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中国基础研究十年回眸--基地篇

[2011/5/25]

  从1984年始组织实施国家重点实验室建设计划以来,我国创新基地建设已经走过26个年头。建设国家重点实验室,使我国很快武装起一支精干的基础研究队伍,搭建起相对精良的科研平台。随后,又启动了国家重大科学工程、国家野外科学观测研究站(网)、科学数据共享工程、企业国家重点实验室建设和国家实验室试点等工作。目前我国已经初步形成了支撑基础研究发展的国家重点实验室体系、重大科学工程和野外科学观测研究站网,基本覆盖了我国大部分学科方向和国家经济社会发展的主要领域。——编者

  国家重点实验室 探索科学前沿和解决国家重大需求的骨干研究基地

  2008年3月3日,科技部、财政部联合宣布,设立国家(重点)实验室专项经费,从开放运行、自主创新研究和科研仪器设备更新三方面,加大国家重点实验室稳定支持的力度。

  科技部部长万钢认为,设立国家(重点)实验室专项经费,加大稳定支持力度,有利于营造宽容失败、摒弃浮躁、潜心研究的科研环境。

  这只是国家重点实验室不断完善体制机制建设的一项举措。其实早在1984年,我国就开始组织实施国家重点实验室建设,主要支持针对学科发展前沿和国民经济、社会发展及国家安全的重要科技领域和方向,开展创新性研究。设立国家重点实验室建设计划,旨在破解我国科技体制条块分割、资源分散和低水平重复的弊端。科技界人士将此举形容为:“像一阵春风,吹开了长期束缚、封闭的我国科技管理旧体制。”国家重点实验室坚持改革、创新,实行“开放、流动、联合、竞争”八字方针,实行定期评估、设立开放课题和实验室主任基金、推动项目基地人才相结合等制度,为我国科技体制改革的不断深入提供了宝贵的经验。

  现有国家重点实验室从定位上大致可以分为三类:第一类以基础研究为主,开展科学前沿探索,承担科研项目以自然科学基金和973计划为主,成果主要产出形式为高水平论文及专著;第二类以应用基础研究为主,针对国民经济和社会发展中的关键科学技术问题开展基础研究,承担科研项目以863计划、国防预研为主,涉及医学、农业、材料、信息,以及地学和化学领域;第三类以工程科学基础研究为主,根据工程科学的特殊属性及其较强应用或行业背景,此类实验室面向国民经济建设主战场,直接承担或解决国家重大工程或重大项目中的研究任务及相关科学技术关键问题。

  经过20多年的发展,我国已经形成了由国家重点实验室、试点国家实验室、企业国家重点实验室、军民共建国家重点实验室、港澳地区国家重点实验室伙伴实验室、省部共建国家重点实验室培育基地等类型组成的国家重点实验室体系。

  目前,国家重点实验室已成为我国科学研究的骨干研究基地。至2008年,国家重点实验室承担的科研任务年均增长11%,科研经费年均增长22%,并相继取得了一批具有国际水平的原始性创新成果。发表期刊论文数由2003年的28480篇,增加到2009年的37608篇,年均增长率为5.3%。统计表明,国家重点实验室在《科学》和《自然》等高影响力期刊上发表论文占我国发表总数的25%;在各领域顶尖期刊发表论文占我国发表论文总数的20%—40%。国家重点实验室已经成为聚集和培养优秀科学家,建设创新团队的重要基地。国家重点实验室现有固定人员中有中国科学院院士243人,中国工程院院士137人,分别占总数的34.0%和18.1%;国家杰出青年科学基金获得者869人,占全国总资助人数的39.7%;获创新研究群体科学基金资助123个,占总数的54.7%;中国科学院“百人计划”获得者454人,教育部“长江学者奖励计划”特聘教授286人。国家重点实验室还促进国际学术交流与合作,部分国家重点实验室整体实力得到国际认可,并已开始牵头组织若干国际计划,如国际人类肝脏蛋白质组计划等。

  国家重大科技基础设施 为科学研究提供强大条件支撑

  2009年7月17日,耗资6.4亿元的北京正负电子对撞机重大改造工程通过了国家验收。花费巨资对一个大科学装置进行改造,国家能收获什么?

