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。     

国内外自然资源监测与观测网络建设现状及经验启示

自然资源是人类生存、社会发展和经济建设的物质基础,监测与观测地球系统各圈层及山水林田湖草沙冰等要素对自然资源管理决策和地球系统科学研究具有十分重要的科学和现实意义。梳理了美国、英国、德国、法国、澳大利亚等国家自然资源相关网络的建设思路及站点部署、监测与观测内容指标、技术方法、新型装备等,总结国际经验与启示,即注重地球系统科学框架下的系统监测与综合观测,提升标准化长期连续监测与观测能力,加强天-空-地立体化协同式监测与观测。分析中国自然资源相关监测网络的发展现状和存在不足,提出建设国家自然资源监测网络的初步构想,以期为中国自然资源监测体系建设提供参考与借鉴。     

从地球过程到人地和谐--关于地球系统研究科学战略的思考

较为详尽分析了地球系统科学的由来与发展、我国地球系统科学研究所面临的机遇与挑战,阐明了我国开展地球系统科学研究的基本思路,从而提出8个战略重点：区域气候环境系统变化与适应;水系统、水循环与水安全;生态系统与全球碳循环;人类活动与地球表层系统;地球内部动力学与地球系统演化;地球灾变事件与生命过程;地球观测系统与地球系统模拟以及耦合过程动力学、响应动力学、适应和预测理论。     

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。     

喀斯特系统生物地球化学循环及对全球变化的响应

生物地球化学循环是地球系统物质循环的核心,是维系地表生态系统稳定和人类社会可持续发展的重要基础。然而,气候变化以及人类的过度干扰可能会显著改变表层地球系统中的生物地球化学循环过程,尤其是脆弱的喀斯特生态系统。特殊的多孔隙关键带结构也加速了喀斯特地区物质循环及其对外界环境变化的响应,影响了不同尺度的物质循环和生物地球化学过程。本研究主要综述了宏观尺度（气候变化）、中尺度（人类活动）和微观尺度（微生物活动）的环境变化对喀斯特地区生物地球化学循环的影响。结果表明多要素变化导致喀斯特地区物质循环受到强烈影响,气候变化、人类活动和微生物活动及其耦合关系对喀斯特地区生物地球化学循环的调控作用具有重要意义。最后,本研究强调了现有研究的局限性并指出未来研究的挑战与方向,即未来应从系统研究（如地球关键带）的视角出发,将多尺度观测－分析与综合模型集成研究并举,从而构建多源多尺度耦合的过程和系统模型,进而为阐明喀斯特系统的演变规律和动力学机制、实现喀斯特地区的生态保护和高质量发展提供理论基础。      

地球系统动力学纲要

与地球系统科学和全球变化密切相关的地球系统动力学研究地球系统多层块耦合作用的结构、过程、机理和效应,是地球动力学、岩石圈动力学、大陆动力学、海洋动力学、大气动力学的高度综合。本文采用分尺度、分层块、分阶段的思路研究复杂的地球系统,将地球系统动力学按空间、时间和物质分为地球内部系统动力学、地球表层系统动力学、地球外部系统动力学,历史地球系统动力学、现代地球系统动力学、未来地球系统动力学,气体地球系统动力学、液体地球系统动力学、固体地球系统动力学,分析了地球系统的耦合特征、耦合类型和耦合方式,初步探讨地球内部系统与地球外部系统耦合作用的耦合边界、物质运动、动力来源和耦合机制。最终将地球系统相互作用的各层块作为一个有机的整体进行综合,认为地球内部放射性衰变生热和地球外部太阳辐射生热是驱动地球复杂开放系统层块耦合的主要动力源。     

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。     

“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。     

对地球系统科学的几点认识

地球系统科学将是２１世纪地球科学的主旋律,它被定义为：“将地球作为一个整体来伯全部知识;对地球的气圈、水圈、生物圈和岩石中的各种作用及各层圈间相互作用时间进行的研究”。此种学术思想可追溯到１００多年前,见於文字也有近二十年。它对当代地学的发展起了重要的推动作用,有四个特点：地球现象的远距离相互联系、影响;内动力和外动力研究一体化;地质作用和生物作用研究一体化;一类活动作为地球系统的一部分。当前地球系统科学的发展也提出了一些新问题,主要的是：在学术思路上对与岩石圈有关的地质作用有所忽视;观察研究系统不全面;还未深人到资源形成和小环境的研究中。近年来的观测试验表明,发生在岩石圈的各种地质作用正积极参与垒球各圈层间的物质能量交换。对它们的忽视,可能正是目前一些生物地球化学循环模型无法平衡的原因。     

