全球水循環(huán)空間立體觀測(cè)示意圖　遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供圖

神秘遼闊的青藏高原一直是科研人員們熱衷的科考圣地。然而，其復(fù)雜高寒的地理及氣候環(huán)境，也常常令科考之路充滿艱險(xiǎn)。是否有一天，科研人員們不需要手腳并用地在青藏高原上攀爬，甚至不用去那里就能完成科考工作?

“這并非不切實(shí)際的幻想，空間地球科學(xué)家們正努力讓這一夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。”中國科學(xué)院空天信息研究院研究員、遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任施建成說。

日前，第一屆空間地球科學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)在海南省三亞市召開，近400位來自全國各地的空間科技和地球科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者專家參會(huì)，共同商討中國空間地球科學(xué)發(fā)展大計(jì)。在會(huì)議上，中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)下屬二級(jí)學(xué)會(huì)空間地球科學(xué)專業(yè)委員會(huì)也對(duì)外公開宣布正式成立。

利用空間觀測(cè)手段，研究地球系統(tǒng)如何發(fā)展演化

空間地球科學(xué)是利用空間觀測(cè)手段，研究地球系統(tǒng)各子系統(tǒng)間相互作用與過程以及如何發(fā)展演化的一門綜合交叉學(xué)科。空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù)和地球系統(tǒng)的發(fā)展演化是空間地球科學(xué)方向的核心研究?jī)?nèi)容。

中科院院士徐冠華說：“空間地球科學(xué)開拓人類深刻研究地球的新途徑和新視野，是對(duì)傳統(tǒng)研究方法的革命性變革。它使地球科學(xué)的研究從局部拓展到全球和整體;從靜態(tài)擴(kuò)大到動(dòng)態(tài);從陸地、海洋、對(duì)流層延伸到平流層以上的空間，不斷擴(kuò)展著人類的知識(shí)領(lǐng)域。”

如今，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，地球系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的、不斷變化的系統(tǒng)。隨著地球科學(xué)研究的深入，越來越需要空間科學(xué)和技術(shù)的廣泛參與。

徐冠華指出：“針對(duì)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中基本的前沿科學(xué)問題，包括地球系統(tǒng)如何變化、地球系統(tǒng)變化的主要原因是什么、對(duì)全球變化的適應(yīng)過程和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、未來地球系統(tǒng)如何變化等，空間地球科學(xué)能夠利用其空間觀測(cè)范圍廣、要素全、時(shí)效長(zhǎng)等特點(diǎn)，為地球系統(tǒng)科學(xué)研究提供了新思路、新手段。”

1995年，科學(xué)家就曾利用星載紫外探測(cè)器在地球極區(qū)大氣層發(fā)現(xiàn)臭氧洞，從大氣化學(xué)角度闡明了氯氟烴對(duì)臭氧層形成、分解的作用及機(jī)理。在我國，近年來空間科學(xué)也在科學(xué)研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。例如，隨著中科院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的開展，科研人員們借助“悟空”“墨子號(hào)”等一系列科學(xué)衛(wèi)星，在暗物質(zhì)、量子通信等科學(xué)研究領(lǐng)域接連取得重大突破。

突破傳統(tǒng)研究手段的局限，能更深入更定量化認(rèn)識(shí)地球

當(dāng)前一些前沿科學(xué)問題，很多都是大尺度上的科學(xué)問題，傳統(tǒng)研究手段有很大的局限性。而空間地球科學(xué)憑借其優(yōu)勢(shì)，為更宏觀、更精細(xì)、更深入、更定量化研究和認(rèn)識(shí)地球，突破以往難以解決的地球科學(xué)重要基礎(chǔ)科學(xué)問題，提供了新的可能。

對(duì)此，施建成進(jìn)一步舉例：“特別是面對(duì)全球環(huán)境變化這樣的基礎(chǔ)前沿性、全局性的重大科學(xué)問題，空間地球科學(xué)能夠通過對(duì)全球大氣中二氧化碳濃度及分布的測(cè)量和大范圍、長(zhǎng)時(shí)間、多參數(shù)的探測(cè)和研究，開展大規(guī)模地球系統(tǒng)數(shù)值模擬，進(jìn)行地球變化過程的定量化研究，將最終為弄清楚全球變化這一影響人類生存發(fā)展的重大問題做出顯著貢獻(xiàn)。”

空間地球科學(xué)新技術(shù)、新方法和空間探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，為地球科學(xué)各分支學(xué)科的研究提供了不可缺失的大范圍基礎(chǔ)信息，也有許多新發(fā)現(xiàn)。如通過海洋拓?fù)涓叨染?xì)測(cè)量反演出全球洋流，并加深了對(duì)海洋動(dòng)力學(xué)的認(rèn)識(shí)等。