  对撞机的作用就是通过高能粒子的碰撞来研究基本粒子的组成和相互作用规律,是人类探索物质世界和自然规律的重大前沿课题。“北京正负电子对撞机此次顺利完成升级改造,亮度比改造前提升30多倍,是此前该能区对撞机亮度世界纪录的4倍以上。这将推动我国粒子物理的研究,特别是进一步保持和加强我国在粲物理研究领域的国际领先地位。”中科院院士、北京大学教授赵光达如是评价。中科院高能物理所所长陈和生也认为,该工程建成并投入运行,把我国对撞机和谱仪技术推进到国际前沿,除了获取一系列重要科研成果外,还有力地推动了国内相关高技术领域的发展,推动了企业的技术进步。

  这只是我国若干重大科技基础设施建设取得成效的缩影。2004年至今,一批国家重大科技基础设施相继建成并通过国家验收:EAST全超导托卡马克核聚变研究装置、兰州重离子加速器冷却储存环、大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜、第三代同步辐射光源上海同步辐射光源等,均全面完成工程建设任务,顺利通过国家验收,显著提高了自主创新和集成创新能力,得到国际科技界的高度认可和广泛赞誉。

  “十一五”期间,国家投资60多亿元,启动建设散裂中子源、强磁场装置、大型天文望远镜、海洋科学综合考察船、航空遥感系统、结冰风洞、大陆构造环境监测网络、重大工程材料服役安全研究评价设施、蛋白质科学研究设施、子午工程、地下资源与地震预测极低频电磁探测网、农业生物安全研究设施等12项重大科技基础设施。另外,我国政府还以全权独立成员的身份,出资参加重大国际科学合作计划——国际热核聚变试验堆“ITER”项目的建设。

  我国已建成的重大科技基础设施运行情况总体良好,为国家经济建设和社会发展和国家安全提供了科技支撑。它们提升了我国在相关领域的国际地位和国际影响力,使我国在高能物理与核物理、等离子体物理、地球科学、生命科学等国际科学前沿众多领域做出了重要贡献;带动了我国高新技术的自主创新和产业发展,如高精度加工、精密测量、自动控制、磁铁等,增强了相关企业的技术进步和新产品开发以及开拓国际市场的能力。

  国家野外科学观测研究站(网) 为探寻自然奥秘和规律布下“天罗地网”

  海拔4000米以上的青藏高原、人迹罕至的罗布泊、无边无垠的大洋等,这就是国家野外科学观测研究站(网)涵盖的地区。

  国家野外科学观测研究站(网),是国家科学研究实验基地的有机组成部分,是地学、生物学、天文学、声学、大气、海洋、固体地球等学科发展必须依赖的基本研究手段和试验基地。围绕国家需求和学科发展目标,教育部、农业部、中国科学院等部门和有关高校相继建立了若干长期野外科学观测研究站(网),成立了中国生态系统研究网络等观测研究网络。科技部根据国家需求,整合资源,择优支持有关部门建设国家野外科学观测研究站(网)。目前,科技部已在生态环境、特殊环境和大气本底、材料腐蚀、地球物理等领域建设了105个国家野外科学观测实验站(网),初步形成了网络格局。

  国家野外科学观测研究站(网)承担了大量科研任务,在具有重要科学价值的数据积累、原始性科学发现、科学规律认知、新技术研发、科技试验示范等方面取得了一批具有重要影响的科技成果。根据不完全统计,2007年前,基于野外科技工作获得国家自然科学二等奖及以上的有40多项,获得国家科技进步二等奖及以上的有400多项,均占总奖项的1/5以上。

  他们不擅言辞,却喜欢与高山、河流、冰川对话;他们默默无闻,却最懂小鸟、昆虫、鱼类的声音。这正是国家野外科学观测研究站(网)造就的优秀科学家本色。正是这群长期奋战在野外的科学家,传承了宝贵的野外科学精神,为科技进步发挥了重要的引领和激励作用。中国科学院、中国工程院相关学部有200多名院士是长期坚持野外科技工作而成长起来的,如国家最高科学技术奖获奖者袁隆平、刘东生、叶笃正、李振声和吴征镒等著名科学家就是开展了大量的野外科技工作,从而成就了科技事业。

  国家野外科学观测研究站(网)为国家能源和矿产资源安全保障提供了坚实的理论指导,如创立和发展了中国前新生代海相成油理论,有效指导了海相油气勘探工作;促进了粮食增产和农业可持续发展,基本摸清了后备耕地、可利用草场、宜林荒地和水产资源情况,发现了优良种质资源,创立了一批育种新方法,开发了一批治理中低产田的先进适用技术;为重大工程建设提供了科学数据和技术保障,如查明了青藏铁路沿线冻土的分布情况,提出了“积极保护冻土、主动冷却路基”的思想和具体技术方案;为防灾减灾提供了强有力的科技支撑,如经过多年对泥石流的观测研究,初步揭示了泥石流形成机理,完成了多尺度泥石流与滑坡预报应用系统,并成功服务于全国地质灾害预报预警;为维护国家权益提供了坚实的依据,如我国开展的一系列大气本底观测、生态系统碳通量观测和碳循环试验等科研工作取得重要进展,为我国的温室气体排放清单的编著、生态系统固碳潜力及其区域分布的评估、国际碳贸易、国际气候变化谈判等提供了重要的基础数据和科学依据。