加强水在自然资源要素耦合作用中的观测研究探究山水林田湖草生命共同体统一管理

水是自然界中最活跃、最关键的要素,是地球各圈层间、各自然要素间相互作用的主要桥梁和纽带,也是资源系统中联系各种资源的桥梁和纽带。从生态水文学研究发展动态角度出发,提出了自然资源要素综合观测要加强水作用过程的观测研究; 从生态平衡、生态环境、资源环境3个术语的科学内涵角度,阐明了生态、资源、环境观测-监测研究的本质。     

世界稀土产业格局变化与中国稀土产业面临的问题

稀土元素在永磁材料等新材料领域有着广泛的应用,被世界各主要国家列为战略资源.从资源、生产格局上看,近年来随着世界范围内稀土探矿热潮的出现以及中国稀土资源的大量开发,中国稀土资源优势地位正逐渐降低;美国等西方国家大力推动中国之外稀土矿山和冶炼分离项目的建设,全球稀土生产格局或将发生变化.从消费方面看,稀土消费可被归为永磁材料、催化剂等8种最终用途;永磁材料和催化剂占稀土消费量的60％,永磁材料占稀土消费价值的91％;中国、日本是全球最大的稀土消费国,美国和欧洲国家次之.稀土产业经过多年的发展,中国成为了全球唯一具有稀土全产业链的国家,但在在发展的过程中也面临缺乏稀土产品定价权、资源快速消耗、高端材料和应用技术受制于人等方面的问题.针对中国稀土产业面临的问题,提出了加强稀土产品研发和应用研究、构建稀土产业矿业航母等建议.     

美国NASA建设地球观测科学数据产品生成与应用服务的量化体系综述

为了回答美国国会对NASA科研投入效益的咨询,NASA选择了美国地球观测计划中的科学观测计划，以此作为国家资金投入项目的效益量化与评价体系的示范，这对NASA的遥感探测信息定量化处理与建立用户的信息推广服务体系都产生了重要的影响。介绍该项目实现量化的技术体系和管理,对于目前我国正要建设的高分辨率对地观测体系，以及正在经历的从定性向定量应用的转变，这些经验都具有一定的参考价值。     

美国干热岩"地热能前沿瞭望台研究计划"与中美典型EGS场地勘查现状对比

美国能源部正在实施干热岩“地热能前沿瞭望台研究计划”(FORGE计划)。它是以经典干热岩定义的干热岩勘查开发为约束,通过增强型地热系统(EGS)示范工程建设实践,形成新一代EGS试验平台。美国本着“可复制的结果=巨大的潜力”的理念,实现干热岩勘查开发技术新突破,以满足美国1亿家庭绿色电力供应为实际应用目标。中美典型EGS场地勘查现状对比结果表明：犹他州米尔福德与青海省共和县恰卜恰两个典型EGS场地具可比性,大致处于“并跑”的水平;在天然裂隙系统、原位地应力场、压裂参数获取与压裂方案制定等方面,米尔福德EGS场地有所超前。据此建议有关部门加快青海省共和县恰卜恰EGS场地进入勘查开发阶段,以提高我国干热岩勘查开发技术水平,早日实现EGS工程化。     

河南地质找矿中钻探工程问题研究

钻探工程在地球资源勘查、地球科学和环境研究中具有重要的作用和地位,其技术的发展和水平直接影响着地质找矿和科学研究的精度和效率。由于体制和环境等因素导致钻探效率低、效益差、事故多、技术发展缓慢等问题。结合河南钻探工程现状和问题进行了较为详细的分析研究,并就问题的解决提出了一些建议和模式。     

