來(lái)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(xué)

　　5月12日,四川汶川地區發(fā)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(wàn)平方公里,涉及到阿壩、綿陽(yáng)、德陽(yáng)、成都、廣元、雅安等6個(gè)市、州,嚴重受災的縣區達到44個(gè),受災鄉鎮1061個(gè),人口大約2000萬(wàn)人,根據有關(guān)方面介紹，直接受災人數1000多萬(wàn)。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(fā)生后,溫家寶總理馬上趕赴災區現場(chǎng)。黨中央、國務(wù)院高度重視抗震救災,中央政治局常委會(huì )兩次召開(kāi)會(huì )議,進(jìn)行周密部署,胡錦濤總書(shū)記等黨和國家領(lǐng)導人在緊張指揮抗災的同時(shí),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(guān)注災害后的連鎖反應。我國西南各省及嶺南山地本來(lái)就是滑坡、泥石流等地質(zhì)災害多發(fā)地區,此次災害很可能誘發(fā)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?huà)唛T(mén)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(jīng)濟、社會(huì )和人文要素,這些要素要在動(dòng)態(tài)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(fā)生發(fā)展過(guò)程,需要對地球系統進(jìn)行全面系統的“體格檢查”,作出“診斷”,科學(xué)地提出防治災變的方案,進(jìn)行規劃、設計以及組織工程實(shí)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的運動(dòng),那么在面對大范圍災害時(shí),就能準確、快速、及時(shí)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(wǎng)絡(luò )平臺就是這樣一個(gè)平臺。地球系統模擬網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)先進(jìn)的大型計算機網(wǎng)絡(luò )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(xué)、生態(tài)、環(huán)境等諸多領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,隨時(shí)發(fā)現生態(tài)環(huán)境條件的異常和突變,監測某些地區的災害發(fā)生的性質(zhì)、范圍和規模,定位定量地預測災害的發(fā)生時(shí)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(gè)地球系統,而不是人為地劃分行業(yè)、學(xué)科或領(lǐng)域來(lái)研究,否則將坐井觀(guān)天,難窺全貌!

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

　　錢(qián)學(xué)森先生在1965年提出:“地球系統是一個(gè)復雜的開(kāi)放性巨系統”,是統攬地球科學(xué)、生物學(xué),乃至社會(huì )和經(jīng)濟科學(xué)領(lǐng)域的大系統,是人與自然協(xié)調可持續發(fā)展的樞紐,是高屋建瓴的大學(xué)問(wèn)。但當時(shí),由于條件所限,日本等發(fā)達國家在地球系統上的嘗試都以失敗告終。

　　經(jīng)過(guò)近年來(lái)的發(fā)展,我國自然科學(xué)和工程技術(shù)都有了很大的進(jìn)步,使地球系統研究成為可能。

　　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(guān)統籌提供了堅實(shí)的科學(xué)基礎。以中國科學(xué)院為例,經(jīng)過(guò)近60年的發(fā)展,僅在資源環(huán)境領(lǐng)域就建立了20多個(gè)研究所,分工很細,不僅有大氣、海洋、地質(zhì)、地球物理、地理、動(dòng)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(shí),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(kāi)放以后,中國科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)?，F在,信息技術(shù)不僅普遍應用于地球科學(xué)領(lǐng)域的氣象、海洋領(lǐng)域的數值預報、動(dòng)力模型、空間統計分析方面,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(lǐng)域,我國自主研發(fā)的資源—環(huán)境系列衛星相繼發(fā)射成功;氣象、海洋、資源、環(huán)境衛星已構成業(yè)務(wù)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(guān)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(xué)研究提供了有利的條件。

　　建設地球系統模擬網(wǎng)絡(luò )平臺時(shí)機比較成熟

　　1987年世界銀行無(wú)息貸款12億美元,支持中國科學(xué)規劃重大項目,李廷棟院士和我擔任其中資源與環(huán)境評議組組長(cháng),資助了一批國家重點(diǎn)實(shí)驗室的建設。其時(shí)，撥款600萬(wàn)美元,由孫鐘秀(時(shí)任南京大學(xué)副校長(cháng))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(diǎn)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(guò)通訊光纜鏈接重慶、長(cháng)沙、合肥、上海等幾個(gè)節點(diǎn)構成網(wǎng)絡(luò ),實(shí)現了數據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(mén)制訂了21世紀“十金工程”規劃,積極推進(jìn)海關(guān)、銀行、郵政、鐵路、航空、公路、海運等產(chǎn)業(yè)部門(mén)的信息網(wǎng)建設,其中鐵路航空等部門(mén)的VAST通訊網(wǎng)絡(luò )系統率先完成并開(kāi)展業(yè)務(wù)運行,為調控人流、物流、能流提供及時(shí)信息服務(wù)。

　　高性能百萬(wàn)億次/秒的超級計算機已列入中長(cháng)期科技規劃。自主設計和裝備高性能的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)指日可待。

　　地球系統模擬網(wǎng)絡(luò )平臺的整體框架

　　地球系統模擬網(wǎng)絡(luò )平臺以當今信息社會(huì )和衛星時(shí)代的科學(xué)技術(shù)是完全可以實(shí)現的,它不再是科幻小說(shuō),也不是神話(huà),其整體框架大概可以描述如下:

　　●地球系統模擬網(wǎng)絡(luò )平臺應擁有多學(xué)科、各行業(yè)、遍布全球的全國監測臺站網(wǎng)絡(luò )接口。它能隨時(shí)可以采集大氣、海洋、陸地各圈層的動(dòng)態(tài)變化的數據,以及人類(lèi)社會(huì )的經(jīng)濟活動(dòng)(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(tài)、環(huán)境方面的長(cháng)期記錄,也包括人文、社會(huì )、經(jīng)濟、文化、歷史方面的空間統計。

　　●地球系統模擬網(wǎng)絡(luò )平臺應是一個(gè)分布式地理空間數據庫,具備采集、存儲、分發(fā)海量數據資源和檢索查詢(xún)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(wǎng)絡(luò )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(lián),又能隨時(shí)切換使幾個(gè)區域之間并聯(lián)。根據需求,它既能實(shí)現行業(yè)內的縱向聯(lián)通,又能跨省市跨流域橫向連接,達到數據庫資源和格網(wǎng)計算(Gridcomputing)能力共享?！竦厍蛳到y模擬網(wǎng)絡(luò )平臺在管理體制上必須由國家委員會(huì )統一領(lǐng)導,按公司治理結構組織實(shí)施。要做到統籌兼顧、分工協(xié)調、集中管理、有償服務(wù);必須克服部門(mén)各自為政、地方和部門(mén)分割的現象。先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)系統,如果沒(méi)有人與自然協(xié)調、社會(huì )和諧的保證,只能成為實(shí)驗樣品,最終將不能形成社會(huì )產(chǎn)品。

　　因此,要從根本上加強科學(xué)宏觀(guān)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(xué)研究,建設地球系統模擬網(wǎng)絡(luò )平臺是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀(guān)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)院遙感應用研究所研究員)