环境建模仿真专业发展

摘要：

随着仿真需求的发展和技术水平的进步，环境建模仿真的研究也越来越深入，复杂环境仿真已广泛应用于战场模拟、军事训练、环境科学、自然灾害预报、空间技术研究、工业检测与评估等国民经济与国防建设的诸多重大领域。复杂环境建模与仿真是一项研究地理、大气、海洋、空间等自然环境以及电磁等人工环境进行全频谱模型/数据描述和仿真的专门科学与技术，是仿真技术与环境科学相结合而产生的一个多学科、综合性研究领域，主要涉及环境、信息、电子、测绘、控制等多个学科或专业。专业领域主要围绕环境数据获取与监测、环境动态变化机理分析、环境建模、环境干预与保护等方面。本文在分析总结国内外综合自然环境建模、环境数据获取、环境仿真应用等方面的研究进展基础上，着重阐述环境科学与工程、测绘科学与技术专业的国内外发展对比情况，对专业发展趋势进行了分析。环境建模仿真科学技术的发展，将越来越重视对多种环境要素间的相互作用机理的分析，突出海-陆-气-冰-生相互作用和反馈机理的研究以及环境监测-诊断-预测理论与方法的研究，推进多源数据的综合应用技术研究。环境建模仿真需要培养具有宽厚基础、创新思维和全球视野的专业人才，并探索“强基础+国际化+重实践”融合的新型教学模式。

一、引言

随着仿真需求的发展和技术水平的进步，环境建模仿真的研究也越来越深入，美国等先进国家已明确将环境建模仿真列为现代建模仿真的关键技术之一，并提出在72~96小时提供全球范围的中低分辨率自然环境数据的目标。同时，国防和军事领域的仿真应用对于提供权威、一致、多分辨率、全频谱的自然/人工环境数据/模型和仿真具有更迫切的需求。二十世纪九十年代以来，随着心理战、信息战的发展，现代战场逐步发展为集合海、陆、空、天、网络、信息和心理七位一体联合化作战的战场。战场中包含的要素更为繁多，相互关系也更为复杂。

复杂环境仿真已广泛应用于战场模拟、军事训练、环境科学、自然灾害预报、空间技术研究、工业检测与评估等国民经济与国防建设的诸多重大领域。

美军利用战场环境仿真技术构建逼真的军事训练系统，能够使参加训练的士兵从视觉、听觉甚至味觉上体验到实战的感觉，适用于训练各种类别的士兵，包括步兵、坦克兵、飞机驾驶员等，还可以模拟任何战场和态势。现在，遍及全球的美军基地拥有数千套战场环境仿真系统，在系统中重建了伊拉克、科索沃、阿富汗、朝鲜等地区的详细地形。根据不同需要，设计了不同的尺寸，小到适用于飞行员和坦克兵在舱内使用，大到适用于步兵班的具有整面墙大的高分辨率显示屏。他们的软件可以模拟从沙漠到丛林以及拥挤的街道等各种地形。

地理（地形、地貌和地质）、海洋、空间、大气、电磁等自然环境复杂、多变而且难以控制，因此，采用建模与仿真手段对复杂环境进行模拟具有极大的挑战性。复杂环境建模与仿真是一项研究地理、大气、海洋、空间等自然环境以及电磁等人工环境进行全频谱模型/数据描述和仿真的专门科学与技术，是仿真技术与环境科学相结合而产生的一个多学科、综合性研究领域，主要涉及环境、信息、电子、测绘、控制等多个学科或专业[1]。

二、我国环境建模仿真专业的发展现状

1、综合自然环境建模与相关专业的发展现状

综合自然环境是指对人、装备等存在交互关系的物理世界的描述，它包括地形、大气、海洋和空间四大领域，其数据具有多源性、复杂性、异构性和海量性等特点。综合自然环境系统由自然环境模型和交互作用操作模型组成，而自然环境模型又由环境状态模型和动态环境模型组成，交互操作模型则由仿真效应模型和环境效应模型组成。其中，环境状态模型所表示的就是在一定时空范围内（当前时刻当前区域内）的综合自然环境的状态[2]。

