面對全球氣候變化的新挑戰(zhàn)，中國地球科學需要作出積極回應。
研究顯示，氣候變化影響生物多樣性，數(shù)千種物種將迎來滅絕厄運。圖為一只北極狐，北部苔原的融雪對它來說可能是一個壞消息，因為氣候變暖意味著赤狐在更北的地區(qū)也能找到家的感覺，它們可能會大舉入侵北極狐的傳統(tǒng)領地。
核心觀點
進入新世紀，面對人類社會發(fā)展的新格局和中國經(jīng)濟社會發(fā)展的新需求，中國地球科學必須做出積極回應。
當前國家經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展對地球科學的緊迫需求和當代科技的發(fā)展，都要求中國地球科學在繼續(xù)關注國內或區(qū)域性問題的同時，把研究的視野擴展到全球。
中國地球科學要進一步發(fā)展，要獲得更多的創(chuàng)造性成果，必須改變各學科分割、地球科學和其他學科分割的局面。
當前，我們應當更多地支持定量化研究，鼓勵青年科學家掌握定量化研究的理論和方法，具備定量化研究的能力。
建設數(shù)據(jù)共享平臺極為重要，政府應當為地球科學發(fā)展提供共享平臺，強化數(shù)據(jù)共享的政策，減少重復建設的費用，為所有地球科學工作者提供公平競爭環(huán)境。
科學技術是當代人類社會發(fā)展的第一推動力。進入新世紀，世界各國都在思考和部署新的經(jīng)濟和社會發(fā)展戰(zhàn)略，在新的形勢下，我國科學技術事業(yè)的發(fā)展正面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇，地球科學也不例外。
新中國成立以來，中國地球科學得到長足發(fā)展，取得許多重大成就。李四光等人提出的“陸相生油”理論打破了西方的“中國貧油論”，甩掉了中國貧油帽子；中國科學家對珠穆朗瑪峰地區(qū)和青藏高原的綜合科學考察，成為人類科學了解“地球第三極”地質環(huán)境的基礎；確立了黃土風成學說，使中國黃土與海洋沉積、冰芯一起，成為全球環(huán)境變化國際對比的三大標準；提出了大氣長波頻散理論，對動力氣象學發(fā)展作出了重要貢獻，“夏季高原為熱源”和“大氣環(huán)流有季節(jié)性變化”的理論已成為大氣科學方面的經(jīng)典。我國科學家在云南澄江發(fā)現(xiàn)大批動物群化石，揭示了生物進化的突發(fā)性，并將動物起源時間向前推進5000萬年。經(jīng)過半個世紀的努力，中國地球科學不僅在地理學、地質學、氣象學等傳統(tǒng)地球科學分支學科研究中不斷深入，在一些交叉學科如地球物理、地球化學、海洋學等領域也都取得重要突破。
回顧20世紀歷史，我們?yōu)槲覈厍蚩茖W立足于中國這片廣闊的土地，在發(fā)展科學和服務國家建設兩方面所取得的成就感到自豪。進入新世紀，面對人類社會發(fā)展的新格局和中國經(jīng)濟社會發(fā)展的新需求，中國地球科學必須做出積極回應。
一、21世紀人類社會發(fā)展的新特點
過去一個世紀，人類社會發(fā)生了翻天覆地的變化，這個變化比過去人類一兩千年變化還要廣泛、深刻。它不僅影響到人類自身生活，也影響到人類生存環(huán)境的劇烈改變。在快速發(fā)展的21世紀，這種影響會變得更加明顯。21世紀人類社會的發(fā)展將呈現(xiàn)出以下顯著的特點：
1.知識經(jīng)濟的發(fā)展
縱觀歷史，人類社會發(fā)展史就是一部生存斗爭史。在封建社會，土地是最重要的資源，也是主要的生產要素，爭奪土地的戰(zhàn)爭，是民族、國家之間斗爭最基本的內容。隨著工業(yè)經(jīng)濟的興起和發(fā)展，人類進入資本主義社會，對資源和市場的追求成為最重要的內容，資本積累、資源和市場爭奪是各國競爭的主要形式，這在19世紀表現(xiàn)尤為明顯。在20世紀后半葉，隨著科學技術的高速發(fā)展，知識經(jīng)濟逐漸居于主導地位，科學技術進步在國家和民族競爭中扮演著越來越重要的角色，并最終發(fā)揮決定性的作用。因此，對知識的創(chuàng)造、獲取、積累和傳播，是當前人類社會發(fā)展的基礎。
