“十三五”期间，通过支持我国优势学科和交叉学科的重要前沿方向，以及从国家重大需求中凝练可望取得重大原始创新的研究方向，进一步提升我国主要学科的国际地位，提高科学技术满足国家重大需求的能力。各科学部遴选优先发展领域及其主要研究方向的原则是：
（1）在重大前沿领域突出学科交叉，注重多学科协同攻关，促进主要学科在重要方向取得突破性成果，带动整个学科或多个分支学科迅速发展；（2）鼓励探索和综合运用新概念、新理论、新技术、新方法，为解决制约我国经济社会发展的关键科学问题做贡献；（3）充分利用我国科研优势与资源特色，进一步提升学科的国际影响力。各科学部优先发展领域将成为未来五年重点项目和重点项目群立项的主要来源。

 1．数理科学部优先发展领域

（1）数论与代数几何中的朗兰兹（Langlands）纲领

主要研究方向：几何p-adic Galois表示的Fontaine-Mazur猜想；亚辛群的稳定迹公式；Shimura簇的上同调；特征p上的代数群的不可约特征标问题；简约群的表示和它们的扭结Jacquet模的关系；BSD猜想及相关问题。 

（2）微分方程中的分析、几何与代数方法

主要研究方向：几何方程奇点问题与流形分类；Morse理论和指标理论及应用；高亏格的Lagrangian Floer同调理论；Hamilton系统的动力学不稳定性；动力系统的遍历论；Navier-Stokes方程的整体适定性；广义相对论中Einstein方程的宇宙监督猜想，以及相关的反问题数学理论与方法。 

（3）随机分析方法及其应用

主要研究方向：非线性期望下的随机微分方程；随机偏微分方程与正则结构；随机微分几何、狄氏型及应用；马氏过程遍历论；离散马氏过程的精细刻画；随机矩阵、极限理论与大偏差，以及在金融、网络、监测、生物、医学和图像处理等方面的应用。 

（4）高维/非光滑系统的非线性动力学理论、方法和实验技术 

主要研究方向：含非线性、非光滑性、时滞和不确定性等因素的高维约束系统的动力学建模、分析与控制，及学科交叉中的新概念和新理论；相关的大规模计算和实验方法和技术研究。 

（5）超常条件下固体的变形与强度理论

主要研究方向：超常条件下固体的变形与强度理论、柔性结构多场大变形本构关系与功能－材料－结构一体化设计原理、新型复杂结构的不确定性动态响应规律及固体中弹性波传播机理；相关的新实验方法与仪器、多尺度算法与软件。 

（6）高速流动及控制的机理和方法

主要研究方向：与高速空天飞行器和海洋航行器流动以及多相复杂流动相关的湍流机理及其控制手段；稀薄气体流动和高速流动的理论、模拟方法及实验技术。 

（7）银河系的集成历史及其与宇宙大尺度结构的演化联系 

主要研究方向：银河系的集成历史；银河系的物质分布；暗物质粒子性质探测；宇宙大尺度结构的形成；宇宙加速膨胀的观测；暗能量本质和宇宙尺度引力理论；星系形成的物理过程；星系性质与大尺度结构的关系；大质量黑洞的形成及对星系形成的影响。 

（8）恒星的形成与演化以及太阳活动的来源

主要研究方向：星际物质循环、分子云的形成、性质及其演化；恒星的形成、内部结构与演化；致密天体及其高能过程；太阳大气的磁场结构；太阳发电机理论与太阳活动周演化规律。 

（9）自旋、轨道、电荷、声子多体相互作用及其宏观量子特性

主要研究方向：新的量子多体理论与计算方法；新的高温超导以及拓扑超导体系，铜基、铁基和重费米子超导的物理机理问题，界面超导体系的制备与机理；拓扑绝缘体等拓扑量子态的调控机制，不同材料体系中拓扑磁结构；高密度、低能耗信息拓扑磁存储的原理性器件；新型低维半导体材料中能谷与自旋态的控制，高迁移率的杂质能带和多能带效应。 

