[科普中国]-地球科学与遥感

简介

地球科学指一切研究地球的科学，主要包括地质学、地理学，以及其它衍生学科。各学科通常会以物理、地理、地质、气象、数学、化学、生物的角度研究地球。地球科学的范围很广，涵盖地质学、海洋学和天文学等领域。地质学在探讨地球的历史与各部分组成，包括其演化和各种矿学、岩石以及矿产的分布；海洋学在研究海水的运动、海水的物理与化学性质及海底地形；气象学在分析大气的组成、构造和运动；而有关地球起源、太阳系的形成和天体的运动变化，乃至宇宙的演化，均属天文学的研究范围。以陨石撞击地球为例：高温高压撞击地球的结果，势必引起地形与地质的变化；飞扬在大气中的粉尘微粒会遮蔽阳光，大气和海水温度因而降底。因此，看似简单的天文事件，却引起地质、气象和海洋的变化，可见各领域关系密切、环环相扣。

20世纪初，地球科学统一在一个“大地理科学”的概念之下，此后由于科学技术的进步，随着人类对地球认识的深化和积累，逐步分解为地理科学、地质科学、大气科学、海洋学、环境科学等。

遥感科学是在测绘科学、电子科学、地球科学、计算机科学以及其学科交叉渗透、相互融合的基础上发展起来的一门新兴边缘学科。它利用非接触传感器来获取有关目标的时空信息，不仅着眼于解决传统目标的几何定位，更为重要的是对利用外层空间传感器获取的影像和非影像信息进行语义和非语义解译，提取客观世界中各种目标对象的几何与物理特征信息。

发展趋势地球科学21世纪以来，地球科学得到更加突飞猛进的发展，行星地球演化和变化的基本过程和规律在更广泛的空间尺度和时间尺度上被揭示和阐明。地球科学研究的主要趋向、热点与重点问题是：

1、突出地球系统科学，关注全球变化与地球各圈层相互作用及其变化的研究，以及人类活动引发的重大环境变化研究。地球系统观、地球系统科学是地球科学研究的主导方向。全球变化研究充分体现了跨学科、跨部门、国际化、全球化和日益重视在高层次上综合集成的大科学研究特点。地球各圈层相互作用的研究包括了气圈、水圈、冰冻圈、生物圈、岩石圈、地壳、地幔、地核相互作用的物理过程、化学过程、生物过程以及人地关系、人类与环境相互影响、相互作用的研究。

2、突出地球演化的动力过程研究，关注地球内部深层过程与岩石圈动力学、气候系统动力学与气候预测、生态系统动力学与生态环境的保护和建设。生物圈动力学理论是通过生物与其化石祖先的延续关系，重建古气候、古环境，揭示其进化史；岩石圈动力学理论乃是地质时代中岩石圈演变、洋陆更迭的历史进程，是通过板块的形成、运动和消亡来认识的。这两项基本理论都是通过进行的过程去认识问题、总结规律的，把地球视为一个具有长期演化历史的、活动的、发展和变化的地球内部各种因子之间以及地球与外部各种因子之间相互作用的行星，这是发展地球科学基本理论的必由之路。对于探索“大气圈动力学理论”也必然要采用这样的科学观点。

3、突出地球管理科学，关注减灾防灾、环境保护治理、资源合理开发利用以及碳循环、水资源、食物与纤维、能源战略等问题。地球科学及其各分支学科的目标，是在人类增加对地球认识的基础上，维持其足够的资源供给及其持续利用，减轻自然灾害造成的损失，保护与改善环境，促进生态系统良性循环，协调人与自然关系，从整体上为经济和社会的发展、提高人类生活质量、增强科学能力做出重大贡献。因此，控制人类活动的规模、程度，推动地球管理方面的立法工作，加强地球管理中的国际协作，从人—地关系的角度审视环境的变化，为社会与自然的协调发展提出科学建议，促使人类在减缓和适应全球变化方面尽快采取相应的措施，从而保护地球的可居住性，实现可持续发展。

4、突出地球科学跨学科研究进展与创新，关注经济社会发展对地球科学的影响与需求，重视地球科学在自然科学内部与其他学科的交叉融合以及高新技术在地球科学中的应用。现代地球科学面临着诸多方面的挑战，如为人类提供充足的资源，对付自然灾害的袭击等。地球科学研究者必须走出传统的单学科领域，将其掌握的知识与其他学科知识结合运用于新的领域。随着地球科学在深度和广度上的发展，技术方面的要求会更为严格，技术的发展与开发也将成为地学工作者的任务之一1。

