微束分析测试技术十年(2011~2020)进展与展望

现代地球科学研究的重大突破在很大程度上取决于观测和分析技术的创新。新世纪以来,我国地球科学领域引进了一批高性能新型微束分析仪器设备,建立了一批高规格的实验室。本文回顾了近十年来微束分析技术与方法的主要进展及其在地球科学研究中的应用实例,包括电子探针、扫描电镜、透射电镜、大型离子探针、纳米离子探针、飞行时间二次离子质谱、激光剥蚀等离子体质谱、激光诱导原子探针、原子探针技术、显微红外光谱、同步辐射等,这些分析技术的进步和广泛应用极大地提高了我们对地球和行星演化历史及许多地质过程的理解。今后,应加快微束分析的新技术、新方法和新标准的开发,特别是高水平人才队伍建设,提高创新能力并在国际学术舞台上发挥重要作用。     

深度学习融合遥感大数据的陆地水文数据同化：进展与关键科学问题

以深度学习为核心的数据驱动方法逐步应用于地球科学领域,但这类方法在模型的可解释性和物理一致性等方面还存在挑战。在遥感大数据背景下,如何结合深度学习和数据同化方法,发展陆地水循环过程模拟与预报的新技术和新方法成为地球科学领域的重要研究方向。重点梳理了近年来深度学习在改善陆地水循环要素观测数据质量以及深度学习如何减少物理模型不确定性方面的最新进展,从观测、模型和系统集成3个方面凝练出深度学习融合遥感大数据的陆地水文数据同化研究的关键科学问题：(1)深度学习反演遥感产品时,如何增强样本的时空代表性？(2)如何发展数据同化框架下物理导引的深度学习新方法？(3)如何通过“数据—模型”双驱动提升陆地水循环的可预报性？开展相关研究和探索将有助于推动“数据—模型”混合建模方法在水文领域的深入应用,提高陆地水循环过程的模拟和预测能力。     

形成中国特色环境地质学科理论体系

开展学科发展战略研究,把握学科发展态势,前瞻思考科学前沿领域和发展方向,认知学科发展规律,从我国学科发展的学术能力和政策环境出发,制定学科发展战略,对于推动我国学科的均衡协调可持续发展,进而实现科技事业健康发展、促进科技创新能力整体跨越,具有基础性意义。解决可持续发展面临的资源环境灾害问题,成为地球科学发展的重要推动力;将行星地球作为一个整体系统进行交叉集成,成为地球科学研究的重要方式;新技术体系与观测和模拟平台,成为地球科学研究不可或缺的支撑;全球和区域大型合作     

高等学校《地球科学导论》课程教学改革与探索

在新技术、新方法不断涌现和学科融合发展的背景下,地球科学类课程教学在如何适应未来地球系统科学发展和人才培养需要方面,正面临前所未有的挑战和机遇。论文以浙江大学《地球科学导论》课程为例,对教学内容拓展、课程思政融入和课程教学现代化面临的挑战和应对策略做了介绍,并对未来学科发展和课程教学改革方向进行了思考和展望。分析指出,课程教学改革要以立德树人、铸魂育人为根本,夯实地球科学基础,拥抱新技术新方法,并面向地球系统科学的未来。     

“地球系统探测新原理与新技术”优先领域与地球系统科学

地球系统科学是研究组成地球系统的子系统之间相互联系、相互作用的机制，研究地球整体结构、特征、功能和行为，研究地球系统变化的规律和控制这些变化机理的科学。对地观测、探测与分析技术的发展是地球科学创新思维来源的技术保障，同时对地球科学基础理论研究水平的提高起着重要的作用。21世纪地球科学的发展将更加重视发展地球系统科学的理论、方法与技术体系。“地球系统观测、探测新原理与新技术”被列入国家自然科学基金委员会地球科学部“十五”优先资助领域。回顾“十五”期间的资助情况，探讨该领域和地球系统科学的关系，将有利于“十一五”对该领域资助工作的调整与完善。     

地球空间信息学与对地观测学在灾难管理中的应用研究进展

近年来地球空间信息学(Geomatics)和对地观测学(EOS)的迅速发展, 为灾难管理提供了强有力的支撑技术, 促进了灾难管理效率的提高。在简述地球空间信息学、对地观测学和灾难管理的基础上, 综述了地球空间信息学和对地观测学中多传感技术、高分辨率、多时相的卫星遥感系统的发展不仅满足了灾难管理需求数据的多源性、实时性, 而且提高了遥感影像解译精度和增强了对自然灾害的探测、识别能力; 认为日益完善的空间数据基础设施(SDI)和软件系统功能的增强, 将有利于灾难管理需求数据的可用性、可访问性和数据共享, 加强了灾难管理中海量数据管理、处理、分析和发布能力, 提高了预报和管理决策信息系统的可视化程度, 从而提高灾难管理各个环节的效率和效益。同时, 从技术的角度简述了当前地球空间信息学和对地观测技术在灾难管理应用中的局限性和存在的问题。      

