應對災害連鎖反應和制定應急預案,迫切需要地球系統(tǒng)科學

　　5月12日,四川汶川地區(qū)發(fā)生7.8級特大地震。截至5月14日,四川地震重災區(qū)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(qū)達到44個,受災鄉(xiāng)鎮(zhèn)1061個,人口大約2000萬人,根據(jù)有關方面介紹，直接受災人數(shù)1000多萬。此次地震屬于淺源地震,除了東北少數(shù)地區(qū)外,全國大部分地區(qū)都有震感。

　　地震發(fā)生后,溫家寶總理馬上趕赴災區(qū)現(xiàn)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(xù)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(fā)地區(qū),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(guī)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(jiān)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、社會和人文要素,這些要素要在動態(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)展過程,需要對地球系統(tǒng)進行全面系統(tǒng)的“體格檢查”,作出“診斷”,科學地提出防治災變的方案,進行規(guī)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(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)模擬網(wǎng)絡平臺就是這樣一個平臺。地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡是一個先進的大型計算機網(wǎng)絡系統(tǒng),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(tài)、環(huán)境等諸多領域的動態(tài)變化過程,隨時發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境條件的異常和突變,監(jiān)測某些地區(qū)的災害發(fā)生的性質、范圍和規(guī)模,定位定量地預測災害的發(fā)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(guī)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(tǒng),而不是人為地劃分行業(yè)、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(fā)展,使地球系統(tǒng)研究成為可能

　　錢學森先生在1965年提出:“地球系統(tǒng)是一個復雜的開放性巨系統(tǒng)”,是統(tǒng)攬地球科學、生物學,乃至社會和經(jīng)濟科學領域的大系統(tǒng),是人與自然協(xié)調可持續(xù)發(fā)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(fā)達國家在地球系統(tǒng)上的嘗試都以失敗告終。

　　經(jīng)過近年來的發(fā)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(tǒng)研究成為可能。

　　在自然科學方面,許多分支新興學科的發(fā)展為高層次的宏觀統(tǒng)籌提供了堅實的科學基礎。以中國科學院為例,經(jīng)過近60年的發(fā)展,僅在資源環(huán)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(fā)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(xiàn)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(shù)值預報、動力模型、空間統(tǒng)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(yè)中也達到了相當程度的普及。因此,地球系統(tǒng)研究數(shù)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(fā)的資源—環(huán)境系列衛(wèi)星相繼發(fā)射成功;氣象、海洋、資源、環(huán)境衛(wèi)星已構成業(yè)務運行系統(tǒng),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(qū)域,可為對地觀測提供穩(wěn)定可靠和具有更新能力的數(shù)據(jù);目前,中科院遙感衛(wèi)星地面站已能接收20余種國際遙感衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。因此,充分利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源以及全球定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星和北京小衛(wèi)星的運行,在全球衛(wèi)星傳輸定位、導航、遙感監(jiān)測方面均占有了一席之地,為地球系統(tǒng)科學研究提供了有利的條件。

　　建設地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)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(guī)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,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(lián)合北京大學、清華大學在中關村組織建立高校信息網(wǎng)絡中心的試點工作,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通訊光纜鏈接重慶、長沙、合肥、上海等幾個節(jié)點構成網(wǎng)絡,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)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,政府部門制訂了21世紀“十金工程”規(guī)劃,積極推進海關、銀行、郵政、鐵路、航空、公路、海運等產業(yè)部門的信息網(wǎng)建設,其中鐵路航空等部門的VAST通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)率先完成并開展業(yè)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(guī)劃。自主設計和裝備高性能的網(wǎng)絡節(jié)點指日可待。

　　地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡平臺的整體框架

　　地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡平臺以當今信息社會和衛(wèi)星時代的科學技術是完全可以實現(xiàn)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(tǒng)模擬網(wǎng)絡平臺應擁有多學科、各行業(yè)、遍布全球的全國監(jiān)測臺站網(wǎng)絡接口。它能隨時可以采集大氣、海洋、陸地各圈層的動態(tài)變化的數(shù)據(jù),以及人類社會的經(jīng)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(tài)、環(huán)境方面的長期記錄,也包括人文、社會、經(jīng)濟、文化、歷史方面的空間統(tǒng)計。

　　●地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡平臺應是一個分布式地理空間數(shù)據(jù)庫,具備采集、存儲、分發(fā)海量數(shù)據(jù)資源和檢索查詢功能,比現(xiàn)在的google等更加全面而且強大得多。

　　●地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡平臺應具備高速高效的傳輸和交換能力,由光纖光纜、衛(wèi)星通訊分層次連通,既能分層與國家中心串聯(lián),又能隨時切換使幾個區(qū)域之間并聯(lián)。根據(jù)需求,它既能實現(xiàn)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(shù)據(jù)庫資源和格網(wǎng)計算(Gridcomputing)能力共享。●地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡平臺在管理體制上必須由國家委員會統(tǒng)一領導,按公司治理結構組織實施。要做到統(tǒng)籌兼顧、分工協(xié)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(xiàn)象。先進的科學技術系統(tǒng),如果沒有人與自然協(xié)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(tǒng)科學研究,建設地球系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡平臺是落實科學發(fā)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)來源：光明日報