遙感衛(wèi)星對(duì)地球的每一次回眸，科考船在大洋的每一次下潛，地質(zhì)鉆機(jī)向地球深部的每一次進(jìn)軍，以及人類的每一次地面調(diào)查等，都積累下越來越多關(guān)于地球的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)讓地球變得“透明”，變得數(shù)字化。這就是數(shù)字地球，人類認(rèn)識(shí)地球的新方式。

日前，國際數(shù)字地球?qū)W會(huì)和中國科學(xué)院在北京舉辦首屆中國數(shù)字地球大會(huì)。大會(huì)主席、國際數(shù)字地球?qū)W會(huì)名譽(yù)主席、中國科學(xué)院院士郭華東指出：“大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，為數(shù)字地球提供了新的發(fā)展契機(jī)?！?/p>

時(shí)間回溯到1999年，我國發(fā)起并組織召開了第一屆國際數(shù)字地球會(huì)議，27個(gè)國家的科學(xué)家發(fā)布《1999數(shù)字地球北京宣言》提出，數(shù)字地球“讓人類洞察地球上的任何一個(gè)角落”，建議各界共同推動(dòng)數(shù)字地球的發(fā)展。

彼時(shí)，數(shù)字地球理念剛提出不久。有記者問擔(dān)任第一屆國際數(shù)字地球會(huì)議秘書長(zhǎng)的郭華東，什么是數(shù)字地球？他答道：把真實(shí)的地球放進(jìn)計(jì)算機(jī)里，就叫數(shù)字地球。20年后，又有記者問他同樣的問題。他的答案是：在大數(shù)據(jù)到來的今天，地球大數(shù)據(jù)使數(shù)字地球有了更好的實(shí)現(xiàn)方式。郭華東在會(huì)上呼吁，推進(jìn)地球大數(shù)據(jù)的開放共享，將分散的數(shù)據(jù)集成起來，推動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，服務(wù)決策支持，促進(jìn)全球可持續(xù)發(fā)展。

數(shù)字地球有了更好的實(shí)現(xiàn)方式

“數(shù)字地球”是國際上1998年提出的概念，這一概念設(shè)想把有關(guān)地球的大量的、多分辨率的、三維的、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，與地球科學(xué)綜合集成，模擬地球發(fā)展變化，支持政府決策等。

過去數(shù)十年，太空多了數(shù)百只人類的“眼睛”——人造地球衛(wèi)星?？臻g對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使人類具有了獲取全球尺度地球數(shù)據(jù)的能力：人類能夠獲取大量大氣、海洋和陸地的高精度、高時(shí)空分辨率數(shù)據(jù)，可重復(fù)觀測(cè)頻率從月發(fā)展到分鐘，空間分辨率從公里發(fā)展到厘米，電磁波譜的利用從可見光到微波……數(shù)字地球是在衛(wèi)星遙感等空間對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

“不過，隨著地球觀測(cè)、信息系統(tǒng)、導(dǎo)航定位、網(wǎng)絡(luò)通信等科技的進(jìn)步，數(shù)字地球的理念也不斷發(fā)展?！惫A東指出，地基觀測(cè)、?；^測(cè)等多種對(duì)地觀測(cè)方式、地球勘測(cè)方法和地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以及人類活動(dòng)相關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等，使數(shù)字地球有了更加豐富的數(shù)據(jù)來源，即地球大數(shù)據(jù)。

郭華東曾向媒體做過科普：在衛(wèi)星的高度看地球，可以看到地球的不同景象。但是，“如果我們能穿透地球的表層看地球又是什么樣的？或者說我們?nèi)绻训厍虻拇髿馊?、生物圈、巖石圈，這些圈層綜合起來看，地球又是什么樣的”？

這些多種來源的地球大數(shù)據(jù)，使數(shù)字地球有了更好的實(shí)現(xiàn)方式?！皵?shù)字地球關(guān)注的是信息化地球的戰(zhàn)略方向，地球大數(shù)據(jù)則肩負(fù)著實(shí)現(xiàn)這一戰(zhàn)略目標(biāo)的使命和擔(dān)當(dāng)?！惫A東認(rèn)為，地球大數(shù)據(jù)成為我們認(rèn)識(shí)地球的新鑰匙和知識(shí)發(fā)現(xiàn)的新引擎。

