白偉倫 張巖

當(dāng)下，全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入推進(jìn)。作為科學(xué)大數(shù)據(jù)重要組成部分的地球大數(shù)據(jù)，正在成為地球科學(xué)的重要前沿領(lǐng)域。地球大數(shù)據(jù)究竟可以用來(lái)做什么？在應(yīng)用中我國(guó)科學(xué)家提出了哪些先進(jìn)解決方案？“科創(chuàng)中國(guó)”平臺(tái)特別采訪了中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研究員、可持續(xù)發(fā)展大數(shù)據(jù)國(guó)際研究中心主任郭華東，他提出的數(shù)字地球理論框架和概念模型，主持研制完成的“數(shù)字地球原型系統(tǒng)”，被國(guó)際同行認(rèn)為是具有“里程碑意義的貢獻(xiàn)”。在本次分享中，郭華東院士將帶我們走近“神通廣大”的地球大數(shù)據(jù)科學(xué)。

地球大數(shù)據(jù)解譯“滄海桑田”

1998年，“數(shù)字地球”概念被首次提出。利用數(shù)字技術(shù)和遙感可將地球及其活動(dòng)和環(huán)境的時(shí)空變化數(shù)據(jù)存入分布全球的計(jì)算機(jī)中，構(gòu)成龐大的信息模型，進(jìn)而幫助科學(xué)家研究全球變化與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。歷經(jīng)約20年的積累，我國(guó)遙感和數(shù)字地球的研究和應(yīng)用已經(jīng)處在世界前列。

“我常跟學(xué)生說(shuō)，我們從事的工作就是坐著衛(wèi)星看地球。”40多年來(lái)，郭華東院士始終立足于遙感科學(xué)的前沿研究，親身參與并推動(dòng)了中國(guó)遙感科學(xué)事業(yè)的長(zhǎng)足進(jìn)步，他用遙感技術(shù)和數(shù)字地球手段，觀測(cè)自然界的萬(wàn)千景象，親歷并見(jiàn)證了祖國(guó)日新月異的變化。

郭院士舉例說(shuō)，遙感圖像直觀記錄了深圳從一個(gè)小漁村蛻變成千萬(wàn)級(jí)的人口大城市，如果按年份連續(xù)播放黃河三角洲地區(qū)幾十年的遙感圖，你也會(huì)驚喜地發(fā)現(xiàn)，連續(xù)多年的補(bǔ)水有效遏制了濕地退化等現(xiàn)象，生態(tài)得到修復(fù)，濕地生物多樣性穩(wěn)定增長(zhǎng)，越來(lái)越多的鳥兒來(lái)到這里棲息繁衍，這就是遙感大數(shù)據(jù)的魅力所在。

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，人們通過(guò)對(duì)地觀測(cè)、地表傳感器網(wǎng)絡(luò)、遙感技術(shù)等手段，獲取了海量的地球科學(xué)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為地球大數(shù)據(jù)。那么，地球大數(shù)據(jù)究竟可以用來(lái)做什么？

“數(shù)字地球技術(shù)在全球性的災(zāi)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著巨大的作用?！惫A東院士指出，在監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)、分析這些災(zāi)害現(xiàn)象后，災(zāi)害的信息將呈報(bào)到?jīng)Q策部門，由決策部門及時(shí)地對(duì)受災(zāi)群眾進(jìn)行解救，采取舉措防止災(zāi)害的進(jìn)一步發(fā)生。

近年來(lái)，中國(guó)學(xué)者基于24年的觀測(cè)和再分析材料，建立了機(jī)器學(xué)習(xí)框架，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)2天的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)，臺(tái)風(fēng)48小時(shí)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率超過(guò)85%。在海冰預(yù)報(bào)上，我國(guó)學(xué)者基于北緯30度以北36年的全部觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)時(shí)空網(wǎng)絡(luò)分析方法，獲得了北極海冰覆蓋范圍的6種顯著時(shí)空影響要素。作為科學(xué)大數(shù)據(jù)重要組成部分的地球大數(shù)據(jù)，正在成為地球科學(xué)的重要前沿領(lǐng)域。

地球大數(shù)據(jù)為“一帶一路”架設(shè)“天橋”

數(shù)字地球與人類的發(fā)展息息相關(guān)，如何讓數(shù)字地球起到更大的作用，也是全球科學(xué)家們苦苦追求的命題。2016年5月，我國(guó)正式啟動(dòng)“數(shù)字絲路”國(guó)際科學(xué)計(jì)劃，力求通過(guò)地球大數(shù)據(jù)，為“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)支持。

“一帶一路”建設(shè)中，大數(shù)據(jù)調(diào)研可以成為決策的基礎(chǔ)和前提。當(dāng)我們掌握了更系統(tǒng)、詳盡的數(shù)據(jù)信息后，專家學(xué)者們對(duì)于“一帶一路”的研究也更深入、客觀，沿途的地區(qū)和國(guó)家在數(shù)據(jù)使用過(guò)程中也就更加得心應(yīng)手。

郭華東院士談到，“中國(guó)本身就是全球最大的數(shù)據(jù)產(chǎn)地，也是最大的數(shù)據(jù)應(yīng)用市場(chǎng)。在‘一帶一路的信息化建設(shè)過(guò)程中，中國(guó)的經(jīng)驗(yàn)和能力能夠?yàn)檠赝镜牡貐^(qū)和國(guó)家建立起連接的橋梁，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)‘一帶一路的繁榮發(fā)展，助力填補(bǔ)、消除沿線國(guó)家存在的‘?dāng)?shù)字鴻溝。”

