地球系统演化对中国海相超深层油气形成与富集的控制作用

以四川盆地和塔里木盆地古生界为例,详细论述了地球系统演化和多圈层相互作用对中国海相超深层油气形成与富集的控制作用。通过探讨超大陆散聚和区域构造运动控制下的盆地“源-储-盖”叠置发育和匹配程度,以及温压系统和断裂输导体系控制的油气生成和富集机制,发现华南和塔里木陆块同步漂移过程中,两次经过低纬度哈德里环流带的热带辐合区(ITCZ),均形成了优质烃源岩;提出深部构造活动和地表气候演变共同控制了四川盆地和塔里木盆地超深层烃源岩、储层和盖层的类型和发育层位,形成了埃迪卡拉系—寒武系、寒武系—奥陶系、寒武系—二叠系和二叠系—三叠系的多个油气系统。源-储-盖匹配程度、烃源岩母质类型、盆地深部热体制和跨构造期埋深-隆升过程,联合控制油气从生成到富集的全过程,形成了台缘带近源充注成藏、高能滩远源断裂连通成藏、走滑破裂带立体成藏3种油气富集模式,最终促使四川盆地超深层多层系天然气富集和塔里木盆地超深层油气共富集。

地球系统科学基本原理与应用展望

地球系统科学是一门应时代之需产生的科学,它革新了地球科学工作者的思维方式、工作范式。自地球系统科学产生以来,围绕其是否是一门科学、具有何种应用前景等一直存在争议。从地球系统科学的主要理论与基本原理视角出发,对地球系统科学的概念内涵、理论体系及与地球科学之间的关系等本质特征进行剖析,并对地球系统科学的方法技术进行了总结。针对解决的不同问题,提出了地球系统科学在地球深部过程、岩石圈与外部圈层交互作用、外部圈层交互作用3个领域的应用展望。分析认为,地球系统科学既是基于地球科学与系统论的科学观,又是一套量化研究各圈层交互作用的先进工作方法体系,是揭示地球圈层交互奥秘、解决地球宜居性的钥匙。

新质生产力开创地球系统科学高质量发展新格局

随着新质生产力的发展,传统地球科学迫切需要调试与转型以适应技术革新。地球科学科技创新为新质生产力的产生提供了源源不断的动力,同时,新质生产力的发展也为传统地球科学转型升级及地球科学科技创新提供了更广阔的空间。新质生产力与地球系统科学发展的关系具体表现为三个方面:一是新质生产力驱动地球系统科学高质量发展是科学技术发展规律的内在要求;二是新质生产力有效驱动地球系统科学高质量发展生产要素的全面提升;三是新质生产力驱动地球系统科学高质量发展是传统地学转型升级的实践遵循。

小学科学核心概念的学习进阶研究——以“地球系统”为例

帮助学生建立核心概念体系是科学教育的核心目标,科学安排学习进阶是实现这一目标的重要途径。以“地球系统”核心概念为载体,初步构建学习进阶模型。选取S小学二至六年级200名学生进行测试,运用正确率-集中度二因素分析法进行修正,构建出“地球系统”核心概念学习进阶全景图。基于此,从教学目标导向、教师能力提升、教材创新应用以及数智赋能教学四个方面提出教学建议,以期促进学习进阶理念在小学科学教学中的有效融入。

区域地球系统模式研究进展

区域地球系统模式是区域气候模式下一阶段的主要发展目标。本文阐述了发展区域地球系统模式的重要意义,分析了近年来区域地球系统模式的研究进展和典型案例,指出其多圈层通量耦合、空间分辨率提高以及耦合数据同化的三个共性特征。建议以开源共创的方式整合各界研究力量,加快建设我国自主可控的区域地球系统模式;围绕新建立的模式开展跨学科研究,特别关注其中多圈层、多尺度过程的相互作用;围绕高分辨率区域地球系统模式建立区域数字孪生监测预警平台,用于关键区域的防灾减灾和关键决策支撑。

