浅谈大气科学与地质学的学科交叉

随着新一轮的科技革命蓬勃兴起,大气科学学科正步入地球系统科学的新时代,学科交叉必然产生新的增长点.大气科学的发展经历了观测-理论-模型的三个阶段,很好地践行了“数据-模式驱使科学”的研究范式.然而,地质学具有更深远的时空复杂性,需要更长时间的数据积累.目前,地质学正面临着研究范式由观测向理论和模型的转变.大气科学与地质学的交叉将为这一转变提供经验和启示.同时,大气科学与地质学的交叉,需要研究气候系统上边界(大气顶的太阳辐射)和下边界(固体地球形态)变化导致的大气和海洋环流的响应.研究这些问题,将成为发展同时统辖“分钟、小时”直至“地史”的时间尺度的大气科学理论的关键,也是未来地球系统模式发展的重要方向之一.中国地质大学(武汉)的大气科学专业,作为推动大气科学与地质学交叉的排头兵,任重而道远.      

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。     

美国国家大气研究中心优先研究领域新特点

美国国家大气研究中心于2005年11月提出了新的战略计划。该计划突出的新特点在于无论科学研究活动还是教育、观测设施等方面的战略目标和优先领域,都是以地球系统研究为中心。如在科学研究方面的战略目标确定为：认识地球系统的作用、准确预报地球系统的演变。相应的优先研究领域则为：研究和了解地球和太阳的自然变率;地球系统各分量的相互作用;地球系统预报;人类活动与地球系统的演变等。鉴于NCAR在国际大气科学界的地位,这种以地球系统为中心的优先研究领域对我国大气科学及地球科学研究有一定的借鉴意义,同时也将促使大气科学工作者摆脱传统天气、气候概念的束缚,站在更高的高度来科学审视学科的发展。     

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。     

Towards the New Decade of Ocean Drilling: Preparing its Science Plan

At the IODP Forum 2017 in Shanghai, IODP-China proposed initiating the discussions on “IODP beyond 2023”, and the meeting supported China’s proposal to host and co-lead the activities for preparing the science plan of ocean drilling after 2023. The present paper started from an overview of the planning processes of ocean drilling science over the past decades, then analysed the scientific targets and perspectives of the future ocean drilling, and concluded with suggestions about how China should prepare the international discussions on “IODP beyond 2023”.Since half a century, the ocean drilling has played a role of locomotive in international Earth science community and of flagship in deep-sea research.China’s initiation and co-leadership in preparing its science plan for the next decade will promote the upgrading of Earth science in our country, yet the success of the endeavor heavily depends on active involvement of the scientific community , especially on its contribution with creative thinking.     

中国古代有机论自然观的地学哲学探迹索隐

17世纪的科学革命是对古希腊哲学的回归.当代的科学革命则将是对东方古典哲学的回归.创建具有中国特色的有机论辩证唯物主义地学哲学,应该并必须从我国古代有机论自然观中吸取丰富的营养.这不仅可填补地学哲学史学研究的空白,对地学哲学的学科建设亦有新的重要启迪.天地生整体生成演进论、天地生层次功能论、天地生自相似论等的探讨,有利于新的宇宙观和地球观的树立.也将大大丰富地学哲学的科学概念,更能充分地武装地学哲学学科的理论体系.     

培育志趣，引导学生奔向地球科学大道

随着人类社会和科学技术的发展,尤其是中国国力的提升和教育的深化提高,教育改革,包括地学高等教育的改革,就更需进一步深化,以适应时代发展的需要。文章根据作者长期从事地学教学实践与科研的经历,针对2020年全国基础地质学教学会议关于普通地质学教学改革的精神,概括提出两点体会,一是关于普地教学目标和任务,二是涉及普地教学关键所在,供同行讨论。作者从地球科学基本特征和教学目标出发,提出普地教学的核心价值与重要性,进一步明确普地教学的关键在于教师队伍、教学定位与目标及教学内容与方法等三个方面。普通地质学的教学是地学高等教育中最基础、最关键的环节,其总体目标是提高地学教育的普适性,目的是培育学生的科学志趣,引导学生奔向地球科学大道。     

