“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。     

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。     

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     

Gaia理论与地球系统科学

本文简要介绍了Gaia理论的提出背景、科学内涵,及其最初验证模型———雏菊世界。Gaia理论将地球与生物当作一个可以自我调节的整体,强调生物圈对全球环境的调节作用。在此基础上,文章着重分析Gaia理论在全球变化、地质事件、生物进化研究中的应用,指出在进行地球系统科学研究过程中,应以Gaia理论为指导,不能把生物仅仅作为环境的附属产品,而片面强调环境对生物进化的制约。同时也要认清生物在自身进化的同时,也积极地调节着全球环境,使之更有利于生物进化。生物圈是地球具有生命的直观体现,同时也是联系地球各圈层的关键环节。正确认识生物圈对于全球环境演化的调节作用,不仅帮助我们认识地球系统的全貌,更可以推动地学研究深入发展,对全面研究全球变化有积极意义。Gaia理论正处于发展期,理论需要进一步发展与完善,在实际应用中,应该对现有的学科进行更为广泛的综合。我国地学工作者应该抓住这一科学方向,为地球系统科学理论做出应有的贡献。     

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。     

区域性矿产资源开发系统发展规划优化模型及其系统经济评价

区域性矿产资源的勘查开发活动是受多种因素影响的多目标系统,研究这类系统的优化与经济评价问题是矿产经济学领域的重要课题。本文以宜昌地区磷矿资源开发规划为例,应用系统工程的观点和方法通过系统分析建立优化模型,借助于微机模拟出4套优化系统方案,并利用最新研制的系统经济评价微机软件对这些开发方案进行了总体经济效益评价。     

地球系统科学研究与网络技术

地球系统科学研究是项十分复杂的系统工程，它涉及到地质学，地理学，海洋学，土壤学，大气科学，生命科学，化学，物理学以及信息科学和社会学等多门学科，网络的迅速发展给地球系统科学研究提供了机遇，作者在文中分析了当今网络的先进技术与地球系统科学研究的关系，提出了网络将对其研究产生深远的影响。     

我国生物多样性保护研究的若干进展与今后发展领域

在阐述生物多样性保护的研究背景基础上、以《生物多样性公约》的条款和义务为主线，综述了我国在生物多样性编目、保护技术研究、信息系统建立和生物技术研究等领域的工作进展与成就；并根据国际生物多样性保护研究发展动态，讨论了今后我国生物多样性保护方面需要加强的研究领域，主要是查明与监测、生物资源持续利用技术、数据管理和信息网络建设、生物技术与生物安全等。     

论油气系统与油气系统动力学

“油气系统”实际上就是油气成藏动力学系统.这个概念是石油天然气地质学与系统科学相结合的产物, 是石油地质学家从系统科学角度所看到的、研究对象与抽象模型相复合的、具有层次结构的新型地质实体.因此, 它应当适合于整个油气地质单元序列, 而不应当被局限于某一个层次的单元中.“油气系统”的研究方法, 应当是定性与定量相结合的系统方法.考虑到油气成藏过程存在非线性特点, 以及当前盆地模拟和油气成藏模拟普遍存在的缺陷, 尝试引进系统动力学的思路与方法, 提出油气系统动力学的概念, 并阐述了它的基本原理, 初步建立了油气系统动力学的方法体系.系统动力学模拟的结果可提供对盆地和凹陷进行资源预测、评价的依据.      

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。     

矿产勘查中系统科学思维方法

系统科学理论不仅被不同学科和科学领域所接受和应用,而且其思维方法也不断地影响着人们的科学思维过程。思维方法由简单向系统的三次大的转变,构成了系统科学思维的核心。矿产勘查活动是作为一种系统而存在的。本文试图将矿产勘查与系统科学思维相结合,阐述矿产勘查中系统科学思维方法及其应用,用系统科学理论指导矿产勘查工作。     