大气环境包括地球表面至对流层的整个空间范围，对飞行器飞行和传感器探测有影响因素有风、气压、温度、云、雨、雾、尘土、烟雾等，这些因素是随时间、空间变化的，可以生成、移动和消失。而空间环境则延伸至整个外太空，结合大气、地形、海洋环境，形成人类及人工系统活动的无缝空间范围。对航空飞行器飞行仿真主要考虑大气和地形两种自然环境。飞行仿真中大气环境主要考虑以下因素：大气密度、大气温度、湿度、风速风向、大气扰流、雨、雪、雾、云等。飞行仿真中地形环境主要考虑以下因素：地形高度、地形地貌、植被情况、地形结构（泥土、岩石）、河流湖泊、交通线路、城市等。

大气环境建模方法通过对指定大气环境要素的物理特征进行描述，尽最大可能地反应其本质变化规律，是开展大气环境对武器设备效能影响的基础，就长期国内外形势来看，主要分为三种方法。第一种是理想化、工程化模型。理想化建模方法通常会假定在一定理想化条件下，抓住大气环境要素变化的主要规律进行建模描述。如美国76标准大气层模型，忽略大气环境的时空相关性，仅能代表中纬度状况，反映了气温、压强和密度的垂直分布，常用在飞机性能计算、压力高度计算校准等方面。理想化模型通常较简单，在对要求环境数据精确度的情况下就不再适用。第二种建模方法是基于大量统计数据的统计特征建模方法，有利于表现大气运动的时空性，通常对各种气象资料的收集；资料质量控制及利用相应统计学知识进行建模。一般有平均气象要素模型、极值气象模型、湍流气象模型等[3]。第三种建模方法是由大气热力学规律建立复杂方程求解的数值模型建模方法。由于其数据支撑和模型的复杂性、准确性，数值模型建模方法能够精准地模拟大气环境。如今国内外有很多广泛使用的数值模式，如国内基于WRF模式开展的数值模拟越来越多，也有采用五代中尺度模式（MM5）对国内台风进行模拟和工程分析等。大气数值模式就是按照大气的运动规律建立系列方程，进行数值模拟，从而建立的大气环境数值模型。数值模型方法比较复杂，尤其是随着工作站计算能力的提高与软件的发展，数值模式模拟的大气环境数据越来越真实，更具有说服力及代表性。由于数据的准确性高，国外大气数值模式已嵌入到虚拟试验中[4]。

空间电磁自然环境建模方法包括电场自然环境建模方法和磁场自然环境建模方法。电场自然环境建模方法主要是针对地电场的变化模型，如今对地电场的研究仍处于起步阶段，研究如小波变换、最大熵分析等数学拟合方法对观测站的电场数据进行分析建模。也有学者联合观测站数据及电场工程模型建立晴天空间电场环境。关于地磁场模型建模方法很多，如泰勒模型、球谐模型、球冠谐模型等，常用来建立区域内长期磁场变化趋势。国际电磁与高空物理学会建立并维护国际电磁参考模型，广泛应用于导航、定位等，模型主要对地球主磁场进行建模，5年更新一次，模型IGRF12有效期为2015-2020。世界地磁模型WMM是美国国防部、英国国防部、北大西洋公约组织指定使用的世界磁场模型，常用在导航、钻井、消费者APP等应用上，WMM模型5年更新一次模型系数及程序更新，最新版本为WMM2015模型，有效期为2015-2020年。

地形数值建模通常只关注地形高程数值。地形数据的建模方法通常基于现有的数字地形数据模型进行建模构建。如常用的DEM数字高程模型，是用离散数值表示地面高程值的数字地面模型，广泛应用于水文气象、军事等方面，可以采用摄影测量、干涉法、激光测量和其他技术来生成DEM数据。还有2009年美国联合日本发布的ASTER GDEM模型，该模型是美国国家航天局近十年的详尽观测结果。有学者基于分形理论Diamond-Square算法结合数字地形高程数据进行地形建模。有学者为提高三维地形绘制效率采用聚类分析和LOD多分辨率层次的方法。

海洋自然环境特征分为5大类：海区概况、海面、水体、海流、潮汐。这5个部分基本涵盖了海洋自然环境中从广度到深度、从横向到纵向、从静态到动态的特征要素。海区概况特征属于静态数据模型的要素，主要包括海区的边界范围、暗礁分布、海底地质、海滩地质、机场概况等情况。海面特征属于动态数据模型要素，主要提取出海浪、海冰、观测特征、海面特效等子要素。水体是海洋自然环境的主要要素,可分为基本特征类、传输特性类。基本特征包括海水压力、温度、盐度、密度、深度等，属于随时空变化的动态要素，而传输特性主要是指海水对声音、光、电磁等能量传输者的影响。海流和潮汐都对海战有重要影响,它们的运动数据一般都具有相对稳定的规律性。

