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中科院院士郭华东:唤醒大数据, 让地球越来越“透明”
2019-07-10 08:36:00  来源:新华日报  作者:杨频萍  
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  人物档案

  郭华东:江苏丰县人,先后毕业于南京大学和中国科学院研究生院。遥感科学家,中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、芬兰科学与人文院外籍院士、发展中国家科学院院士、国际欧亚科学院院士,中科院遥感与数字地球所研究员、博士生导师。

  “坐地日行八万里”,身处地球之上的人类,曾经对最熟悉的地球知之甚少。遥感科学给了我们一双“天眼”,在浩渺宇宙中凝视地球。

  如今,利用遥感手段为地球某个地方“拍照”已经不是难事,中科院“地球大数据科学工程”专项负责人郭华东正带领一批科学家,致力于将整个地球环境的时空变化都“装”进计算机,构造虚拟的地球——数字地球。记者近日专访了郭华东院士,走近他和他缤纷的地球数据平台,这个庞大的地球大数据系统,正在成为我们认识地球的新窗口,成为服务国家决策新手段,成为人类知识发现的新引擎。

  数字地球,唤醒沉睡的地球大数据

  今年1月,中科院发布了其战略性先导科技专项“地球大数据科学工程”启动一年后取得的成果——“地球大数据共享服务平台”。

  对地观测数据1.8PB,生物生态数据2.6PB,大气海洋数据0.4PB,基础地理数据及地面观测数据0.2PB……在这个平台,科学家正在源源不断读取海量地球大数据。郭华东告诉记者,其实全球的卫星等手段每时每刻都在获得大量的地球数据,大量数据处于“沉睡”中,很多不能高效利用,有的仅利用一二成信息。

  “我们要做的就是唤醒沉睡的数据,避免重要发现从浩瀚的数据中流失!” 郭华东一直立足于数字地球的前沿研究,早年主持研制完成的“数字地球原型系统”,被国际同行认为是具有“里程碑意义的贡献”。1999年,中国科学院发起召开首届国际数字地球会议,他是大会秘书长,他曾科普道,数字地球就是把地球“装”进计算机。

  如今20年过去了,随着科学的飞速进步,我们有了各种虚拟的形式去认识地球,“我们如果把地球的大气圈、生物圈、岩石圈,这些圈层综合起来看地球又是什么样的?我们用不同分辨率的眼睛来看地球是什么样的?我们可以构建 ‘昨天’‘今天’和‘明天’的地球,从而带来全新的研究对象、手段和结果。”

  在“地球大数据共享服务平台”上,任何用户都可以根据自己的兴趣检索出海量信息,你可以欣赏1986 年以来的遥感卫星影像真实记录的黄河入海口的变迁,真实演绎“沧海桑田”。平台数据每年还将以3PB的数据量进行更新,“这些源源不断的海量大数据,可以支持国家的重大科学决策,也是科学家的科研源泉。”

  郭华东举了个小例子,他的团队正在做全球1500个30万以上人口的土地使用率与人口增长率之间比率的研究,从而对联合国可持续发展目标“可持续城市和社区”作出特有贡献。此外,地球大数据还可用于开展矿产探测、森林资源调查,持续监测土壤、大气、水体等环境并作出综合评价,一个省域甚至全国五年内的环境状况走向将一目了然。

  对地观测,让月亮变身为一颗“地球观测卫星”

  历经40余年的发展,我国已成为对地观测大国。数字地球的实现,各种遥感卫星起着重要的作用。郭华东有一个绮丽浪漫的科学创想——“坐”在月球上看地球。

  “举杯邀明月,对影成三人”——月球是我们熟悉而陌生的朋友。郭华东的这个计划充满科学的诗意。“宇宙之中,月球每天围绕着地球转动,是离人类最近的地外天体,不同于飞机、卫星受观测时间和寿命的限制,她一直‘凝视’地球,我们如果能将月球变为‘天然对地观测卫星’,是不是很吸引人?”

  科学畅想背后是坚实的科学论证。郭华东说,月球地质构造稳定,运动十分规律,是实现对地观测的理想平台,将为空间观测全球变化提供一个崭新的视角。

  10余年前,郭华东就开展名为“面向全球变化的月基对地观测研究”自然科学基金项目。在此基础上,几年前他又开始领衔开展“地球宏观科学现象的月基观测研究”国家自然科学基金委重大基金项目研究。目前基金项目与国家月球计划实现了无缝衔接,正在开展月基对地观测的前期论证。

  “在月球上观测地球的固体潮现象,相信月基观测会有难以预料的科学发现。”郭华东说,近一两年,我们在国际学术会议上介绍了这一想法,将来可以获取地球板块构造厘米、分米级的变化信息,为地质构造和地震研究提供依据;可以据此研究东亚沙尘暴和东太平洋的厄尔尼诺现象千丝万缕的联系,为全球变化寻找佐证;可以借此平台,为地外文明研究带来新的线索。多国科学家表达了要与中国在月基对地观测领域展开合作的意愿。

  “几年前我在一所大学作报告,有学生站起来提问,你的想法很好,什么时候能实现?”郭华东说,“你今年二十多岁,你再等40年,像我这个岁数,这个事情会真正的开始!”但科学技术发展的速度出乎原先的预计,郭华东欣慰地笑道,“月基对地观测,将来建立月基对地观测系统,这不是很遥远的事情。它将是对地观测的重要创新,将会带动中国科技整体实力的提高。”

  服务“一带一路”,“数字丝路”助力人类文明可持续

  “在中国的这个大平台上,多国的科学家集聚在这儿,做人类共同的伟大的事业。”郭华东表示,开展地球大数据科学工程的研究,是让数字地球服务于人类,让数字地球服务于联合国的可持续目标,“我们的数据是开放的,我们的数据资源全球都可以下载,都可以利用。”

  “我们的目标,除了不断推出创新成果,还要建造一个国际地球大数据科学中心,吸引国际上愿意和我们合作的专家学者们一起来工作。”郭华东说,只有认识真实的地球,才能解决全球气候变化等全人类共同的挑战,比如目前团队的一个项目,正进行“三极”研究,即研究北极、南极和“地球第三极”——青藏高原,在全球最敏感的地区研究全球气候变化。

  郭华东认为,“遥感”本身就是胸怀天下的学科。去年1月30日,郭华东在国际权威学术期刊《自然》上发表评论文章,呼吁各国专家充分利用地球大数据,携手共建数字丝路。这也是《自然》杂志首次就“一带一路”刊登中国科学家文章。

  在这篇文章中,郭华东分析了“一带一路”区域在环境变化、粮食安全、自然灾害、城镇化进程、世界遗产保护等方面面临的挑战。“如果我们再不采取有效措施,一带一路的生态环境敏感区将会加速消失,丝路建设面临的生态环境风险将进一步加剧。”

  针对以上挑战,由郭华东牵头发起的“数字丝路”大型国际科学计划已于2016年实施启动,该计划将构建面向联合国2030年可持续发展目标的空间评估指标体系,对“一带一路”可持续发展目标的实现进程进行空间监测。目前,该计划已得到了53个国家与国际组织的支持和参与。“我们建立了9个国际科学工作组,在全球设立了8个国际卓越中心,开展跨国科技合作,共建数字丝绸之路,这将为服务全球可持续发展提供新的方法。”

标签:地球;华东;对地观测
责编:李苏珺
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