2001年地球物理学的一些进展

简要回顾了2001年地球物理学的一些进展。指出在用地球系统科学研究整个地球的结构、演化和动力学过程中，地球物理学作为地球科学中主要提供地球内部信息和资料的学科，将成为地球系统科学研究的一个重要内容。讨论了现在的地球和空间科学研究以及环境监到等地球物理技术在反恐怖活动以及在国家军事方面的重要意义及应用。在21世纪能源危机日益严重的情况下，中国急需进行油气资源的二次创业，而天然气水合物研究是能源研究的一个新方向。     

地球系统科学综述

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的关系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,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,主要包括研究思路、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地球系统模型等．第三,构建了地球系统科学理论基础．主要包括：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,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一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。     

美国国家科学基金会（NSF）地球科学部2013财年优先研究领域

美国国家科学基金会（NSF）地球科学部（Directorate for Geosciences,GEO）主要支持海洋科学、大气与地球空间科学和固体地球科学领域的研究以及基础设施与教育,深化对整个地球系统的理解。     

下一代地球物理观测技术

地球物理观测技术所要解决的问题是观测什么、用什么来观测、怎样观测。下一代地球物理观测技术的发展是以解决上述问题为基础。论文详细论述了观测设备、观测系统以及地球外行星体结构探测等发展动态,并对下一代地球物理观测技术的发展方向进行了分析。     

人类圈与地球系统

作为最新地球圈层的人类圈和地球系统是现代地球科学中两个重要的基本概念。正确而深刻地认识这两个概念对全球环境变化和持续发展等问题的研究具有重要的意义。目前对它们及其相互关系尚缺乏统一的认识。本文主要讨论：（１）对地球系统的三种理解；（２）人类圈与人类活动、生物圈和智慧圈等的基本区别；（３）人类圈与地球系统的关系，并主张人类圈是现代地球系统中五个地球圈层之一。     

追索为什么?地球系统科学中的因果推理

地球大数据使人们以前所未有的维度和规模认识赖以生存的地球,而挖掘隐藏在数据背后的因果关联是深入理解地球系统的关键.长期以来,以相关为内核的统计方法都是地球系统科学研究的主流方法,但相关并不等于因果,特别是大数据导致“伪相关”的泛滥,传统的相关和回归方法难以解释地球系统因果相关问题.随着因果理论和推理方法的完善,特别是近年来因果发现和因果图模型的成熟,因果推理在地球系统规律揭示、过程理解、假设检验和模型改进等多个研究方向展现出蓬勃的生命力.文章从因果关系的起源、内涵和发展入手,概述了因果推理的主要研究框架和地球系统科学领域常用的因果推理方法,回顾了因果推理在地球系统主要分支领域的应用,探讨了地球系统科学领域因果推理实践面临的挑战和发展方向.在地球大数据背景下,作为重要的大数据分析方法,因果推理与物理模型和机器学习的互惠能够助力地球系统科学实现从模型驱动到机理与数据融合驱动研究范式的转换.展望未来,结构化、规范化的因果理论能够为地球系统科学的因果认知筑基,推动地球系统科学从单一领域的分散研究到地球系统综合理解的认识跃迁.     

地球系统模拟和混沌时间序列

地球系统是非线性的系统.为了模拟地球系统,我们就必须了解非线性科学的最新进展.本文从非线性科学角度论述了地球系统模拟中的几个关键问题,如尺度是分层次的,不同尺度之间存在着相似性及标度律,同时也存在差异性及非均匀性.为此还介绍了一些概念:吸引子、分维、信息和熵等.最后本文还说明如何从地球系统中所观测到的时间序列取得地球系统模拟所需要的信息.     