“空間地球科學(xué)研究還推動(dòng)了一大批新型空間觀測(cè)儀器的技術(shù)進(jìn)步。”施建成說：“其中包括精細(xì)光譜成像測(cè)量重力和磁場(chǎng)的主動(dòng)式傳感器，高靈敏熱紅外遙感、激光雷達(dá)測(cè)量、熱輻射定量測(cè)量等。相關(guān)探測(cè)機(jī)理、技術(shù)和方法的直接應(yīng)用或轉(zhuǎn)移，對(duì)資源、環(huán)境、大氣、海洋、生態(tài)、農(nóng)林業(yè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等空間應(yīng)用也發(fā)揮了重大作用。”

此外，空間地球科學(xué)通過不斷深化科學(xué)需求對(duì)工程技術(shù)提出新要求，推動(dòng)了航天技術(shù)、工程技術(shù)領(lǐng)域包括光學(xué)、精密機(jī)械、電子信息、材料科學(xué)、加工工藝學(xué)等學(xué)科發(fā)展和高技術(shù)進(jìn)步。與此同時(shí)，空間地球科學(xué)又反過來從上述學(xué)科的發(fā)展中獲益。

研究發(fā)展勢(shì)頭良好，但我國仍主要是空間知識(shí)的使用國而非產(chǎn)出國

經(jīng)過50年的發(fā)展，我國空間技術(shù)、空間地球科學(xué)研究，在學(xué)科領(lǐng)域設(shè)置、科研隊(duì)伍培養(yǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面都取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，目前學(xué)科領(lǐng)域齊全、人才隊(duì)伍初具規(guī)模、科研成果不斷涌現(xiàn)，形成了良好的發(fā)展勢(shì)頭。然而，與國際先進(jìn)水平相比，我國仍有很大的差距。“例如在空間的探測(cè)和認(rèn)知方面能力還比較弱，缺少具有前沿性、探索性和原始創(chuàng)新性的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和成果，中國仍然主要是空間知識(shí)的使用國，而非產(chǎn)出國。”中科院院士、空間地球科學(xué)專委會(huì)主任郭華東說。

為彌補(bǔ)這些不足，我國的空間地球科學(xué)家們也正在為做出原始創(chuàng)新的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和成果而努力。

在此次會(huì)議上，郭華東就提出了一個(gè)新穎大膽的研究構(gòu)想。郭華東指出，北極、南極和青藏高原是全球變化的“敏感區(qū)”和“指示器”，國際學(xué)界多年來一直給予高度關(guān)注，但全球范圍內(nèi)現(xiàn)有的項(xiàng)目中，大多只關(guān)注單一極區(qū)，還沒有能夠把“三極”作為一個(gè)整體進(jìn)行系統(tǒng)性的研究。因此，他提出：“可以大膽構(gòu)想在月球這一穩(wěn)定的自然衛(wèi)星上，構(gòu)建月基對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，利用其快速和大區(qū)域覆蓋能力，對(duì)三極地區(qū)開展同步研究。”

郭華東團(tuán)隊(duì)已有的研究結(jié)果表明，利用光學(xué)傳感器從月球觀測(cè)地球，可以觀測(cè)整個(gè)青藏高原地區(qū)，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)北極和南極地區(qū)的全覆蓋觀測(cè)，模擬效果影像和觀測(cè)時(shí)間窗口均可預(yù)知，有潛力一舉實(shí)現(xiàn)對(duì)“三極”的全覆蓋同步觀測(cè)。

“這些年來，我們的科學(xué)研究填補(bǔ)了很多國內(nèi)空白，但真正為人類作出貢獻(xiàn)的并不多。如果由我們中國發(fā)起并率先建設(shè)月基對(duì)地觀測(cè)平臺(tái)，讓全球科學(xué)家去那里做實(shí)驗(yàn)，其歷史意義將是非凡的。”郭華東說，“中國科技界已經(jīng)到了反哺國際社會(huì)的時(shí)候了。”

如何更有力地推動(dòng)我國空間地球科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，從而使中國有能力為人類的空間探索、技術(shù)進(jìn)步及社會(huì)發(fā)展作出持續(xù)性的貢獻(xiàn)?

施建成認(rèn)為，除了科學(xué)家自身的努力，也需要政府相關(guān)部門著眼于我國長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略需求，實(shí)施我國自主的空間科學(xué)計(jì)劃并對(duì)其進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定的支持。

徐冠華希望，通過空間科學(xué)和地球科學(xué)的更深度融合，更好地推動(dòng)空間科學(xué)和空間技術(shù)“入地”，更關(guān)注地球科學(xué)的相關(guān)問題;也推動(dòng)地球系統(tǒng)科學(xué)研究“上天”，通過空間信息獲取平臺(tái)更好地研究地學(xué)問題。

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