新一代对地观测系统的发展

对地观测系统(EOS，Earth Observation System)是获取空间对地信息、促进地球系统科学和空间信息科学等学科发展的支柱。长期以来，人们就期望着对自己居住的地球有一个全面深刻的了解，研究这种从几十年到几百年时间尺度的全球变化，依赖于观测系统和观测技术的发展。因此有必要建立一个对地球整体的观测系统，利用空间优势，获取有关地球体系及其各个组成部分的详细数据或信息。 近50年来，世界对地观测技术得到了迅猛的发展。NASA针对全球变化研究对建立长期的数据采集系统的实际需求，于20世纪80年代初开始规划地球观测系统（EOS）计划，并于90年代初实施。它包括一系列卫星、自然科学知识组成和一个数据系统，支持一系列极地轨道和低倾角卫星对地球的陆地表面、生物圈、大气和海洋进行长期观测。地球观测卫星系列是EOS计划的最基本和最重要的环节。EOS卫星系列计划在今后的10年内陆续发射一系列的太阳轨道环境遥感卫星，构成连续15年的数据采集系统，其规模在地球观测卫星发展史上是空前的。在EOS计划的基础上NASA规划了ESE战略计划，将继续发展国际新一代对地观测系统。迄今为止，Terra、Aqua和Arua卫星已经发射成功，引起地球遥感科学界的瞩目，为地球科学研究提供重要的数据资源。     

基于遥感空间信息的洪水风险识别与动态模拟研究进展

对地观测卫星遥感能够提供广泛可靠的空间信息，是洪水风险识别与动态模拟的重要支撑技术之一。为阐明卫星遥感技术对洪水研究的推动作用，回顾了洪水风险识别与动态模拟研究的发展历程及技术需求，以对地观测卫星遥感三大阶段的发展轨迹为主线，分析了遥感空间信息在洪水研究中的历史性贡献和阶段性效用，讨论总结了危险分区法、水文模型和微波遥感监测等3种洪水研究典型方法的应用进展。提出未来洪水风险识别与动态模拟研究的重点：遥感空间信息与模型算法的深度结合，遥感反演算法与系统的开发及应用，典型洪水研究方法集成系统的开发与应用，大数据方法与手段的应用。以期为提升洪水应急响应能力与灾害风险管理水平提供有效参考。     

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。      

基于遥感空间信息的洪水风险识别与动态模拟研究进展

对地观测卫星遥感能够提供广泛可靠的空间信息,是洪水风险识别与动态模拟的重要支撑技术之一。为阐明卫星遥感技术对洪水研究的推动作用,回顾了洪水风险识别与动态模拟研究的发展历程及技术需求,以对地观测卫星遥感三大阶段的发展轨迹为主线,分析了遥感空间信息在洪水研究中的历史性贡献和阶段性效用,讨论总结了危险分区法、水文模型和微波遥感监测等3种洪水研究典型方法的应用进展。提出未来洪水风险识别与动态模拟研究的重点:遥感空间信息与模型算法的深度结合,遥感反演算法与系统的开发及应用,典型洪水研究方法集成系统的开发与应用,大数据方法与手段的应用。以期为提升洪水应急响应能力与灾害风险管理水平提供有效参考。     

基于空间信息技术的地震灾害监测评估

空间信息技术即包括地理信息系统GIS、遥感RS、全球导航卫星系统GNSS以及数字地球在内的地球空间信息科学。随着计算机和空间对地观测技术的发展,空间信息技术已逐渐应用于防震减灾领域。本文通过实际震例分别对目前基于GIS、RS技术的地震灾害监测评估方法进行了分析研究,总结了其优越性以及存在的问题,并结合数字地球平台可视化展示了综合多源数据空间信息技术方法进行的震害评估效果。     

