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美国宇航局(NASA)2030年地球科学展望
1 概况
  NASA 2030年地球科学展望(Earth Science Vision ,ESV)建立了一个研究流程,即,先用一组国际地球观测系统进行地球系统的动态观测,然后用一组互动模式描述生物地球物理化学过程。这些模式包括地球所有主要系统组成:大气、海洋、 生物圈和固体地球方面的模式。观测完成后,地球信息系统将为系统相互作用进行定量预测,不断根据观测对系统相互作用做出评估。其关键特征如下:
  观测整个地球系统,这样就可以用来追踪测量任何组成系统的变化都对整体的影响;
  发展整个地球系统和所有组成部分的模式,以预测任何组成变化对地球系统的影响;
  不断发展完善对目前观测最佳描述的系统行为研究;
  形成具有量化不确定性的预测结果用于公共决策制定过程。

2 ESV的科学问题
  NASA地球科学事业的核心能力可以归纳在三大主要科学领域中:地球流体系统(包括大气和海洋)、生物圈、固体地球。我们主要概述在三大主题领域中的科学问题。每个领域地球预测能力的提高是科学理解重大突破的潜力的证明。这些突破将基于新的观测能力和预测模型,将完善新的地球系统预测能力。

  基本观测和建模能力的发展,在固体地球研究领域内开展海平面、海岸带变化预测以及利用地球表面和地下运动光谱的地震预报。 生物圈过程研究水作为全球资源的可用性、全球生物圈—气候相互作用以及人类对生物圈和气候产生的影响。

  为研究这些课题,必须发展新的全球观测能力。新的科学认识,源自观测和预测模型,将产生一个完整的地球系统概念框架。2030年展望报告假定许多基本现象和过程,目前正在研究或是近期内优先考虑的,可能提前到2015年。

3 ESV的实施
  地球科学2030年展望主要是为整个地球系统开发观测和预测能力,在未来的应用中,我们就可以运用我们的知识通过地球信息系统(EIS)来预测未来变化,并评估人类对这些变化的各种响应。

  地球科学2030年展望努力提供一个更远大的目标,这就需要基于新技术方法的新的观测能力。地球科学2030年展望的主题反映了地球科学组成部分之间的主要相互作用的特征,这必将为未来预测能力的提高提供必要的帮助。长期目标为使非常困难的科学目标的实现成为可能。

  NASA以其在地球科学、综合地球观测和建模系统的专长,将在地球信息系统的发展和实施中发挥重要作用。通过与政府机构、国际组织和世界各地研究人员的合作,NASA能够担负起提供所需技术能力的责任。鉴于其作为研究开发机构,NASA通过合并、协调许多组织的EIS目标将促进合作机构的一体化。结果将确保地球系统预测以实用的形式及时提交。

  由于预测变化间的相互关系更加明显,各交叉学科将越来越重要。预测模式必须更加耐用和立即反应,通过国际支持的建模和地球信息交流框架结合不同地球系统过程。新多传感器观测能力将提供基本测量记录给建模框架。观测系统的要素将回应动态模型预测,其中预测不确定性驱动数据需求。

  然后这些测量将提供给地球综合信息系统,这是一个运算能力庞大的国际保证。我们认为地球信息系统是庞大的、真正的国际性成果,但NASA在其中有很重要的作用,领导观察地球所有组成的新能力的发展,从而将科学知识纳入计算机预测模型,可预见未来地球的可变性和变化。NASA的任务将是提供观察地球所有组成的新能力的开发,并协助预测未来地球的变异和变化的高度,交互计算机数据的处理和建模能力。NASA 2030年地球测量模拟的部分测量要求和预测目标见表1,2,3,4。

表1 2030年地球测量和模拟系统要求的主要海平面预测目标

   
表2 作为2030年地球测量和模拟系统一部分要求的地震观测系统测量需求

表3 作为2030年地球测量和模拟系统一部分要求的海平面变化测量需求

表4 2030年地球测量和模拟系统要求的固体地球过程预测目标


4 结语
  NASA 2030年地球科学展望,是对现有NASA地球科学事业(ESE)使命的延伸:观测和理解地球环境;预测自然和人类活动变化;深入研究气候和天气、生物圈、固体地球、交叉科学课题(如化学、辐射、污染、人类的影响、水循环、碳循环以及地球信息系统的外延目标作为新的重点和方向);实现地球模拟能力和支持观测系统。

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