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。     

虚拟现实技术及其在地球科学中的应用

虚拟现实技术以其具有的沉浸感、交互性、实时性、构想性等特点而越来越为广大地学工作者所关注。本文首先介绍了虚拟现实系统的组成,之后综述了近几年国内外地球科学部分领域应用虚拟现实技术的研究文献。与传统方法相比,虚拟现实技术在很大程度上提高了科学研究的效率,能提供更丰富的可视化和交互环境,使科学家能够操纵多达GB甚至TB级数据,以一种身临其境方式来对研究对象进行观察、分析和实时操作,而无需科研人员到达现场。通过虚拟现实系统,能将尽可能多学科的数据放到同一个环境下,增强科研人员研究问题的深度和广度,避免得出错误结论。同时能重塑不可再生资源,避免了在科学研究的同时对其造成的破坏,有助于科学知识在公众中的传播。与西方发达国家相比,我国的（沉浸式）虚拟现实技术在地学领域的应用还处在起步阶段,在拥有大量高精度LiDAR地形数据的活动构造等领域亟待引入该项技术,以一种全新的视野来重新审视地球科学研究,并推动该学科在未来的发展。     

On the role of Geography in Earth System Science

Geography is fundamentally a non-reductionist and holistic discipline. While we tend to focus on particular areas (Physical, Human, etc.), or we focus on specific successes (Quaternary studies for example) this paper argues that selling Geography though emphasizing these specific areas or strengths misses a major potential contribution our discipline can make. While most sciences have become reductionist over the last two centuries, they have recently discovered that the Earth is a “complex system” with “emergent” properties that cannot be explained through understanding the components parts individually. Many of these sciences are now contributing to a major effort called Earth System Science, an integrative super-discipline that accepts that biophysical sciences and social sciences are equally important in any attempts to understand the state, and future of the Earth System. This paper argues that the development of Earth System Sciences is a risk for Geography since it is, in effect, Geography with few Geographers. While representing a threat, the development of Earth System Science is also an opportunity. I argue that Geography could be a lead discipline among the other biophysical and social sciences that are now building Earth System Science to address key problems within the Earth System. While I am optimistic about the potential of Geography to take this leadership role, I am pessimistic about the likelihood that we will. I provide suggestions on how we might take on the leadership of Earth System Science including individual engagement and a refinement of tertiary training of some Geography students.     

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。     

现代地球系统科学视野下的中国地幔地球化学

本文在现代地球系统科学视野下,简要回顾了20世纪国际地幔地球化学学科形成历史;综述了自20世纪70年代以来,中国地幔地球化学发端与发展的历程;强调了在国际岩石圈计划及大陆动力学等计划推进下,以中国大陆岩石圈组成与演化特征研究为重点,先后开展了东部新生代玄武岩及其幔源捕虏体研究、地幔源区地球化学特征及端元厘定、地幔地球化学填图所揭示的地幔源区块体特征以及大陆深俯冲导致的壳幔相互作用和华北克拉通破坏计划与相应研究所取得的进展;其中特别总结了新世纪以来在幔源岩类研究方面的巨大进展,以及在应用非传统稳定同位素、微区原位分析领域以及深地幔超高压矿物研究方面所取得的突破性成果。最后本文强调了现代地球系统科学应回归到它的本来含义,即涵盖深空、深海、深地,从外层空间直至地核的多圈层相互作用及其动力学机制的全方位全过程地球科学,其中,包含核幔相互作用的深部地幔过程,无疑起着主导作用,而地幔地球化学在现代地球系统科学中将依旧作为生力军而不可或缺;同时强调今后应重视拓展微观粒子尺度探索及地球化学基础理论研究的重要性。

     