Development of Geological Science in China in the Twentieth Century

On the occurrence of the celebration of the Fiftieth An-niversary for the establishm ent of the People’s Republic ofChina,we contribute this paper entitled“Developm ent of Ge-ological Science in China in the Twentieth Century”.Thiscomes out from a review of the newly published book aboutthe history of geological disciplines:“Fifty Years of Geologi-cal Science in China”.The draftof the paper was formed aftera discussion between the authors.It deals with the existingstate of geologica…     

国家自然科学基金地球科学面上项目15年资助情况分析

根据国家自然科学基金委员会地球科学部1990—2004年基金项目年度统计资料,归纳总结了1990年以来15年期间地球科学领域面上基金项目的申请和资助数量与金额、项目平均申请与资助金额的变化规律;分析了自由申请项目以及青年基金项目和地区基金项目的资助规律;比较了地球科学领域分支学科申请和资助情况。分析表明：地球科学面上项目的资助数量不断上升,资助率多年平均为21.92%;资助强度年均增长14.15%,至2004年,项目平均资助强度已达30.03万元;各类面上项目中,以自由申请项目获资助数量最多,占资助总量的76%,其次为青年基金项目,地区基金项目所占比例最低,不足资助总量的4%;地球科学各学科面上项目申请和资助数量及金额均呈上升趋势,但具体资助情况互有差异,其中地理学和地质学申请和资助数量及金额占到所有面上项目总数的50%以上,但资助率却低于其他学科;各学科的项目平均资助强度每年增加幅度大约为1.80万元,在2000年之前,各学科的项目平均资助强度相差较少,但自2000年开始,地质学、地球物理学和地球化学成为高资助强度的3个学科。     

科学大洋钻探：成就与展望

在回顾ODP学术目标的发展历史的基础上，按照地球环境动力学和地球内部动力学两大科学主题，对ODP在地球环境变化、作为环境变化营力的沉积物、流体和细菌、地球内部物质和能量的传递、岩石圈变形和地震作用等前沿领域所取得的主要科学成就进行了简单的介绍。IODP将以地球系统科学的思想为指导，利用多个钻探平台，以更为广泛的钻探领域和更深的钻探深度，对全球海底进行学术目标更为庞大、系统的科学钻探，并进一步加强与石油工业以及其它国际地学研究计划的合作。     

地球系统科学时代的区域地质调查应更加重视古生物资源调查

地球科学研究已进入地球系统科学时代,地球系统科学逐渐成为地球科学各分支学科重要的指导思想。本文论述了古生物资料在地质学诞生和发展中的重要作用及地球系统科学时代古生物资源调查的重要意义,分析了我国目前区域地质调查中存在的问题及其影响,对我国在区域地质调查中加强古生物资源调查提出了具体建议。     

中国地壳运动观测网络在地球科学研究中的应用前景

简要地介绍了中国地壳运动观测网络的概况和目前的进展,论述了地壳运动观测网络在地球科学研究中的重要作用和应用前景。其应用潜力主要体现在:①在中国地壳运动监测研究中发挥重要作用,成为中国地震预测预报研究的重要基础;②为地球动力学研究提供重要的依据;③建立维持ITRF地球参考框架、研究地球自转、极移和章动及变化;④精化、加密全国大地网和大地水准面;⑤在气象学中的应用;⑥研究电离层电子浓度及其变化规律;⑦提供精密近实时的GPS轨道参数;⑧为广域差分定位奠定基础。     