从海洋大气环境的尺度上来讲，可分为基本环境数据和局部小尺度环境数据。前者通常为整个仿真区域提供全局的基本环境信息，如风场、温度场、气压场和温盐场等。而后者则用来描述某些局部高动态的天气现象，如紊流、风切变等。它们通常无法通过中高尺度的环境数据进行捕捉，因此这两种数据需要不同的获取方式。基本环境数据的获取主要有基于观测数据和基于数值预报模型两种获取方式。基于数值预报模型的获取方式虽没有历史观测数据的可信性高，但由于灵活性高、成本低，且也具备相当的可信性，使用这种方法所得到的模拟结果已能够满足大部分仿真需求，现已广泛应用在综合自然环境仿真中。常用的海洋预报模型包括POM、ROMS等。模式驱动力包括风应力、净热通量、短波辐射、净降雨量及海表面温度等数据，直接提供给模式计算所用。通常采用从NCEP月平均值再分析气象数据作为驱动力数据源。由于其时间分辨率比较低，未来应考虑其他数据源，来增加时间密度（如日平均值）。

2、环境数据获取

环境建模与仿真，从技术层面来看，可分为环境数据的交换、表示及标准化，环境模型和数据生成及可重用，动态环境仿真技术和环境仿真可视化四个方向。这些方向都以环境数据为基础。

综合环境数据建模具有数据场、时空变化、定量与定性描述相结合、多分辨率、多用户等特点，在综合环境仿真系统中常采用数据库描述自然环境的物理特性。综合环境数据库包括地形数据库、大气环境数据库、海洋环境数据库、空间环境数据库，其中地形数据库最具复杂性、典型性。综合环境数据库，需要首先要解决好数据获取问题。

遥感技术的出现直接改变了大气科学的现实面貌。遥感技术能够通过电磁波的辐射及反射特性的深入分析和研究来对不同距离的大气现象进行进一步的探测，促进气象观测质量以及范围的全面升级，保障数值预报的可靠性以及精准性， 更好的实现时间以及空间的有效缩短。其中气象卫星可以结合同一时刻之下全球范围大气运动的具体状况来积极的跟踪观测范围之内水汽分布以及具体的运动情况，从而使得大气科学研究的方式能够突破时间以及空间的桎梏，更好的实现大气科学在世界天气监测史上的飞跃以及进程。结合相关的理论研究成果以及实践调查结果分析可以看出，大气科学开始实现了局部分散认知发展向全球集中认知的过渡，并且将感性认知与定量分析相结合，突破了静止性以及线性研究方式所存在的各类不足。

根据我国的实测大气数据，国内对大气环境的研究也取得了一些成果，对美国标准大气模型USSA76进行了修正，建立了符合我国大气条件的标准大气模型。我国也于1987年发布了北半球标准大气模型GJB365.1-87，和大气风场模型GJB366.1-87。对于风场的研究也较为成熟，平均风、大气紊流、风切变、突风等风场都有比较完善的建模技术。而在大气对实体的交互效应方面，大气风场中的飞行器运动模型及弹道模型的计算已有很好的研究积累，相应的控制策略研究也有了一定的成果。我国的中尺度大气数值模式研究也得到了迅速发展。2009年3月，中国气象科学研究院提出的GRAPES系统通过了中国气象局的审批，已批准投入业务运行。近年来研究重点方向包括，海-陆-气-冰-生耦合、气溶胶、大气化学和碳循环过程的地球气候系统模式；模式系统的并行化技术、耦合技术；高分辨率区域气候模式；业务气候预测模式对亚洲季风区降水的预测能力。

自1991年开始，美国高层大气研究卫星（UARS）上搭载的仪器对大气环境进行探测，在这些观测数据的基础上，UARS建立了从地表到低热层的平均大气参考模式。国内学者利用卫星探测数据分析了中国地区20km-80km高度范围内的大气温度的分布情况，计算和分析结果与CIRA-1986大气模式数据相比有一些差别，研究和改善的空间较大。我国利用TIMED（ThermosphereIonosphere Mesosphere Energetics and Dynamics）卫星上搭载的多普勒干涉仪测量风场，对中间层和低热层的大气风场进行了研究，与当前通用的中性大气经验模式有较好的一致性，但在热带区域有显著不同。