（10）光场调控及其与物质的相互作用

主要研究方向：光场的时域、频域、空间调控，超快、强场和热稠密环境中原子分子动力学行为；强激光驱动粒子加速、辐射源产生及激光聚变物理；纳米尺度的极端光聚焦、表征与操控；介观光学结构光过程精确描述以及微纳结构中光子与电子、声子等相互作用新机制，光子－光电器件耦合与操控和等离激元的产生及传输。 

（11）冷原子新物态及其量子光学 

主要研究方向：光子－物质相互作用及其量子操控的先进技术，新奇光量子态的构造、控制和测量，固态系统相互作用的光力学；基于量子光学的精密测量的新原理和新方法；冷原子分子气体的高精度成像技术与量子模拟，分子气体冷却的新原理和新方法；原子分子内态、外部环境及相互作用精确操控的新机制。 

（12）量子信息技术的物理基础与新型量子器件 

主要研究方向：可扩展性的固态物理体系量子计算与模拟；面向实际应用的量子通讯、量子网络和量子计量学等量子技术前沿的变革性新技术；用逻辑严谨的量子物理理论诠释、导引量子信息的研究方向。 

（13）后Higgs时代的亚原子物理与探测

主要研究方向：超弦/M－理论、极早期宇宙研究探讨相互作用的统一；TeV物理、Higgs特性、超对称粒子和其他新粒子、强子物理与味物理、对称性研究和格点QCD计算；量子色动力学的相结构与夸克胶子等离子体新物质特性；不稳定核和关键天体核反应的精确测量，滴线区原子核的奇异结构和同位旋相关衰变谱学，合成超重核的新机制和新技术。 

（14）中微子特性、暗物质寻找和宇宙线探测 

主要研究方向：中微子振荡、中微子质量、无中微子双β衰变、直接和间接寻找暗物质、宇宙线源的成分和加速机制；抗辐照，大面积、空间、时间和能量高灵敏、高分辨的核与粒子探测原理、方法和技术；超弱信号，超低本底的探测机制和技术。 

（15）等离子体多尺度效应与高稳运行动力学控制 

主要研究方向：等离子体中多尺度模式（包含波与不稳定性和边界层物理）之间的非线性相互作用和磁重联过程；稳态高性能等离子体的宏观稳定性和动力学和微观不稳定性、湍流和输运；电子动力学和在相空间所有维数上的多尺度湍流/输运的机理和模型；寻找降低热和粒子流对材料表面损伤的方法；波与粒子相互作用及其与其他物理过程的耦合。

2．化学科学部优先发展领域
 

（1）化学精准合成 

主要研究方向：新试剂、新反应、新概念、新策略和新理论驱动的合成化学；非常规和极端条件下的合成化学；原子经济、绿色可持续和精准可控的合成方法与技术；化学原理驱动的合成生物学；特定功能导向的新分子、新物质和新材料的创造。 

（2）高效催化过程及其动态表征 

主要研究方向：构筑特定结构和功能催化材料的新方法与新概念；催化活性位点的调控；原位、动态、高时空分辨的催化表征新方法与新技术；催化反应机理和过程的新理论方法。 

（3）化学反应与功能的表界面基础研究

主要研究方向：表界面结构与电子态的新颖特性；表界面修饰和反应性的调控；分子吸附、组装、活化与反应；外场调控与表界面反应性能增强；多尺度、多组分复杂界面电化学体系；新介质体系中的胶体以及界面现象；表界面过程研究的新理论和新方法。 

（4）复杂体系的理论与计算化学 

主要研究方向：强关联及激发态的电子结构理论新方法；针对大分子和凝聚相体系的低标度有效算法；针对复杂体系，发展多尺度的动力学理论，包括量子动力学、量子－经典混合以及经典动力学。 

