預期目標：完善全球和區域歷史氣候資料序列，建立和改進標準化氣候要素變化序列，開展氣候變化及其影響的檢測和歸因研究，定量分析氣候變化關鍵科學結論的不確定性；深入理解全球氣候系統的變化特徵以及各種物理、化學、生物過程及其相互作用機理，加強全球碳循環模擬研究，研發未來氣候變化趨勢集成預估技術和方法，開展精細化的氣候變化綜合定量評估和適應對策研究，為國家應對氣候變化內政外交及學術發展提供基礎支撐。
（一）優先主題
優先主題28：我國地面氣溫觀測數據代表性分析技術
調研我國2400多個地面臺站的沿革情況及其周邊的建築分布情況，研發適用於我國氣候變化研究的臺站及數據篩選的判定技術和標準，逐一確認我國2400多個地面臺站中適合用於氣候變化研究的臺站，通過對比空間分布不均勻情況下構造區域地表氣溫序列的多種方案，確定適用方案，利用確認後的臺站資料分析近50年我國地面氣溫變化特徵，定量評估改進後的數據對相關業務產品的影響。
優先主題29：青藏高原冰雪化學特徵變化及其氣候效應
分析青藏高原各地區冰雪中主要吸光性氣溶膠沉降物（如黑碳、礦物粉塵、硫酸鹽）的時空變化特徵，研究各種沉降物的變化與大氣環流之間的關係；結合區域氣候模式，研究冰雪中各種沉降物對區域氣候（如溫度、環流型）的影響，探明青藏高原各地區冰雪中主要吸光性氣溶膠的空間分布、來源和傳輸路徑，揭示區域大氣環流對影響冰雪物理和化學特性的主要沉降物的影響，深化對冰雪中黑碳/粉塵濃度變化的區域氣候效應的認識，提高預估未來區域氣候變化的能力。
優先主題30：全球變化背景下東亞區域水汽反饋效應評估及其與氣候變化的聯繫
分析東亞區域大氣水汽的時空分布特徵及其長期變化趨勢，揭示大氣水汽長期變化與全球氣候增暖、區域土地利用變化之間的關係，估算水汽反饋的區域氣候效應和不確定性及其與極端天氣氣候事件之間的聯繫。
優先主題31：沙塵氣溶膠對地表能量平衡、大氣輻射、雲和中國區域氣候變化的影響
通過資料分析和數值模擬，研究我國近幾十年來沙塵暴發生頻率以及沙塵氣溶膠排放、濃度和沉降的變化規律，分析沙塵氣溶膠的物理、化學和光學特性，發展區域氣溶膠—氣候耦合模式，研究沙塵氣溶膠對地表能量平衡和大氣輻射傳輸的影響，研究沙塵氣溶膠在傳輸中的混合、老化、吸溼增長等演變過程以及沙塵對雲凝結核、雲特徵和輻射的影響，研究沙塵氣溶膠對大氣環流、雲和降水的影響機制，評估沙塵在我國區域氣候變化特別是北方乾旱化中的作用和貢獻。
優先主題32：中國近海海面溫度變化及其對我國沿海氣候的影響
收集整理我國近海船舶歷史觀測資料，建立可用於氣候分析的、高質量海面溫度和氣溫資料數據集，研究我國近海（日本海、黃海、東海、南海）地區1900—2010年海面溫度的季節性和區域性年代以上尺度變化規律，研究我國近海區域海面溫度年代和趨勢變化的原因，研究最近50年我國近海地區海面溫度變化對沿岸地帶氣溫和降水的影響及其機理。
優先主題33：東亞地區基本氣候要素歷史變化的檢測
東亞地區近千年溫度和降水年代以上尺度變化異常信號提取、特徵分析和歸因分析（包括不同外強迫因子對東亞地區長期氣候變化產生影響程度的定量化分析）；歷史千年和近代百年尺度溫度和降水觀測記錄與氣候模式模擬結果的異同分析；近千年東亞地區與全球其他區域溫度和降水變化原因特徵比較分析。
優先主題34：氣候敏感性相關分析方法
利用氣候模式進行溫室氣體濃度加倍等條件下平衡氣候敏感性的試驗研究；研究有效氣候敏感性、氣候反饋強度指標、氣候敏感性參數、瞬變氣候響應的計算方法及實驗技術；進行氣候反饋過程（特別是雲反饋和海洋反饋過程）對氣候敏感性估算的影響分析。
