地球内部流体系统科学统一理论

从当前人类面临的重大而紧迫的全球性资源、环境、减灾问题的挑战出发，论述了地球内部流体研究在三大领域中的地位和作用。地球内部流体系统科学统一理论从科学系统观出发，在研究思路上坚持多门学科间大跨度交叉，立足于层次性、全球性和统一性的整体观，并以地球系统科学为理论基础，从而具有在更高层次上进行综合学科研究的特点和时空有序多层结构的研究领域。最后，阐述了从定性到定量的系统学、非线性科学的方法学和方法论。同时，地球内部流体与成矿作用，与环境、灾害及全球变化，地球内部流体的实验研究和动力学研究以及地球内部流体的探测，是统一理论研究的主题。     

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。     

化学地球动力学

化学地球动力学是地球化学的分支学科,它在研究地球内部化学组成和演化时,把地球视为一个完整的动力学系统而不是彼此孤立的地质集合体。它通过研究地球各层圈内部的化学结构和过程以及不同层圈之间的化学相互作用,从而从本质上研究和认识发生在地球内部的各种地质作用。简述了化学地球动力学研究在固体地球科学中的重要性,概括了化学地球动力学的特点和突出成果,分析了化学地球动力学研究的科学意义,并对在中国开展壳幔相互作用的化学地球动力学研究提出了建议。     

从同位素到板块构造:化学地球动力学

化学地球动力学是地球化学的分支学科,它在研究地球内部化学组成和演化时,把地球视为一个完整的动力学系统而不是彼此孤立的地质集合体。通过研究地球各层圈内部的化学结构和过程以及不同层圈之间的化学相互作用,从本质上研究和认识发生在地球内部的各种地质作用。文中概括了化学地球动力学的特点和突出成果,分析了化学地球动力学研究的科学意义,并对在中国开展壳幔相互作用的化学地球动力学研究提出了建议。     

美国地球系统科学教育概况及对我国地球科学教育的启示

近年来，地球系统科学的概念在地球科学界越来越成为最受关注的话题。许多国家的地球科学战略及与地球科学领域的国际研究计划中，都引入了地球系统科学的观念。地球系统科学的出现源自于人类活动对全球变化影响的显著增强和地球监测能力的迅速提高。在地球科学各分支学科研究的基础上，地球系统科学可以使人们更深入地理解控制地球过去、现在和未来状态的物理、化学和生物相互作用。     

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-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。     

开展干旱环境动力学研究的若干问题

根据目前干旱环境研究的现状，提出了“干旱环境动力学”的概念及其科学问题提法、研究方法论和研究途径，为干旱环境动力学的建立提供了一个科学框架。干旱环境系统是地球系统的一部分，建立干旱环境动力学，应以地球系统科学的基本原理为出发点。但它应着重研究地球系统科学中十至百年时间尺度干旱环境发展规律和趋势，特别是人类活动在该时间尺度内对干旱环境的影响。为了研究干旱环境问题，自然科学领域的地理科学、生物科学、大气科学、水文和水利以及地质学等必须形态统一的观点和普适的方法论，从而形成相对独立且学科交叉的干旱环境动力学。气候动力学已相对成熟，干旱环境动力学建模可以气候动力学为基础。建模成败的关键是如何将生态过程物理化和化学化，如何建立水文子系统、生态子系统和土壤子系统的数学模型，并与气候动力学模式相互耦合。     

地球科学与社会：全球综述

如果人类要长期继续生存和繁荣，必需了解支持人类需求的地球和它的能力。地球科学的任务是认识地球，进行推断，从而达到规划人类社会的目的。推动地球活动的内因是其内部的对流作用，外因是太阳能，固体地球、水圈、大气圈与生物圈形成了全球循环系统。固体地球科学委员会注重的主要研究课题包括：１．地球内部动力学；２．岩石圈的形成和演化；３．大陆动力学；４．生物的多样性和灭绝；５．活动的行星：地质灾害；６．地质历史中的全球环境与变化；７．持续的能源与矿产资源；８．了解人类与地球的相互作用与运用这些知识于社会。人类社会是地球循环的一部分，它从地球中提取资源，把废料又送回地球内，它破坏地球的自然保护圈。对于全球的认识将可指导人类社会减少对地球的流体层与土壤这个保护圈的野蛮性破坏。因此，地球科学是社会的一个好的测试器。     

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。     

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     

“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。     

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。     

地球科学知识图谱的构建与展望

大数据为地球科学研究带来了新的思路和挑战。但由于存在描述规范不统一、共享机制不明、语义异构等问题,在数据集成、共享与复用等方面存在较大困难,使得大数据的众多优势在地球科学相关研究中难以充分发挥。知识图谱能够准确、清晰地表达概念及其相互之间的复杂语义关系,为机器所理解,是实现语义翻译、数据融合和复用的关键技术。文章对地球科学知识图谱的内涵和特点进行了深入的分析,归纳了地球科学知识图谱的主要构建方法,梳理了数据字典、知识体系和知识图谱之间的关系,对与地球科学知识图谱构建相关的专题数据库和领域本体的建设现状进行了回顾,指出了地球科学知识图谱构建中存在的主要问题,并阐述了地球科学知识图谱的应用前景,以期推动和完善地球科学知识图谱的建设和应用。     

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。     

地球系统科学时代的湖泊科学

湖泊科学是地球系统科学的一个分支,对应传统的湖沼学,其概念内涵已经发生了巨大变化,并且深深地刻上了"流域"与"生态系统"的印记。本文系统梳理了地球系统科学框架下湖泊科学的研究特点、学科体系、发展现状以及研究热点,并结合文献计量手段,对近50年来湖泊科学的总体情况、研究主题以及学科发展未来态势进行了定性与定量分析。研究表明,湖泊科学是一门古老而年轻的综合性学科,发展态势良好,其学科体系目前正处于不断的发展完善之中;建立从"湖泊水体"到"湖泊流域系统"再到"自然-社会综合系统"的湖泊科学研究发展新思路,实现从湖泊专门研究层面向复杂系统层面延伸。我国的湖泊科学研究发展迅速但仍处于起步阶段,在理论和方法上亟待原始创新,形成具有自身特色的、系统的、综合的研究体系和完善而实用的学科服务功能。     

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。