学、水工结构与岩土工程、管理科学。

  核心科学问题:变化环境下流域水文过程与洪旱预测;节水农业及其环境生态效应;大型水工程的性能设计与施工技术;水电能源高效转换与经济运行;变化环境下河流系统演变。

  15. 饮用水复合污染机制、毒理效应与控制原理。饮用水安全是人类健康的最基本保证。由于水质的复杂性和多变性,从任何一个单独的学科角度都无法回答其复合污染的过程机制、毒理效应和控制原理等重要科学问题。深入开展饮用水质的多介质复合污染研究,可以进一步揭示饮用水源水中污染物的生物地球化学循环过程、水质净化过程的物质形态学转化规律、水质变化的分子毒理机制及水质安全的协同控制原理,建立基于毒理效应评价和工艺调控、从水源到用户终端的饮用水安全保障的科学和技术体系。

  核心科学问题:水源水质复合污染的多介质联合作用机制及污染物的生物地球化学循环过程;饮用水净化工艺中关键物种的结构/形态转化及多介质多界面交互反应过程;饮用水输配环境下水质的化学与生物稳定性机理;水质安全的毒性评价方法及水质变化的分子毒理机制;水质安全的化学、生物学、生态学、毒理学和工程学协同调控机制。

  16. 节能、可再生能源利用与温室气体控制的交叉科学问题。能源问题是我国经济社会发展的长期瓶颈,是始终必须高度重视的重大问题。当前我国迫切需要解决高碳燃料的高效洁净利用、可再生能源高效低成本利用以及温室气体控制的基础理论问题,需要工程热物理、材料、化学、数理等学科的交叉,以此奠定能源科学前沿的基础。可再生能源利用与温室气体控制研究涉及电力、化工、冶金、建筑等高能耗行业,对我国转变经济发展方式和应对全球气候变化等重大问题产生直接影响,对抢占新兴能源产业的科技制高点具有重要的战略意义。因此,加强该交叉科学问题研究,注重节能减排,改善能源结构,控制温室气体排放的重大需求,为实现能源可持续发展的目标提供科学理论和方法。

  核心科学问题:燃料化学能与物理能综合梯级利用原理与方法;核能利用的新概念、新材料及力学理论与方法;太阳能、风能、生物质能等可再生能源高效收集、储存和转换的基础理论;大规模能源转化过程的优化集成与多尺度调控;CO2富集、分离和转化的物理化学问题;高碳能源利用中替代燃料与动力联产,同时分离CO2的系统集成理论与方法;节能规划理论与方法,可再生能源的技术政策和产业政策优化分析。

  17. 影像医学、数字医学与人口健康领域先进诊疗技术基础研究。影像医学、数字医学与健康领域先进诊疗技术是将医学科学研究推向动态化、定量化和可视化的新高度,并为临床诊疗精密化、个体化、远程化和高效、低毒提供强大支撑的重要发展方向。开展相关领域基础研究对提升我国医学科研和诊疗水平以及医疗装置与设备的研发水平都将起到至关重要的作用,对探究疾病的发生机制以及实现疾病的早期预警、准确诊断、精确治疗和预后评估等具有重要意义。

  核心科学问题:医学成像新理论、新方法与医学图像的定位定量分析、处理和可视化;脑功能成像与关键影像学表征;分子标记、分子探针、放射性新药设计与纳米显微成像;结构、功能、代谢和分子成像及其在疾病诊断、治疗、药物输运控释和创新药物研发中的应用;新型光学、超声、核医学、CT、磁共振、电阻抗与电磁物理功能成像以及分子成像的核心技术与设备;数字医学基础与平台;数字医学与影像医学新技术新方法及其在疾病早期诊断、亚临床诊断与预后评估中的应用;单细胞技术与设备、芯片实验室与组学分析;新型手术机器人、图像引导下计算机辅助系统研发;脑—机接口、神经肌肉刺激装置与微型活体探测器研发;生物起搏器、新型人工心脏辅助系统、便携式人工肺与便携式透析仪研发。

  18. 神经—免疫—内分泌网络调控失衡与疾病。神经—免疫—内分泌调节系统是机体维持自身稳态平衡的轴心和主要保障,稳态平衡一旦被打破而不能得到及时调节和恢复,机体即可能逐渐过渡到亚稳态直至失衡态,并发生由正常生理状态(健康状态)向亚生理状态(亚健康状态)直至病理状态(疾病发生)的演变。神经—免疫—内分泌调节系统是一个庞大的复杂作用体系,但神经、免疫和内分泌系统又各成系统,并维持其体系内的平衡,因而涉及面广,研究难度大,问题多,具有十分重要的科学意义和实际指导价值。

  核心科学问题:神经—免疫—内分泌调节网络失衡与疾病的关系;神经损伤与功能紊乱的病理机制;神经退行性病变的病因学及分子机制;精神疾病脑结构与功能变化及机制;神经元髓鞘化与脱髓鞘机制;重要免疫细胞和分子在神经损伤与紊乱中的作用和机制;内分泌反馈和负反馈系统紊乱发生机制及与内分泌疾病的关系;内分泌活性物质分泌、作用及调控机制及其变化与疾病发生的关系;神经、免疫和内分泌系统建模、网络联系及其相互作用机制。

