空間對地觀測與新一代數字地球

◎ 中國科學院對地觀測與數字地球科學中心主任 郭華東

對地觀測是數字地球的重要基石，其在全球范圍內蓬勃發展的同時，亦促進了數字地球的發展，新一代數字地球概念正在形成。

一、空間對地觀測發展態勢

空間遙感技術自1962年誕生以來迄今已50周年。半個世紀來，全球已發射了500余顆對地觀測衛星。進入新千年后，衛星產業呈快速發展趨勢，各國政府和國際組織都強烈意識到空間對地觀測的重要性，投入大量資金發展各類應用衛星。

國際上幾個主要的空間大國在持續不斷發展衛星對地觀測計劃。過去十年，美國很重視大氣層觀測，發射的一系列對地觀測衛星中用于大氣觀測的衛星占據重要地位。歐洲空間局的衛星對地觀測計劃分為兩部分，一部分面向科學觀測，一部分面向需求。近年來俄羅斯開始在對地觀測領域活躍起來，形成了應用于科學的衛星計劃。日本的對地觀測一直保持強勁的發展勢頭，在國際對地觀測技術領域扮演著重要角色。印度雖為一發展中國家，但已形成有特色的衛星對地觀測計劃。

地球觀測組織（Group on Earth Observations，GEO）在制定和實施《全球綜合地球觀測系統（GEOSS）十年執行計劃》7年來，面向建立一個全面協調、發展和可持續的地球觀測系統以協調全球資源和地球觀測活動，更好地認識地球系統，為決策者提供從初始觀測數據到專業應用產品的信息服務的理念，已取得很大成就。目前由89個國家、歐盟和64個國際組織參加的GEO已構成空間對地觀測的強大力量和組織體系。對地觀測數據共享與服務作為GEOSS建設的核心內容，在優選的九大應用領域中發揮了重要作用，包括：防災減災、人類健康、能源資源管理、氣候變化、水資源環境、氣象、生態系統、農業、生物多樣性等。

二、我國的空間對地觀測發展

歷經30余年的發展，我國在對地觀測衛星研究中取得了長足的進步，對地觀測技術發展較為全面，已形成資源衛星、環境衛星、氣象衛星、海洋衛星等國家主體衛星對地觀測計劃，同時形成了北斗導航衛星系統。

我國正在推出和形成一系列新的對地觀測計劃，如：包括天基、臨近空間和航空系統在內的高分辨率對地觀測計劃。未來十年，中國將迎來對地觀測新的發展機遇。不僅如此，我國十分重視開展國際合作，接收國際上先進的對地觀測衛星數據。接收的數據覆蓋中國陸地和海洋全境，同時可以接收覆蓋亞洲70%地區的數據。這些數據的取得，為今后開展的“數字亞洲”、“數字地球”奠定了良好的基礎。

縱觀全球的發展，大數據和大數據背景下的數據密集型時代正在向我們走來。

三、面向2020的新一代數字地球

在對地觀測發展的基礎上，10多年來數字地球取得了長足的發展。國際數字地球學會是在中國、加拿大、美國、日本、捷克等10多個國家科學家的共同倡議下，由中國科學院發起，并聯合國內外相關機構成立的非政府間國際科學組織，總部設在北京。在“數字地球”理念的指導下，學會在促進國際學術交流與項目合作，推動“數字地球”技術在國民經濟和社會可持續發展、環境保護、災害治理、世界遺產與自然資源保護，以及反對恐怖主義和維護世界穩定等諸多方面發揮重要作用。學會的學術刊物——《國際數字地球學報》對促進數字地球學科的交流，宣傳普及數字地球科學知識發揮了明顯作用。學報創刊后僅用4年時間，在全球遙感領域期刊中的排名列第7位，影響因子達1.453，在全球享有較高的認知度。

數字地球在不斷發展，數字地球的未來是什么？基于這些考慮，國際數字地球學會組織了來自12個國家的專家對這個問題進行詳細的研討，并取得了兩個方面的成果：一是，面向2020年的數字地球理念研究；二是，完成了《數字地球2020——未來十年前景與展望》報告。分析認為到2020年，伴隨著經濟的增長，全球人口總數的增高，能源、水資源面臨空前的壓力，氣候變化、環境惡化，這些都是人類共同面對的重大問題，須發展新一代數字地球，為應對這些新挑戰做出貢獻。

新一代數字地球的形態，是一個功能強大、可視化的球體，可以以三維、四維甚至多維的形式發展，不僅觀測地上信息，還可觀測地下信息；不僅看樓層表面信息，還可觀測樓內信息，同時要把現實和歷史結合起來，不僅僅有數據，而且在科學論證和政策方面給人以更大的自主權，自然科學、社會科學要高度融合，不僅包含感性的空間要素，還要包括地理空間和虛擬空間要素。

如何克服軟件兼容和數據格式問題，如何存儲已有的海量數據，如何將多媒體手段真正納入到新一代數字框架中是我們面臨的挑戰。

四、新一代數字地球的實現途徑

如果說第一代數字地球的發展源自對地觀測技術的進步，源自互聯網與可視化技術的革新，源自公司和企業等商業成果的推廣，那么，新一代數字地球應該由政府、科技界、企業來共同構建，新一代數字地球的發展將會有更多的新技術和新手段融入，也需要更多新的管理模式。多平臺、跨平臺的數字地球基礎設施建設需要科學的頂層設計、正確的發展方針。同時強調合作，新一代數字地球的實現需要與其他政府性或非政府性國際組織建立合作機制、開展合作研究。

（本文根據郭華東院士在高峰論壇上的演講整理）