2023年，領(lǐng)導(dǎo)“數(shù)字絲路”國(guó)際科學(xué)計(jì)劃的中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)正式發(fā)布面向聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的《地球大數(shù)據(jù)助力“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展》報(bào)告，身為“數(shù)字絲路”國(guó)際科學(xué)計(jì)劃主席，郭華東對(duì)于7年收獲的一系列重要進(jìn)展和成果如數(shù)家珍。

“一帶一路”地球大數(shù)據(jù)分析與決策支持系統(tǒng)方面，包括地球大數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)與檢索子系統(tǒng)、綜合決策支持子系統(tǒng)、決策信息產(chǎn)品生產(chǎn)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息可視化子系統(tǒng)4套可實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)3種核心信息和決策支持技術(shù)能力；“一帶一路”環(huán)境資源評(píng)估技術(shù)方法體系方面，構(gòu)建自然資源調(diào)查與檢測(cè)、環(huán)境評(píng)價(jià)、氣候模擬及極端天氣危害、人類活動(dòng)影響等方面的研究范式；“一帶一路”可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)評(píng)估方面，地球大數(shù)據(jù)支持全面監(jiān)控動(dòng)態(tài)的陸地、海洋、大氣和人類活動(dòng)。

數(shù)字技術(shù)在促進(jìn)落實(shí)聯(lián)合國(guó)2030年可持續(xù)發(fā)展議程上的重要作用已形成廣泛共識(shí)。郭華東院士指出，“數(shù)字絲路”國(guó)際科學(xué)計(jì)劃將圍繞全球發(fā)展倡議內(nèi)涵，為“一帶一路”國(guó)家提供全方位的數(shù)據(jù)服務(wù)、科技支撐、人才培養(yǎng)和智庫(kù)支持，使其成為推動(dòng)和實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)2030年可持續(xù)發(fā)展議程、全球發(fā)展倡議的堅(jiān)實(shí)的科技平臺(tái)。

中國(guó)方案為全球可持續(xù)發(fā)展注入“強(qiáng)心針”

2015年，聯(lián)合國(guó)發(fā)布可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)議程，旨在以綜合方式全面解決社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境3個(gè)維度的發(fā)展問(wèn)題，從而使人類走向可持續(xù)發(fā)展道路。

多年來(lái)，雖然支撐可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)監(jiān)測(cè)與評(píng)估的數(shù)據(jù)顯著增加，但參照2021年發(fā)布的聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）指標(biāo)分類標(biāo)準(zhǔn)，仍有97項(xiàng)指標(biāo)處于有評(píng)估方法但無(wú)數(shù)據(jù)狀態(tài)。指標(biāo)數(shù)據(jù)的嚴(yán)重不足成為監(jiān)測(cè)和評(píng)估SDGs的主要挑戰(zhàn)之一。

據(jù)郭華東院士介紹，地球大數(shù)據(jù)由具有空間屬性的與地球科學(xué)相關(guān)聯(lián)的大數(shù)據(jù)構(gòu)成，包括陸地、海洋、大氣及人類活動(dòng)數(shù)據(jù)，不僅具有體量大、來(lái)源廣、價(jià)值高等大數(shù)據(jù)的一般特性，同時(shí)也具備高瞬時(shí)性、任意空間性、物理相關(guān)性等特點(diǎn)，可促進(jìn)理解地球自然系統(tǒng)與人類社會(huì)系統(tǒng)間復(fù)雜的交互作用和發(fā)展演進(jìn)過(guò)程，從而為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出重要貢獻(xiàn)。

作為國(guó)家戰(zhàn)略科技力量主力部隊(duì)的中國(guó)科學(xué)院，早在2018年就啟動(dòng)了A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程”，專項(xiàng)系列成果不僅揭示了地球大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)和評(píng)估SDGs的應(yīng)用價(jià)值和前景，同時(shí)也為國(guó)際社會(huì)填補(bǔ)了數(shù)據(jù)、方法論和技術(shù)平臺(tái)的空白。

2021年9月，可持續(xù)發(fā)展大數(shù)據(jù)國(guó)際研究中心在北京正式成立。該中心依托中國(guó)科學(xué)院建設(shè)，是全球首個(gè)致力于以大數(shù)據(jù)服務(wù)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的國(guó)際研究機(jī)構(gòu)。同年11月5日10時(shí)19分，全球首顆專門服務(wù)聯(lián)合國(guó)2030年可持續(xù)發(fā)展議程的可持續(xù)發(fā)展科學(xué)衛(wèi)星1號(hào)，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。衛(wèi)星設(shè)計(jì)搭載的熱紅外、微光及多光譜成像儀三種載荷，均擁有300公里幅寬的數(shù)據(jù)獲取能力，11天可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，實(shí)現(xiàn)人類活動(dòng)痕跡的精細(xì)刻畫，為表征人與自然交互作用的SDGs指標(biāo)提供專屬數(shù)據(jù)支撐。

加快落實(shí)2030年可持續(xù)發(fā)展議程，推動(dòng)全球?qū)崿F(xiàn)更強(qiáng)勁、綠色的發(fā)展，需要強(qiáng)大的科技創(chuàng)新支撐。為此，郭華東院士倡議，應(yīng)堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)大方向，共同跨越數(shù)字鴻溝，進(jìn)一步推進(jìn)“共享、共用、共惠”的合作理念，構(gòu)建數(shù)字合作新格局，為推動(dòng)全面深入加快落實(shí)2030年議程做出科技貢獻(xiàn)。

（來(lái)源：科創(chuàng)中國(guó)）