2008年春节前后，南方经历了持续20多天的低温、雪灾冻害。据初步估计，经济损失达1500亿元人民币，受灾耕地面积达700多万亩，受灾森林损失573亿，引起了世界各国的关注。

 

京珠高速公路和京港铁路的南岭路段全线瘫痪，过往车辆被迫从赣南、桂东二线绕道行驶。湘、黔、桂高压输电线铁塔压垮了几十座，导致郴州等10多座中小城市断电断水。电厂燃煤告急，山西大秦铁路每日抢运电煤3万吨，从石家庄空运蜡烛600万支紧急空投江西、福建以解决灾区照明。胡主席、温总理亲赴前线指挥救灾抢险。

 

我国西南各省及岭南山地本来就是滑坡、泥石流等地质灾害多发地区，超常的融冰化雪，还很可能诱发更多的滑坡、泥石流等次生灾害，破坏农田水利措施，影响春耕生产。春旱春暖的北方发生飞蝗灾害更是屡见不鲜。根据历史经验，大范围的长期气温异常现象与地热场的异常表现明显相关，很有可能预示地震的发生。

 

灾害链锁反应的规律告诉我们，“各人自扫门前雪”的预案和措施，对于重大自然灾害预警预报是很不完善的，难免顾此失彼，手忙脚乱。面对大范围的灾害必须加强对地球系统的基础性研究和全面监测。只有准确、快速、及时地获取数据和信息以及快速有效的预测和预报，才能制订出比较全面的预警预案。

 

 

认真做好节能减排、污染防治，以及大气、水源、能源和资源的节约利用与废弃物的回收再利用等工作，必须进一步优化产业结构。建设资源节约型社会和生态文明，促进人与自然和谐发展，也涉及到物种迁移与作物传播、候鸟迁徙以及鱼类回游路线等。因此，我们需要深入研究地球的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈、人类与信息圈等各圈层之间的相互依存、相互制约和相互作用的全过程；正本清源，需要从根本上研究地球的形成、演变和发生发展过程，需要对地球系统进行全面系统的“体格检查”，做出“诊断”，科学地提出防治灾变的方案，进行规划、设计以及组织工程实施。

 

监测、诊断和制定防灾治灾方案既要考虑自然要素，又要考虑经济、社会和人文要素，这些要素要在动态中不断加以调整。建国以来，曾有多次重大举措，通过组织全国性专家委员会，凝聚全国科学界力量获得成功的历史经验：一次是在建国初期，为解决资源短缺，动员地质学界的专家解决煤炭资源勘测与生产问题，使我国的煤炭生产一举突破一亿吨；另一次是石油大会战，提出了陆相生油的创新理论，成功开拓了大庆、胜利和任丘等东部大油田；第三次是通过人口问题大辩论，由宋健院士主持，制订计划生育政策，取得了对人口宏观调控的重大成功；第四次是竺可桢院士主持全国自然区划，接着何康同志（时任农业部部长）组织全国农业区划，对土地生产潜力和粮食产量作出了比较科学的评估，通过采取兴修水利、改良土壤、培育良种等多种措施，逐步实现了粮食自给，打破了罗马俱乐部关于中国人不能养活自己的悲观论点。这几次跨行业、跨地区的宏观控制方案和政策，对于新中国经济发展和社会稳定功不可没，影响深远。

 

 

钱学森先生在1965年提出：“地球系统是一个复杂的开放性巨系统”，是统揽地球科学、生物学，乃至社会和经济科学领域的大系统，是人与自然协调可持续发展的枢纽，是高屋建瓴的大学问。

 

当时我国还处在百废待兴的“初级发展阶段”，许多分支新兴学科尚在萌芽成长时期，高层次的宏观统筹还缺乏坚实的科学基础。譬如，当时生态学还处于孕育在景观学中的朦胧状态，第四纪地质学还只被看作是新生代地层的一个时段，科技界对于它们对资源、环境产生的巨大作用和意义还认识不足，有关生态文明、节约型国家和循环经济等观念尚未成为社会共识。

 

以中国科学院为例，建国初期，自然科学主要划分为数、理、化、天、地、生六大门类，经过近60年的发展，仅在资源环境领域就建立了20多个研究所，分工很细，不仅有大气、海洋、地质、地球物理、地理、动物、植物等古老学科，还成立了湖泊、沼泽（湿地）、山地、沙漠、冰川、冻土等许多新领域的研究所。同时，在学科分工的广度和深度上也有很大的发展。分支学科的研究愈深入，系统的综合集成就愈有必要，基础也愈扎实，否则国家急需的宏观战略问题就会无人过问，难以解决。

 

在工程技术的支持条件方面，当时对于地球系统这样的庞然大物还是力不从心。早在20世纪70年代末，日本就提出过“地球模拟器”的计划，以当时最先进的单机，对日本全国地球物理场的有关科学数据实现了综合集成，为提高地震预报水平做出过一定贡献，但对于整个地球系统而言，存储量与运算能力仍然不足，“地球模拟器”计划宣告失败。

 

 