遥感科学在遥感技术发展初期，主要依靠多波段遥感：基于地物波谱特征达到识别地物的目的．进入21世纪．由于多波段、多角度、多极化手段的应用，使目标识别精度有大幅度提高。遥感已经进入全方位获取地表信息的时代，所获得的信息不仅仅限于地物识别，更多地侧重于地表参数的获取。

长期以来遥感的基础理论研究取得了丰硕成果，给传统的地球科学带来了巨大的冲击，但是一些深层次的问题浮出水面，需要从原理和方法上根本解决。如海面温度遥测受“皮肤”效应限制，只能获取表层几微米水层温度值，测量精度与动力气候所要求的的误差范围相距甚远。再如自然界中占绝大多数的是非郎伯体，它们对太阳短波辐射的散射具有各向异性性质，当遥感进入定量分析阶段时，我们必须抛弃“目标是郎伯体”的假设。“皮肤”效应、非郎伯体等现象成为必须解决的遥感理论问题。据NASA的统计，到目前为止遥感所积累的关于地球表层的图像数据中只有不到5%的数据被使用过，数据爆炸与信息饥渴形成了突出的矛盾，其根本原因是遥感理论的欠缺。

遥感的最大优势在于打开了全球表层的同步和准同步的三维探测局面，然而过去四十多年遥感应用还只是在不同的地球科学分支内孤立地进行，学科问的交叉研究甚少，没有体现遥感的特点和优势，地球系统科学的发展，或者说地球科学各分支的交叉学术问题，将逐步成为新的成果增长点，而这正是遥感学科的使命任务。

遥感数据本质上是一种空间数据，如果失去了它的空间定位，也许便是一堆毫无意义的数字。以往遥感数据的几何纠正处理是一个复杂、繁琐的过程，如果在卫星上应用GPS技术和高精度定轨、定姿技术．完成遥感影像预处理，将大大提高遥感数据的应用效率2。

地球科学与遥感大会地球科学与遥感大会(International Geoscience AndRemote Sensing Symposium，简称IGARSS)。IGARSS会议是世界空间技术、多源遥感数据获取技术、分析处理技术和应用的最新进展集大成者，备受相关领域的学者关注与参与。其中空间技术在地震监测、预警、灾害防御、风险评估、应急救援等及其相关领域的研究与应用也是该会议的重要主题。

IEEE是美国电子与电气工程师协会的简称，是世界上最大的电子科学与工程学会。其地球科学与遥感分(Geoscienceand Remote Sensing Society，GRSS)组织召开的IGARSS，是全球该领域最具影响力的学术会议。会议通过竞争，每年轮流在北美、欧洲和亚太地区举办。近年来每年的参会人数逐年增加，已超过2000人，其中来自中国的会议代表已达数百人3。

2012年7月21日，在德国慕尼黑举办的IGARSS 2012上，由中国科学院国家空间科学中心主任吴季率领的中国申办“IGARSS 2016”团队，通过在IEEE GRSS理事会上所作的详尽的申办报告，分别阐述了我国近年来在地球科学和遥感应用领域所取得的成就，以及主办城市北京的状况等申办条件。最后，经过IEEE GRSS理事会成员讨论与投票决定，中国获得了举办权。

2016年，第36届国际地球科学与遥感大会在北京召开，大会以“促进对于我们地球家园的认识”为主题， 邀请全球65个国家和地区的1800余位学者，以48个特邀分会为主要形式，就地球科学与遥感领域最新的研究进展和技术研发进行专题讨论。为期一周，分8个专题，共安排1032个口头报告和993个展板报告，亮点主要集中在新的卫星计划、遥感技术应用、对地观测的发现和国际合作新成果等。

人物2015年8月4日，在意大利米兰召开的电器和电子工程师学会（IEEE）国际地球科学与遥感分会（GRSS）年会上，GRSS主席、美国密歇根大学教授Sarabandi向中科院院士、复旦大学教授金亚秋颁发了IEEE GRSS杰出成就奖，以表彰其在“自然介质极化电磁散射与辐射传输及其空间微波遥感应用”方面取得的杰出成就。