中国科学院国家空间科学中心针对临近空间大气环境的动力学特性进行了分析和研究，并基于TIMED卫星上搭载的SABER探测器获取的11年的大气密度数据进行统计分析，观察其变化规律，提出了临近空间大气密度表征为气候平均量和大气扰动量之和的建模方法，并建立了大气随机扰动自回归模型。TIMED卫星从距离地球625公里的圆形轨道探测大气数据，其倾角是74.1°，轨道周期为1.6 时，SABER探测器通过使用十通道宽带分支红外辐射计全面测量大气，可以获得大气环境的动力学温度、压强、位势高度的垂直分布和痕量物质数据[5]。

3、综合自然环境建模的仿真应用

对于环境仿真与应用技术研究方面，国内的研究主要体现在地形建模、电磁环境仿真、大气海洋建模以及三维视景仿真等方面的尝试和努力。没有统一的表示规范，也没有标准化，尚未形成高水平的、成熟的综合环境服务系统。

国内已将MM5 模式应用于很多中尺度现象的研究，例如基于MM5 的沿海风资源研究等，WRF中小尺度模式是由美国国家大气研究中心（NCAR）研发的，该模式能够实现数值天气预报、大气模拟等功能。国内外许多学者对两种模式进行了许多对比分析研究，指出除部分高度层的模拟稍有偏差，两种模式对气象数据的模拟吻合度较好，相关系数达89%-99%。目前，1WRF 模式的版本也陆续更新，国内一些基于WRF模式研究和应用不断深入，采用WRF模式对某地区暴雨进行了数值模拟和分析，对降水中心的分布、降水及暴雨过程进行数值模拟。许多学者都展开了WRF模式对于风场、暴雨、气温等的研究，发现该模式对于中国地区天气过程有较好的模拟能力。上海交通大学对临近空间大气环境进行了建模，在一定的假设条件下，利用大气运动规律建立公式和方程组的方法对一些临近空间参数如运动温度、平均分子量、临近空间大尺度风场进行了建模描述。

由于作战模拟与战场环境的仿真密切相关，战场环境直接影响着虚拟兵力的机动、探测，而兵力也改变战场环境的面貌等。在虚拟兵力的关键技术中，基于地形的作战任务部署、战场态势二维三维显示、单兵和编队作战中的路径规划等都与战场环境密不可分。而且常用的兵力仿真软件基本都会把战场地形环境融入到自身当中。

20世纪80年代以来，以美国为首的先进发达国家资助了大量作战模拟项目，在这些仿真项目中均包含了战场环境建模的研究计划和工程应用。经过近三十年的发展，不仅出现了很多兵力仿真系统和软件，例如OneSAF、VR-Forces、vs-Tasker等系统，在环境数据的表示及标准化、动态环境仿真、环境仿真可视化等方面均取得了长足的发展。

地形建模方面，上世纪九十年代末期，在国家863计划的支持下，北京航空航天大学作为系统集成单位和有关单位一起研究开发了我国自己的DIS环境——DVENET分布式虚拟环境网。DVENET中可利用计算机生成小分队规模的坦克和歼击机，也完成了一些低级智能行为的模拟，并成功应用到了基于DVENET 的战术对抗演练中。DVENET中为虚拟兵力实现了具有足够大面积的具有真实地形高度、文化特征和纹理数据的虚拟三维战场环境。

国防科技大学开发了适用于CGF的动态地形环境数据库和红外大气传输辐射模型。其中动态地形环境数据库具有快速构建、支持多用户、支持多分辨率、自动维护仿真联邦内数据一致性和实时性好等特点，并且已在总装装甲装备仿真实验室建设的过程中得到应用。

在大气环境仿真方面，北京航空航天大学提出了分层数据库架构，在这种架构下初步研究了基于历史观测数据的想定生成系统和大气环境运行时的数据库，并在此基础上实现了一个模拟大气环境对飞行器影响的仿真系统，取得了很多有意义的理论和工程成果[6]。