遥感尺度问题研究进展

尺度是与空间现象有关的术语，在地学研究中更是一个重要的概念，忽视遥感观测的尺度效应，使得对地观测难以获得精确的地表参数，这一问题已经引起国际遥感界的重视，遥感物理建模和遥感数据应用都有尺度问题，像元尺度上地表参数的定量描述是建立遥感尺度转换模型和信息转换模型的基础，试图从尺度的定义，遥感尺度问题所涉及的内容和遥感尺度效应研究常用的技术方法等三个方面论述遥感尺度问题的研究进展，像元尺度上地表参数的定量描述是遥感信息尺度转换的基础。     

中美两国对地系统观测比较分析及对中国的启示

地球系统各要素间的相互耦合作用对资源开发利用、粮食和生存空间供给以及自然灾害防治等维持人类社会稳定发展的基本活动产生着巨大影响。因此,建设对地系统观测工程成为地球系统科学界的重大课题。对地系统观测工程包括三大彼此联系的功能模块,分别是破解地球系统要素耦合作用机理、提升对地球系统发展变化趋势的预测能力以及为决策者提供具有明确行动指向的信息情报。近期,中美两国均提出了未来对地系统观测的战略构想。通过比较分析两国对地系统观测的构想和实践过程,梳理两国对地系统观测的异同,在借鉴美国经验的基础上,提出了对中国对地系统观测工作的启示。     

对地观测技术用于汶川和玉树地震灾害的研究

汶川、玉树大地震造成了重大人员伤亡和财产损失。地震发生后,对地观测技术成为地震灾害监测与灾情评估的重 要手段。本文将从三个方面论述对地观测技术在上述地震灾害评估和研究中所发挥的作用：一是利用高分辨率光学对地观 测技术,建立堰塞湖、道路损毁、崩塌/滑坡/碎屑流等次生地质灾害的遥感分析方法和模型,系统监测汶川地震次生地质 灾害的空间分布、损毁范围、风险程度;二是利用宽幅和干涉两种模式SAR数据,分析玉树地震的区域地质构造和岩性分 布特征,获得玉树地震同震形变场大小及其空间分布信息,证明了多模式SAR在地震灾情协同分析与评价中的有效性和重 要潜力;三是建立了地震灾害三维模拟评估系统,提高了对地震灾害三维模拟的精确性,为地震灾情的精确三维评估提供 了系统平台。     

遥感对地观测技术现状及发展趋势

遥感对地观测技术从地面遥感阶段、航空遥感阶段发展到航天遥感阶段,从最早发达国家开始应用,现在已经普及到绝大多数国家,其中应用程度较高的国家有美国、法国、加拿大、日本、前苏联、印度、以色列和中国;遥感技术已广泛应用于地质调查、植被遥感、大气遥感、环境与灾害、土壤调查、城市环境,水文与冰雪等领域;现在正朝高光谱分辨率、雷达传感器、高分辨率小卫星的方向发展.     

构建天地一体化的全球对地观测系统--三次国际地球观测峰会与GEOSS

为深入认识地球系统,提高国家、地区和全球应对突发事件的能力;为解决人类社会发展中所面临的资源环境危机,增进人类的健康、安全和福祉;通过广泛的国际合作,构建综合、协调、持续的全球对地观测系统是实现上述目标的有效途径且已成为国际社会共识。通过对近两年来3次国际对地观测峰会概况的介绍和分析,阐述了分布式全球对地观测系统（GEOSS）的目标、范围、社会效益、技术方法和运作机制等内容。强调GEOSS成功的关键因素之一取决于其参加者能否接受并执行系统的互操作规程与统一的数据标准,以实现全球范围的数据资源共享。     

地球系统科学的发展与展望

简要回顾了地球系统科学从20世纪80年代作为人类迎接全球环境问题的挑战而提出的集成研究方法、到逐步成长为一门新兴学科的发展历程，系统阐述了地球系统科学的研究目标、研究对象、研究方法及所关注的科学问题。地球系统科学是一门连接地球科学、生命科学、计算机和对地观测技术以及其它相关科学的一门新兴的交叉学科。由于它所针对的特定的全球性环境问题，关系到社会的可持续发展和人类的切身利益，因此，它也是一门有极强生命力的科学。     

