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。     

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、全球一区域信息获取、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。     

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。     

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。     

流体地球科学与地球系统科学

近年来,地球系统科学逐渐成为地球科学的新趋势,但固体地球科学尚难于融入其中。其根本原因在于地球系统科学属于系统科学或复杂科学的组成部分,而固体地球科学其本质上属于理想科学的范畴,以研究线性地球过程为主,或者以理想科学的手法研究非线性地球过程。流体地球科学不仅研究地球的流体系统,也研究流体系统与固体系统的强和弱相互作用,是固体地球科学融入地球系统科学的唯一途径。     

地球物质科学——一个新的综合性边缘学科

介绍了作为又一个前沿领域的“地球物质科学” 的学科特点， 详细阐述了地球物质科学的主要研究内容及其研究的技术路线， 说明了地球物质科学的发展现状及前景。     

地球系统科学——全球性多学科创新的前沿

    当前,人类面临着全球性的一系列重大问题,要有效地解决这些问题,必须把地球作为统一的有机整体,研究组成地球系统的各部分之间的动态相互作用,即研究相互关联的流体子系统、生物地球化学循环子系统和固体地球子系统之间的动态相互作用。同时,把地球系统作为一个开放系统,从而把太阳输入作为控制地球演变的外源。
    运用系统思维的方式,把地球作为一个系统来进行研究,从而聚结成为一门崭新的地球系统科学——全球性多学科创新的前沿科学。这种研究方式是一种观念上的基本转变,即运用系统科学认识论和方法论,研究地球系统的整体行为、全球变化的性质和原因,因而地球系统科学就最有利于科学地理解和解决人类共同面临的全球性的重大问题。     

“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。     

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。     

浅谈固体地球科学与地球系统科学

地球科学在20世纪的诸多进展中,对后来科学发展具有深远影响的基本认识之一是地球演化的行为具有整体性,其不同的圈层确实通过多种途径相互作用,且人类活动已成为地球演化的重要营力之一。这些认识导致地球系统科学思想的产生和发展,并使不同圈层相互作用的过程和机理、人与环境的相互作用研究成为21世纪基础科学研究的前沿。地球系统科学强调地球不同圈层、不同单元相互作用的整体性和关联性,因而科学研究必须从"整体地球系统"的视野出发,但研究过程又必须从关键区域入手。我国是地球系统科学研究的关键地区之一,未来研究应立足地域优势和特色,攻克全球性重大科学问题,解决社会对地球科学的知识需求。     

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。     

全球变化及其相关科学概念的发展与比较

在回顾全球变化科学产生和发展历史的基础上,针对当前全球变化、全球气候变化、全球环境变化、地球系统科学在概念和内涵上存在混淆的情况,就全球变化等概念的内涵、产生的过程及其联系进行了综述、分析和比较。提出全球变化是指对人类现在和未来生存与发展有重要的直接或潜在影响、由自然因素或人类因素驱动在全球范围内所发生的地球环境的变化,或与全球环境有重要关联的区域环境的变化。气候变化和全球环境变化的研究范畴包含在全球变化之中,但又各有其关注领域和交叉部分;而地球系统科学是解决全球变化问题的科学理念、思维方式和解决方案。]     

大陆构造、大洋构造和地球构造研究构想

大陆动力学和大洋动力学是当前固体地球科学的前沿领域 ,反映处于中期阶段的板块理论正向更加深入、全面、完善的方向发展 ,并走向统一的地球构造学的趋势。中、新生代造山带构造 ,全球高原构造的比较 ,周边洋底构造对欧亚大陆的动力作用 ,应是大陆动力学中优先研究的问题。对全球洋底构造的继续探测 ,用地震各向异性研究地幔的流动或变形 ,布设海底宽频带地震台阵探测地幔细结构 ,将会提供更多的地球内部过程信息。“地球大系统科学”概念的提出 ,将能推进固、液、气三态地球多球层相互作用的研究 ,例如固体地球微动态、固液气三态球层运动的可比较性、不同球层分区性的比较等 ,都是需要深入探讨的问题 ,代表了从整体地球系统开展学科交叉研究的方向     