（5）化学精准测量与分子成像

主要研究方向：新的分析策略、原理与方法；超高时空分辨光谱技术与成像分析；多维谱学原理与技术；单分子、生物大分子和单细胞的精准测量、表征及操控；活体的原位和实时分析；生物传感与重大疾病诊断；公共安全预警、甄别与溯源；大科学装置的应用；极端条件下的化学测量与分析。 

（6）分子选态与动力学控制

主要研究方向：高效分子振动态制备技术和基于相干光源的探测技术；多原子反应动态学；表界面化学反应动力学；分子振动激发态、电子激发态及非绝热动力学；多元复杂体系的动力学测量及模拟。 

（7）先进功能材料的分子基础 

主要研究方向：新型功能材料体系的分子基础与原理，以及多尺度结构及宏观性能控制；高性能和多功能新材料的创制，这些性能与功能包括面向能源、健康、环境和信息等领域的光、电、磁、分离、吸附、仿生、能量储存与转换、药物输运、自修复、极端条件应用等。特别注重我国特色资源的研究和深度利用。 

（8）可持续的绿色化工过程

主要研究方向：复杂体系化工基础数据的精准测量与建模；限域空间或极端条件下的质荷与能量传递和反应；复杂化工体系介尺度理论与方法；基于原子经济性和宏量制备的化工过程及过程强化技术。 

（9）环境污染与健康危害中的化学追踪与控制 

主要研究方向：复杂环境介质中污染物的表征与分析，多介质界面行为与调控；大气复合污染控制；灰霾形成机制与健康风险；水和土壤污染过程控制与修复；持久性有毒污染物环境暴露与健康效应；环境中抗生素及抗性基因的传播与控制；放射性物质的环境行为与防控。 

（10）生命体系功能的分子调控 

主要研究方向：以细胞命运调控为主线的分子探针设计、合成及应用；生物大分子的合成、标记、操纵、动态修饰、化学干预及其相互作用网络定量化；小分子对生物大分子的系统调控；重要生物活性分子的发现与修饰（文本复制于“口袋科研”公众号）；重大疾病治疗的先导药物发现和靶点识别。 

（11）新能源化学体系的构建

主要研究方向：碳基能源的高效催化转化；燃料电池、二次电池和超级电容器等电化学能量储存与转化系统集成；高效太阳能电池材料设计与制备、器件组装与集成的光电转换过程化学；纤维素类生物质选择转化和生物燃料电池。 

（12）聚集体与纳米化学 

主要研究方向：分子聚集体中的基元协同作用；大分子、超分子和纳米结构的精确构筑和调控；大分子凝聚态结构、动态演变及其理论与计算方法。 

（13）多级团簇结构与仿生

主要研究方向：团簇的精准制备、本征性质表征和理论；团簇的动态生长、机理、结构和性能；团簇多级结构的构筑与协同效应；仿生团簇的生物功能和高效化学活性。 

3．生命科学部优先发展领域

（1）生物大分子的修饰、相互作用与活性调控 

主要研究方向：生物大分子修饰、动态变化及其功能；生物大分子相互作用的动态性和网络特征；生物大分子特异相互作用的结构基础和预测；生物大分子复合体的自组装；糖、脂化学与酶促合成、结构与功能；高分辨等技术方法研究细胞内大分子行为。 

（2）细胞命运决定的分子机制

主要研究方向：细胞可塑性调控机制；细胞器和亚细胞结构的动态变化及其功能；细胞跨膜信号转导与命运决定；干细胞多能性维持与定向分化的机制；胚胎干细胞分化的转录和表观遗传调控网络。 