科技部原部長(zhǎng)、首屆中國數(shù)字地球大會(huì)科學(xué)委員會(huì)主席徐冠華也認(rèn)為，地球大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)字地球建設(shè)，可以使我們更加全面地認(rèn)識(shí)我們居住的星球，及時(shí)準(zhǔn)確掌握自然界的重大變化；同時(shí)有利于掌握人類生產(chǎn)生活等各個(gè)方面的變動(dòng)情況，為各國政府提高決策的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和協(xié)調(diào)性提供強(qiáng)有力的支撐。

相關(guān)科技為防災(zāi)減災(zāi)等諸多領(lǐng)域提供支持

“可以說，我國引領(lǐng)了數(shù)字地球的全球發(fā)展。”郭華東說。

這種引領(lǐng)體現(xiàn)在，我國是數(shù)字地球發(fā)展的重要推動(dòng)者。比如，20年前發(fā)起并組織國際數(shù)字地球會(huì)議這個(gè)平臺(tái)，至今已在12個(gè)國家舉辦了18次會(huì)議，推動(dòng)數(shù)字地球理念在國際上的傳播和學(xué)術(shù)交流；2006年，國際數(shù)字地球?qū)W會(huì)在我國成立，并成為國際科學(xué)聯(lián)合會(huì)成員和全球地球觀測(cè)組織成員；2008年，國際首個(gè)以數(shù)字地球?yàn)橹饕芯繉?duì)象的學(xué)術(shù)期刊《國際數(shù)字地球?qū)W報(bào)》在北京創(chuàng)刊；2019年，我國科學(xué)家聯(lián)合國際科學(xué)家出版了世界上首部《數(shù)字地球手冊(cè)》……

這種引領(lǐng)還體現(xiàn)在，“我國的數(shù)字地球科學(xué)研究和技術(shù)應(yīng)用取得了豐碩成果，在諸多領(lǐng)域發(fā)揮著引領(lǐng)作用?！敝袊茖W(xué)院院長(zhǎng)白春禮說，我國相繼研發(fā)的數(shù)字地球系統(tǒng)，建立的數(shù)字地球平臺(tái)，為應(yīng)對(duì)氣候變化、防災(zāi)減災(zāi)、城市管理、遺產(chǎn)保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展等提供了重要支撐，在國內(nèi)外產(chǎn)生了很大的影響。

數(shù)字地球通過多源數(shù)據(jù)的融合使用，產(chǎn)生更相關(guān)、更豐富和完整的信息，用于復(fù)雜的分析和決策支持。比如，監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害，預(yù)測(cè)未來可能發(fā)生的自然災(zāi)害；探測(cè)與研究環(huán)境污染，為污染防治提供解決方案；模擬環(huán)境變化對(duì)瀕危物種的影響，據(jù)此采取合適的生態(tài)多樣性保護(hù)措施。

在數(shù)字地球戰(zhàn)略框架下，地球大數(shù)據(jù)的重要作用正日益顯現(xiàn)。本次大會(huì)上，郭華東分享了近期用地球大數(shù)據(jù)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展取得的成果。

2015年，聯(lián)合國通過《變革我們的世界：2030年可持續(xù)發(fā)展議程》，提出17項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，如消除饑餓、遏制生物多樣性的喪失等。但這些目標(biāo)的實(shí)施進(jìn)程和效果很難評(píng)估，因?yàn)槿狈ψ銐虻臄?shù)據(jù)和完善的評(píng)估方法。傳統(tǒng)上一般依靠各個(gè)國家通過統(tǒng)計(jì)調(diào)查來開展，但效率不高、成本高。此時(shí)，地球大數(shù)據(jù)派上了用場(chǎng)。

比如，在對(duì)消除饑餓的評(píng)估中，有一項(xiàng)指標(biāo)是考核從事生產(chǎn)性和可持續(xù)農(nóng)業(yè)的農(nóng)業(yè)地區(qū)比例，這涉及土地利用效率、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、作物長(zhǎng)勢(shì)等許多問題。研究人員利用中巴資源衛(wèi)星、環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星、美國陸地衛(wèi)星的土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合作物播種面積和產(chǎn)量、有效灌溉面積、化肥施用量等農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及污染普查數(shù)據(jù)等地面調(diào)查數(shù)據(jù)和氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)等，建立了一套評(píng)估模型和方法。