2012—2022年地球科学国际发展态势与中国影响力分析

地球科学对一个国家的经济社会发展有着重要的战略支撑作用。为了对国际地球科学发展态势特别是中国地球科学的国际地位与影响力开展多层次分析,通过构建地球科学发展态势“宏观—中观—微观”定量研究框架,从产出规模、合作网络、研究主题、主题热度和国际影响力等多维角度开展基于文献数据的分析。研究发现,2012年以来全球地球科学保持着较为活跃和稳步向前的发展态势,中国在产出规模、发文机构、合作网络、高被引论文以及国际影响力等方面取得长足进步。基于国内外地球科学战略计划与定量研究结论,从学科战略系统规划、国际深度科技合作、国际前沿科学计划主导、学科领域数据中心建设、新技术工具再研发和学科融合创新发展几方面出发,提出未来中国地球科学发展应加大中长期学科战略研究与系统规划、促进高水平国际深度科技合作与交流、策划发起中国领导国际前沿科学计划等。     

2015年度《地球科学进展》(月刊)征订启事

<正>《地球科学进展》主要以地球系统科学为指导,突出前沿性、交叉性、综合性,是地球科学与资源环境科学领域的前瞻性、综合性、系统性、指导性学术刊物。其宗旨与任务是评述地球科学与资源环境科学研究现状与进展;揭示综合性跨学科性重大研究领域发展态势;监测新兴、边缘、交叉学科和领域研究动态;瞩望国内外研究发展趋向与优先领域;反映地学新技术、新方法应用发展实践;介绍国际科技计划规划战略、实施布局与管理机制;报道国家     

2015年度《地球科学进展》(月刊)征订启事

<正>《地球科学进展》主要以地球系统科学为指导,突出前沿性、交叉性、综合性,是地球科学与资源环境科学领域的前瞻性、综合性、系统性、指导性学术刊物。其宗旨与任务是评述地球科学与资源环境科学研究现状与进展;揭示综合性跨学科性重大研究领域发展态势;监测新兴、边缘、交叉学科和领域研究动态;瞩望国内外研究发展趋向与优先领域;反映地学新技术、新方法应用发展实践;介绍国际科技计划规划战略、实施布局与管理机制;报道国家     

流域科学研究中的观测和模型系统建设

流域是地球系统的缩微,是自然界的基本单元。流域科学从基础研究角度可以被看作是地球系统科学研究方法在流域尺度上的具体体现;从流域综合管理的应用角度看,流域科学是在流域尺度上通过对自然资源和人类活动的优化配置而为可持续发展服务的应用科学。流域观测系统和模型系统的建设是发展流域科学的前提。提出了建立遥感—地面观测一体化的、覆盖流域能水和生物化学循环及社会经济活动的流域观测系统的设想,规划了系统各组成部分,以高效、高分辨率、高精度、多尺度、集成和现代化为流域观测系统的基本衡量准则。流域模型系统可概括为“水—土—气—生—人”集成模型的发展,[JP2]应该科学目标和流域管理目标并重,既要发展具有综合模拟能力的流域集成模型,也要建成流域水土资源和社会经济资源可持续利用决策支持系统。流域集成模型应由分布式水文模型、陆面过程模型、地下水模型、渠系模型、动态植被模型和社会经济模型构成。     

空间对地观测与全球变化的人文因素

地球空间信息科学技术是大有作为的科技领域之一。空间遥感、地理信息系统、卫星定位及其与通信、网络技术的集成正以地球系统作为研究对象，为人们研究地球，特别是人与自然的和谐、人口资源环境的协调和社会的可持续发展提供了前所未有的手段，开拓了崭新的途径。在对国际空间遥感信息技术和空间信息的特点和发展趋势进行科学判断的基础上，分析了对地观测与人文因素的关系，提出了建立国家对地观测系统，发展空间信息技术的战略设想。     

技术方法的进步与地球科学的发展

地球科学作为自然科学的一大门类,其发展速度十分惊人。地球科学的迅速发展一方面反映了人类生产的发展对资源和环境方面愈来愈高的要求,一方面得益于科学技术的普遍发展为地球科学研究提供的越来越有利的条件。关于技术方法对地球科学研究的推动作用,人们早有认识,而现在更为深刻。当今对地球科学研究影响最大的关键技术,包括空间技术,深部探测技术,高新分析测试技术和数据综合分析技术,均来源于现代科学技术的最新发展。为了推动地球科学研究,不但要注意引进各种高新技术,还要注意将这些技术与地学研究相结合,发展和创造适合于地学研究的高新技术,并善于综合应用它们,使它们在地学研究中发挥最有效的作用。     