陆地系统科学:地理学的升华

概括对当前学术界关于“地球系统科学”与“陆地系统科学”的理解,提出了“陆地系统科学是地理学的升华”的观点,认为陆地系统科学将是中国２１世纪地理学再发展的“框架舞台”,并从多角度对其研究目标、重大科学问题和研究方法等进行了志门评述。作者认为,要发展中国的地理学,必须利用“陆地系统科学”这一框架舞台。但就目前的进展看,“陆地系统科学”这一框架舞台只是一个个雏形,还需要一些具体的研究计划,特别是与区域发     

数字地球及其对地震科学的影响

本文综述和探讨了数字地球概念的起源、内涵及其相关的关键技术,以及数字地球对地震科学发展的作用和影响。     

地球系统科学——21世纪地球科学前沿与可持续发展战略科学基础

首先,从人类面临全球性的重大问题、地球系统的全球化、地球系统科学与传统地球科学和国内外研究现状4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的七大特征和六大趋向。其次,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、地球系统过程和地球系统科学的方法论。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。第四,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效应。最后,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的科学基础。     

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。     

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。     

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。

     

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     

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。     

《水经注》中有关北京地理的科学思想

《水经注》是我国古代著名的地理学著作之一,作者郦道元是北魏时期范阳(涿州—北京)人,因此书中对北京附近的水系和地理情况进行了描述。书中称拒马河为巨马水、大石河为圣水、永定河为漯水、清水河为清夷水、温榆河为湿馀水、潮白河为鲍邱水、泃河为泃水,称永定河出山段为清泉河、流经北京城内的什刹海和中南海为高粱河。对家乡附近的地理进行了描述,称房山为大房岭、石景山为梁山,记录了昌平县、密云戍、平谷县等行政区域,记录了羊头埠(羊头岗)、马兰(马栏)、芹城(秦城)、独乐水(独乐河)、良乡、居庸关、盘山等地名。记录了中国最早的首都——涿鹿,记录了中国现代首都蓟城(北京)内曾有蓟丘,说明永定河沟通了古今首都。记录了北京最早的水利工程戾陵堰和车箱渠。     

“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。     

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.     

Improving fisheries management in New Zealand: Developing dialogue between fisheries science and management (FSM) and ecosystem science and management (ESM)

This paper attempts to overcome the dichotomy between the broadly different and largely separate fisheries science and management (FSM) and ecosystem science and management (ESM) knowledge systems that characterise the international literature and are found in fisheries management practice in different countries. The paper argues that the construction of a heuristic we term the fisheries problematic, around issues and contexts, reveals the breadth of international fisheries management concerns and the variety of contexts in which these concerns are being faced. Adopting a political economy informed nature-society approach the paper considers ecological and socio-economic processes in their institutional settings in an attempt to shift from the either/or arguments around fish or ecosystems found in the FSM or ESM literatures to investigation that is grounded in understandings of the historically and geographically specific trajectories of fisheries related interactions and understandings of how knowledge about the trajectories and their interactions is fashioned. Drawing on recent conceptual innovations in the field, the paper develops a matrix-centred approach to explore ecological, industry, community and policy domains in New Zealand’s Quota Management System (QMS) and Individual Transferable Quota (ITQ) fisheries management regime. The extended framework prioritises scrutiny of the interaction amongst the four domains, as a strategy to help develop institutional frameworks that facilitate behaviours that are societally inclusive. The paper offers three conclusions. First, the landscape of New Zealand fisheries issues is very much a product of the contingent interaction of the QMS, a management regime designed around the principles of a FSM approach and laid down in a neo-liberal political environment and Maori aspirations encompassing the fisheries sector. Second, the conceptual mapping of FSM and ESM perspectives over New Zealand’s fisheries management experience highlights that a number of management issues have been down played by the commitment to FSM, a situation that has led to on-going tensions between commercial, recreational and customary stakeholders regarding fisheries management. Put another way, there is more to running a sustainable fishery (as defined in the Fisheries Act 1996) than QMS and other tools and dialogue about the development of these should be a priority. Third and more generally, improved dialogue on fisheries questions is likely to be most expeditiously advanced by studies that explicitly conceptualise and contextualise ecological and socio-economic processes and their institutional arrangements.