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來源：光明日報 陳述彭

　　應(yīng)對災(zāi)害連鎖反應(yīng)和制定應(yīng)急預(yù)案,迫切需要地球系統(tǒng)科學(xué)

　　5月12日,四川汶川地區(qū)發(fā)生7.8級特大地震。截至5月14日,四川地震重災(zāi)區(qū)面積達到6.5萬平方公里,涉及到阿壩、綿陽、德陽、成都、廣元、雅安等6個市、州,嚴重受災(zāi)的縣區(qū)達到44個,受災(zāi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)1061個,人口大約2000萬人,根據(jù)有關(guān)方面介紹，直接受災(zāi)人數(shù)1000多萬。此次地震屬于淺源地震,除了東北少數(shù)地區(qū)外,全國大部分地區(qū)都有震感。

　　地震發(fā)生后,溫家寶總理馬上趕赴災(zāi)區(qū)現(xiàn)場。黨中央、國務(wù)院高度重視抗震救災(zāi),中央政治局常委會兩次召開會議,進行周密部署,胡錦濤總書記等黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人在緊張指揮抗災(zāi)的同時,還帶頭捐款。

　　災(zāi)難面前,救人是第一位的,后續(xù)工作也很繁重。除了交通運輸、信息通訊、電力等損失外,還必須關(guān)注災(zāi)害后的連鎖反應(yīng)。我國西南各省及嶺南山地本來就是滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū),此次災(zāi)害很可能誘發(fā)更多的滑坡、泥石流等次生災(zāi)害。災(zāi)害鏈鎖反應(yīng)的規(guī)律告訴我們,“各人自掃門前雪”的預(yù)案和措施,對于重大自然災(zāi)害預(yù)警預(yù)報是很不完善的。

　　監(jiān)測、診斷和制定防災(zāi)治災(zāi)方案,既要考慮自然要素,又要考慮經(jīng)濟、社會和人文要素,這些要素要在動態(tài)中不斷加以調(diào)整。正本清源,需要從根本上研究地球的形成、演變和發(fā)生發(fā)展過程,需要對地球系統(tǒng)進行全面系統(tǒng)的“體格檢查”,作出“診斷”,科學(xué)地提出防治災(zāi)變的方案,進行規(guī)劃、設(shè)計以及組織工程實施。

　　如果我們能夠借助信息技術(shù)等高科技手段模擬地球系統(tǒng)的運動,那么在面對大范圍災(zāi)害時,就能準(zhǔn)確、快速、及時地獲取數(shù)據(jù)和信息,做出快速有效的預(yù)測和預(yù)報,制訂出比較全面的預(yù)警預(yù)案。

　　地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)平臺就是這樣一個平臺。地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)是一個先進的大型計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可以高效、快速地模擬地球上大氣、海洋、地球物理、地球化學(xué)、生態(tài)、環(huán)境等諸多領(lǐng)域的動態(tài)變化過程,隨時發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境條件的異常和突變,監(jiān)測某些地區(qū)的災(zāi)害發(fā)生的性質(zhì)、范圍和規(guī)模,定位定量地預(yù)測災(zāi)害的發(fā)生時段,事先制訂出應(yīng)急反應(yīng)的預(yù)案,評估可能的損失以及恢復(fù)重建的規(guī)劃,未雨綢繆,防患未然。

　　需要特別指出的是:它模擬的是整個地球系統(tǒng),而不是人為地劃分行業(yè)、學(xué)科或領(lǐng)域來研究,否則將坐井觀天,難窺全貌!

　　自然科學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展,使地球系統(tǒng)研究成為可能

　　錢學(xué)森先生在1965年提出:“地球系統(tǒng)是一個復(fù)雜的開放性巨系統(tǒng)”,是統(tǒng)攬地球科學(xué)、生物學(xué),乃至社會和經(jīng)濟科學(xué)領(lǐng)域的大系統(tǒng),是人與自然協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的樞紐,是高屋建瓴的大學(xué)問。但當(dāng)時,由于條件所限,日本等發(fā)達國家在地球系統(tǒng)上的嘗試都以失敗告終。

　　經(jīng)過近年來的發(fā)展,我國自然科學(xué)和工程技術(shù)都有了很大的進步,使地球系統(tǒng)研究成為可能。

　　在自然科學(xué)方面,許多分支新興學(xué)科的發(fā)展為高層次的宏觀統(tǒng)籌提供了堅實的科學(xué)基礎(chǔ)。以中國科學(xué)院為例,經(jīng)過近60年的發(fā)展,僅在資源環(huán)境領(lǐng)域就建立了20多個研究所,分工很細,不僅有大氣、海洋、地質(zhì)、地球物理、地理、動物、植物等古老學(xué)科,還成立了湖泊、沼澤(濕地)、山地、沙漠、冰川、凍土等許多新領(lǐng)域研究所。同時,在學(xué)科分工的廣度和深度上也有很大的發(fā)展。

