讓人類讀懂地球：中科院啟動「大工程」！

　　2018-03-31 09:37大數據/人類

　　當前，大數據已成為知識經濟時代的戰略高地，是國家和全球的新型戰略資源。作為大數據的重要組成部分，地球大數據正催生人類用全新的思維方式去了解地球，推動地球科學向更深層次發展，讓人類更加讀懂我們生活的地球

　　日前，中國科學院啟動了A類戰略性先導科技專項「地球大數據科學工程（ CASEarth）」。這一工程以建成具有全球影響力、國際化、開放式的國際地球大數據科學中心為目標，致力於推動並實現地球大數據技術創新、重大科學發現和一站式全方位宏觀決策支持。對此，經濟日報記者深入採訪了有關專家。

　　

　　↑地球大數據科學工程模擬平台。 （資料圖片）

　　地球大數據包羅萬象

　　地球大數據是針對地球科學的數據密集型研究方法，它可以模擬出虛擬地球，將有利於解決一些重大的世界性問題

　　如何讓黃河三角洲40年間的變化如同過電影般地展現在人們眼前？

　　「在以前，用傳統的科學考察方法肯定是做不到的，但是通過衛星遙感大數據，這項工作就變得簡單了許多。」在中國科學院院士、「地球大數據科學工程」先導專項負責人郭華東的電腦里，有一份40頁的PPT，裡面記錄了從1976年到2015年間黃河三角洲地區的遙感圖，如果按年份連續播放，就可以清晰地看出該地區40年裡的變化軌跡。

　　這就是遙感大數據的魅力所在。在科學技術不斷發展的今天，人們通過對地觀測、地表感測器網路、遙感技術等手段，獲取了海量的地球科學數據，這些數據統稱為地球大數據。

　　「地球大數據具有規模大、來源廣、多樣化、多時相、多尺度、高維度、高複雜性和非結構化等特點，它是針對地球科學的數據密集型研究方法。發展地球大數據將有利於解決一些重大的世界性問題。」中國科學院院長白春禮表示。

　　「作為一種交叉研究方法，地球大數據可以模擬出虛擬地球。這個虛擬地球既可以用於地球科學研究，也可與信息科學、空間科學、人類學及社會學產生緊密聯繫。」

　　郭華東說，2015年，聯合國發布了可持續發展目標議程，以期面向2030年解決貧困、不平等和全球變化等問題帶來的挑戰。在這一議程的17個目標中，地球大數據至少可以為實現其中8個目標提供不同形式的支持，特別是純凈的水源、低廉的能源、可持續發展的城市、全球變化、水下生命、陸上生命、健康和平等發展目標。

　　記者了解到，此次的「地球大數據科學工程」先導專項為期5年，設置了CASEarth科學工程總體、CASEarth小衛星、大數據雲服務平台、數字一帶一路、全景美麗中國、生物多樣性與生態安全、三維信息海洋、時空三極環境、數字地球科學平台共9個項目。

　　郭華東介紹，地球大數據科學工程總體、CASEarth小衛星和地球大數據雲服務平台這3個項目屬於綜合型基礎設施項目。其中，地球大數據雲平台就是把資源、環境、生物、生態等領域的數據匯聚起來，讓大家有一個共享的數據中心，然後在這個基礎上，建設一個數字地球科學平台。此外，為了滿足數據更新需求，還將發射CASEarth小衛星進行實時監測，它不僅可以白天成像，也可以夜間成像。

　　

　　數據開放共享是關鍵

　　海量數據的低效應用成為當前我國乃至整個地球科學界面臨的嚴峻問題和技術瓶頸，這既包括技術問題，也包括人員和管理問題，有待深入解決

　　在數據經濟時代，大數據起著不可替代的作用，它是一個國家發達程度的表現。越來越多的國家認識到，大數據蘊藏巨大價值和潛力。2013年，美國大數據約佔全球數據總量的31%，歐盟佔19%，中國佔13%。經過4年多的發展，我國的大數據總量佔比提高至16%；預計到2020年，我國這一佔比將提高到21%。