人地系统动力学研究的现状与展望

文章系统地综述了当前国内外对表层地球系统研究的现状、发展趋势，提出从人地系统动力学入手，深入开展可持续发展理论与方法研究的基本内容，以期表述人类活动对地球系统的影响——地球系统演变之“人类驱动力”的机制     

全球表层系统研究的思考

1900年前后,以徐士、阿尔冈、魏格纳、李四光等为代表的先驱们从不同视角开始了对地球表层的整体性研究。20世纪人造卫星的应用和板块理论的建立,推动了全球整体观思想的发展。进入21世纪后,伴随社会全球化进程,地球整体观在科学前沿领域显示出极为重要的导向作用。在这个思想引导下的广义地球系统科学是关于地球多圈层的整体研究,但由于涉及人类生存的资源、环境、灾害问题的紧迫性,在未来10至20年内地球系统科学的优先领域之一应是整体观指导下的地球表层系统的研究,它涉及大气层、海洋、地壳、生物和人类。目前可列举出4个重大问题:(1)全球变暖引起的大范围灾害与环境变化;(2)以SARS和禽流感为代表的全球性生物病毒传播灾患;(3)影响人类生存的全球性水资源短缺;(4)导致严重损失和全球性影响的大地震的频繁发生。厄尔尼诺现象与地震的相关性,全球大地震十几年尺度的幕式活动与区域间交替变换,十几年尺度的大范围旱、涝交替变换,表明上述全球性异常变化都是地球表层系统整体性动力过程的表现。应从全球尺度研究包含气体、液体、固体的地球表层系统的微动态变化,分析它们与地、水、大气和生物各圈层之间的相互作用及物质与能量交换的关系,加深对地球表层相互联系的系统过程的理解。     

矿物科学的概念

本文阐述了矿物科学的概念,包括矿物科学的产生背景、基本涵义与特点、主要研究内容及其与其它学科之间的关系等,并对中国的矿物科学做了简要介绍。矿物科学是研究矿物及其性质的一门交叉学科。它的研究对象是天然矿物和人工晶体材料。它不仅是为地球科学服务的学科,而且是为材料科学、环境科学以及工程科学与技术等学科服务的学科。矿物科学的主要研究内容包括矿物及其性质两大方面。矿物研究既是传统矿物学的研究领域,也是矿物科学基础的重要组成部分。矿物性质及其变换过程研究则是当前矿物科学中最为活跃的研究领域之一。矿物科学是以矿物学等分支学科为基础并具有众多交叉分支学科的学科体系,具有比传统矿物学更加广阔的科学范畴,具有一级学科的概念。矿物学既是地质科学的一门分科,同时也是矿物科学的一门分科。中国已在矿物科学的许多学科领域取得了丰硕的研究成果,已形成较为完整的理论与学科体系。     

国际地球科学研究热点与发展态势分析

本文以2007~2011年SCI E各年度居前10% 的高被引论文为统计分析源,从国际地球科学研究论文的总体概况、研究的主要国家和机构、研究热点等方面对近年来地球科学的发展现状和发展态势进行文献计量分析,旨在为相关管理部门了解地球科学研究发展态势提供参考。     

地球系统科学中的复杂性思维与可持续发展

地球系统科学是可持续发展的理论基础。地球系统8个方面的复杂性和非线性决定和构成了地球系统科学中复杂性思维的基本特征。可持续发展作为新的发展模式需要考虑具有非线性相互作用的不同层次、不同方面的多种因素．必然要求运用复杂性思维来综合分析解决人口-资源-环境-发展的互相协调。因此．地球系统科学中的复杂性思维是处理可持续发展问题的科学武器．有助于人们深刘认识地球演化的内在机理和人-地关系的变化。     

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。