2.全球化進程
人類社會發(fā)展到今天，生產的發(fā)展、科學技術的進步，特別是現(xiàn)代信息技術、通訊技術和交通運輸技術的發(fā)展，使得國家之間經(jīng)濟、科技、文化等方面信息和物質交流越來越普遍，形成跨越國界的信息流和物流網(wǎng)絡；組織生產也已經(jīng)遠遠超過了國家、區(qū)域的范圍，逐漸形成全球范圍各種生產要素的優(yōu)化組合。全球化進程對于科學技術的影響也非常深刻，伴隨著經(jīng)濟全球化，科學技術全球化的進程也正在加速推進。網(wǎng)絡技術的發(fā)展，拓展了學術交流的廣度和深度；虛擬實驗室這一新興組織形式，越來越得到各國科學家的青睞，從而在世界范圍內實現(xiàn)科技資源的優(yōu)化配置?？傮w上看，世界已經(jīng)成為一個地球村，中國科學技術的發(fā)展必須置于全球化的視角之下考慮。
3.可持續(xù)發(fā)展的理念和實踐
科學技術是一把雙刃劍。一方面，科技的發(fā)展給人類帶來了巨大的便利，改善了人類的生活，延長了人類的壽命，創(chuàng)造了更好的生活；另一方面，科技成果在應用過程中也帶了一系列的問題，如環(huán)境污染、全球氣候變化與災變、科學倫理等問題，這些都在人類社會引起了強烈關注和巨大反響。地球系統(tǒng)是個非線性系統(tǒng)，它的某些參數(shù)的微小變化，有可能引發(fā)整個系統(tǒng)巨大的、不可逆的改變。因此，人類的利益和命運與地球環(huán)境越來越緊密聯(lián)系在一起，也促使人類更多地思考自身發(fā)展問題，形成了可持續(xù)發(fā)展的理念。
21世紀人類社會的這些新特點和科學技術的進步緊密相連。知識經(jīng)濟、全球化以及可持續(xù)發(fā)展理念都是科學技術進步的結果；反過來又對科學技術的發(fā)展產生深刻的影響。知識經(jīng)濟是全球化范疇下的經(jīng)濟形態(tài)，知識和其他物質財富的創(chuàng)造和流動必須在全球化的框架下布局；可持續(xù)發(fā)展的核心是資源和環(huán)境問題，包括全球氣候變化問題，又對科學技術進步，特別是對地球科學的進步，提出了新的需求，為地球科學的大發(fā)展創(chuàng)造了重大機遇；全球化的格局使人類有可能也必須以全球視角來研究和解決面臨的問題。所有這些都對地球科學的發(fā)展提出了新的要求，也為地球科學的發(fā)展指明了方向。
二、中國經(jīng)濟、社會發(fā)展對地球科學發(fā)展的緊迫需求
21世紀人類社會發(fā)展的新特點，為中國地球科學發(fā)展提供了新的機遇；面對21世紀中國經(jīng)濟、社會發(fā)展的新格局以及面臨的新矛盾、新問題，中國地球科學必須準確把握。
1.資源短缺問題
中國石油儲量不足，石油供應越來越依賴進口，石油對外依存度已經(jīng)高達51%。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，石油供應成為極為緊迫的問題。中國黑色金屬、有色金屬也越來越不能滿足經(jīng)濟發(fā)展的需求，不得不付出巨大的代價，從外國進口礦石，帶動一系列相關產品的價格大幅提升。水資源的國際分享和利用問題日益突出。在全球化背景下，資源和能源的全球供應合作和結構優(yōu)化是世界各國都必須關注的重大問題。我國過去在資源問題上基本上以自給自足為主，隨著我國經(jīng)濟和科技的發(fā)展，這種方式日益凸顯出其局限性。全球化進程必然會導致全球范圍內資源市場結構的進一步調整。中國在將自己的資源提供給全世界分享的同時，也面臨著對世界資源的越來越嚴重的依賴。從中國自身的發(fā)展和促進全球共同發(fā)展的角度都要求對全球的能源、資源布局有全面、深入的了解，如何實現(xiàn)資源的優(yōu)勢互補是中國地球科學需要研究的重大問題之一。