多尺度地球物理与成矿系统探测:现状与进展

不同的构造环境,物源基础和保存环境形成矿床在观测结果上表现为不同的地球物理属性,地球物理探测方法利用密度、磁化率、极化率、电阻(导)率、波阻抗等物性差异进行地下地质体探测.利用地球物理方法进行成矿系统探测需要剖析从局部到区域矿物矿床形成的物源、通道和富集以及保存的完整过程,以便在不同的尺度范围内完成地球物理多属性结构成像,指导下一步具体找矿任务.区域地球动力演化、物质和能量源区控制着成矿始端,成矿流体富集成矿以及保存条件控制着成矿末端,流体迁移的通道将成矿始端和成矿末端连接,形成一个完整的成矿系统.本文从成矿系统始端和末端两方面分别阐述各个地球物理探测方法的发展历程和适用范围,最后通过长江中下游成矿带庐枞矿集区泥河铁矿找矿实例论述多尺度地球物理探测方法在成矿系统始端和末端应用效果.     

生物圈·生命圈

地球环境的演变决定了生命的起源与演化过程,而生命过程又影响看地球表层环境以及大气圈、水圈及岩石圈的物质循环生物多样性是地球演化的独特产物,对地球生命维持系统起着极为重要的作用,是人类赖以生存和发展的基础。因此,研究地球与生命的互动,研究生物多样性的起源和发展对人类可持续发展具有重要意义。     

穿凿地球系统的时间隧道

地球系统科学的重要进展在于拓宽了视域,在空间域里向更深、更宏观和更微观的领域推进,加深了对圈层相互作用的理解.由于固体与流体地球科学发展的起点在时间尺度上并不相同,也由于在时间上穿越能力的限制,地球系统科学的发展在时间域里遇到的障碍比空间域里大.然而地球系统运行机制的探索,只有穿越不同的时间尺度才能成功.本文回顾了地球系统科学在空间和时间两方面所取得的进展,讨论了地球过程在时间尺度上的复杂关系,提出从建立时间序列、改变思想方法和研究计划入手,穿越时间尺度、打通古今界限,穿凿地球系统时间隧道的建议.     

编者按

正地球生物学(geobiology)研究地圈-生物圈耦合系统,即生物圈与地球其他圈层如大气圈、水圈和岩石圈的相互作用机制及其过程.地球生物学、地球化学和地球物理学分别构成了研究地球系统的生物过程、化学过程和物理过程的学科体系.地球生物学的核心是生命与地球环境的相互作用与协同演化.我们过去讲地球与生命的关系,主要强调的是地球环境影响生命,生命适应地球环境,这是一个单向作用的关系.但地球与生命之间应为相互作用的关系,而且是协同演化的.生命演化能否影响地球环境演变,生物过程能否影响地球环     

对地震预测研究发展方向的思考

基于国际地球科学研究的发展趋势,结合我国地震预测研究的现状,作者对未来我国地震预测研究的发展方向,提出以下几点看法和建议：①强调要从地球系统科学的角度,研究地球现象的发生和发展;②建议在选定的地震危险重点监视区,开展密集和综合的地震和地球物理观测,以及资料的深入分析;③加强对板内地震发生物理全过程的基础研究,培养一批高素质的理论研究人才;④充分重视和利用亚洲地震委员会的平台,推动亚太地区地震和防震、减灾的合作研究。     

专题：地球生物学前沿

地球生物学（geobiology）研究地圈．生物圈耦合系统,即生物圈与地球其他圈层如大气圈、水圈和岩石圈的相互作用机制及其过程．地球生物学、地球化学和地球物理学分别构成了研究地球系统的生物过程、化学过程和物理过程的学科体系．地球生物学的核心是生命与地球环境的相互作用与协同演化．我们过去讲地球与生命的关系,主要强调的是地球环境影响生命,生命适应地球环境,这是一个单向作用的关系．但地球与生命之间应为相互作用的关系,而且是协同演化的．生命演化能否影响地球环境演变,生物过程能否影响地球环境,这是一个重大科学问题．地球生物学对此作出了肯定的回答．生命与地球的协同演化这一概念符合地球系统科学的总体观,也符合人与自然协调发展的科学发展观．     

关于气候系统与地球系统的若干思考

分析了地球系统的基本特征和地球系统的能源和运转方式,指出地热涡和地冷涡是地面气候系统的重要成员. 利用全球地磁场资料,研究了地球内部焦耳热的分布和演变规律,结果表明:全球地磁场的变化与全球气温的变化有密切联系,而且焦耳热场的分布与地热带、火山分布、全球最大降水量带有很好的对应. 因此,要对气候变化有一个全面的认识,必须研究整个地球系统.     

