大数据让地球更美好！

 近日，国际数字地球学会和中国科学院在北京举办首届中国数字地球大会。大会主席、国际数字地球学会名誉主席、中国科学院院士郭华东指出，“大数据时代的到来，为数字地球提供了新的发展契机。”时间回溯到1999年，我国发起并组织召开了第一届国际数字地球会议，27个国家的科学家发布《1999数字地球北京宣言》提出，数字地球“让人类洞察地球上的任何一个角落”，建议各界共同推动数字地球的发展。

彼时，数字地球理念刚提出不久。有记者问担任第一届国际数字地球会议秘书长的郭华东，什么是数字地球?他答道：把真实的地球放进计算机里，就叫数字地球。20年后，又有记者问他同样的问题。他的答案是：从一定意义上讲，数字地球也可以说是地球大数据。

遥感卫星对地球的每一次回眸，科考船在大洋的每一次下潜，地质钻机向地球深部的每一次进军，以及人类的每一次地面调查等，都积累下越来越多关于地球的数据。这些数据让地球变得“透明”，变得数字化。这就是数字地球，人类认识地球的新方式。“全球正经历着深刻的数字革命。数字地球关注的是信息化地球的战略方向，地球大数据则肩负着实现这一战略目标的使命和担当。”郭华东在会上呼吁，推进地球大数据的开放共享，将分散的数据集成起来，推动科学发现，服务决策支持，促进全球可持续发展。

从数字地球到地球大数据

“数字地球”是国际上1998年提出的概念，这一概念设想把有关地球的大量的、多分辨率的、三维的、动态的数据，与地球科学综合集成，模拟地球发展变化，支持政府决策等。过去数十年，太空多了数百只人类的“眼睛”——人造地球卫星。空间对地观测技术的发展，使人类具有了获取全球尺度地球数据的能力。“人类已经能够获取大量大气、海洋和陆地的高精度、高时空分辨率数据，可重复观测频率从月发展到分钟，空间分辨率从公里发展到厘米，电磁波谱的利用从可见光到微波……”郭华东说。

数字地球起初是在卫星遥感等空间对地观测数据的基础上发展起来的，但随着地球观测、时空信息、导航定位、信息通信等科技进步，数字地球的理念也不断发展。地基观测、海基观测等多种对地观测方式、地球勘测方法和地面传感网产生的数据，以及人类活动相关的社会经济数据等，使数字地球走向地球大数据。

郭华东曾向媒体做过科普：我们在传统的环境里观测地球，看到的是一番景象;用先进的空间技术、信息技术等结合起来看地球，看到的是另一番景象。“比如在卫星的高度看地球是什么样的?我们用不同分辨率的眼睛来看地球是什么样的?如果我们能穿透地球的表层看地球又是什么样的?或者说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?”

他认为，地球大数据具备海量、多源、异构、多时相、多维度等特点，成为我们认识地球的新钥匙和知识发现的新引擎，可在促进可持续发展中发挥重大作用。“地球大数据背景下的数字地球建设，可以使人类更好地了解和把握自然系统和经济社会系统，更加全面地认识我们居住的星球，及时准确掌握自然界的重大变化。同时有利于掌握人类生产生活等各个方面的变动情况，为各国政府提高决策的准确性、及时性和协调性提供强有力的支撑。”原科技部部长、首届中国数字地球大会科学委员会主席徐冠华说。

引领数字地球的发展

数字地球和地球大数据通过多源数据的融合使用，产生更相关、更丰富和完整的信息，用于复杂的分析和决策支持。比如，监测自然灾害，预测未来可能发生的自然灾害;探测与研究环境污染，为污染防治提供解决方案;模拟环境变化对濒危物种的影响，据此采取合适的生态多样性保护措施。“我国引领了数字地球的全球发展。”郭华东说。

这种引领体现在，我国是数字地球发展的重要推动者。比如，20年前发起并组织国际数字地球会议这个平台，至今已在12个国家举办了18次会议，推动数字地球理念在国际上的传播和学术交流;2006年，国际数字地球学会在我国成立;2008年，国际首个以数字地球为主要研究对象的学术期刊《国际数字地球学报》在北京创刊;2019年，我国科学家联合国际科学家出版了世界上首部《数字地球手册》……