最近这十年，随着高性能计算器的应用范围扩展，我国建设了大批计算机生成兵力和虚拟战场环境仿真系统。例如国防大学成立有战场模拟实验室，用来进行在战略和战役级别的兵力对抗分析、模拟训练和军事装备的研究。解放军信息工程大学主攻虚拟战场环境，在多年积累和发展后，在地形环境仿真系统领域收获了突出的成果。装甲兵数字化部队作战仿真实验室对三维兵力仿真做到单车单兵级别，单车机动受到地形坡度影响改变自身姿态；武器弹药等对三维场景中的兵力实体、建筑物、桥梁等都有杀伤能力，并伴随爆炸的视觉和听觉效果。

装甲兵数字化部队作战仿真实验室中的作战仿真系统是我国第一个战术级DIS系统，该系统自主研发的坦克模型和武装直升机模型来进行作战模拟演练。在虚拟战场环境下，计算机生成的坦克可以与环境进行交互，当炮弹击中环境中的要素，如建筑物、树木等，可以将其摧毁，并在三维显示上产生爆炸效果。系统还可以检测出坦克在行进过程中与其他实体、建筑物或树木之间的碰撞。

装甲兵工程学院军队指挥室兼顾CTDB和SEDRIS的优点，设计了高效的战场环境数据库模型，提出了栅格法和矢量法相结合的方法，把战场环境信息分成基本网格信息、网格索引信息、线状抽象信息、面状抽象信息四部分，同时设计了23种特征对象模型。基本网格信息以地形高程信息为基础，即以高程网格为基本网格，同时给每个网格附加一些其他属性。这些属性包括地面材质、土壤类型、地面附着系数、阻力系数、温度及其他气候条件等。

北京航空航天大学通过提取百度地图上的道路、水系和建筑信息，并且使用真实的高程信息，模拟出真实的战场环境的地势起伏。在战场环境中包含了地形高程、地表水系、建筑物和树木等，兵力需要跟环境相互作用，并产生相应影响。例如坡度影响速度、道路限制兵力的运动路线并影响路径规划等。针对道路限制兵力运动和路径规划方面，设计了一个仿真环境演示其效果。实现兵力与战场环境之间的相互作用，并能将交互作用原理、代码和接口移植到多种兵力仿真平台上[7]。

要构建高逼真度战场环境，除了要保证进行大规模地形三维建模，还需要对特定部分进行精细化建模。从地形场景点云数据获取手段来看，生成点云的技术途径主要有卫星立体测图、航空摄影测量立体像对、倾斜摄影测量[8]、三维激光扫描[9,10]、多视图立体重建等。随着航空摄影技术的发展，特别是倾斜摄影技术的出现，使得地景纹理数据的获取手段有了长足发展，也使得地形三维建模技术有了质的变化。倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取到丰富的场景顶面及侧视的高分辨率纹理[11]。它不仅能够真实地反映地物情况，高精度地获取地物纹理信息，还可通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维大场景模型。

针对倾斜摄影重建中存在的三维点云数据量十分庞大，且受航拍高度、角度的限制，建模结果存在大量对象遮挡，数据缺失、失真等问题，北京航空航天大学对倾斜摄影多视图场景重建流程进行改进：在二维正射影像语义分割的基础上实现了三维点云的区域化语义分割，提高场景中各类物体的建模精度；对不同的类别点云（如建筑物、植物）实现了不同的建模方式；对建筑物点云，实现了一种基于分层重建的方法，充分利用建筑物侧面点云信息；对植物点云，基于语义分割结果对植物点云再分类，建立多种不同的植物模型[12,13]。

复杂电磁环境的建模主要包含两方面：其一是对象目标的建模，即复杂电磁环境中飞机、导弹、雷达等本身几何形状的建模以及本身材质复合材料的建模，通过建立模型计算目标的电磁吸收、电磁散射特性。其二是电磁波如何在复杂环境中传播，建立传播衰减模型，环境包括特定空间中的复杂自然环境（包括地形、大气、杂波等）与复杂电子干扰环境（包括人为、自然电磁干扰）。

复杂电磁环境的电磁信息来自两个方面，一是通过实际测量，得到复杂电磁环境中实际的电磁数据，再将大量测量数据经统计分析、插值拟合，得到空间电磁数据场，然后归纳出经验公式，得到经验模型[14]。二是在严格的电磁理论基础上，从Max-well方程组推导出的公式，通过计算得到电磁数据，即确定性模型，确定性模型能对复杂目标电磁散射、吸收以及复杂环境（自然、干扰环境）中的电磁波传播特性有很高的预测精度。