地球系统科学与成矿学研究

在简述地球系统科学的基础上 ,文中提出了由地球系统科学引发的成矿学研究 3个观点 :(1 )成矿系统是一个特色的地质系统 ;(2 )成矿系统与其它系统的关联 ;(3)地质突发事件具有灾害和资源的两重性。针对地球系统科学要求和矿床学学科发展进程 ,提出了 5个亟待加强的研究领域或课题 :(1 )深部过程、浅表环境与成矿系统 ;(2 )重大事件与成矿 ;(3)生命活动与成矿 ;(4 )物理成矿作用和(5 )海洋成矿作用。在结语中 ,作者强调要从地球系统的大背景来研究成矿环境、成矿过程和成矿动力学 ,也即将传统的矿床成因研究提高到地球系统科学的层次 ,为矿床学的发展提供新的广阔的理论基础。     

地下水系统和地下水模型

<正> 在现代科学中创立发展的三大综合性基础理论——系统论、信息论、控制论,推动了技术科学的飞速前进。系统工程在各个领域中的广泛应用,已收到最经济、最有成效的结果。系统工程的运用,也就是系统分析方法,意指用科学和数学的方法,对系统进行研究和处理。科学性反映在要从系统的观点出发,全面地综合地研究事物内部各因素(子)之间的关系;整体性地研究事物与其环境之间的关系;数学方法表现在要注意系统数量的精确性,要应用模拟技术和最优化技术,即系统模型化和系统最优化,最后寻求最优解。水文领域中的水资源系统分析已成为专业系统工程;地下水系统理论的研究在国内外发展迅猛。下面仅就笔者的学习、工作体会,抛砖引玉,以飨读者。      

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。     

对地球系统科学的几点认识

地球系统科学将是２１世纪地球科学的主旋律,它被定义为：“将地球作为一个整体来伯全部知识;对地球的气圈、水圈、生物圈和岩石中的各种作用及各层圈间相互作用时间进行的研究”。此种学术思想可追溯到１００多年前,见於文字也有近二十年。它对当代地学的发展起了重要的推动作用,有四个特点：地球现象的远距离相互联系、影响;内动力和外动力研究一体化;地质作用和生物作用研究一体化;一类活动作为地球系统的一部分。当前地球系统科学的发展也提出了一些新问题,主要的是：在学术思路上对与岩石圈有关的地质作用有所忽视;观察研究系统不全面;还未深人到资源形成和小环境的研究中。近年来的观测试验表明,发生在岩石圈的各种地质作用正积极参与垒球各圈层间的物质能量交换。对它们的忽视,可能正是目前一些生物地球化学循环模型无法平衡的原因。     

地理模拟优化系统GeoSoS及前沿研究

提出地理模拟优化系统(GeoSOS)的概念、研究内容和实现方法,以提供一种十分有效的地理过程分析和空间探索的工具。地理模拟优化系统的理论基础涉及复杂系统理论、地理信息科学、计算机科学、地理学等。所提出的地理模拟优化系统由3个子模块构成:元胞自动机模拟子系统、多智能体模拟子系统和基于生物智能的优化子系统。建立地理模拟优化系统可以为复杂资源环境及变化提供一种有效的模拟和优化工具,弥补目前GIS对过程分析功能的严重不足。     

我国特色成矿系统的研究进展与重点关注的科学问题

中国位于全球三大成矿域的交汇部位,成矿条件优越.同时发育有几种独具特色的成矿系统,如西南大面积低温成矿域、峨眉山地幔柱成矿系统以及广泛分布在华北的前寒武纪条带状铁矿,引起国内外地质学界的广泛关注.对这3种特殊的成矿系统近年来的科研进展进行了综述性回顾,并提出今后需要加强研究的若干重要科学问题.     

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。     

地下水生态系统中微生物生存的影响因素

综述了地下水生态系统对微生物生存的影响因素。影响微生物生长、活性及存在的因素很多,包括非生物因素如温度、pH、Eh、化学成分等和微生物之间的相互影响。最后提出生物修复优化控制法和理论将是未来环境生物技术的重要研究方向,并指出了地下水生态系统研究的发展方向。