这种引领还体现在，“我国的数字地球科学研究和技术应用取得了丰硕成果，在诸多领域发挥着引领作用。”中国科学院院长白春礼说，我国相继研发的数字地球系统，建立的数字地球平台，为应对气候变化、防灾减灾、城市管理、遗产保护、可持续发展等提供了重要支撑，在国内外产生了很大的影响。

郭华东介绍，地球大数据支撑的“一带一路”研究已形成“数字丝路”国际科学计划，数字地球和地球大数据将对数字中国和美丽中国等国家战略发挥强有力的支撑作用。他在会上分享了近期用地球大数据促进可持续发展取得的成果。

2015年，联合国通过《变革我们的世界：2030年可持续发展议程》，提出17项可持续发展目标，如消除饥饿、遏制生物多样性的丧失等。但这些目标的实施进程和效果很难评估，因为缺乏足够的数据和完善的评估方法。传统上一般依靠各个国家通过统计调查来开展，但效率不高、成本高。此时，数字地球和地球大数据派上了用场。

比如，在对消除饥饿的评估中，有一项指标是考核从事生产性和可持续农业的农业地区比例，这涉及土地利用效率、农业生产方式、作物长势等许多问题。研究人员利用中巴资源卫星、环境一号卫星、美国陆地卫星的土地利用遥感监测数据，结合作物播种面积和产量、有效灌溉面积、化肥施用量等农业统计数据，以及污染普查数据等地面调查数据和气象站点数据等，建立了一套评估模型和方法。再比如，在遏制生物多样性的丧失方面，研究人员选取大熊猫栖息地为研究对象。为何?因为，全国第四次大熊猫调查报告显示，我国野生大熊猫数量相比以前有较为明显的增加，世界自然保护联盟据此将大熊猫的濒危等级从濒危降到易危，遭到许多学者的质疑。

研究人员通过在卫星影像里提取的森林覆盖类型数据、国家测绘部门的河流数据、交通部门的道路数据，以及人口、经济、自然保护区边界数据等，综合分析后得出结论：尽管大熊猫数量增加，但由于公路建设等人类活动以及地震等自然灾害的影响，大熊猫栖息地的面积比1988年被列为濒危物种时还要小，且更加破碎，物种濒危等级的评估应综合种群和栖息地两方面的因素。根据这些研究，中科院地球大数据专项团队撰写了《地球大数据支撑可持续发展目标报告》。在今年9月联合国举行可持续发展目标峰会上，我国对外发布这一报告，引起国际社会热烈反响。

突破数据开放共享的瓶颈问题

让科学数据服务于决策，有一个关键的前提是——要有足够多的数据，以及数据之间的共享。数据鸿沟、数据孤岛是世界面临的挑战性问题。郭华东呼吁，突破数据开放共享的瓶颈问题，实现资源、环境、生物、生态等领域分散的数据、模型与服务等的全面集成。2019年1月，中国科学院发布地球大数据共享服务平台，以共享方式为全球用户提供系统、多元、动态、连续并具有全球唯一标识规范化的地球大数据。平台发布了5PB(1PB=1024TB)的数据，包括40年的卫星影像数据以及海量的地面观测数据、生物生态数据、大气海洋数据、古生物数据等，每年还将以3PB的数据量进行更新。截至10月，有115个国家的用户访问了该平台。

此次大会上，中国科学院还发布了地球大数据原型系统。该系统集数据存储、管理、信息挖掘于一体，把散落的地球大数据“珠子”串成“项链”，将成为驱动科学发现和决策支持的重要科学平台。人工智能、云计算、区块链等先进技术的不断涌现，正在促进数字地球和地球大数据的深入发展。“要对不断积累的数据进行高度自动化和智能化分析，从庞大的数据集中提取信息，从而推动科学发现和服务决策支持。”郭华东说。

徐冠华在会上发出呼吁，为更好推动数字地球发展，科学家应以地球大数据为抓手，广泛开展合作，结合新一代信息技术快速发展，加强数字地球学科建设和基本理论框架研究，突破技术瓶颈，促进学科交叉。“在全球尺度上能提供全球环境与资源动态数据和分析方式、手段，在区域尺度上能加强人居环境信息化、生态化与智慧化水平”，这是徐冠华对数字地球的期待。