作者:王成善等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2021/4/22 14:11:24
选择字号:
“深时数字地球”国际大科学计划

地球科学的使命是帮助人类看清赖以生存家园——地球,包括看清过去、现在和未来。可持续发展是地球科学的重要内涵,数字化时代的可持续发展正在催生新的科学范式。在上世纪板块构造理论之后,地球科学的下一个重大理论突破迟迟未现,地学大数据与地球系统科学的结合或可能成为新的突破口。因此,地学界的当务之急应当是建立真正拥抱数字时代的业态架构方式,整合地球演化全球数据,共享全球地学知识,实现地学研究与产业应用的范式革命。近日,中国地质大学王成善院士联合众多中外科学家在《国家科学评论》(National Science Review, NSR)发表综述文章,系统阐述“深时数字地球(DDE)”国际大科学计划的背景、理念和实施计划等。

从理论到数据:数字革命时代创新发展的方法论

科学数据开始全球共享的时候,很少有人意识到“面向数据研究”和“基于数据研究”的区别。这是两种完全不同的思考模式,不仅是如何看待数据的差别,更需要重新思考构建“已知和未知”、“未知和未知”的方式。

演绎推理和归纳推理是科学研究中的经典范式,但演绎推理将科学研究的发现局限在预设的“前提”内,归纳推理将“数据”理解为推理假设、定律和理论手段,和理论本身无涉。在大数据时代,“深时数字地球(DDE)”国际大科学计划的推动者强调溯因推理,是因为数据的内涵开始变得更加丰富,互联网、人工智能等变革性技术为实现深时地球复杂系统以及各层圈相互作用的数字表达、定量关联、深度分析、数值模拟与定量预测提供了前所未有的机遇。大数据不再是补充研究的手段,而是推动了整体的思想变革。基于此,DDE正式发起。

国际大科学计划:新时代地球科学研究的关键举措

地球科学研究地球的过去、现在与未来,既需要将区域性的研究同国际地球科学整体研究趋势和全球性信息整合,又需要把地球的大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核以及近地空间视作密切联系的整体,并关注人类活动的影响,理解它们相互作用的过程和机理。因此,大数据和人工智能时代的到来,成为地球科学突破发展的机遇与挑战。

国际大科学计划致力于建设一个为应对全球科技挑战、支撑全球或者区域命运共同体提供社会所需知识的国际平台。DDE计划的核心目的是聚合全球地学大数据,构建数据驱动的地球科学发现。计划聚焦涉及地球的四大演化,即深时地球物质演化、生命演化、地理演化和气候演化(Evolution of Materials, Evolution of Life, Evolution of Geography, Evolution of Climate,简称4E)。DDE计划围绕四大演化和应用科学,部署一系列重大任务,引领未来的国际地球科学研究,最终实现重大的源头创新和突破。

主动高效与合作共赢:国际大科学计划组织架构的根本遵循

在推行DDE的过程中,DDE的推动者们不断深化对国际大科学计划的规律性认识,主动布局和积极利用国际创新资源,努力构建合作共赢的伙伴关系。为了建立一个具有国际重要影响、权威、公正的管理体系,DDE计划参考国际大科学组织和实施的国际经验与惯例,邀请了国际知名专家学者和管理者组建了管理委员会(Governing Council)、执行委员会(Executive Committee)和科学委员会(Science Committee)。

高效运行、有机协作的执行体系对于国际科学计划的成功至关重要。基于对最大化促进跨国跨学科交流合作和构建科技资源多元协作支撑体系的充分考虑,DDE计划建立了以秘书处(DDE Secretariat Office)、国际卓越中心体系(DDE Center of Excellence)、工作组与任务组体系 (Working Group & Task Group) 为核心的执行与实施体系。

数据不设限:DDE的核心离不开数据与智能

DDE从构思到落地,一路演进到现在,DDE推动者们基本重新定义了指导地球科学研究的三部曲:一是建立深时地球知识体系,二是建立可操作性的深时数据基础设施,三是搭建全球协作的深时平台。

深时地球知识体系构建的核心在于地球科学专家与数据科学、语义本体专家深度合作,建立一个用户驱动的基于统一框架下的地球科学知识图谱,通过深时数据基础设施开发高效的DDE科研集成环境。

从DDE整体发展看来,DDE的核心在于数据的全栈创新能力的释放,通过打造、协调不同语义地球科学大数据的标准和平台,将数据红利充分释放到地学场景中。未来的地学研究离不开数据与智能,当前传统的科学研究基本是以地质模型为中心,但随着数据革命时代的到来,需要“数据-知识”一体化去重构地学场景。当地球科学数字新基建变得越来越普惠,科学家、技术人员和政策制定者将有能力开展更深、更广的创新。

拥抱可持续发展:长远布局众创共享

地球是人类赖以生存和发展的唯一家园,认知地球演化科学规律、预测未来全球变化等需要全球科学家和世界各国的共同努力,DDE旨在建立一个透明的组织结构,吸引更多的科学家加入,聚焦地球演化的重大科学前沿,共同建设新型创新平台,推动地球演化的重大基础科学问题的突破。

DDE将利用制定的共享机制和标准规范,采取多种手段持续集成来源多样的深时地球科学数据。同时,积极争取多渠道国际资金投入,按照现行国际科技规则体系和以此为基础的全球科技治理体系,与全球地球科学家及机构开展对话、交流,在开放合作中求同存异,实现共赢。

结语

在DDE推动者们看来,DDE将像是一个虚拟的开放式厨房,所有科学家都可以来这里用自己的创造力“一展厨艺”。这些数据即是佳肴的原材料。DDE开发的技术和引擎便是食谱和器具。顾客(科学家)可以用他们自己的方式来“烹饪”,以解决科学中最令人兴奋的挑战——即发现我们所不知道的“未知的未知”,从而有望以全新的、生动的细节来了解地球的过去、现在和未来。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwab027

 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
超快磁性:加热磁铁,“冷冻”时间 镭核大小可影响同位素能级
国家重点专项课题完成深渊海试验收 新基础物理学再添“证据”
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文