我国海洋科学发展现状与未来展望

海洋是生命的摇篮、资源的宝库和国家安全的屏障,是未来人类可持续发展的重要战略空间。到目前为止,广袤深邃的海洋只有5%的区域被人类探索,加快海洋科技创新、提高海洋资源开发能力、保护海洋生态环境是实现“关心海洋、认识海洋、经略海洋”的根本,事关国家发展的命脉。海洋问题的复杂性使其无法通过单一学科的研究得以解决。目前,我国海洋科学的研究已逐步从过去的跟跑阶段进入并跑阶段,但原始创新能力明显不足。本文回顾分析了我国海洋科学领域的研究进展与发展态势,对标找出与世界先进国家的差距,展望了今后的发展方向,指出围绕海洋多尺度相互作用与气候变化、健康海洋、海洋生命过程、跨圈层流固耦合、快速变化的极地系统、海岸带可持续发展等重大科学前沿,加强顶层设计和战略布局,开展跨尺度、跨圈层的多学科交叉研究,组织并发起我国主导的国际大科学计划,从而显著提升我国在海洋科学研究领域的国际影响力,切实提高保障国家安全和服务社会经济发展需求的能力,为建设海洋强国、构建人类命运共同体提供重要科技支撑。     

数字地质与数字矿产勘查

矿产勘探的理念,在西方国家被称为“勘探哲学”,是指导矿产勘探的思想、方法、技术、目标和组织。矿产勘查的3个基本要素是“找什么”、“哪里找”和“如何找”。随着“三要素”的发展,矿产勘查的概念正在逐渐变化,“三要素”为改变矿产勘探的概念、方法和技术提供了强大的动力。矿产勘查概念的创新是持续的勘查和开发与时俱进的结果。“数学地质学”和“信息技术”的结合被称为“数字地质学”。数字地质学是地质科学的数据分析的组成部分。地质数据科学是一种根据地质数据的特征和地质工作的需要,利用数据科学的一般方法来研究地质学的科学。数字矿产勘查是数字地质学在矿产勘查中的应用,以减少找矿的不确定性。     

中国加入综合大洋钻探（IODP）科学计划（2003-2013）

将于2003年秋开始实施的IODP是一个比ODP更加庞大的国际地球科学合作计划。面对国际深海研究的新挑战,我国应抓紧时机,及早准备,扩大队伍、积聚力量,充分发挥我国自然条件和原有研究积累的优势,将深入国际深海前沿领域与国内的研究结合起来,力争实现中国海深海钻探的新航次,促进我国地球科学进入海陆结合的地球系统研究和全面走向国际的新局面。同时,通过国际合作与国内有关深海工作计划的结合,为维护我国海上权益、探索底资源和为环境、减灾以及发展海洋高新技术做出贡献。我国参加IODP要遵循"有所为,有所不为"的原则,在加入ODP以后取得进展的基础上,优先选择比较成熟和最为迫切的领域,以点带面进行重点突破,逐步扩大,继续加强古海洋学研究,并同时向洋中脊、深部生物圈等新领域发展。具体包括以下优先研究领域：深部生物圈及海底下的海洋,古环境研究,西太平洋大陆边缘岩石圈演化与震源带。希望有关部委积极支持我国有关大洋钻探的基础研究力量和深海资源、技术等项目之间的密切合作,在国内大联合的基础上参加国际计划,制定长远的国家计划,在国家层面上部署深海研究,组成"国家队"参与国际竞争。     

地学e-Science研究与实践——以东北亚联合科学考察与合作研究平台构建为例

地学e-Science被认为是继理论分析、实验观察和模拟计算之后的地学科研方法,将促进传统地学科研模式的变革,提升地学研究的效率和水平.由于地学e-Science的研究刚刚起步,国内外学者对其本质、内容、技术架构和未来发展,还缺乏一个统一、清晰的认识.认为地学e-Science的实质就是支撑地学研究的信息化环境及其在此...     