美国地下灌注井分类与管理法规介绍

经过几十年的探索与实践,地下灌注在美国已成为一种成熟、经济和有效技术,被广泛地应用于工农业废物处置与民用污水处理及油气开发。按灌注液体的性质与注入位置,美国地下灌注井分为六类。本文较为详细地介绍了每类灌注井的结构、灌注液体性质、作用及应用领域,随后简要介绍了这些灌注井的管理法规与技术要求,希望对我国地下灌注技术的发展与规范化管理提供一些参考。     

地球表层系统与中国区域大地构造的研究发展

地球表层系统科学与地质学史都具有自然科学和社会科学相结合的特征,两者研究内容和研究目标互有关联,都是从不同角度揭示地球各种地质作用和地质过程的客观规律,促使人与自然和谐发展。在地球表层系统各地质学科中,大地构造占有重要地位,因而探讨中国区域大地构造研究史,对地质学史也有重要意义。文中将中国区域大地构造的研究分为6个阶段,总结其发展的经验和过程,说明社会环境、科学路线、科技水平、思维方法等是决定科学发展的关键因素。21世纪地球表层系统科学将成为地球科学的主流之一,中国区域大地构造的研究应迅速融入地球表层系统的研究,同时也要积极创建新的大地构造理论体系。     

全国自然资源要素综合观测体系建设需求及发展动态

自然资源要素综合观测工程围绕国家重大战略需求和自然资源部“两统一”职责展开,是一项具有战略性、基础性、紧迫性的系统工程,合理分析自然资源要素综合观测体系构建的各项需求,进一步明确建设思路,厘清目前发展动态,有利于自然资源要素综合观测工程下一步工作的开展。通过需求分析,明确了全国自然资源要素综合观测体系建设的各项需求,并进一步提出了建设思路,针对各项需求介绍了当前的发展动态,构建了基于自然资源管理的分类体系,划分了自然资源综合区划,形成了自然资源要素综合观测指标体系和标准体系,并梳理出3个标准规范讨论稿,提出了基于自然资源综合区划的野外观测台站布设方案,并在此基础上构建了空天地一体化观测技术体系,搭建了自然资源要素综合观测一体化平台,为跟踪研究各类自然资源动态变化规律并预测其发展趋势提供了数据支撑,最后,对自然资源要素综合观测体系的构建提出了针对性的建议。研究成果有力推进了我国自然资源要素综合观测体系建设,支撑服务了新形势下自然资源管理需求。     

华南地区崩岗侵蚀灾害及其防治

根据区域调查和定位研究资料,介绍了华南地区崩岗侵蚀及其灾害特点,概述了崩岗的形成、发育规律及其演变过程,分析了崩岗侵蚀及其灾害的影响因素。提出进行崩岗灾害防治时,应在水土保持传统方法基础上,整合水文地质学和工程地质学及其它相关学科理论,应用GIS技术对崩岗侵蚀进行科学监测和管理,为坡地利用和环境整治以及灾害防治提供依据。     

地理信息系统(GIS)在我国地学中的应用

地理信息系统是近年来发展迅猛的一项高新技术。笔者回顾了地理信息系统(GIS)在国内外的发展现状，分析了应用地理信息系统进行地学研究的主要优势，介绍了地理信息系统在我国地图编制、自然地理资源管理、资源评价及环境整治等领域中的研究与应用现状及部分科研成果，说明了地理信息系统在研究地学问题中，方法是先进的，理论是可行的，结语中展望了GIS前景。     

Review of Earth Critical Zone Research

Since the Earth Critical Zone put forward by National Research Council of America in 2001, it has got a lot of attention and some significant progresses have been made. This paper summarized those Earth Critical Zone projects and related research plans organized and implemented by the United States of America, Germany, Australia, France, China and the European Union, as well as main scientific problems and future development direction in the study of Earth Critical Zone. According to research status of China, the four main research contents should be strengthened including structure, formation and evolution mechanism of Earth Critical Zone, the coulpling interaction mechanism between migration and transformation of material and multi-processes, sevice function and evolution features of Earth Critical Zone and its support and effect on sustainable development, model simulation of process and system of Earth Critical Zone. In addition, our country should actively conduct cooperation and communication with the advanced countries, and enhance our involvement in international key research plans.