　　在工程技術(shù)的支持條件方面,改革開放以后,中國科學(xué)技術(shù)突飛猛進。現(xiàn)在,信息技術(shù)不僅普遍應(yīng)用于地球科學(xué)領(lǐng)域的氣象、海洋領(lǐng)域的數(shù)值預(yù)報、動力模型、空間統(tǒng)計分析方面,在固體地球物理、地球化學(xué)、生命基因等領(lǐng)域以及測繪、石油、地震找礦等行業(yè)中也達到了相當(dāng)程度的普及。因此,地球系統(tǒng)研究數(shù)字化、信息化水平已有一定的基礎(chǔ)。

　　特別是在航天和遙感領(lǐng)域,我國自主研發(fā)的資源—環(huán)境系列衛(wèi)星相繼發(fā)射成功;氣象、海洋、資源、環(huán)境衛(wèi)星已構(gòu)成業(yè)務(wù)運行系統(tǒng),接收臺站覆蓋范圍從本土擴展到歐亞大陸,以及南北極地區(qū)域,可為對地觀測提供穩(wěn)定可靠和具有更新能力的數(shù)據(jù);目前,中科院遙感衛(wèi)星地面站已能接收20余種國際遙感衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。因此,充分利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源以及全球定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星和北京小衛(wèi)星的運行,在全球衛(wèi)星傳輸定位、導(dǎo)航、遙感監(jiān)測方面均占有了一席之地,為地球系統(tǒng)科學(xué)研究提供了有利的條件。

　　建設(shè)地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)平臺時機比較成熟

　　1987年世界銀行無息貸款12億美元,支持中國科學(xué)規(guī)劃重大項目,李廷棟院士和我擔(dān)任其中資源與環(huán)境評議組組長,資助了一批國家重點實驗室的建設(shè)。其時，撥款600萬美元,由孫鐘秀(時任南京大學(xué)副校長)主持,聯(lián)合北京大學(xué)、清華大學(xué)在中關(guān)村組織建立高校信息網(wǎng)絡(luò)中心的試點工作,后在教育部的大力支持下,該項目發(fā)展成為新一代的分布式科技信息網(wǎng)站,它以北京為中心通過通訊光纜鏈接重慶、長沙、合肥、上海等幾個節(jié)點構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源和運算能力的共享,取得了初步的成功經(jīng)驗。

　　2002年8月,政府部門制訂了21世紀“十金工程”規(guī)劃,積極推進海關(guān)、銀行、郵政、鐵路、航空、公路、海運等產(chǎn)業(yè)部門的信息網(wǎng)建設(shè),其中鐵路航空等部門的VAST通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)率先完成并開展業(yè)務(wù)運行,為調(diào)控人流、物流、能流提供及時信息服務(wù)。

　　高性能百萬億次/秒的超級計算機已列入中長期科技規(guī)劃。自主設(shè)計和裝備高性能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點指日可待。

　　地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)平臺的整體框架

　　地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)平臺以當(dāng)今信息社會和衛(wèi)星時代的科學(xué)技術(shù)是完全可以實現(xiàn)的,它不再是科幻小說,也不是神話,其整體框架大概可以描述如下:

　　●地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)擁有多學(xué)科、各行業(yè)、遍布全球的全國監(jiān)測臺站網(wǎng)絡(luò)接口。它能隨時可以采集大氣、海洋、陸地各圈層的動態(tài)變化的數(shù)據(jù),以及人類社會的經(jīng)濟活動(包括人流、物流、資金流、信息流和交通通信運輸設(shè)施)的能力。它既包括自然、生態(tài)、環(huán)境方面的長期記錄,也包括人文、社會、經(jīng)濟、文化、歷史方面的空間統(tǒng)計。

　　●地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)是一個分布式地理空間數(shù)據(jù)庫,具備采集、存儲、分發(fā)海量數(shù)據(jù)資源和檢索查詢功能,比現(xiàn)在的google等更加全面而且強大得多。

　　●地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)具備高速高效的傳輸和交換能力,由光纖光纜、衛(wèi)星通訊分層次連通,既能分層與國家中心串聯(lián),又能隨時切換使幾個區(qū)域之間并聯(lián)。根據(jù)需求,它既能實現(xiàn)行業(yè)內(nèi)的縱向聯(lián)通,又能跨省市跨流域橫向連接,達到數(shù)據(jù)庫資源和格網(wǎng)計算(Gridcomputing)能力共享。●地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)平臺在管理體制上必須由國家委員會統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo),按公司治理結(jié)構(gòu)組織實施。要做到統(tǒng)籌兼顧、分工協(xié)調(diào)、集中管理、有償服務(wù);必須克服部門各自為政、地方和部門分割的現(xiàn)象。先進的科學(xué)技術(shù)系統(tǒng),如果沒有人與自然協(xié)調(diào)、社會和諧的保證,只能成為實驗樣品,最終將不能形成社會產(chǎn)品。

　　因此,要從根本上加強科學(xué)宏觀調(diào)控,提高應(yīng)急反應(yīng)和防災(zāi)救災(zāi)能力,我們認為,加強地球系統(tǒng)科學(xué)研究,建設(shè)地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)平臺是落實科學(xué)發(fā)展觀最關(guān)鍵的一步。(本文作者為中國科學(xué)院院士,中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所研究員,中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所研究員)