　　「大數據已成為與自然資源、人力資源一樣重要的戰略資源。」白春禮說。

　　「然而相比商業領域，大數據在地球科學中運用得還比較少，這主要是因為數據獲取難度比較大。大數據要取代傳統科學裝置、實驗模型、論證方法，還有很長的路要走。」郭華東表示。

　　在這個過程中，推動科學數據開放和共享是核心問題。當前，我國乃至全球還普遍存在著數據共享政策不完善以及資源分散、重複布局、成果顯示度不夠等情況，海量數據的低效應用成為我國乃至整個地球科學界面臨的嚴峻問題和技術瓶頸。

　　「在資源、環境、生物、生態等多學科、跨領域交叉場景下，孤立使用單一特定領域的已有挖掘分析理論和方法，已經難以有效推動科學發現，需要綜合應用這些方法，系統性、整體性去解決某些重大科學問題。」白春禮說。

　　對此，郭華東表示，「地球大數據科學工程」先導專項將突破數據開放共享的瓶頸問題，實現資源、環境、生物、生態等領域分散的數據、模型與服務的全面集成，形成多學科融合、全球領先的地球大數據與雲服務平台，並構建大數據驅動的、具有全球影響力的數字地球科學平台。

　　郭華東坦言，數據共享我國一直在推動，但是進展比較緩慢，這其中有技術問題也有管理和人員問題。「其中，人員和管理問題更為複雜也更為關鍵。比如，中科院各研究所之間有時數據都不共享。因此，要通過科學的行政手段打通數據之間的共享障礙，讓各種科學數據能夠互聯互通，從而促進科學研究更加深入。」郭華東說。

　　「今後，這一先導專項一定要在數據共享的機制體制上下功夫，研究提出科學、合理、可行的數據共享制度與政策，充分考慮數據提供者的利益，調動大家共享數據的主動性和積極性，從而保障該科學工程的活力與生命力。」白春禮說。

　　推動地球科學發展

　　地球大數據有可能給地球科學研究帶來重大變革，為此，我國將藉助先導專項全面提升該領域在國家技術創新、科學發現等方面的重大成果產出

　　「地球大數據為地球科學研究提供了全新的方法論，並正在成為認識地球的新鑰匙以及地球科學研究的新引擎，有可能給地球科學研究帶來重大變革。」郭華東表示。

　　他認為，全球變化帶來的資源、環境問題，本質上是不同地球圈層互相作用的結果。這需要從地球系統的不同要素，如大氣圈、水圈、生物圈、冰凍圈和岩石圈，採集和整合數據，以便長期獲取持續、準確的全球數據。觀測這些圈層有助於揭示地球表面進程的隱性時空結構及其相關規律。它也有助於探究和了解在人類活動影響下改變地球系統的機理，為生態環境保護和可持續發展提供科學依據，研究應對全球變化的綜合策略，減少全球變化的影響。

　　據悉，「地球大數據科學工程」先導專項將用5年時間在北京懷柔科學城建成國際地球大數據科學中心。這一中心由數字地球科學展示中心、地球大數據決策支持中心、地球大數據學科交叉平台以及地球大數據共享中心4部分組成，將與國際、國內重要的地球大數據組織機構互聯互通、數據共享，成為國際地球大數據研究的引領者。中心建成后，衛星數據接收處理、影像更新用時小於2小時；熱點區域應急信息服務用時小於1小時；應急監測精準信息產品生產用時小於10小時。

　　未來，「地球大數據工程」先導專項將突破一系列技術瓶頸問題，形成資源、環境、生物、生態等領域多學科融合、獨具特色的地球大數據雲服務平台，成為支撐國家宏觀決策與重大科學發現的大數據重大科技基礎設施；同時，將構建大數據驅動、具有高度影響力的數字地球科學平台，全景展示和動態推演「一帶一路」可持續發展過程與態勢，實現對全景美麗中國可持續發展的精準評價與決策支持。

　　此外，這一先導專項將探索形成大數據驅動、多學科融合、全球協作的科學發現新範式，示範帶動地球系統科學、生命科學及相關學科的重大突破，成為國際化、開放式的大數據科學中心，全面提升該領域在國家技術創新、科學發現、宏觀決策和社會公眾知識傳播服務等方面的重大成果產出。