（3）配子发生与胚胎发育的调控机理 

主要研究方向：配子发生和成熟的分子机制；胚胎发育图式的动态变化及其分子调控网络；细胞谱系发育的分子机制；配子发生和胚胎发育的表观遗传调控。 

（4）免疫应答与效应的细胞分子机制 

主要研究方向：免疫细胞新亚群、新分子及其功能；免疫细胞识别和活化的信号转导；不同类型免疫细胞相互作用及其功能；微生态黏膜免疫机制；免疫耐受和免疫逃逸机制。 

（5）糖/脂代谢的稳态调控与功能机制

主要研究方向：糖/脂代谢与能量代谢的网络调控；膜糖/脂代谢的动态调控与功能；糖/脂特异代谢物的转运机制与功能；细胞或组织器官特异的糖/脂代谢与功能；糖/脂代谢调控与内分泌系统的相互关系；糖/脂代谢的稳态维持与异常发生机制。 

（6）重要性状的遗传规律解析 

主要研究方向：复杂性状的遗传结构和调控机制；复杂疾病的遗传和生理机制；生物性状演化的遗传基础；人类及重要生物表型的特征及遗传基础；次级代谢调控的遗传基础。 

（7）神经环路的形成及功能调控

 主要研究方向：神经元的发育、形态与功能；神经元之间选择性联系机制；神经环路信息的处理和整合；神经环路异常与疾病发生机理。 

（8）认知的心理过程和神经机制

主要研究方向：感知觉信息处理与整合；注意和意识的心理过程和神经机制；高级认知过程（学习、记忆、决策、语言等）的心理和神经机制；认知异常的发生机理、早期识别与干预；人类个体认知与社会行为的发生发展过程。 

（9）物种演化的分子机制

主要研究方向：特殊环境下物种的适应性演化机制；物种相互作用的协同演化机制；物种相似性状的趋同演化机制。 

（10）生物多样性及其功能

主要研究方向：生物多样性的形成机制；生物多样性的维持机制；生物多样性丧失机制；生物多样性与生态系统功能的关系。 

（11）农业生物遗传改良的分子基础

主要研究方向：农业生物重要性状形成的遗传基础；农业生物基因与环境互作机制；农业生物表型和基因型的关系；农业生物育种的新理念和新模型。 

（12）农业生物抗病虫机制

主要研究方向：农业生物抗病虫的分子和生理机制；农业生物免疫应答的分子基础；农业生物病虫害发生的规律与防治基础。 

（13）农林植物对非生物逆境的适应机制 

主要研究方向：农林植物适应非生物逆境的分子生理基础；农林植物对多种非生物逆境的交叉响应机理；农林植物适应非生物逆境的栽培调控机制。 

（14）农业动物健康养殖的基础 

主要研究方向：农业动物重要性状形成的生物学规律和生理基础；农业动物及养殖环境中病原的适应性与传播规律；重要人兽共患病的发生规律及防控；养殖过程中环境因子变化和污染物迁移规律；饲料营养及代谢产物对动物免疫的影响机制；牧草品种选育及草地生产力维持机制。 

（15）食品加工、保藏过程营养成分的变化和有害物质的产生及其机制 

主要研究方向：食品加工方式、加工过程营养成分的变化及其机制；食品贮藏保鲜和营养成分维持的生物学基础（文本复制于“口袋科研”公众号）；食品中有害物质的产生及其消除的机制；食品有害物质痕量、快速检测的理论与新技术、新方法。 

4．地球科学部优先发展领域

（1）地球观测与信息提取的新理论、技术和方法 

主要研究方向：地球物质物理化学性质和过程的实验技术；地球深部探测和地表观测的理论和技术；微量、微区与高精度和高灵敏度实验分析技术；地球系统基础信息采集和应用的理论与技术；深空、深地、深时、深海的探测理论与方法；地学大数据的同化、融合、共享和分析技术；地球系统科学体系下的遥感定量化研究；观测系统和多源数据融合；地球系统科学数值计算与模拟技术。 