地球系统科学视角下美国湿地保护修复的经验及启示--以大沼泽地综合修复计划为例

湿地作为地球上初级生产力最高、生物多样性最丰富的生态系统,受到人类活动、气候变化等多种因素影响,正在遭遇全球性的退化危机。近几十年来,美国在地球系统科学指导下建立了全面的湿地保护法律体系、科学的生态系统修复理念、多部门分工协作机制,形成了一套较完善的湿地保护修复模式,值得中国学习和借鉴。以美国大沼泽地综合修复计划为例,对其生态修复工作模式进行了综述,通过系统对比研究,发现中国湿地保护修复工作存在管理机制待完善、理念科学性不足、调查监测体系待加强等。建议设立国家湿地生态修复大科学计划,聚焦湿地生态系统中的土壤、水文条件等关键问题,建设全国湿地监测网络,建立综合调查、实时监测、及时预警、动态调整的湿地生态修复工作模式。

中国地球系统模式对全球地表入射短波辐射和大气逆辐射的模拟效果评估

以云和地球辐射能量系统(CERES)数据集为准,量化了中国地球系统模式对地表入射短波辐射和大气逆辐射时空变化的模拟性能,明确了多模式间模拟结果存在不确定性的区域。结果表明:中国模式均能模拟出北半球地表入射短波辐射和大气逆辐射“夏高冬低”的季节变化特征。陆地上,中国模式对两个辐射分量月均值的模拟结果与CERES相当,在海洋上低于CERES结果。中国模式能模拟出地表入射短波辐射下降、大气逆辐射上升的年际变化趋势。对于2001—2014年均值,中国模式模拟的地表入射短波辐射在海洋和陆地上较CERES分别偏低3.3和3.0 W·m^(-2),模拟的大气逆辐射在海洋上与CERES结果相当,在陆地上较CERES低1.3 W·m^(-2)。除南北纬30°附近之外,中国模式在其他纬度均低估地表入射短波辐射,以热带和北极最为明显。模式对大气逆辐射的模拟偏差呈纬向波动特征,模拟误差大值出现在高大山脉处。中国模式模拟地表入射短波辐射不确定性极大的区域分布在热带雨林和南极洲沿海,模拟大气逆辐射不确定性极大的区域分布在格林兰岛、青藏高原、安第斯山脉和南极洲沿海。

特约主编致读者——地球系统科学研究范例、进展和趋势

地球科学作为自然科学六大门类之一,不仅探索地球起源、演化和发展趋势,而且为人类认识、利用和改造自然提供科学知识、认知途径和研究方法。随着科学技术的不断进步和人类社会重大需求的日益增长,当前地球科学已进入地球系统科学研究的新阶段,成为指导人类社会可持续发展的科学基础。地球系统科学是以固体地球层圈及其外部生物圈、水圈和大气圈为研究对象,研究各层圈发生.

人类世生态危机与“地球系统治理”——基于马克思主义生态学的反思与回应

在人类世境遇下,面向日益加剧的全球性生态危机,“地球系统治理”的倡导者试图凭借新兴的社会技术力量,在不同治理规模上调节和把控人类对地球系统的干预。尽管“地球系统治理”在全球制度建构方面具有一定的参考性,但是因其隐含的技术崇拜和威权主义倾向,未能对造成全球性生态危机的政治经济根源展开分析,而无法成为全球性生态危机治理的首选方案。对此,从马克思主义生态学出发回应“地球系统治理”,不仅可以补充对资本主义作为全球性生态危机驱动力的结构性批判,还可以在此基础上提出一种超越资本主义的替代性治理方案。从当下来看,以人类命运共同体理念为基础的全球性生态危机治理的中国方案,遵循“共同但有区别的责任”原则,旨在以对话、协商和合作的方式,在人类世境遇下实现全球性生态危机的有效治理。

地球系统模式理论与技术研究综述

地球系统模式是理解过去气候与环境演变机理、预估未来潜在全球变化情景的重要工具,是集成地学相关研究的重要平台,已经成为国际前沿课题。地理信息科学的研究对象正在从传统的地球表层向整个地球系统发展,文章从地球信息科学的视角,对地球系统模式理论与关键技术进行综述分析,包括:地球系统模式关键概念及各分量关系、地球系统模式关键技术分析(包括数值模式与求解方法、参数化方法、高性能计算方法、海量数据存储方法等)、地球系统模式关键数据分析(包括美国、欧洲、日本和中国的再分析数据等)、地球系统模式预报方法分析(包括集合预报、多尺度预报、智能预报、高时空分辨率预报等)。最后,对地球系统模式研究的未来发展趋势及应用前景进行了展望。