恐龙相关数据库的发展现状与数据驱动下的研究实例剖析

恐龙是知名度最高的古生物类群之一,在中生代处于陆地优势生态位,这对研究地球生命演化具有重要意义。近年来,随着恐龙学数据的激增以及统计分析手段的进步,全球涌现出多种类型的恐龙相关数据库。文章对这些数据库进行了调研和分析,并将其分成纯科普型、特定目标型和全面型三种类型。但严格来说,它们都不是真正意义上的系统、全面的恐龙学数据库,分别存在着数据涵盖不全、结构体系不合理、缺乏长期可持续性等缺点。因此,在深时数字地球(Deeptime Digital Earth,简称DDE)大科学计划的助力下,搭建起兼具科学性与科普性的恐龙学数据库,不仅能够促进深时地球生命演化的研究,还能提升大众对DDE的了解。     

地球深部与表层的相互作用

板块理论和全球变化是20世纪地球科学中的2大突破性进展.进入21世纪,地球系统科学进入将这两方面结合起来,探索地球深部和表层系统的相互作用,即"固体地球动力学与行星循环(planetary cycle)"的新阶段.根据最近国际综合大洋钻探计划关于2013年后学术新方向的讨论,从俯冲带加工厂、大洋中脊与巨型火成岩省3个方面进行介绍,提出我国打破传统的学科界限、迎接新方向的建议.     

中国西部环境与生态科学数据中心：面向西部环境与生态科学的数据集成与共享

国家自然科学基金委员会“中国西部环境与生态科学研究计划”自2001年启动以来,有力地推动了西部区域环境演化、陆地生态过程和人类活动对环境的影响等方面的研究,积累了丰富的基础数据。国家自然科学基金委员会“中国西部环境与生态科学数据中心”承担“西部计划”项目数据产出的收集、管理、集成,并面向西部环境与生态科学的各个领域提供科学数据服务。“西部数据中心”的总体框架是以“西部计划”和地球系统科学发展的科学需求为导向,建成以数据共享、知识积累、合作交流和数据科学为主要内容的集成平台,为“西部计划”多学科的交叉研究和成果的综合集成及地球科学发展的长远目标服务。以共建共享的指导思想集成针对西部环境与生态现状与变化的基础背景数据、环境与生态观测数据、模型数据集、数据工具及数据文档;并以完全与开放的数据共享原则为用户提供推送式数据服务。目前,“西部数据中心”已完成了数据共享平台、知识积累平台与合作交流平台的开发和集成,初步形成了科学数据平台,整理并发布了大量的西部环境生态科学所需的关键数据集。     

地球内部物质、能量交换与资源和灾害

研究地球内部结构、圈层耦合和深层动力过程是一系列地学前沿问题的基础。地球表面所见地球物理场异常、地质构造格局、地球化学组分无一不受到地球内部物质、能量交换过程的制约 ,如地球圈层的形成与演化 ,大陆伸展与裂谷形成 ,造山带与盆地 ,资源与能源 ,地震“孕育”、发生和发展的深部介质和构造环境 ,地球内核速度差异旋转等 ,均为深部物质运移和物理学、化学及地质构造耦合的产物。然而至今有很多要素与深层过程尚处于定性的与推断的阶段 ,对其探索的深度与本质知之甚少 ,故尚待不断深入研究和发现。文中提出的科学问题乃是当今地球科学领域中的前沿问题。文章主要讨论 3个问题 :( 1)问题的提出与思考 ;( 2 )金属矿产 ,大陆伸展与裂谷、盆地形成 ,地震“孕育” ,地球内核速度差异旋转与深部物质上涌 ;( 3 )地球内部物质、能量交换和圈层耦合与深层动力过程。当今世界上对这些科学问题的研究刚刚开始 ,有一些结果或说法也还是定性的、轮廓的或推断的。为此 ,文中对所论述的每一方面的科学内涵均提出了一系列问题 ,并给出了为解决这些问题而必须研究的主体领域。