（2）地球深部过程与动力学 

主要研究方向：地壳和地幔的结构、组成和状态；大陆岩石圈的形成、改造与演化；板块汇聚过程与造山带动力学；地球深部流体和挥发份；板块界面相互作用与俯冲带过程；地球深部过程与表层过程的耦合关系；早期地球的构造体制和组成；地震灾害孕育发生和成灾机理；大陆活动火山成因机理与灾害和环境效应。 

（3）地球环境演化与生命过程 

主要研究方向：重要化石门类系统古生物学与生命之树；深时生物多样性演变与规律；生命起源与地球物质演化；高分辨率综合地层学与地时研究；地球微生物学及化学过程与环境演化；极端条件下的生命过程与地质环境；地质历史时期的重大环境事件与成因；人类起源与环境背景之间的共同演化；类地行星起源与演化。 

（4）矿产资源和化石能源形成机理 

主要研究方向：地球深部资源和能源的赋存状态与勘察；板块汇聚、岩石圈再造与成矿作用；特殊元素分散富集与成矿作用；盆地动力学与成矿成藏作用；致密油气形成条件、富集区分布与勘探；地下水循环与可持续利用；成矿模型、成矿系统与成矿机理。 

（5）海洋过程及其资源、环境和气候效应

主要研究方向：多尺度海洋过程及其在气候系统中的作用；海洋生态系统与生物多样性；海洋生物地球化学过程与生态环境；东亚大陆边缘海形成演化与岛弧－洋中脊系统；洋陆过渡带结构、构造与相互作用；南、北极环境变化与海洋过程，海洋多圈层相互作用过程和机理。 

（6）地表环境变化过程及其效应

主要研究方向：陆地表层系统的过程与机制；地表过程对环境变化的响应机制及其反馈；土壤过程及其生物地球化学循环；典型区域地表过程综合研究。 

（7）土、水资源演变与可持续利用

主要研究方向：土壤过程与演变；土壤质量与资源效应；流域水文过程及其生态效应；区域水循环与水资源的形成机制；区域水、土资源耦合与可持续利用；土壤生物的生态功能与环境效应；生态水文过程与生态服务。 

（8）地球关键带过程与功能 

主要研究方向：关键带结构、形成与演化机制；关键带物质转化过程与相互作用；关键带的服务功能与可持续发展；关键带过程建模及系统模拟研究。 

（9）天气、气候与大气环境过程、变化及其机制 

主要研究方向：天气与气候变化的动力机制及其可预报性；气候年代际变异预测；大气物理、大气化学过程及相互影响机制；亚洲区域天气变化、气候变异和大气环境的相互影响；气候系统中能量和物质的交换和循环；极端气候事件的频率和幅度。 

（10）日地空间环境和空间天气

主要研究方向：空间天气科学前沿基本物理过程；日地系统空间天气耦合过程；空间天气区域建模和集成建模方法；空间天气对人类活动的影响的机理和对策研究；太阳活动及其对空间天气的影响；空间与海洋大地测量理论、方法与技术及其地学应用。 

（11）全球环境变化与地球圈层相互作用

主要研究方向：全球变暖停滞（Hiatus）的过程与机制；海气相互作用与亚洲气候环境变化；全球气候变化与水循环；生物地球化学循环与气候环境变化；新生代气候系统古增温及其影响；圈层相互作用和地球系统模拟。 

（12）人类活动对环境和灾害的影响 

主要研究方向：工业、城镇固废弃物污染特征、交互作用规律与安全处置；大规模人类工程活动对环境影响和致灾机理；矿产资源利用的生态环境效应；滑坡、泥石流等地质灾害的演化机制、诱发因素与成灾机理；大气复合污染物形成过程中的人类影响；人类活动对区域和全球环境的影响（文本从“口袋科研”Copy而来）；区域环境过程与调控；区域可持续发展；环境污染物的多介质界面过程、效应与调控；区域人类活动与资源环境耦合；城镇化与资源环境效应。 