全球尺度地下水作用与地球系统模式地下水过程建模进展

地下水是水资源的重要组成部分,对于经济社会可持续发展具有重要的支撑作用。受含水层分布空间局限,地下水流不存在全球性循环,但是随着地下水开发利用和虚拟水贸易规模扩大,所带来的地下水位持续下降、依赖地下水生态系统退化、含水层疏干等问题已经超出流域尺度,成为世界所关注的区域性、全球性问题。近年研究表明,地下水在调控全球气候变化、维持生物圈完整性、调节海洋水盐均衡、影响地球关键带与深部地层各种地质过程等大陆与全球尺度地球系统过程中发挥着不可替代的作用。全球尺度地下水作用研究已成为地球系统科学和全球变化研究的重要方向和前沿领域。地球系统模式地下水过程建模研究取得了很大进展,建立了多个全球水文地质模型、地下水观测监测网和地下水流模型。但是由于涉及水文地质、陆地水文、地表过程、大气过程等多个方面,全球地下水过程建模仍存在着很大挑战,需要不同领域的学者组成学术共同体,共同推进全球地下水过程建模并与地球系统模式进行耦合。根据中国地球系统模式建设需要,应加快国家尺度地下水过程建模研究,包括建立近地表全国水文地质模型;推进地下水过程模型与陆面过程模型实现无缝耦合;积极参与国际地下水观测监测网建设和地下水过程模型比较研究。

未来地球系统构建中的六边形网格重力场

为提升大地测量学科在服务人类社会活动方面的能力,应集成包括地球重力场在内的,实现模型与观测资料融合的地球系统,以最大限度地提高地球系统仿真和预测的效益,极大地推动地球系统科学的发展和增强领域服务能力。顾及地球六边形网格体系在地球系统中的广泛应用及其在实现地球重力场建模、数据处理、多源数据融合中的自身优势,本文总结了传统地理网格系统下地球重力场求解的局限性及球面六边形网格在重力场求解中的优势和潜力。六边形网格体系下的地球重力场研究,将会对地球重力场求解效率和精度的提升、多地球系统模型之间的统一发挥重要作用。

数据驱动与理论驱动双向耦合的智能化地球系统模式探索

分析总结了人工智能方法在地球系统模式中的应用,提出了人工智能数据驱动与物理模型理论驱动相融合的智能化地球系统模式研究框架,并对该框架的研究思路和关键技术进行了分析。该框架将地球系统模式自下而上的数据驱动模型与自上而下的物理模型耦合,通过双向驱动共同实现地球系统数学物理方程的有效求解,从而构建智能化的地球系统模式。进一步研究需要基于该理论框架提出具体可行的算法,从而促进智能化地球系统模式研究的发展。

国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读:D0512地球系统模式发展

2018年起,国家自然科学基金委员会推进科学基金系统性改革,为更好的助力优化学科布局,2019年大气科学学科率先开展了学科申请代码调整,通过广泛的战略研究与研讨形成了2020年度申请代码设置方案,确定了以“分支学科”“支撑技术”和“发展领域”三个板块、共15个“二级申请代码”为主要架构的学科资助体系,并组织专家对各“二级申请代码”的下设研究方向和关键词进行系统梳理和分析,经过三年实施和不断优化形成了当前的版本。本文主要针对D0512地球系统模式发展下设的五个研究方向和关键词进行解读,介绍其设置背景,下设研究方向及关键词的总体框架,并基于科睿唯安Web of Science数据库对该申请代码下不同方向关键词的出现频率和研究热点进行了分析和讨论,发现五个方向的主要关键词基本设置合理,在后续工作中需要继续优化和适当调整,不断扩大影响并吸引更多的优秀申请人,促进我国地球系统模式的发展。

“地球系统科学”课程思政建设探索

课程思政融入大学专业课程是落实“立德树人”根本任务的重要举措,其实施需要以学生为中心,将思政元素融入到专业课程教育教学的全过程.“地球系统科学”是将地球作为一个完整系统来研究的学科,具有跨学科性、理论与实践并重的学科特点.在地球系统科学的课程思政建设中,注重跨学科整合的同时融入思政元素,不仅要坚持知识传授、人才培养,同时也要将思政教育贯穿始终.作为一种注重实践、跨学科整合的教育理念,STEAM教育为思政教育融入“地球系统科学”提供新的视角和手段,能较好地将专业知识传授与价值引领深度融合.此外,将成果导向教育理念(OBE)运用于“地球系统科学”课程思政的评价体系,有利于检验其实施效果,还有助于课程知识目标和技能目标的达成.