关于我国开展地球系统研究战略概念模型的讨论

自20世纪末以来,地球科学开始进入一个新的发展时期,地球系统科学理念逐渐成为引领新世纪地球科学的发展方向。世界各国在制定其地球科学战略时,均基于各自掌握的科学资源和实际需求,形成了各自的特色。我国地球科学发展的优势在于区域自然条件,以及社会经济快速发展产生的需求和机遇。基于我国的实际情况的分析,提出了一个地球系统科学研究的概念模型。在这一框架内,我国可以在两方面选择研究范例,并为地球系统科学的发展做出贡献：一是在地球系统物质、能量循环中关注我国具自然条件优势的关键环节;二是强化区域集成研究。同时,还需要加强地球系统观测和模拟的平台建设。     

我国的地球系统科学研究向何处去

近15年来,全球变化与地球系统科学研究在中国广泛开展,我国科学家越来越积极地参加各项国际计划。当前,一些重大的国际计划正在进入其新阶段（如IGBP-II,IODP）,恰好我国也正在制定科技发展中长期规划,迫切需要回顾我国地球系统科学的现状并探讨其今后方向。尽管中国作者的国际论文数量在增长,我国地球系统科学落后于国际的差距仍有拉大的趋势：国际前沿的许多热点问题,在中国尚未提上日程;中国学者在国际计划中早期多有贡献,但在项目总结中却很少有份。为此,提出 3点建议：（1）中国地球科学家应当扩大视野、立足本国、面向全球;（2）应当注意国际前沿动向,促进地学与生命科学在分子水平上的结合;（3）中国的地球科学,应当从以描述为主向探索理的方向发展。我们不应当满足于向国际学术界输出"原料",而要积极参加地球系统科学中关键问题的理论探讨。     

浅议学科交叉与地球系统科学

以整体系统的观念认识地球 ,强化学科间的交叉与渗透 ,是 2 1世纪初地球科学发展的主题。各国都十分重视推动学科交叉研究 ,并将学科交叉分为Modidisciplinary、Interdisciplinary、Transdiscipli nary三个层次。地球系统科学的两大前沿为“地球系统的联系”和“地球系统的演化” ,2 1世纪地球科学的突破在于地球系统变化理论的形成。笔者指出 :目前 ,我们的观念还跟不上地球科学的发展 ,尤其是“学科交叉”的理念不强 ,缺乏地球系统科学的思维 ,但我们有开展地球系统科学研究的有利条件     

流体地球科学与地球系统科学

近年来,地球系统科学逐渐成为地球科学的新趋势,但固体地球科学尚难于融入其中。其根本原因在于地球系统科学属于系统科学或复杂科学的组成部分,而固体地球科学其本质上属于理想科学的范畴,以研究线性地球过程为主,或者以理想科学的手法研究非线性地球过程。流体地球科学不仅研究地球的流体系统,也研究流体系统与固体系统的强和弱相互作用,是固体地球科学融入地球系统科学的唯一途径。     

国际地球科学发展态势

从学科发展的角度综述了20世纪80年代以来地球科学研究在思维方式、研究对象的时空尺度、研究内容、研究形式、组织形式、信息交流、方法手段等方面所发生的深刻变化，指出地球科学已经进入地球系统科学时代和为人类社会经济可持续发展服务的时代。进入21世纪，地球科学研究的主要趋向、热点与重点问题是：①突出地球系统科学，关注全球变化与地球各圈层相互作用及其变化的研究，以及人类活动引发的重大环境变化研究；②突出地球演化的动力过程研究，关注地球内部深层过程与岩石圈动力学、气候系统动力学与气候预测、生态系统动力学与生态环境的保护和建设；③突出地球信息科学，关注数字地球、3S（GIS、DIS和GPS）一体化和地球科学定量化的研究趋势；④突出地球管理科学，关注减灾防灾、环境保护治理、资源合理开发利用以及碳循环、水资源、食物与纤维、能源战略等问题；⑤突出地球科学跨学科研究进展与创新，关注经济社会发展对地球科学的影响与需求，重视地球科学在自然科学内部与其他学科的交叉融合以及高新技术在地球科学中的应用。     

Earth System Science: Conception and Misconception——To the Third Conference on Earth System Science,Shanghai

Earth system science should not be understood as an all embracing term that combines various disciplines studying the planet Earth. Rather, it is a new approach to consider interaction between its various subsystems, and seeks to integrate various research fields to understand the Earth as a system. Earth system science has developed from global changes studies, then extended into the deep geological past and now is facing a new challenge connecting the surface processes with those in the Earth’s interior.