全球水循環(huán)空間立體觀測示意圖

遙感科學國家重點實驗室供圖

神秘遼闊的青藏高原一直是科研人員們熱衷的科考圣地。然而，其復雜高寒的地理及氣候環(huán)境，也常常令科考之路充滿艱險。是否有一天，科研人員們不需要手腳并用地在青藏高原上攀爬，甚至不用去那里就能完成科考工作?

“這并非不切實際的幻想，空間地球科學家們正努力讓這一夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。”中國科學院空天信息研究院研究員、遙感科學國家重點實驗室主任施建成說。

日前，第一屆空間地球科學學術研討會在海南省三亞市召開，近400位來自全國各地的空間科技和地球科學領域的學者專家參會，共同商討中國空間地球科學發(fā)展大計。在會議上，中國空間科學學會下屬二級學會空間地球科學專業(yè)委員會也對外公開宣布正式成立。

利用空間觀測手段，研究地球系統(tǒng)如何發(fā)展演化

空間地球科學是利用空間觀測手段，研究地球系統(tǒng)各子系統(tǒng)間相互作用與過程以及如何發(fā)展演化的一門綜合交叉學科。空間對地觀測技術和地球系統(tǒng)的發(fā)展演化是空間地球科學方向的核心研究內容。

中科院院士徐冠華說：“空間地球科學開拓人類深刻研究地球的新途徑和新視野，是對傳統(tǒng)研究方法的革命性變革。它使地球科學的研究從局部拓展到全球和整體;從靜態(tài)擴大到動態(tài);從陸地、海洋、對流層延伸到平流層以上的空間，不斷擴展著人類的知識領域。”

如今，人們已經(jīng)認識到，地球系統(tǒng)是一個復雜的、不斷變化的系統(tǒng)。隨著地球科學研究的深入，越來越需要空間科學和技術的廣泛參與。

徐冠華指出：“針對地球系統(tǒng)科學研究中基本的前沿科學問題，包括地球系統(tǒng)如何變化、地球系統(tǒng)變化的主要原因是什么、對全球變化的適應過程和社會可持續(xù)發(fā)展、未來地球系統(tǒng)如何變化等，空間地球科學能夠利用其空間觀測范圍廣、要素全、時效長等特點，為地球系統(tǒng)科學研究提供了新思路、新手段。”

1995年，科學家就曾利用星載紫外探測器在地球極區(qū)大氣層發(fā)現(xiàn)臭氧洞，從大氣化學角度闡明了氯氟烴對臭氧層形成、分解的作用及機理。在我國，近年來空間科學也在科學研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。例如，隨著中科院空間科學戰(zhàn)略性先導科技專項的開展，科研人員們借助“悟空”“墨子號”等一系列科學衛(wèi)星，在暗物質、量子通信等科學研究領域接連取得重大突破。

突破傳統(tǒng)研究手段的局限，能更深入更定量化認識地球

當前一些前沿科學問題，很多都是大尺度上的科學問題，傳統(tǒng)研究手段有很大的局限性。而空間地球科學憑借其優(yōu)勢，為更宏觀、更精細、更深入、更定量化研究和認識地球，突破以往難以解決的地球科學重要基礎科學問題，提供了新的可能。

對此，施建成進一步舉例：“特別是面對全球環(huán)境變化這樣的基礎前沿性、全局性的重大科學問題，空間地球科學能夠通過對全球大氣中二氧化碳濃度及分布的測量和大范圍、長時間、多參數(shù)的探測和研究，開展大規(guī)模地球系統(tǒng)數(shù)值模擬，進行地球變化過程的定量化研究，將最終為弄清楚全球變化這一影響人類生存發(fā)展的重大問題做出顯著貢獻。”

空間地球科學新技術、新方法和空間探測技術的發(fā)展，為地球科學各分支學科的研究提供了不可缺失的大范圍基礎信息，也有許多新發(fā)現(xiàn)。如通過海洋拓撲高度精細測量反演出全球洋流，并加深了對海洋動力學的認識等。

“空間地球科學研究還推動了一大批新型空間觀測儀器的技術進步。”施建成說：“其中包括精細光譜成像測量重力和磁場的主動式傳感器，高靈敏熱紅外遙感、激光雷達測量、熱輻射定量測量等。相關探測機理、技術和方法的直接應用或轉移，對資源、環(huán)境、大氣、海洋、生態(tài)、農林業(yè)、災害監(jiān)測等空間應用也發(fā)揮了重大作用。”

此外，空間地球科學通過不斷深化科學需求對工程技術提出新要求，推動了航天技術、工程技術領域包括光學、精密機械、電子信息、材料科學、加工工藝學等學科發(fā)展和高技術進步。與此同時，空間地球科學又反過來從上述學科的發(fā)展中獲益。

研究發(fā)展勢頭良好，但我國仍主要是空間知識的使用國而非產(chǎn)出國

經(jīng)過50年的發(fā)展，我國空間技術、空間地球科學研究，在學科領域設置、科研隊伍培養(yǎng)、基礎設施建設等方面都取得了長足進展，目前學科領域齊全、人才隊伍初具規(guī)模、科研成果不斷涌現(xiàn)，形成了良好的發(fā)展勢頭。然而，與國際先進水平相比，我國仍有很大的差距。“例如在空間的探測和認知方面能力還比較弱，缺少具有前沿性、探索性和原始創(chuàng)新性的重大科學發(fā)現(xiàn)和成果，中國仍然主要是空間知識的使用國，而非產(chǎn)出國。”中科院院士、空間地球科學專委會主任郭華東說。

為彌補這些不足，我國的空間地球科學家們也正在為做出原始創(chuàng)新的重大科學發(fā)現(xiàn)和成果而努力。

在此次會議上，郭華東就提出了一個新穎大膽的研究構想。郭華東指出，北極、南極和青藏高原是全球變化的“敏感區(qū)”和“指示器”，國際學界多年來一直給予高度關注，但全球范圍內現(xiàn)有的項目中，大多只關注單一極區(qū)，還沒有能夠把“三極”作為一個整體進行系統(tǒng)性的研究。因此，他提出：“可以大膽構想在月球這一穩(wěn)定的自然衛(wèi)星上，構建月基對地觀測系統(tǒng)，利用其快速和大區(qū)域覆蓋能力，對三極地區(qū)開展同步研究。”

郭華東團隊已有的研究結果表明，利用光學傳感器從月球觀測地球，可以觀測整個青藏高原地區(qū)，也可以實現(xiàn)對北極和南極地區(qū)的全覆蓋觀測，模擬效果影像和觀測時間窗口均可預知，有潛力一舉實現(xiàn)對“三極”的全覆蓋同步觀測。

“這些年來，我們的科學研究填補了很多國內空白，但真正為人類作出貢獻的并不多。如果由我們中國發(fā)起并率先建設月基對地觀測平臺，讓全球科學家去那里做實驗，其歷史意義將是非凡的。”郭華東說，“中國科技界已經(jīng)到了反哺國際社會的時候了。”

如何更有力地推動我國空間地球科學的進一步發(fā)展，從而使中國有能力為人類的空間探索、技術進步及社會發(fā)展作出持續(xù)性的貢獻?

施建成認為，除了科學家自身的努力，也需要政府相關部門著眼于我國長遠的戰(zhàn)略需求，實施我國自主的空間科學計劃并對其進行持續(xù)穩(wěn)定的支持。

徐冠華希望，通過空間科學和地球科學的更深度融合，更好地推動空間科學和空間技術“入地”，更關注地球科學的相關問題;也推動地球系統(tǒng)科學研究“上天”，通過空間信息獲取平臺更好地研究地學問題。