  19. 疼痛及镇痛机理研究。据世界卫生组织报道,有慢性痛经历的人约占世界总人口五分之一,疼痛、尤其是慢性痛,已经成为一种疾病和公共健康问题。疼痛不仅仅是疼痛本身的问题,更重要的是严重影响正常脑功能,诱发神经与精神障碍,导致劳动力的丧失和巨大的医疗费用支出。阐明疼痛的发生机理和寻找新的镇痛方法,将有助于解决因各种疾病及创伤带来的日益突出的疼痛问题。对疼痛机制的认识也是对脑的工作机制认识的有效途径,疼痛及镇痛机理研究反映了人类改善身心健康和提高生活质量的根本要求。

  核心科学问题:疼痛信息处理的中枢机制以及慢性痛的中枢起始与维持机制;疼痛发生的外周感受器及其调节;转移癌与疼痛发生发展的关系;疼痛与精神障碍(焦虑、失眠、抑郁)的关系;针刺镇痛机理和疗效提高。

  20. 社会认知和行为的心理和神经机制。社会活动的成功和社会和谐取决于其成员对他人和自我的正确认识,并据此在复杂社会环境下做出适当的决策,以促成社会成员之间的协调与合作。人类如何在复杂的社会情境中加工与他人和自我相关的社会信息,涉及认知机制和模型以及相关神经机制的探索,即在脑组织水平阐明社会认知、社会决策的神经基础及其与社会行为的关系,并揭示相关心理和神经机制的发展以及异常社会行为的心理和神经基础。探索培育和调控社会情绪能力的脑网络机制,并在此基础上研究如何正确评测社会情绪能力的生理指标和脑成像,同时研究如何改善和调控个体和群体社会情绪能力的方法和技术。

  核心科学问题:自我意识的机制;合作与竞争行为的心理和神经机制;社会环境对认知的调节与神经发育的相互作用;人类社会行为决策的机制;儿童社会认知发展与其他认知功能发展的关系;特殊人群的决策行为特点及其神经、心理机制;调控社会情绪能力的脑网络机制;社会情绪能力的评测与干预。

  21. 网络信息技术下的组织管理变革与服务创新。新一代信息网络技术正在深刻改变着管理组织内部的信息与知识的传递及产生方式,进而改变组织文化、管理层级结构、资源分配方式,最终改变产品和服务的生产模式与运作机制,从而促进各类组织实现和谐、透明、高效协作的全新工作模式和管理模式,并促使现代服务作为一种全新的经济形态脱颖而出。网络信息技术所推动的这种转变,对于植根于有形产品生产、科层组织结构、信息单向传输、自上而下的规划等传统的(企业)组织及其创新管理模式的现有管理科学理论,是一种全新的基础性挑战,同时提出了许多管理科学中亟待解决的新科学问题。这些将极大地推动以网络信息技术为依托的现代生产制造和现代服务的蓬勃发展,对于促进中国向服务经济转型、提高组织运行效率、减少组织运作成本、提升我国在新一轮全球竞争中的地位,具有至关重要的战略意义。

  核心科学问题:网络服务系统及其参与者行为研究;基于先进IT的服务系统及其关键技术研究;网络服务系统的运营优化和协调研究;新一代网络信息技术(如开源信息、移动网络)对组织模式演化和运营机制的影响;新一代网络技术对企业(组织)行为和战略的影响;互动网络中的组织运营与安全工作机制;企业中整合的协作平台技术;组织内部即时通讯与威客技术对管理活动的影响规律等。

  22. 复杂金融经济系统的演化及其安全管理。经济和金融市场众多参与者的非完全理性及其依据信息对环境的适应性交互决策行为,造就了现代金融系统的复杂性和不确定性;新一代网络信息技术在全球金融体系中广泛而深入的运用更进一步地推动了信息的多向、快速传播,进而深化了市场的上述特征。未来若干年,我国金融市场的产品种类、交易规模和市场深度及关联性将在与国际金融市场接轨中持续快速增长,再加上金融制度和投资者群体的独特性,使得整个中国金融市场体系的复杂程度也在飞速增加。面对规模迅速增长并日趋复杂的金融市场,依据具有“简单性”特征的前提所构建的主流经典金融经济理论来解释和应对金融危机的实践,开始遇到重大挑战。随着计算机信息科学和复杂性科学的快速发展和重要突破,从复杂系统的角度对复杂金融体系进行计算建模、探索其资产定价与风险管理规律成为一种新的可能,并为解决复杂金融系统安全问题提供了一条非常具有前景的道路,对于建立科学、安全、合理、高效、稳健的金融经济系统具有基础性重大意义。