地球系统科学理念下地质数据采集趋势及启示

当前科学技术革命深刻演进,全球性气候、资源、环境等问题日益凸显,越来越多的地学机构倡导地球系统科学理念,地质工作也步入重大转型发展阶段。为了探寻新形势下我国地质数据的采集策略,本文提出了地球系统科学理念下地质数据采集需要着眼于多圈层、长时序、全属性的数据。地质数据采集工作具有自动化、实时化、智能化、集群化、立体化的趋势。新形势下,要以系统观为指导构建多元数据体系以解决具体资源环境问题;持续健全“立体式”数据采集网络以掌握全域地质、自然资源、生态等基础数据;积极研发更多智能采集技术以应对人工智能的迅猛发展;打造高集成度的数据采集工作体系以满足地质工作高质量发展的内在需求。

甲烷团簇同位素研究进展及其在表层地球系统碳循环研究中的应用

团簇同位素是当今地球化学研究的前沿领域。有关团簇同位素技术原理、指示意义、模型校正等方面研究已取得初步成果,而在表层地球系统研究领域以及地理、环境和生态等领域的综合应用研究工作亟待加强。在表层地球系统中,碳循环过程涉及广泛且影响深远,而甲烷(CH_(4))作为碳循环中关键环节的重要物质组成,揭示其来源及地球化学过程具有重大意义。甲烷团簇同位素技术的引入将为开展相关研究提供有效工具,该技术在揭示时间-空间不同尺度碳循环研究等领域具有广阔的应用前景。本文综述了团簇同位素的理论基础、测试分析现状及国内外主要研究成果。重点讨论了CH_(4)团簇同位素研究现状、理论模型和同位素不平衡的影响因素,并论述了团簇同位素在天然气、大气和水体CH_(4)成因和转化的应用典型案例。最后提出对开展不同实验室间测试结果对比、测定自然丰度下环境样品、探索准平衡过程的展望,以期对未来应用甲烷及其他物质,如二氧化碳的团簇同位素开展表层地球系统碳循环研究起到一定的借鉴作用。

无缝隙地球系统理念下世界气象中心发展趋势浅析

世界气象中心是世界气象组织(WMO)全球数据处理和预报系统(GDPFS)三级体系中的顶层业务机构,通过提供全球监测预报信息产品为国际防灾减灾和可持续发展做出了突出贡献。本文系统回顾了目前世界气象中心的发展现状,重点围绕无缝隙地球系统发展的理念,介绍了无缝隙预报、人工智能、云计算等最新相关技术进展,并结合先进全球业务中心的战略计划及WMO的最新政策对未来世界气象中心的发展趋势进行了初步展望。

从地球过程到人地和谐——关于地球系统研究科学战略的思考

较为详尽分析了地球系统科学的由来与发展、我国地球系统科学研究所面临的机遇与挑战,阐明了我国开展地球系统科学研究的基本思路,从而提出8个战略重点:区域气候环境系统变化与适应;水系统、水循环与水安全;生态系统与全球碳循环;人类活动与地球表层系统;地球内部动力学与地球系统演化;地球灾变事件与生命过程;地球观测系统与地球系统模拟以及耦合过程动力学、响应动力学、适应和预测理论。

地球系统科学时代的海洋地质-地球物理调查展望

本文基于研究文献搜集和资料统计,总结出海洋地质-地球物理调查具有平台多样化、装备高精化、技术方法系列化、目标综合化的现状特点,并通过分析海洋地质-地球物理调查研究与地球系统科学之间的密切关联性,指出地球系统科学理念对海洋地质-地球物理调查研究范式、方向和内容、技术架构具有宏观全面的指导意义。未来的海洋地质-地球物理调查研究将在调查理念、装备技术、方法手段、合作研究、数据融合交换与共享5个方面有显著的改变和新一轮的转型升级。