簡介
地球科學指一切研究地球的科學,主要包括地質學、地理學,以及其它衍生學科。各學科通常會以物理、地理、地質、氣象、數學、化學、生物的角度研究地球。地球科學的範圍很廣,涵蓋地質學、海洋學和天文學等領域。地質學在探討地球的歷史與各部分組成,包括其演化和各種礦學、岩石以及礦產的分布;海洋學在研究海水的運動、海水的物理與化學性質及海底地形;氣象學在分析大氣的組成、構造和運動;而有關地球起源、太陽系的形成和天體的運動變化,乃至宇宙的演化,均屬天文學的研究範圍。以隕石撞擊地球為例:高溫高壓撞擊地球的結果,勢必引起地形與地質的變化;飛揚在大氣中的粉塵微粒會遮蔽陽光,大氣和海水溫度因而降底。因此,看似簡單的天文事件,卻引起地質、氣象和海洋的變化,可見各領域關係密切、環環相扣。
20世紀初,地球科學統一在一個“大地理科學”的概念之下,此後由於科學技術的進步,隨著人類對地球認識的深化和積累,逐步分解為地理科學、地質科學、大氣科學、海洋學、環境科學等。
遙感科學是在測繪科學、電子科學、地球科學、計算機科學以及其學科交叉滲透、相互融合的基礎上發展起來的一門新興邊緣學科。它利用非接觸感測器來獲取有關目標的時空信息,不僅著眼於解決傳統目標的幾何定位,更為重要的是對利用外層空間感測器獲取的影像和非影像信息進行語義和非語義解譯,提取客觀世界中各種目標對象的幾何與物理特徵信息。
發展趨勢
地球科學
21世紀以來,地球科學得到更加突飛猛進的發展,行星地球演化和變化的基本過程和規律在更廣泛的空間尺度和時間尺度上被揭示和闡明。地球科學研究的主要趨向、熱點與重點問題是:
1、突出地球系統科學,關注全球變化與地球各圈層相互作用及其變化的研究,以及人類活動引發的重大環境變化研究。地球系統觀、地球系統科學是地球科學研究的主導方向。全球變化研究充分體現了跨學科、跨部門、國際化、全球化和日益重視在高層次上綜合集成的大科學研究特點。地球各圈層相互作用的研究包括了氣圈、水圈、冰凍圈、生物圈、岩石圈、地殼、地幔、地核相互作用的物理過程、化學過程、生物過程以及人地關係、人類與環境相互影響、相互作用的研究。
2、突出地球演化的動力過程研究,關注地球內部深層過程與岩石圈動力學、氣候系統動力學與氣候預測、生態系統動力學與生態環境的保護和建設。生物圈動力學理論是通過生物與其化石祖先的延續關係,重建古氣候、古環境,揭示其進化史;岩石圈動力學理論乃是地質時代中岩石圈演變、洋陸更迭的歷史進程,是通過板塊的形成、運動和消亡來認識的。這兩項基本理論都是通過進行的過程去認識問題、總結規律的,把地球視為一個具有長期演化歷史的、活動的、發展和變化的地球內部各種因子之間以及地球與外部各種因子之間相互作用的行星,這是發展地球科學基本理論的必由之路。對於探索“大氣圈動力學理論”也必然要採用這樣的科學觀點。
3、突出地球管理科學,關注減災防災、環境保護治理、資源合理開發利用以及碳循環、水資源、食物與纖維、能源戰略等問題。地球科學及其各分支學科的目標,是在人類增加對地球認識的基礎上,維持其足夠的資源供給及其持續利用,減輕自然災害造成的損失,保護與改善環境,促進生態系統良性循環,協調人與自然關係,從整體上為經濟和社會的發展、提高人類生活質量、增強科學能力做出重大貢獻。因此,控制人類活動的規模、程度,推動地球管理方面的立法工作,加強地球管理中的國際協作,從人—地關係的角度審視環境的變化,為社會與自然的協調發展提出科學建議,促使人類在減緩和適應全球變化方面儘快採取相應的措施,從而保護地球的可居住性,實現可持續發展。
4、突出地球科學跨學科研究進展與創新,關注經濟社會發展對地球科學的影響與需求,重視地球科學在自然科學內部與其他學科的交叉融合以及高新技術在地球科學中的套用。現代地球科學面臨著諸多方面的挑戰,如為人類提供充足的資源,對付自然災害的襲擊等。地球科學研究者必須走出傳統的單學科領域,將其掌握的知識與其他學科知識結合運用於新的領域。隨著地球科學在深度和廣度上的發展,技術方面的要求會更為嚴格,技術的發展與開發也將成為地學工作者的任務之一。