  核心科学问题:复杂金融经济系统中的微观行为和机制及其宏观涌现和动态演化规律;复杂金融经济系统建模的新原理与新方法;金融经济系统中的复杂网络;复杂金融经济体系中开源信息与建模;复杂金融经济系统中的创新及其风险与安全管理;复杂金融经济系统的监管体系、运行机制和模式等。

  23. 新功能材料和新人工结构材料。新功能材料的探索是材料科学发展的先导,也往往是信息、能源等领域创新的源头。新型功能材料的发展往往基于新的物理、化学、生物学机制的发现、新设计思想的提出以及材料合成方法的创新,而新材料的出现同时又为物理学、工程学等领域研究提供了新的内容。探索新型超常电磁介质材料、高温超导材料、高效热电材料以及非线性光学响应材料、核环境下的特殊材料、高质量单晶和薄膜以及各种人工结构材料(如异质结构、光子带隙材料、负折射材料等)等,是材料科学与物理学、化学、信息科学等学科交叉发展的重要科学前沿。

  核心科学问题:基于新的物理思想和新的材料结构设计思路的功能材料;材料超常物理性质和功能优化的计算与模拟;新颖材料功能的新物理机制;人工微结构制备与调控的新方法与新原理;高性能复合材料、人工结构材料或器件物性的表征与优化。

  24. 可控自组装体系及其功能化。自组装是具有普遍意义的科学难题,是创造新物质、产生新功能结构的重要手段,是解决当前材料、信息、生命、医学等领域发展瓶颈的希望所在。未来自组装发展趋势将从单一体系到多元体系、从单一层次到多层次、从静态到动态、从不可控到可控、从模型体系到功能化,即以可控的自组装体系和功能化为主要方向,强调化学、生物、物理、材料、信息、医学等多学科的交叉融合,并有望在调控生命过程的方法和技术、创造功能集成的新材料、新信息器件和信息处理系统等方面实现突破。可控自组装的发展,将为物质科学重大问题研究以及在生物、信息和纳米高技术研究中应用提供坚实的科学基础,推动国民经济可持续发展。

  核心科学问题:面向功能自组装体系的组装基元设计、制备及组装性质,组装基元间弱相互作用的加合及协同规律;多组份、多层次的合成或生物自组装体系的构造,可控自组装过程及调控规律,组装的终结与解组装,组装诱导的本质与规律;可控自组装体系中的物质输运、能量传递、化学转换以及物理规律,自组装体系结构与功能关系及其在材料、信息器件以及仿生中的应用;自组装结构、过程的系统理论研究方法,复杂体系结构和物理、化学、生物性能的预测;实时、原位检测自组装体系和过程的新原理、新方法以及揭示弱相互作用机制的高能量/空间/时间分辨表征技术。

  25. 精密测量物理与关键技术基础。不断挑战并突破时间高分辨、频率高精度、感知高灵敏度的现有水平是精密测量领域追求的目标,也是重大科学发现的基点。本世纪初,阿秒(10-18s)超短光脉冲的产生,可使人类获得趋近阿秒量级的时间分辨,光场时域—频域的同时精密控制相继引发出一系列新概念和新技术,使得人们可同时在时域和频域实现高分辨的精密测量。另一方面,精密测量的灵敏度达到了可以感知单光子的程度,开拓出了量子极限精密光谱测量技术。这一系列突破有望提供传统研究手段与技术平台尚无法达到的时间、空间、频谱的超高精度、超高分辨和超高灵敏度,极大地提高人类探索和揭示自然规律的能力,将为许多重要基础科学问题的研究带来革命性突破,包括精确定位、航天、卫星导航、空间探测、遥控跟踪、现代通信、信息安全、生物信息检测、纳米制造与测量等在内的相关领域的国际竞争,也将在量子调控、分子成像、生物/纳米科学、量子探测技术与新量子器件等方面有至关重要的应用。

  核心科学问题:突破测量精度现有极限的新概念与新技术;超高时间、空间分辨率的测量;超高精度与超高灵敏度的联合测控技术及其在生化、材料和物理检测中的应用;亚波长尺度下超快光电子学测量;基于超快强场激光的精密测量;基本物理量的精密测量。

  26. 空间信息网络基础。空间信息网络是以天基网络为核心,向上支持深空探测,向下支持对地观测,与地面系统互联互通而形成的一个天、空、地立体交联的时空动态信息网络。通过由不同高度的卫星、飞艇、飞机等节点构成的空间信息网络,可以实现多维信息快速获取、远距离传输、快速处理和融合应用。空间信息网络将成为人类探索宇宙奥秘,拓展科学、生产活动至空间、远海、乃至深空的重大信息基础设施。空间信息网络是人类进入空间的桥梁、认识空间的手段、利用空间的基础,与传统互联网相比,空间信息网络利用独特空间优势,能够提供全球信息服务,可望带动新兴产业发展,具有潜在核心竞争力。

  核心科学问题:变时空异构网络体系结构;空间网络信息传输;网络化空间信息感知,网络化空间信息的时空一致性表示;空间信息网络协同机制;空间信息网络自组织重构与应用。

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