優先主題35：中國未來百年高解析度區域氣候預估集成技術
利用多種區域氣候模式模擬結果，進行中國區域氣候變化的異同分析，包括考慮氣候系統模式驅動、不同排放情景（RCP）、區域氣候模式等因素；區域氣候模式與氣候系統模式模擬結果的對比分析，特別是客觀評價區域氣候模式模擬中國區域氣候變化的能力；研發未來中國區域氣候變化模擬結果的定量化集成技術，評估結果的不確定性，建立中國區域高解析度區域氣候模式模擬和預估數據集。
優先主題36：氣候變化領域關鍵科學結論的不確定性定量評估
全球和區域氣候變化觀測事實中的不確定性分析及定量化判別；歷史時期（千年以來）氣候變化重建結果中存在的不確定性分析及定量化判別；氣候模式模擬過程中的不確定性分析及定量化判別；未來全球和區域氣候變化預估結果中存在的不確定性分析及定量化判別；氣候變化影響評估過程中的不確定性分析及定量化判別；氣候變化科學領域關鍵評估結論之間不確定性的關聯及其對影響評估結果和預估產生影響的綜合分析。
優先主題37：氣候變化閾值分析
利用多種模式模擬（包括CMIP5）結果，分析不同排放情景（RCPs）下，未來全球和區域氣候變化是否會發生重大轉折（包括氣候要素和極端事件等多種指標），以及可能發生重大轉折的時間段，給出對應的溫室氣體濃度水平；利用模式模擬數據的降尺度分析結果，分析不同情景下，區域氣候變化對我國農業、水資源、自然生態等方面的影響，給出不同程度、不同時間尺度下的氣候變化對各區域和行業的影響程度的定量結果；利用影響分析結果，判定氣候變化閾值是否存在以及在何種時間和空間尺度上存在，總結歸納在閾值存在條件下氣候變化對我國區域和行業影響的主要後果，並進行定量化的不確定性分析；針對我國未來經濟社會發展情景和影響評估結果進行對策分析。
優先主題38：我國重要農業區適應氣候變化技術及其與減緩的協同效應
揭示我國重要農業產區氣候變化基本特徵，研發氣候變化影響評估模型，定量評估過去和未來氣候變化（包括漸變和巨變、極端事件和極值、氣候和溫室氣體濃度等因素）對重要農業產區糧食生產的影響，分析不同適應技術對重要農業產區農業生產的影響，定量評估不同適應技術在減緩氣候變化方面的協同效應，並開展對策分析。
（二）區域特色
利用氣象觀測資料以及各種代用資料建立我國氣候變化敏感區域代表性資料序列，研究我國主要氣候區氣候變化的特徵、趨勢和可能影響；開展區域氣候變化的檢測和歸因研究，分析區域性極端氣候事件的演變特徵及未來變化趨勢預估，開展全球和關鍵區域碳循環模擬分析研究，分析冰凍圈變化對我國氣候變化的影響，分析區域海平面變化事實及其機理，研究氣溶膠-雲相互作用的氣候作用及其對區域氣候變化的影響，包括水循環、大氣環境等方面；區域輻射平衡的計算及其對氣候變化的影響，開展氣候變化對我國區域能量和水循環的影響和機理研究；研究揭示北方農牧交錯帶主要氣候要素和極端氣候事件對全球變化的敏感性及其響應機理；研究我國西南國際河流（包括元江、瀾滄江、怒江等）流域氣候、水文變化事實，開展流域未來氣候變化預測和影響評估；開展京津冀城市群區域氣候效應研究，揭示快速城市化對區域氣候的影響和機理，為特大城市區域社會經濟功能規劃提供科技支撐；研究氣候變化對珠三角地區鹹潮的影響，揭示未來氣候變化、海平面上升對鹹潮上溯的影響；研究氣候變化對我國陸地生態系統（特別是東北溼地生態系統）的結構和功能的影響，利用陸地生態系統模型和氣候變化模式預估資料，對我國生態影響開展定量評估與預估，提出區域適應氣候變化的措施和對策。