近日，國(guó)際數(shù)字地球?qū)W會(huì)和中國(guó)科學(xué)院在北京舉辦首屆中國(guó)數(shù)字地球大會(huì)。大會(huì)主席、國(guó)際數(shù)字地球?qū)W會(huì)名譽(yù)主席、中國(guó)科學(xué)院院士郭華東指出，“大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，為數(shù)字地球提供了新的發(fā)展契機(jī)。”時(shí)間回溯到1999年，我國(guó)發(fā)起并組織召開(kāi)了第一屆國(guó)際數(shù)字地球會(huì)議，27個(gè)國(guó)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(lèi)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(wèn)擔(dān)任第一屆國(guó)際數(shù)字地球會(huì)議秘書(shū)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(wèn)他同樣的問(wèn)題。他的答案是：從一定意義上講，數(shù)字地球也可以說(shuō)是地球大數(shù)據(jù)。

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(lèi)的每一次地面調(diào)查等，都積累下越來(lái)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(lèi)認(rèn)識(shí)地球的新方式。“全球正經(jīng)歷著深刻的數(shù)字革命。數(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)。”郭華東在會(huì)上呼吁，推進(jìn)地球大數(shù)據(jù)的開(kāi)放共享，將分散的數(shù)據(jù)集成起來(lái)，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。

從數(shù)字地球到地球大數(shù)據(jù)

“數(shù)字地球”是國(guó)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(guò)去數(shù)十年，太空多了數(shù)百只人類(lèi)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(lèi)具有了獲取全球尺度地球數(shù)據(jù)的能力。“人類(lèi)已經(jīng)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(jiàn)光到微波……”郭華東說(shuō)。

數(shù)字地球起初是在衛(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(lái)的，但隨著地球觀測(cè)、時(shí)空信息、導(dǎo)航定位、信息通信等科技進(jìn)步，數(shù)字地球的理念也不斷發(fā)展。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(lèi)活動(dòng)相關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等，使數(shù)字地球走向地球大數(shù)據(jù)。

郭華東曾向媒體做過(guò)科普：我們?cè)趥鹘y(tǒng)的環(huán)境里觀測(cè)地球，看到的是一番景象;用先進(jìn)的空間技術(shù)、信息技術(shù)等結(jié)合起來(lái)看地球，看到的是另一番景象。“比如在衛(wèi)星的高度看地球是什么樣的?我們用不同分辨率的眼睛來(lái)看地球是什么樣的?如果我們能穿透地球的表層看地球又是什么樣的?或者說(shuō)我們?nèi)绻训厍虻拇髿馊Α⑸锶?、巖石圈，這些圈層綜合起來(lái)看，地球又是什么樣的?”

他認(rèn)為，地球大數(shù)據(jù)具備海量、多源、異構(gòu)、多時(shí)相、多維度等特點(diǎn)，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，可在促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮重大作用。“地球大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)字地球建設(shè)，可以使人類(lèi)更好地了解和把握自然系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)，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(lèi)生產(chǎn)生活等各個(gè)方面的變動(dòng)情況，為各國(guó)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。”原科技部部長(zhǎng)、首屆中國(guó)數(shù)字地球大會(huì)科學(xué)委員會(huì)主席徐冠華說(shuō)。

引領(lǐng)數(shù)字地球的發(fā)展

數(shù)字地球和地球大數(shù)據(jù)通過(guò)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(lái)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。“我國(guó)引領(lǐng)了數(shù)字地球的全球發(fā)展。”郭華東說(shuō)。

這種引領(lǐng)體現(xiàn)在，我國(guó)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(guó)際數(shù)字地球會(huì)議這個(gè)平臺(tái)，至今已在12個(gè)國(guó)家舉辦了18次會(huì)議，推動(dòng)數(shù)字地球理念在國(guó)際上的傳播和學(xué)術(shù)交流;2006年，國(guó)際數(shù)字地球?qū)W會(huì)在我國(guó)成立;2008年，國(guó)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(guó)際數(shù)字地球?qū)W報(bào)》在北京創(chuàng)刊;2019年，我國(guó)科學(xué)家聯(lián)合國(guó)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(guó)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。”中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮說(shuō)，我國(guó)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(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了很大的影響。

郭華東介紹，地球大數(shù)據(jù)支撐的“一帶一路”研究已形成“數(shù)字絲路”國(guó)際科學(xué)計(jì)劃，數(shù)字地球和地球大數(shù)據(jù)將對(duì)數(shù)字中國(guó)和美麗中國(guó)等國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)揮強(qiáng)有力的支撐作用。他在會(huì)上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(guó)通過(guò)《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(guó)家通過(guò)統(tǒng)計(jì)調(diào)查來(lái)開(kāi)展，但效率不高、成本高。此時(shí)，數(shù)字地球和地球大數(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(wèn)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(guó)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?guó)第四次大熊貓調(diào)查報(bào)告顯示，我國(guó)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(guò)在衛(wèi)星影像里提取的森林覆蓋類(lèi)型數(shù)據(jù)、國(guó)家測(cè)繪部門(mén)的河流數(shù)據(jù)、交通部門(mén)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(lèi)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(xiě)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(guó)舉行可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)峰會(huì)上，我國(guó)對(duì)外發(fā)布這一報(bào)告，引起國(guó)際社會(huì)熱烈反響。

突破數(shù)據(jù)開(kāi)放共享的瓶頸問(wèn)題

讓科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)于決策，有一個(gè)關(guān)鍵的前提是——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(wèn)題。郭華東呼吁，突破數(shù)據(jù)開(kāi)放共享的瓶頸問(wèn)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(guó)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(1PB=1024TB)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(guó)家的用戶訪問(wèn)了該平臺(tái)。

此次大會(huì)上，中國(guó)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”串成“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。”郭華東說(shuō)。

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(kāi)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)域尺度上能加強(qiáng)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。