2.氣候變化問題
全球氣候變化問題，是對中國的巨大挑戰(zhàn)。中國以煤為主的能源結構在支撐經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用，但是，燃煤所帶來的碳排放已不僅僅是中國，同時也是全世界關心的問題。當前，中國二氧化碳排放已超越美國，成為世界第一排放國。碳排放問題已經(jīng)影響到中國經(jīng)濟發(fā)展的全局。
中國在解決全球變化問題中，雖然承擔著與發(fā)達國家不同的責任，但也扮演著重要的角色。然而，我們對全球變化的研究不夠，了解甚少。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）報告源于發(fā)達國家地球系統(tǒng)模擬研究的結果，在這背后是數(shù)千人的科學家隊伍，以及數(shù)十億美元的投入。而我國只有幾十人通過幾個二級課題做一些基礎性的工作。我們既缺乏高質量的全球對地觀測數(shù)據(jù)和產品，缺乏經(jīng)過深入研究的數(shù)學物理模型，也缺乏開展地球系統(tǒng)模擬所需的超級計算機軟件、硬件，特別是軟件的支撐。同時，全球變化研究凸顯了多學科交叉、融合的極端重要性，而這方面恰恰是當前我國科學技術發(fā)展中突出的薄弱環(huán)節(jié)。
3.生態(tài)與環(huán)境問題
生態(tài)與環(huán)境問題已經(jīng)超越國界，成為制約人類社會進一步發(fā)展的主要因素之一。水污染和大氣污染是目前世界上最為緊迫的衛(wèi)生危機之一，其影響范圍早已超越國界。一些專門從事全球用水狀況和大氣環(huán)境研究的科學家驚呼，水污染和大氣污染問題已經(jīng)成為“世界性的災難”。沙塵暴問題早已國際化，中國是個沙塵暴多發(fā)國家，既有源自我國境內的，亦有40%源自境外，而源自本土的沙塵暴，往往被周邊受影響的國家所詬病。生物入侵已成為全球威脅，入侵物種每年對全球造成1.4萬億美元的損失。中國是遭受生物入侵最嚴重的國家之一，入侵中國的生物已達五百多個物種，生物入侵形勢十分嚴峻。切爾諾貝利核污染后果遍及相鄰國家，并且遺禍于下一代。土壤大規(guī)模酸化和退化、森林減少、水土流失和有毒化學物質傳播等等環(huán)境問題都影響著中國以至全人類的生存和發(fā)展。環(huán)境污染問題、生物入侵問題等具有世界性的特點，其影響早已超越國界，其源頭和擴散過程也是一個眾說紛紜、亟待闡明的全球性問題。
4.海洋開發(fā)問題
中國既是一個陸地大國，也是一個海洋大國，擁有300多萬平方公里的領海。廣闊的海洋不僅僅對地球環(huán)境產生重大的影響，同時蘊藏著豐富的自然資源，是人類發(fā)展和生存的新空間。但是，歷史上的閉關鎖國政策扼殺了中國人對海洋的探索，我們對近海資源環(huán)境了解甚少，對深海、極地的研究更是嚴重不足。目前，中國的海洋船隊越來越活躍于世界各地，但是缺乏對相應海域的了解。中國要實施“走出去”的戰(zhàn)略，就必須對全球海洋狀況有全面的、深入的了解。
以上這些問題都對地球科學的發(fā)展提出了新的、重大的需求，也表明中國的地球科學研究已不能再局限于國內。中國地球科學必須下決心開拓視野，走向世界，為保護人類生存和發(fā)展的地球環(huán)境、為解決中國經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)