5．工程与材料科学部优先发展领域

（1）亚稳金属材料的微结构和变形机理

主要研究方向：发展新型具有特殊性能的非晶态合金体系；复杂合金相的结构和性能研究；结构特征与表征方法；结构与热稳定性；变形机理及强化机制；脆性断裂机理及韧化；深过冷条件下的凝固行为及晶体形核和生长过程研究。 

（2）高性能轻质金属材料的制备加工和性能调控

主要研究方向：轻质金属材料（铝、镁、钛合金和泡沫金属等）合金设计、强韧化机理及组织性能调控研究；先进铸造、塑性加工以及连接过程中的工艺、组织和性能调控的基础理论研究；使役性能与防护基础理论研究；烧结金属孔结构控制基础研究。 

（3）低维碳材料 

主要研究方向：低维碳材料的结构特征及其新物性的物理起因；低维碳材料中电子、光子、声子等的运动规律和机制；低维碳材料的可控制备原理与规模化制备方法；低维碳材料的新物性、新效应、新原理器件和新应用探索。 

（4）新型无机功能材料 

主要研究方向：基于微观物理模型和物理图像的高温超导机理研究与应用；多铁性材料的合成和磁电耦合机理与应用；超材料的结构设计原理及其新效应器件；阻变材料的物理机制和器件忆阻行为的可调控性及原型器件研究。 

（5）高分子材料加工的新原理和新方法 

主要研究方向：高分子材料加工中结构演变的物理与化学问题；高分子材料非线性流变学，以及高分子加工不稳定现象的机理；高分子材料加工的多尺度模拟与预测；高分子材料加工的在线表征方法；微纳尺度加工等新型加工方法，以及基于原理创新的加工技术。 

（6）生物活性物质控释/递送系统载体材料

 主要研究方向：生物启发型和病灶微环境响应载体材料；疾病免疫治疗药物载体材料；核酸类药物载体材料及其递送系统；具高灵敏度、组织和细胞高靶向性及信号放大功能的分子探针，以及诊－治一体化的高分子载体材料及其递送系统。 

（7）化石能源高效开发与灾害防控理论

主要研究方向：实钻地层物化特性和岩石力学；油气藏开发，复杂工况管柱与管线，复杂油气工程相互作用及流动；开采条件下岩体本构关系，多相、多场耦合的多尺度变形破坏机理；极端条件下开采机器人化的信息融合与决策。 

（8）高效提取冶金及高性能材料制备加工过程科学

主要研究方向：冶金关键物化数据；选冶过程物相结构演变；反应器新原理与新流程，低碳炼铁；高效转化与清洁分离，二次资源利用，高效连铸；高性能粉末冶金材料；多场作用下的金属凝固；界面科学；冶金过程高效利用。 

（9）机械表面界面行为与调控 

主要研究方向：界面接触与粘着机理；表/界面能形成机理及应用；受限条件下界面行为调控；运动体与介质界面行为；生物组织/人工材料界面行为；生物组织界面损伤与修复。 

（10）增材制造技术基础 

主要研究方向：高效、高精度增材制造方法；先进材料增材制造技术及性能调控；材料、结构与器件一体化制造原理与方法；生物3D打印及功能重建；多尺度增材制造原理与方法。 

（11）传热传质与先进热力系统

主要研究方向：非常规条件及微纳尺度传热的基础研究；基于先进热力循环的新型高效能量转换与利用系统；生物传热传质基础理论及仿生热学；热学探索－热质理论的微观基础及其与宏观规律的统一。 

（12）燃烧反应途径调控

主要研究方向：基于燃料设计和混合气活性控制的燃烧反应途径调控研究；非平衡等离子体燃烧反应途径调控研究；以催化辅助、无焰燃烧、富氧燃烧和化学链燃烧等新型燃烧技术为主燃烧反应途径调控研究；基于尺度效应的燃烧反应途径调控；基于物理过程控制的燃烧反应途径调控。

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