人工环境是装备、人员、设施的集合。在装备建模方面，通过建立实体模型，即对装备系统、现象或过程的物理、数学或其他逻辑表示，进而建立装备的模型。如车辆模型、飞机模型等。在建立装备模型的过程中根据装备有无内热源建立装备的红外特性模型。在行为模型建立方面，通过描述装备根据特定环境的配置情况，如运动、探测、追踪等研究其行为特性。

在红外成像建模与仿真方面，国内己对大量红外目标和背景进行研究，加深了对各种目标和背景的红外特性的理解。工作主要是从红外物理学和传热学的角度出发，强调目标和背景的红外仿真热模型，对温度分布的计算往往较为复杂，绘制结果的红外真实感不够强。

国内对海洋环境的建模主要体现在三维可视化上，如随机海浪的仿真、海洋温度场的可视化、海底地形可视化等[15]。海底地形和海底地质对船舶的航行、登陆、锚泊等均有重要影响。国内海洋数值模式的发展较为缓慢，自主研发的海洋模式缺乏在实践中的推广、验证以及修正，没有形成自主发展的成熟的、适合中国近海的海洋模式。

在环境建模仿真方面，国内的研究机构在虚拟自然环境可视化仿真、目标和环境特性建模、电磁环境仿真等方面开展了一系列的工作。与此同时，作为一个应用驱动的研究领域，复杂环境虚拟化的理论技术体系尚不十分完善，许多基础性问题仍有待深入剖析。

三、本专业我国发展趋势

环境建模仿真科学技术的发展，将越来越重视对多种环境要素间的相互作用机理的分析，突出海-陆-气-冰-生相互作用和反馈机理的研究和环境监测-诊断-预测理论与方法的研究，推进多源数据的综合应用技术研究。在大气科学方面，重视大气内部低频动力过程及演化规律，陆气、海气相互作用过程的分析，突破海-陆-气-冰-生耦合与气溶胶、大气化学和碳循环过程的地球气候系统模式关键技术[16]。在地质地理方面，经过数十年的努力，发达国家地质调查机构已经积累了一批不同尺度的3D地质框架模型，实现了地质信息的表达方式的第3次突破。发达国家地调机构3D地质建模的重点正在由针对具体应用的局地建模向建立国家和区域尺度的支持多种应用的框架模型转变。国土面积小的大多数国家正在建立全国性的3D地质框架模型，国土面积大的国家正在建立省域、州域和区域性的3D地质模型。国家区域性建模的共同点是汇集所有能够得到的数据，并集成各种地质地球物理数据进行综合建模。目前建立3D地质框架模型已成为各国地调机构的基本任务之一。3D地质框架模型将成为与国家其他基础设施同样重要的基础设施。

以谷歌公司的Google Earth虚拟地球软件，将大量的卫星照、，航拍照片和三维模型放置在虚拟的三维地球上，集成由众多的数据来源和高分辨率影像，一些局部区域(主要是部分城市)的分辨率可达0.15米。NASA发布的开源虚拟地球软件World wind，支持从美国地质调查局的数据、微软Bing的数据、OpenStreet Map数据等多源数据。这些都代表了虚拟地球/数字地球技术的发展前沿。融合有局部高分辨率环境数据以及全球大气/地理/海洋/空间环境数据与各类环境效应模型的虚拟地球/数字地球，必将是信息技术大厂追逐的目标，也必将拥有巨大的应用市场。

环境建模仿真学科的发展，需要培养宽视界的专业人才，视野由常规尺度向微观和宏观尺度发展，在技术上从传统技术向高新技术和信息技术发展，这些变化都将成为促进环境学科发展的重要牵引力，这要求人才应具有宽厚基础、创新思维和全球视野。我国环境建模仿真领域的人才需深入了解国际科技发展的水平和动向，具有国际竞争能力。相关学科的教学也必须从以知识传授为核心的教育理念，向价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”的教育模式转变。不断创新课程内容，完善课程体系，需要围绕国家重大战略需求和学科前沿开展教学研究，通过引导学生认识专业，了解学科前沿。顺应学科交叉融合的发展趋势，跨学科融合形成环境生物学、环境地球科学、信息科学等新的环境学科课程体系和新的环境学科方向，以满足复杂环境建模对专业学生的高要求。学科的发展需要将最新科研成果转化为教学内容，同时探索“强基础+国际化+重实践”融合的新型教学模式[17]。