三、中國地球科學在新的形勢下應當關注的幾個重大問題
1.地球科學研究的全球視野
當前國家經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展對地球科學的緊迫需求和當代科技的發(fā)展，都要求中國地球科學在繼續(xù)關注國內或區(qū)域性問題的同時，把研究的視野擴展到全球。21世紀的新特點，包括知識經(jīng)濟、全球化和可持續(xù)發(fā)展等，其共同的基點就是全球視野。面對中國經(jīng)濟、社會發(fā)展對地球科學的巨大需求，包括解決資源短缺、環(huán)境污染、海洋開發(fā)、氣候變化等問題，也必須有全球視野。所以，中國地球科學必須大力加強全球性問題的研究。
最近幾十年來，科學技術的高速發(fā)展，為中國地球科學開拓全球視野創(chuàng)造了條件。對地觀測技術的發(fā)展大大開闊了人類的視野，過去不出門只能看到自身的家園，現(xiàn)在通過衛(wèi)星影像，可以看到整個國家甚至整個世界；地球物理儀器裝備、海洋探測儀器裝備的進步，使人類有可能獲得地球深部和海洋深部的信息，從而發(fā)現(xiàn)了眾多未知的現(xiàn)象，大大增加了人類對地球在宏觀尺度上的認識。
在加強地球科學全球性問題研究的同時，仍要繼續(xù)重視地球科學在國家和區(qū)域性方面問題的研究，這同樣是我國經(jīng)濟、社會發(fā)展的緊迫需求。全球性問題的研究要充分利用我國地學多年研究成果的積累，認真做好對我國地球科學多年研究的繼承和發(fā)展。
2.地球科學與其他學科的交叉、滲透和融合
中國地球科學要進一步發(fā)展，要獲得更多的創(chuàng)造性成果，必須改變各學科分割、地球科學和其他學科分割的局面。實際上，當代科學技術發(fā)展的大多數(shù)創(chuàng)新成果都出現(xiàn)在交叉領域，地球科學也不例外。調查顯示，當代科學技術重大的突破，有70%到80%是來自于學科交叉領域。
過去，地球科學發(fā)展單科獨進現(xiàn)象比較明顯，在已取得重大創(chuàng)新的基礎上取得新的突破比較困難。地球是一個復雜系統(tǒng)，地球科學的發(fā)展已經(jīng)越來越要求將大氣圈、巖石圈、生物圈、水圈與深部地球和空間作為一個整體研究；不僅僅需要地球科學各學科的交叉滲透，還需要地球科學和數(shù)理科學、技術科學、計算機科學，以及經(jīng)濟學、社會學和其他社會科學的結合，這將促進中國地球科學產生新的重大突破。
過去幾十年，科學技術的發(fā)展為地球科學交叉和融合創(chuàng)造了條件。地理信息技術、全球定位技術、高精尖測試分析技術等為地球科學各學科的數(shù)據(jù)融合、采集和分析奠定了技術基礎；現(xiàn)代物理學、化學和工程技術科學發(fā)展為了解地球結構、理化性質提供了理論和技術支撐，并有可能把地球作為一個整體進行剖析；地質學、生物學、基因科學的發(fā)展，使人類對整個地球生命過程、生命史有了全面和深入的研究?？傊?，科學技術的發(fā)展為中國地球科學實現(xiàn)多學科的交叉、滲透和融合提供了廣闊的平臺，為地球科學向廣度和深度兩個方向發(fā)展提供了強有力的支撐。
當前，應當充分發(fā)揮現(xiàn)有地球科學研究基地的優(yōu)勢，對現(xiàn)有學科進行必要的調整，鼓勵形成多學科交叉的研究基地；同時，科技管理部門應當通過體制上和機制上的必要調整，來鼓勵多學科的交叉融合，推動中國的地球科學新的飛躍。
3.地球科學研究中的數(shù)量化方法
地球科學研究經(jīng)歷了從定性研究到定性和定量研究結合的發(fā)展過程。我們看到，數(shù)量化方法在地球科學的大氣、海洋等領域已經(jīng)得到廣泛的應用，但是，在其他不少領域仍較為薄弱。當前，我們應當更多地支持定量化研究，鼓勵青年科學家掌握定量化研究的理論和方法，具備定量化研究的能力。