“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。     

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。     

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。     

引领世纪的地球系统科学研究现状

随着人类社会谋求可持续发展意愿的加强,突出系统科学的服务和规范已成为我国公益性地质工作的战略要求,并且成为引领新世纪地球科学的发展方向。建立在地球探针等技术基础之上的系统科学,必将促进多学科交叉融合,从地球系统整体行为研究寻求解决办法。由此提出了地球系统和地球系统科学的概念。通过自由性、统计性、组合性的研究,研究自然界中的秩序与和谐,通过体系的完全性、参数性、层次性的研究,揭示不同空间的物质组成,解释不同结构的物性参数,通过地质学、地球物理、地球化学信息的研究,探索开发矿物原料、资源估算、水文生态、污染治理、矿山监测。     

新世纪地球科学视野中的新技术和新方法(代序)

从科学发展战略的角度 ,讨论了新技术、新方法在地球科学中的应用。新世纪的地球科学在新技术、新方法的应用方面呈现出鲜明的时代特色 ,即观测范围的扩大与观测能力的增强 ,多学科观测的海量数据的积累与地球观测系统的整合 ,不断增强的挑战非线性复杂地球系统中的预测问题的能力。特别是 ,作为地球观测系统的整合的“数字地球”和作为地球过程的模拟工具的高效并行计算 ,将在地球系统科学的发展中发挥重要作用。从方法论的角度 ,文中特别指出 ,只有掌握新技术、新方法的人对新技术、新方法有正确的理解 ,并具有创新性的思维 ,新技术、新方法才能发挥其应有的效能。     

地球环境与生命过程

生物圈是地球系统中唯一具有生命活动的圈层,生物圈及其与各圈层之间的相互作用对地球环境变化起着巨大的推动作用。因此,有关生命过程与地球环境相互关系的知识对于人类理解地球系统以及利用地圈、水圈和大气圈资源至关重要。地球环境与生命过程研究的内涵就是研究地球环境与生命过程相互作用中的各种化学、物理、生物过程,以及其在地圈、水圈、大气圈、生物圈各子系统之间发生的相互作用,增进对地球系统的理解和认识,区分人类活动与自然过程在全球变化中的作用,评估气候与环境变化对生命过程的影响及其反馈作用,揭示生命过程对于地球环境的适应性及其调控机理,为科学地管理地球,确保地球系统的可持续发展提供依据。其核心目标就是通过理解生命过程与地球环境相互作用的过程,评估人类对自然平衡和自然循环造成的影响,进而实施地球管理,确保地球生命支持系统的可持续发展。基于当前地球系统科学研究前沿,提出了未来关于地球环境与生命过程研究需 要重视的方面,尤其是关于生态系统对全球变化响应的阈值研究应引起高度重视。     

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.     

地球系统科学发展方向与趋势

首先从人类面临全球性的重大问题、地球系统的全球化和地球系统科学与传统地球科学三个方面介绍了地球系统科学提出的背景;在此基础上,阐述了地球系统科学国内外研究现状;然后详细介绍了地球系统科学的概念与研究方法,主要内容有研究思路、基本概念、地球系统过程、全球一区域信息获取、海量信息处理和分析及系统模型等;第三构建了地球系统科学理论基础,主要内容包括:地球系统的连续动态系统、离散动态系统、地球系统的随机性、地球系统的自组织和地球系统的简单巨系统与复杂巨系统;然后重点介绍了地球系统科学子系统与各圈层相互作用的动力学模型与效应;第四,概述了地球系统的数字表达——数字地球和地球系统科学是可持续发展战略科学基础。最后,简述了中国开展地球系统科学研究的方向和面临的主要科学问题。