重大研究计划项目

高性能科学计算的基础算法与可计算建模

本重大研究计划以实际需求为牵引，从基础研究入手，加强科学计算领域的重要基础科学问题研究，设计高效基础算法，建立满足实际精度要求的可计算模型，提高利用计算机解决科学与工程问题的能力，为前沿科学研究和国家重大需求提供进一步的科学计算支撑，有力地促进科学计算硬件、软件协调发展，促进数学与其他学科的交叉融合，推动科学计算乃至科学技术的跨越发展。

一、科学目标

围绕基础算法与可计算建模这一主线，开展科学计算的共性高效算法、基于机理与数据的可计算建模和问题驱动的高性能计算与算法评价研究，推动我国高性能科学计算的发展，为解决科学前沿和国家需求中的瓶颈提供关键的数值模拟技术和方法支撑。

二、核心科学问题

1. 数值计算的共性高效算法

（1）微分方程高效高精度的格式构造与分析

（2）复杂数据处理的快速方法

（3）不确定与复杂目标函数的优化方法

2. 基于机理与数据的可计算建模

（1）典型物理模型的耦合与分析

（2）超高维数据的稀疏表达

（3）机理与数据的混合建模

3. 问题驱动的高性能计算与算法评价

（1）多物理过程耦合条件下的数值模拟与算法评价

（2）基于数据提取和分析的计算与算法评价

（3）模型和数据互补的计算与算法评价

三、2015年度重点资助的研究方向

2015年度是本重大研究计划受理项目申请的第5年，根据前期资助布局和整体发展的需要，将进入集成升华阶段，主要以“集成项目”和少量“重点支持项目”予以资助。“集成项目”将在前期资助的“培育项目”和“重点支持项目”中遴选出优秀项目进行整合，为重大研究计划后期的总体集

成服务。与下面公布的重点资助方向关系不紧密的项目申请将不予支持。2015年度总经费约2 000万元。

重点支持项目（资助期限为3年，资助强度约300万元/项）

气候预测资料同化的数学方法研究

主要研究内容：针对气候预测等典型的初值问题，发展资料同化方案中的高效数学优化方法，建立新型同化方案，突破现有资料同化方案维数高、计算量巨大或样本代表性差等瓶颈，缓解背景误差协方差低估和与流依赖有关的一些关键数学问题，使之能够高效同化多源观测数据；利用新的同化方案在气候预测重大应用问题上得到验证。

本年度重点集成方向（资助期限为3年）

1. 航天器再入全流域超大规模计算与验证

主要研究内容：结合全流域（稀薄、过渡与连续介质区）可计算建模、统一快速算法的研究成果，针对航天器再入复杂动力学过程，开展100P级大规模高效计算实现技术的集成，实现航天器再入过程全流域的统一模型、统一算法的大规模数值模拟，并通过实验数据等验证建模、算法与模拟的置信度。

2. 高维多层次生物大数据整合与降维

主要研究内容：结合生物和医学复杂问题的可计算建模、生物大数据降维、特征选择和网络构建的研究成果，开展基于小样本、高维多层次生物系统特征发现理论与算法的集成，针对重大疾病发生发展机制的复杂性，研究生物网络动态变化规律，揭示复杂生命现象，并通过实验数据等验证建模与算法的置信度。

延续资助

对2014年年底结题、有突破苗头的培育项目，可进行延续资助。延续资助申请人应为2014年年底结题的培育项目负责人。延续资助的申请采取自由申请与指导专家组推荐的方式进行。

四、遴选项目的基本原则

为确保实现总体目标，本重大研究计划在择优支持的基础上，要求不同研究领域的人员（鼓励由从事算法、问题、软件3个领域研究的人员结合）组织队伍进行项目申请，优先支持具有如下特征的项目申请：

（1）具有原始创新思路和独具特色的探索性研究；

（2）从建模、算法到数值模拟的融合研究；

（3）能够真正发挥数学在交叉研究中的作用、有别于现有做法的研究。

五、申请注意事项

（1）申请人在填报申请书前，应认真阅读本《指南》。必须在该重大研究计划2015年度拟资助的研究方向和该计划确定的核心科学问题内进行选题，同时要体现学科交叉研究的特征以及对解决核心科学问题和实现计划总体目标的贡献，尤其是要体现发展算法与解决实际科学问题的结合，明确和突出所申请研究问题的特色，不符合本《指南》的申请将不予受理。如果申请人已经承担与本重大研究计划相关的国家其他科技计划项目，应当在报告正文的“研究基础”部分论述申请项目与其他相关项目的区别与联系。

（2）申请书中的资助类别选择“重大研究计划”，亚类说明选择“重点支持项目”或“集成项目”，附注说明均须选择“高性能科学计算的基础算法与可计算建模”，以上选择不准确或未选择的项目申请将不予受理。根据申请的具体研究内容选择相应的申请代码（譬如生命科学领域的项目选择生命科学部的申请代码、地球科学领域的项目选择地球科学部的申请代码、信息科学领域的项目选择信息科学部的申请代码等）。

（3）申请书由数理科学部负责受理。

精密测量物理

精密测量物理是现代物理学发展的基础、着力点和前沿，是科学问题探索和精密测量技术相互融合的结果，是解决国家相关精密测量重大需求的基础。本研究计划旨在针对特定的精密测量物理研究对象，以原子分子、光子为主线，构建高稳定度精密测量新体系，探索精密测量物理新概念与新原理，发展更高精度的测量方法与技术，提高基本物理学常数的测量精度，在更高精度上检验基本物理定律的适用范围。

一、科学目标

总体科学目标：进一步提升我国在精密测量领域的研究能力，促进精密测量物理领域的发展，增强精密测量物理学科整体上在国际上的影响力，其中某些方面达到国际领先水平，扩大基本物理常数测量和基本物理量测定的国际话语权。在导航定位、守时授时、资源勘探、国防安全等国家需求方面提供关键概念、方法、技术基础。在精密测量领域，为国家发展的需求造就一支高水平的研究队伍。

具体科学目标：改进现有实验体系，提升测量精度；构建原子分子冷却新体系，提出原子分子冷却以及用于精密测量的新原理与新方法；实现突破标准量子极限的测量，噪声压缩达到国际领先水平；时频测量不确定度达到10–18水平，时频比对传递精度优于10–19；更多物理常数测量值进入CODATA；等效原理和牛顿反平方定律等物理定律检验取得国际领先的结果等；在实验测量研究的基础上，获取新发现、新认识、新机理，提出新概念、新观点等。

二、核心科学问题

1. 突破标准量子极限的测量原理、方法与技术

2. 突破现有原子频标精度水平的新原理与方法

3. 突破原子精密操控和分子冷却的新机理与技术

三、2014年度受理与资助情况