改革开放以后，中国科学技术突飞猛进，曙光A4000计算机已研制成功，并成功应用于气象数值预报。以曙光A4000为节点组成的高等院校教育网获得成功，中心设在北京，重庆、长沙、上海和南京组成节点，实现了数据资源共享和运算能力兼容。这种分布式的网络系统，远非单一主机的性能可以望其项背。

 

现在，信息技术不仅普遍应用于地球科学领域的气象、海洋领域的数值预报、动力模型、空间统计分析方面，在固体地球物理、地球化学、生命基因等领域，以及测绘、石油、地震找矿等行业中也达到了相当程度的普及。因此，地球系统研究数字化、信息化水平已有一定的基础。

 

在网络系统支持下，2006年地质调查局的1∶100万地质图实现了2×2公里格网的数字化和信息共享的实验。2007年，中国科学院地理科学与资源研究所也完成了1∶100万地貌图，实现了土地利用与土地覆盖图的数字化。

 

通过多年努力，我国航天事业成就辉煌。自主研发的资源-环境系列卫星相继发射成功；气象、海洋、资源、环境卫星已构成业务运行系统，接收台站覆盖范围从本土扩展到欧亚大陆，以及南北极地区域，可为对地观测提供稳定可靠和具有更新能力的数据；目前，中科院遥感卫星地面站已能接收20余种国际遥感卫星的数据。因此，充分利用卫星数据资源以及全球定位系统、北斗卫星和北京小卫星星座的运行，在全球卫星传输定位、导航、遥感监测方面均占有了一席之地，为地球系统科学研究提供了有利的条件。

 

 

20世纪70年代，尽管日本当时计算机科学技术属于国际领先地位，但当时提出的“地球模拟器”宏伟计划的时机尚不成熟。

 

1987年世界银行无息贷款12亿美元，支持中国科学规划重大项目，李廷栋院士和笔者担任其中资源与环境评议组组长，资助了一批国家重点实验室的建设。拨款600万美元，由孙钟秀（时任南京大学副校长）主持，联合北京大学、清华大学在中关村组织建立高校信息网络中心的试点工作，后在教育部的大力支持下，该项目发展成为新一代的分布式科技信息网站，它以北京为中心通过通讯光缆链接重庆、长沙、合肥、上海等几个节点构成网络，实现了数据资源和运算能力的共享，取得了初步的成功经验。

 

2002年8月，政府部门制订了21世纪“十金工程”规划，积极推进海关、银行、邮政、铁路、航空、公路、海运等产业部门的信息网建设，其中铁路航空等部门的VAST通讯网络系统率先完成并开展业务运行，为调控人流、物流、能流提供及时信息服务。

 

高性能百万亿次/秒的超级计算机已列入中长期科技规划。自主设计和装备高性能的网络节点指日可待。

 

今天的地球系统模拟网络平台，应该是一个先进的大型计算机网络系统，可以高效、快速地模拟地球上大气、海洋、地球物理、地球化学、生态、环境等诸多领域的动态变化过程，随时发现生态环境条件的异常和突变，监测某些地区的灾害发生的性质、范围和规模，定位定量地预测灾害的发生时段，事先制订出应急反应的预案，评估可能的损失以及恢复重建的规划，未雨绸缪，防患未然。它模拟的是整个地球系统，而不是人为地划分行业、学科或领域来研究，否则将坐井观天，难窥全貌。

 

地球系统模拟网络平台以当今信息社会和卫星时代的科学技术是完全可以实现的，它不再是科幻小说，也不是神话，其整体框架大概可以描述如下：

 

（1）地球系统模拟网络平台应拥有多学科、各行业、遍布全球的全国监测台站网络接口。它随时可以采集大气、海洋、陆地各圈层的动态变化的数据，以及人类社会的经济活动（包括人流、物流、资金流、信息流和交通通信运输设施）的能力。它既包括自然、生态、环境方面的长期记录，也包括人文、社会、经济、文化、历史方面的空间统计。

 

（2）地球系统模拟网络平台应是一个分布式地理空间数据库，具备采集、存储、分发海量数据资源和检索查询功能，比现在的google、world wind更加全面而且强大得多。

 

（3）地球系统模拟网络平台应具备高速高效的传输和交换能力，由光纤光缆、卫星通讯分层次连通，既能分层与国家中心串联，又能随时切换使几个区域之间并联。根据需求，它既能实现行业内的纵向联通，又能跨省市跨流域横向连接，达到数据库资源和格网计算(Grid computing)能力共享。

 

（4）地球系统模拟网络平台在管理体制上必须由国家委员会统一领导，按公司治理结构组织实施。要做到统筹兼顾、分工协调、集中管理、有偿服务；必须克服部门各自为政、地方和部门分割的现象。先进的科学技术系统，如果没有人与自然协调、社会和谐的保证，只能成为实验样品，最终将不能形成社会产品。

 

因此，要从根本上加强科学宏观调控，提高应急反应和防灾救灾能力，本文认为，加强地球系统科学研究，建设地球系统模拟网络平台是落实科学发展观最关键的一步。

 

（作者为中科院院士、中科院地理与资源研究所研究员、中科院遥感应用研究所研究员）

《科学新闻》 (2008年 10月 第1期 院士建议)