基于GeoMedia的考古探测综合解释系统

无损探测是考古研究的一种先进方法和手段,它是一种通过地球物理方法不用挖掘而直接探测地下遗迹、遗物的考古技术.目前地球探测技术拥有众多的方法和手段,不同方法和手段获得大量的不同尺度、不同格式的地球探测数据,为了更好管理和应用这些不同类型的庞杂的探测数据,并将探测结果与考古信息和历史记裁进行相互印证判断,我们利用Intergraph的GeoMedia GIS技术,以考古探测数据为基础建立了一套基于地球探测考古的数据存储、管理、分析以及多种方法综合解释的多功能地理信息系统.本文详述了其系统结构、实现流程,该系统被应用于国家科技攻关项目中,并且可推广应用.     

印度地球科学部战略目标及实施行动(2012—2013)

引言根据新修订的印度地球科学部2012—2013年度战略目标实施框架文件,2012—2013年印度地球科学部设定了12项主体战略目标,其中优先性最高的目标4项,分别涉及气象预测与应用服务、海洋科考和海洋信息咨询、极地科学研究以及海洋资源开发。1总体目标及任务1.1总体目标面向南亚次大陆及印度洋地区经济社会发展,推动地球系统科学领域的知识及技术进步。总体任务     

地球天体表面地震成因的多物理耦合数学模型

为系统地研究地震成因,提出了日地恒星行星系统质心模型,引入了地球引力场概念。经分析太阳与地球在系统中的角动量平衡关系,以及地球各物质层次与地球引力场场强之间的作用关系,计算得到了接近真实地震数据的地震能量聚集、运移、释放的物理数值。由此,给出了太阳调整角动量形成"力源"以及地球内部引力场非均匀分布耦合物质,经运动与相变传递能量引发地球表面地震的成因解释。     

台阵地震学、地震台阵与禁核试条约监测系统

本文介绍了台阵地震学的发展,国内外地震台阵的建设和工作进展以及地震台阵与全面禁止核试验条约(CTBT)国际监测系统(IMS)的关系。另外比较系统地论述了台阵地震学在地震精确定位和地球内部构造反演中的应用。     

地电场观测技术研究

在概要分析地电场及地电场观测系统的基础上，从地电场测量原理出发，着重研究地电场观测系统的各个关键技术环节（包括Pb-PbCl2固体不极化电极、ZD9A地电场仪等）的工作原理、技术指标、工作方式以及系统连接等，并地电场试验观测台网产出的数据进行相应的分析，地电场是一个重要的地球物理场，已获得的各种观测资料表明，基于“ZD9A地电场仪”的地电场观测网，真正记录到了地球表面的地电场及地空变化，地电场观测系统将为进一步开展地球电磁学的综合观测和研究提供技术上的支持。     

"数字地球"与实时地震学

“数字地球”是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识，是信息化的地球，是地球的虚拟对照体。“数字地球”的科学体系由基础研究、技术支撑和科学工程三部分组成。现代地震学同样需要基础研究、支撑技术和科学工程，其中，最后一个体系即相当于实时地震学。实时地震学调基础研究和现代技术的结合，强调地震学研究成果的转化和对社会与公众的服务，是地震学发展的“最高境界”。实时地震学需要基础研究和现代技术，更需要建立地震速报系统、地震趋势分析系统、灾害评估系统和地震救灾系统这样的系统工程。