遙感科學
在遙感技術發展初期,主要依靠多波段遙感:基於地物波譜特徵達到識別地物的目的.進入21世紀.由於多波段、多角度、多極化手段的套用,使目標識別精度有大幅度提高。遙感已經進入全方位獲取地表信息的時代,所獲得的信息不僅僅限於地物識別,更多地側重於地表參數的獲取。
長期以來遙感的基礎理論研究取得了豐碩成果,給傳統的地球科學帶來了巨大的衝擊,但是一些深層次的問題浮出水面,需要從原理和方法上根本解決。如海面溫度遙測受“皮膚”效應限制,只能獲取表層幾微米水層溫度值,測量精度與動力氣候所要求的的誤差範圍相距甚遠。再如自然界中占絕大多數的是非郎伯體,它們對太陽短波輻射的散射具有各向異性性質,當遙感進入定量分析階段時,我們必須拋棄“目標是郎伯體”的假設。“皮膚”效應、非郎伯體等現象成為必須解決的遙感理論問題。據NASA的統計,到目前為止遙感所積累的關於地球表層的圖像數據中只有不到5%的數據被使用過,數據爆炸與信息饑渴形成了突出的矛盾,其根本原因是遙感理論的欠缺。
遙感的最大優勢在於打開了全球表層的同步和準同步的三維探測局面,然而過去四十多年遙感套用還只是在不同的地球科學分支內孤立地進行,學科問的交叉研究甚少,沒有體現遙感的特點和優勢,地球系統科學的發展,或者說地球科學各分支的交叉學術問題,將逐步成為新的成果增長點,而這正是遙感學科的使命任務。
遙感數據本質上是一種空間數據,如果失去了它的空間定位,也許便是一堆毫無意義的數字。以往遙感數據的幾何糾正處理是一個複雜、繁瑣的過程,如果在衛星上套用GPS技術和高精度定軌、定姿技術.完成遙感影像預處理,將大大提高遙感數據的套用效率。
地球科學與遙感大會
地球科學與遙感大會(International Geoscience AndRemote Sensing Symposium,簡稱IGARSS)。IGARSS會議是世界空間技術、多源遙感數據獲取技術、分析處理技術和套用的最新進展集大成者,備受相關領域的學者關注與參與。其中空間技術在地震監測、預警、災害防禦、風險評估、應急救援等及其相關領域的研究與套用也是該會議的重要主題。
IEEE是美國電子與電氣工程師協會的簡稱,是世界上最大的電子科學與工程學會。其地球科學與遙感分(Geoscienceand Remote Sensing Society,GRSS)組織召開的IGARSS,是全球該領域最具影響力的學術會議。會議通過競爭,每年輪流在北美、歐洲和亞太地區舉辦。近年來每年的參會人數逐年增加,已超過2000人,其中來自中國的會議代表已達數百人。
2012年7月21日,在德國慕尼黑舉辦的IGARSS 2012上,由中國科學院國家空間科學中心主任吳季率領的中國申辦“IGARSS 2016”團隊,通過在IEEE GRSS理事會上所作的詳盡的申辦報告,分別闡述了我國近年來在地球科學和遙感套用領域所取得的成就,以及主辦城市北京的狀況等申辦條件。最後,經過IEEE GRSS理事會成員討論與投票決定,中國獲得了舉辦權。
2016年,第36屆國際地球科學與遙感大會在北京召開,大會以“促進對於我們地球家園的認識”為主題, 邀請全球65個國家和地區的1800餘位學者,以48個特邀分會為主要形式,就地球科學與遙感領域最新的研究進展和技術研發進行專題討論。為期一周,分8個專題,共安排1032個口頭報告和993個展板報告,亮點主要集中在新的衛星計畫、遙感技術套用、對地觀測的發現和國際合作新成果等。
人物
2015年8月4日,在義大利米蘭召開的電器和電子工程師學會(IEEE)國際地球科學與遙感分會(GRSS)年會上,GRSS主席、美國密西根大學教授Sarabandi向中科院院士、復旦大學教授金亞秋頒發了IEEE GRSS傑出成就獎,以表彰其在“自然介質極化電磁散射與輻射傳輸及其空間微波遙感套用”方面取得的傑出成就。