  以LASG的成长为例谈我国基础研究

  吴国雄(中科院院士,LASG顾问委员会副主任)

  1984年底,我从英国学成归国,便投入到筹备建设大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(英文缩写LASG)的工作中。

  20多年来,在科技部、中科院、国家自然科学基金委和大气物理研究所支持下,LASG实行“开放、流动、联合、竞争”的运行机制,发展成今天在国际上有重要影响的大气科学和地球流体力学研究中心和人才培养基地。实验室坚持“数值模拟”、“理论研究”和“诊断分析”三者紧密结合,瞄准天气气候动力学与可预报性研究的国际前沿,面向气候数值模拟与天气气候预测的国家需求和国际竞争,发展数值模式,开展基础性和前瞻性研究。

  过去5年中,实验室积极将科研成果转化并应用于国家气候中心、国家海洋环境预报中心等单位气候趋势预测业务中,在重大灾害性天气气候事件服务需求以及防灾减灾中发挥了重要作用。在国家重点实验室评估中,连续六次被评为优秀。

  回顾国家重点实验室的发展历程,也能看到我国基础研究发展的足迹。

  LASG发展至今,大致经历了两个阶段。第一是1985年至2000年的创业阶段。当时环境艰苦,资金奇缺,人才不稳定。实验室成立之初只有3个办公室,8人挤一间20平方米的屋子;每年运行补贴费只有几十万元,开放课题科研经费1000至2000元;研究人员每月工资只有几十元。上计算机要骑着自行车驮着程序和数据纸带到科学院计算中心。1986年第一次筹备国际会议,我们用手动打字机打印材料,手写200多封信函。此外,实验室人才匮缺,人才流失现象严重。但一批科学家为了事业,不问名利,白手起家,艰苦创业。

  第二个阶段是2000年到2010年的发展阶段。1999年之后,实验室搬至新址,条件大为改善,经费大幅增长。为了充分发挥实验室在数值模拟上的优势,我们选择气候系统模式发展作为实验室未来的突破点,并以一点带动全局的策略,推动实验室研究工作的快速发展。大气科学在20世纪中期以前被认为是理论加描述性科学,现在则发展成为一门可实验性科学。迄今为止,参加国际气候模式比较计划的单位除了LASG所代表的模式唯一来自发展中国家的气候系统模式外,其他都慢来自美英德法等发达国家的气候系统模式。LASG的科学家多次参加国际模式比较计划,在大型国际会议上作特邀报告,在重要国际学术组织担任职务,参与国际研究计划的决策等,使实验室成了具有国际知名度的大气科学研究中心。模式研究发展队伍日益壮大,还为国家气候中心、中国气象局其他业务单位培养和输送了大批人才。

  我曾在上个世纪末,就国家重点实验室建设存在的问题提出建议并致信国家领导。现在,我提出的问题已逐步得到解决。作为国家科技创新体系的重要组成部分,国家重点实验室规模逐步扩大,支持经费稳定增长,特别是2008年科技部和财政部联合宣布设立国家重点实验室专项经费,进一步加大国家重点实验室稳定支持力度。

  但在快速发展的同时也要认识到,我国基础研究整体水平与国际相比,还比较落后,未来发展还任重道远。我们需要突破制约基础研究发展的障碍,谋划进一步提高科研水平和基地建设水平:要改变小作坊生产的传统思想,形成大生产大合作,实现真正的“开放、流动、联合”;要按照科研规律管理科技工作者,从侧重“管”转变到侧重“理”、侧重服务,反对论文数量导向的功利主义评估体系,精简会议,提高管理效率和水平。

  基础研究是自主创新的重要源泉。展望未来,我建议:一是加强顶层设计,如在面对气候变化研究方面,加强多个部委的统筹协调和总体规划,针对不同任务和各自特点明确分工;二是要把国家任务需求和科研基地建设有机配套,紧密挂钩;三是形成和谐发展、各具特色的互补体系,避免“大而全”,既形成有序合作也鼓励竞争;四是加强国际合作,在国家科技计划立项之初就鼓励国际合作。