再比如，在遏制生物多樣性的喪失方面，研究人員選取大熊貓棲息地為研究對(duì)象。為何？因?yàn)椋珖谒拇未笮茇堈{(diào)查報(bào)告顯示，我國野生大熊貓數(shù)量相比以前有較為明顯的增加，世界自然保護(hù)聯(lián)盟據(jù)此將大熊貓的瀕危等級(jí)從瀕危降到易危，遭到許多學(xué)者的質(zhì)疑。

研究人員通過在衛(wèi)星影像里提取的森林覆蓋類型數(shù)據(jù)、國家測(cè)繪部門的河流數(shù)據(jù)、交通部門的道路數(shù)據(jù)，以及人口、經(jīng)濟(jì)、自然保護(hù)區(qū)邊界數(shù)據(jù)等，綜合分析后得出結(jié)論：盡管大熊貓數(shù)量增加，但由于公路建設(shè)等人類活動(dòng)以及地震等自然災(zāi)害的影響，大熊貓棲息地的面積比1988年被列為瀕危物種時(shí)還要小，且更加破碎，物種瀕危等級(jí)的評(píng)估應(yīng)綜合種群和棲息地兩方面的因素。

根據(jù)這些研究，中科院地球大數(shù)據(jù)專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)撰寫了《地球大數(shù)據(jù)支撐可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)報(bào)告》。在今年9月聯(lián)合國第74屆大會(huì)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)峰會(huì)上，我國向全球發(fā)布這一報(bào)告，引起國際社會(huì)熱烈反響。

數(shù)據(jù)開放共享瓶頸問題還需突破

讓科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)于決策，有一個(gè)關(guān)鍵的前提——要有足夠多的數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)之間的共享。數(shù)據(jù)鴻溝、數(shù)據(jù)孤島是世界面臨的挑戰(zhàn)性問題。郭華東呼吁，突破數(shù)據(jù)開放共享的瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境、生物、生態(tài)等領(lǐng)域分散的數(shù)據(jù)、模型與服務(wù)等的全面集成。

2019年1月，中國科學(xué)院發(fā)布地球大數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)，以共享方式為全球用戶提供系統(tǒng)、多元、動(dòng)態(tài)、連續(xù)并具有全球唯一標(biāo)識(shí)規(guī)范化的地球大數(shù)據(jù)。平臺(tái)發(fā)布了5PB的數(shù)據(jù)，包括40年的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)以及海量的地面觀測(cè)數(shù)據(jù)、生物生態(tài)數(shù)據(jù)、大氣海洋數(shù)據(jù)、古生物數(shù)據(jù)等，每年還將以3PB的數(shù)據(jù)量進(jìn)行更新。截至10月，有115個(gè)國家的用戶訪問了該平臺(tái)。

此次大會(huì)上，中國科學(xué)院還發(fā)布了地球大數(shù)據(jù)原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、信息挖掘于一體，把散落的地球大數(shù)據(jù)“珠子”穿成“項(xiàng)鏈”，將成為驅(qū)動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)和決策支持的重要科學(xué)平臺(tái)。

人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，正在促進(jìn)數(shù)字地球和地球大數(shù)據(jù)的深入發(fā)展。“要對(duì)不斷積累的數(shù)據(jù)進(jìn)行高度自動(dòng)化和智能化分析，從龐大的數(shù)據(jù)集中提取信息，從而推動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)決策支持?！惫A東說。

徐冠華在會(huì)上發(fā)出呼吁，為更好推動(dòng)數(shù)字地球發(fā)展，科學(xué)家應(yīng)以地球大數(shù)據(jù)為抓手，廣泛開展合作，結(jié)合新一代信息技術(shù)快速發(fā)展，加強(qiáng)數(shù)字地球?qū)W科建設(shè)和基本理論框架研究，突破技術(shù)瓶頸，促進(jìn)學(xué)科交叉。

“在全球尺度上能提供全球環(huán)境與資源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和分析方式、手段，在區(qū)域尺度上能提高人居環(huán)境信息化、生態(tài)化與智慧化水平”，這是徐冠華對(duì)數(shù)字地球的期待。