美国宇航局（NASA）2030年地球科学展望

1 概况
　　NASA 2030年地球科学展望(Earth Science Vision ,ESV)建立了一个研究流程，即，先用一组国际地球观测系统进行地球系统的动态观测，然后用一组互动模式描述生物地球物理化学过程。这些模式包括地球所有主要系统组成：大气、海洋、 生物圈和固体地球方面的模式。观测完成后，地球信息系统将为系统相互作用进行定量预测，不断根据观测对系统相互作用做出评估。其关键特征如下：
　　观测整个地球系统，这样就可以用来追踪测量任何组成系统的变化都对整体的影响；
　　发展整个地球系统和所有组成部分的模式，以预测任何组成变化对地球系统的影响；
　　不断发展完善对目前观测最佳描述的系统行为研究；
　　形成具有量化不确定性的预测结果用于公共决策制定过程。

2 ESV的科学问题
　　NASA地球科学事业的核心能力可以归纳在三大主要科学领域中：地球流体系统(包括大气和海洋)、生物圈、固体地球。我们主要概述在三大主题领域中的科学问题。每个领域地球预测能力的提高是科学理解重大突破的潜力的证明。这些突破将基于新的观测能力和预测模型，将完善新的地球系统预测能力。

　　基本观测和建模能力的发展，在固体地球研究领域内开展海平面、海岸带变化预测以及利用地球表面和地下运动光谱的地震预报。 生物圈过程研究水作为全球资源的可用性、全球生物圈—气候相互作用以及人类对生物圈和气候产生的影响。

　　为研究这些课题，必须发展新的全球观测能力。新的科学认识，源自观测和预测模型，将产生一个完整的地球系统概念框架。2030年展望报告假定许多基本现象和过程，目前正在研究或是近期内优先考虑的，可能提前到2015年。

3 ESV的实施
　　地球科学2030年展望主要是为整个地球系统开发观测和预测能力，在未来的应用中，我们就可以运用我们的知识通过地球信息系统（EIS）来预测未来变化，并评估人类对这些变化的各种响应。

　　地球科学2030年展望努力提供一个更远大的目标，这就需要基于新技术方法的新的观测能力。地球科学2030年展望的主题反映了地球科学组成部分之间的主要相互作用的特征，这必将为未来预测能力的提高提供必要的帮助。长期目标为使非常困难的科学目标的实现成为可能。

　　NASA以其在地球科学、综合地球观测和建模系统的专长，将在地球信息系统的发展和实施中发挥重要作用。通过与政府机构、国际组织和世界各地研究人员的合作，NASA能够担负起提供所需技术能力的责任。鉴于其作为研究开发机构，NASA通过合并、协调许多组织的EIS目标将促进合作机构的一体化。结果将确保地球系统预测以实用的形式及时提交。

　　由于预测变化间的相互关系更加明显，各交叉学科将越来越重要。预测模式必须更加耐用和立即反应，通过国际支持的建模和地球信息交流框架结合不同地球系统过程。新多传感器观测能力将提供基本测量记录给建模框架。观测系统的要素将回应动态模型预测，其中预测不确定性驱动数据需求。

　　然后这些测量将提供给地球综合信息系统，这是一个运算能力庞大的国际保证。我们认为地球信息系统是庞大的、真正的国际性成果，但NASA在其中有很重要的作用，领导观察地球所有组成的新能力的发展，从而将科学知识纳入计算机预测模型，可预见未来地球的可变性和变化。NASA的任务将是提供观察地球所有组成的新能力的开发，并协助预测未来地球的变异和变化的高度，交互计算机数据的处理和建模能力。NASA 2030年地球测量模拟的部分测量要求和预测目标见表1，2，3，4。

表1 2030年地球测量和模拟系统要求的主要海平面预测目标

表2 作为2030年地球测量和模拟系统一部分要求的地震观测系统测量需求

表3 作为2030年地球测量和模拟系统一部分要求的海平面变化测量需求

表4 2030年地球测量和模拟系统要求的固体地球过程预测目标

4 结语
　　NASA 2030年地球科学展望，是对现有NASA地球科学事业（ESE）使命的延伸：观测和理解地球环境；预测自然和人类活动变化；深入研究气候和天气、生物圈、固体地球、交叉科学课题（如化学、辐射、污染、人类的影响、水循环、碳循环以及地球信息系统的外延目标作为新的重点和方向）；实现地球模拟能力和支持观测系统。