現(xiàn)代計算數(shù)學、計算機技術及物理學的發(fā)展，使人類有可能通過各種物理、數(shù)學模型模擬地球的過程；超級計算機的發(fā)展和應用為這些巨大模型模擬和海量數(shù)據(jù)處理、分析提供了強有力的支撐。因此，可以預期，各種數(shù)學模型和數(shù)量化方法將在地球科學中發(fā)揮越來越大的作用。
數(shù)量化方法是現(xiàn)代科技發(fā)展的產物，當代科學技術發(fā)展經(jīng)驗表明，數(shù)量化方法在新學科的形成過程中發(fā)揮了催化劑的作用。就地球科學而言，面對的是大自然既宏觀又復雜的問題，野外調查是基礎，但是單純的野外考察方法也有局限性，在時、空兩個尺度上不易拓展，這時，數(shù)學模擬就顯得尤為重要。對地球的定量模擬研究，可以在一定意義上將大尺度空間的研究轉移到實驗室，實現(xiàn)定性描述和定量分析的有機結合；而且，數(shù)量化方法不僅定量地描述過去和現(xiàn)在，還可能預測未來。
IPCC報告中關于未來氣候變化的結論主要是基于數(shù)學模擬的結果。但是，由于有關工作大多由國外科學家完成，我國的話語權十分薄弱，這直接涉及到國家的重大利益?？梢?，數(shù)量化方法應用是地球科學發(fā)展的緊迫需要。
當然，我們要看到，數(shù)量化方法還處在發(fā)展階段，存在不確定性因素。這在科學發(fā)展過程中是必然的，不要因為存在問題，而把數(shù)量化方法看成是“雕蟲小技”。我們應當鼓勵青年科學家用數(shù)學、物理學武裝自己，加強數(shù)量化方法的研究，這是未來的希望。
4.加強數(shù)據(jù)共享和基礎設施建設
數(shù)據(jù)共享機制為廣大科技工作者提供了充分的、公平的學術環(huán)境?？茖W創(chuàng)造的過程是一個由量變到質變的過程，因此數(shù)據(jù)、資料的積累極其重要?？梢赃@么說，科學發(fā)現(xiàn)的過程是攀登高峰的過程，只有后人能夠站在前人的肩膀上，才能最終達到科學的頂峰。
當前，數(shù)據(jù)資料積累體制和機制尚不完善，不少數(shù)據(jù)和資料成為部門甚至個人的私有財產。這樣，每一個新的項目都要從頭開始，長此下去，中國地球科學不可能得到發(fā)展。因此，建設數(shù)據(jù)共享平臺極為重要，政府應當為地球科學發(fā)展提供共享平臺，強化數(shù)據(jù)共享的政策，減少重復建設的費用，為所有地球科學工作者提供公平競爭環(huán)境。
我國中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）確定了中國未來十五年科學技術發(fā)展的重點領域，其中有兩個領域和地球科學密切相關，包括：把發(fā)展能源、水資源和環(huán)境保護技術放在優(yōu)先位置；加快發(fā)展空間技術和海洋技術；同時，強調加強基礎科學和前沿技術研究，特別是交叉學科的研究。國家的高度重視為中國地球科學創(chuàng)造了廣闊發(fā)展空間。
我們相信，有國家的大力支持，有地球科學界同仁的共同努力，中國地球科學家一定會為世界地球科學和中國社會經(jīng)濟發(fā)展做出新的貢獻。
（作者：徐冠華 全國政協(xié)常委，教科文衛(wèi)體委員會主任，中國科學院院士；鞠洪波 中國林業(yè)科學研究院資源信息所所長，研究員；何斌 北京師范大學全球變化與地球系統(tǒng)科學研究院，博士，講師；程曉 北京師范大學全球變化與地球系統(tǒng)科學研究院副院長，教授；徐冰 清華大學環(huán)境科學與工程系，博士，教授）
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