金属科学
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地球系统科学正在进行一场革命
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地球系统科学正在进行一场革命

照片:USGS。

整个19世纪和20世纪,地球科学主要担任利用自然资源的工具。在此期间结束时,工业产出增加了13倍和能源使用,16次,伴随着耗水量的倍数为7.所得工业Juggernaut创造了举起至少25的生活条件的条件% of Earth’s humans – paid for at the cost of Earth’s environment.

所以今天的一个大问题是我们是否可以以可持续的方式改善人类的生活条件,而不会进一步降低环境。

21世纪对全球可持续发展构成了许多挑战。我们希望在不久的将来面临原材料和传统能源的短缺。随着气候变化也会在背景中收集云,使我们的技术更加绿色并优化我们如何管理和使用资源的必要性。

地球系统科学(ESS)的新兴领域是知识系统的跨学科分支。它从我们了解了物理,化学,生物学和人类过程如何相互关联的理解。今天这些系统中的每一个都在遭受破坏性变化的风险增加。预计ESS将在参与人类朝着可持续利用我们自然资本的科学分支机构中具有主导作用。

最近的美国地质调查(USGS), entitled ’21st-Century Science Strategy: 2020-2030′, emphasises the transformational aspect of ESS given we’re in the middle of a technological revolution that will ultimately change the way we “monitor, analyse and predict the evolving dynamics of complex human and natural system interactions”. The spillovers of monitoring Earth-system processes are also likely to extend to the management and conservation of energy, water and soil and major inputs for mitigating natural disasters.

ESS的指数将需要使用跨学科方法来解决这些问题。ESS包括地质学家,地球理学家,生态学家,海洋学家,物理学家,化学家,地理学家,工程师和社会科学家。地球系统是复杂的并且混乱,这意味着它们是本质上的非线性,分形,并且也可能表现出自组织的临界性。它们对反馈循环也很敏感。因此,这种系统科学方法的主要目标是产生大气,水圈,岩石圈和生物圈之间的相互作用的高端定量模型。

数据收集和解释中的现有尖端技术提供了有关地球及其在前所未有的空间和时间分辨率的系统的信息。计算机硬件和软件的改进将促进更快的计算和数据分析。最终,我们改善对复杂的自然系统互动的理解很可能有助于我们更好地预测其后果,以及预测更好的前进。

USGS通函还确定了对地球系统稳定的最重要挑战,特别是由于气候,生物多样性和土地系统的变化。这些变化直接影响了我们对自然资源的管理和缓解自然灾害。数字技术的快速进步和伴随的数据生产还需要更多努力来通过以可访问格式索引来维持数据的可访问性和完整性。

实际上,由于使用网络设备和更好的传感器,卫星和无人机,我们工作的方式是如何改变我们的工作量的途径的可用性。与此同时,云计算和人工智能的进步可以使更强大的模型能够理解数据并使用它来了解未来。数据可用性模式使地球系统模型更加强大。它们现在能够在各种时间和空间尺度上纳入一系列物理,化学和生物过程和反馈机制。

有关ESS数据管理,建模和预测的几个新技术机会也在作品中,特别是在人工智能和机器学习。此类进步还呈现研究跨学科练习 - 因为工程中使用的机器学习技术也可以在气候或地震预测科学中使用。

在一起,这些发展表明,地球系统科学目前正在进行令人兴奋的进化阶段,最终的事情可能证明变革。

C.P.Rajendran.是国家高等教育研究所的辅助教授。这里表达的观点是作者自己的观点。

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