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來源：光明日報 陳述彭

　　應對災害連鎖反應和制定應急預案,迫切需要地球系統科學

　　5月12日,四川汶川地區發生7.8級特大地震。截至5月14日,四川地震重災區面積達到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,嚴重受災的縣區達到44個,受災鄉鎮1061個,人口大約2000萬人,根據有關方面介紹，直接受災人數1000多萬。此次地震屬于淺源地震,除了東北少數地區外,全國大部分地區都有震感。

　　地震發生后,溫家寶總理馬上趕赴災區現場。黨中央、國務院高度重視抗震救災,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導人在緊張指揮抗災的同時,還帶頭捐款。

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

　　監測、診斷和制定防災治災方案,既要考慮自然要素,又要考慮經濟、社會和人文要素,這些要素要在動態中不斷加以調整。正本清源,需要從根本上研究地球的形成、演變和發生發展過程,需要對地球系統進行全面系統的“體格檢查”,作出“診斷”,科學地提出防治災變的方案,進行規劃、設計以及組織工程實施。

　　如果我們能夠借助信息技術等高科技手段模擬地球系統的運動,那么在面對大范圍災害時,就能準確、快速、及時地獲取數據和信息,做出快速有效的預測和預報,制訂出比較全面的預警預案。

　　地球系統模擬網絡平臺就是這樣一個平臺。地球系統模擬網絡是一個先進的大型計算機網絡系統,可以高效、快速地模擬地球上大氣、海洋、地球物理、地球化學、生態、環境等諸多領域的動態變化過程,隨時發現生態環境條件的異常和突變,監測某些地區的災害發生的性質、范圍和規模,定位定量地預測災害的發生時段,事先制訂出應急反應的預案,評估可能的損失以及恢復重建的規劃,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,而不是人為地劃分行業、學科或領域來研究,否則將坐井觀天,難窺全貌!

　　自然科學和工程技術的發展,使地球系統研究成為可能

　　錢學森先生在1965年提出:“地球系統是一個復雜的開放性巨系統”,是統攬地球科學、生物學,乃至社會和經濟科學領域的大系統,是人與自然協調可持續發展的樞紐,是高屋建瓴的大學問。但當時,由于條件所限,日本等發達國家在地球系統上的嘗試都以失敗告終。

　　經過近年來的發展,我國自然科學和工程技術都有了很大的進步,使地球系統研究成為可能。

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

　　在工程技術的支持條件方面,改革開放以后,中國科學技術突飛猛進。現在,信息技術不僅普遍應用于地球科學領域的氣象、海洋領域的數值預報、動力模型、空間統計分析方面,在固體地球物理、地球化學、生命基因等領域以及測繪、石油、地震找礦等行業中也達到了相當程度的普及。因此,地球系統研究數字化、信息化水平已有一定的基礎。

　　特別是在航天和遙感領域,我國自主研發的資源—環境系列衛星相繼發射成功;氣象、海洋、資源、環境衛星已構成業務運行系統,接收臺站覆蓋范圍從本土擴展到歐亞大陸,以及南北極地區域,可為對地觀測提供穩定可靠和具有更新能力的數據;目前,中科院遙感衛星地面站已能接收20余種國際遙感衛星的數據。因此,充分利用衛星數據資源以及全球定位系統、北斗衛星和北京小衛星的運行,在全球衛星傳輸定位、導航、遙感監測方面均占有了一席之地,為地球系統科學研究提供了有利的條件。

　　建設地球系統模擬網絡平臺時機比較成熟

　　1987年世界銀行無息貸款12億美元,支持中國科學規劃重大項目,李廷棟院士和我擔任其中資源與環境評議組組長,資助了一批國家重點實驗室的建設。其時，撥款600萬美元,由孫鐘秀(時任南京大學副校長)主持,聯合北京大學、清華大學在中關村組織建立高校信息網絡中心的試點工作,后在教育部的大力支持下,該項目發展成為新一代的分布式科技信息網站,它以北京為中心通過通訊光纜鏈接重慶、長沙、合肥、上海等幾個節點構成網絡,實現了數據資源和運算能力的共享,取得了初步的成功經驗。

　　2002年8月,政府部門制訂了21世紀“十金工程”規劃,積極推進海關、銀行、郵政、鐵路、航空、公路、海運等產業部門的信息網建設,其中鐵路航空等部門的VAST通訊網絡系統率先完成并開展業務運行,為調控人流、物流、能流提供及時信息服務。

　　高性能百萬億次/秒的超級計算機已列入中長期科技規劃。自主設計和裝備高性能的網絡節點指日可待。

　　地球系統模擬網絡平臺的整體框架

　　地球系統模擬網絡平臺以當今信息社會和衛星時代的科學技術是完全可以實現的,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:

　　●地球系統模擬網絡平臺應擁有多學科、各行業、遍布全球的全國監測臺站網絡接口。它能隨時可以采集大氣、海洋、陸地各圈層的動態變化的數據,以及人類社會的經濟活動(包括人流、物流、資金流、信息流和交通通信運輸設施)的能力。它既包括自然、生態、環境方面的長期記錄,也包括人文、社會、經濟、文化、歷史方面的空間統計。

　　●地球系統模擬網絡平臺應是一個分布式地理空間數據庫,具備采集、存儲、分發海量數據資源和檢索查詢功能,比現在的google等更加全面而且強大得多。

　　●地球系統模擬網絡平臺應具備高速高效的傳輸和交換能力,由光纖光纜、衛星通訊分層次連通,既能分層與國家中心串聯,又能隨時切換使幾個區域之間并聯。根據需求,它既能實現行業內的縱向聯通,又能跨省市跨流域橫向連接,達到數據庫資源和格網計算(Gridcomputing)能力共享。●地球系統模擬網絡平臺在管理體制上必須由國家委員會統一領導,按公司治理結構組織實施。要做到統籌兼顧、分工協調、集中管理、有償服務;必須克服部門各自為政、地方和部門分割的現象。先進的科學技術系統,如果沒有人與自然協調、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品。

　　因此,要從根本上加強科學宏觀調控,提高應急反應和防災救災能力,我們認為,加強地球系統科學研究,建設地球系統模擬網絡平臺是落實科學發展觀最關鍵的一步。(本文作者為中國科學院院士,中國科學院地理科學與資源研究所研究員,中國科學院遙感應用研究所研究員)