郭華東：空間地球大數(shù)據(jù)—地球科學(xué)研究的新引擎

大數(shù)據(jù)對科技發(fā)展正在產(chǎn)生重要影響，同時也為地球科學(xué)的深入研究帶來了重要發(fā)展機(jī)遇。本期，我們邀請中國科學(xué)院院士郭華東通過分析對地觀測技術(shù)及大數(shù)據(jù)的發(fā)展，探討空間地球大數(shù)據(jù)理念，剖析空間地球大數(shù)據(jù)科學(xué)內(nèi)涵，討論空間地球大數(shù)據(jù)與數(shù)字地球關(guān)系，分析空間地球大數(shù)據(jù)對推動地球系統(tǒng)科學(xué)及全球變化發(fā)展的潛力，并在此基礎(chǔ)上提出空間地球大數(shù)據(jù)服務(wù)于“一帶一路”等經(jīng)濟(jì)建設(shè)領(lǐng)域的建議。

A 大數(shù)據(jù)是國家新型戰(zhàn)略資源

19世紀(jì)70年代以來，隨著第二次工業(yè)革命的爆發(fā)，各種新技術(shù)、新發(fā)明層出不窮，以文字為載體的數(shù)據(jù)量大約每10年翻一番；從工業(yè)化時代進(jìn)入到信息化時代后，信息技術(shù)革命以前所未有的方式對社會、科技、經(jīng)濟(jì)變革的發(fā)展起著決定作用，數(shù)據(jù)量以每3年翻一番的速度持續(xù)增長；近10年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，音頻、視頻、文字、圖片等半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)大量涌現(xiàn)，社交網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算被廣泛應(yīng)用，使得數(shù)據(jù)存儲量、規(guī)模、種類飛速增長，大數(shù)據(jù)時代已悄然來臨。

2014年4月，國際數(shù)據(jù)公司（IDC）發(fā)布的第七份“數(shù)字宇宙”研究報(bào)告指出，全球數(shù)據(jù)總量將以每兩年翻一番的速度持續(xù)增長。大數(shù)據(jù)的重要性猶如工業(yè)社會的“石油”資源，誰掌握了數(shù)據(jù)，誰就掌握了主動權(quán)。大數(shù)據(jù)已成為信息主權(quán)的一種表現(xiàn)形式，將是繼邊防、海防、空防之后，另一個大國博弈的空間。

可以說，大數(shù)據(jù)正在改變科學(xué)的發(fā)展。大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用已成為繼實(shí)驗(yàn)、理論和計(jì)算模式之后的數(shù)據(jù)密集型科學(xué)范式的典型代表，正在帶來科研方法論的創(chuàng)新：科學(xué)大數(shù)據(jù)將復(fù)雜性、綜合性、全球性和信息與通信技術(shù)高度集成性等諸多特點(diǎn)融于一身，其研究方法也正在從單一學(xué)科向多學(xué)科、跨學(xué)科方向轉(zhuǎn)變、從自然科學(xué)向自然科學(xué)與社會科學(xué)的充分融合方向過渡、從個人或者小型科研團(tuán)體向國際科技組織方向發(fā)展。另外，科學(xué)家不僅通過對廣泛的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時、動態(tài)地監(jiān)測與分析來解決科學(xué)問題，更是將數(shù)據(jù)作為了科學(xué)研究的對象和工具，即數(shù)據(jù)驅(qū)動的知識發(fā)現(xiàn)。這正是科學(xué)大數(shù)據(jù)的核心價(jià)值所在。

B 空間地球大數(shù)據(jù)驅(qū)動地球科學(xué)發(fā)展

所謂空間地球大數(shù)據(jù)，是指從空間觀測地球獲取地表及次地表的大數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)密集型科學(xué)分析人與地球和自然現(xiàn)象的規(guī)律?？臻g地球大數(shù)據(jù)具有海量（高分辨率、高動態(tài)新型傳感器波段數(shù)量多、光譜和空間分辨率高、數(shù)據(jù)速率快、周期短）、多源（數(shù)據(jù)來源和獲取手段多樣）、多時相（采樣間隔縮短，數(shù)據(jù)獲取頻率幅度增大）等特征，因其有宏觀、客觀、快速、準(zhǔn)確、全面獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和能力，對地球科學(xué)，尤其是地球系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展起到了革命性的推動作用，在環(huán)境、資源、災(zāi)害等領(lǐng)域有重要作用和經(jīng)濟(jì)社會價(jià)值。

地球系統(tǒng)科學(xué)以地球?yàn)橐粋€巨型系統(tǒng)研究，需要空間地球觀測數(shù)據(jù)的參與，從而降低系統(tǒng)復(fù)雜度，使建模和求解成為可能。在地球科學(xué)長期發(fā)展的基礎(chǔ)上，半個世紀(jì)以來從空間觀測地球的新視野新方法，不斷加深著對地球的理解特別是宏觀認(rèn)識。隨著遙感、導(dǎo)航定位、地球物理等衛(wèi)星數(shù)量和其他平臺的不斷增加以及觀測儀器類型的多樣化，空間地球大數(shù)據(jù)正在匯入大數(shù)據(jù)研究的主流，為地球科學(xué)研究帶來了新機(jī)遇，作為思維與方法論的創(chuàng)新與革命，有望為推動地球科學(xué)深度發(fā)展并產(chǎn)出重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)作出貢獻(xiàn)。

我國空間對地觀測技術(shù)經(jīng)過40年的發(fā)展，自主衛(wèi)星遙感技術(shù)、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星技術(shù)等數(shù)據(jù)獲取技術(shù)得到長足的發(fā)展，相應(yīng)的地面接收基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)水平、規(guī)模與服務(wù)能力也與國際同行。相信空間地球大數(shù)據(jù)時代的到來，以及數(shù)據(jù)驅(qū)動科學(xué)范式的建立，將大大推動包括數(shù)字地球、全球變化、未來地球、災(zāi)害科學(xué)等領(lǐng)域的研究及空間地球信息科學(xué)的學(xué)科發(fā)展，并將為我國“一帶一路”等國家戰(zhàn)略提供支撐服務(wù)，包括沿線國家的生態(tài)環(huán)境、資源能源、農(nóng)業(yè)、減災(zāi)、自然與文化遺產(chǎn)保護(hù)等重大問題方面發(fā)揮歷史性作用。

C 加快國家大數(shù)據(jù)建設(shè)進(jìn)程

大數(shù)據(jù)是知識經(jīng)濟(jì)時代的戰(zhàn)略高地，大數(shù)據(jù)是國家新型戰(zhàn)略資源，大數(shù)據(jù)正在改變?nèi)祟惿罴皩κ澜绲纳顚永斫?。在大?shù)據(jù)時代，龐大繁雜的數(shù)據(jù)對社會、科技、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將發(fā)揮支撐促進(jìn)作用，其所蘊(yùn)含的戰(zhàn)略價(jià)值已引起多數(shù)發(fā)達(dá)國家政府重視，一些國家和國際組織已將大數(shù)據(jù)研究提升到國家和國際重大戰(zhàn)略層面，相繼出臺了大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略規(guī)劃和配套法規(guī)促進(jìn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用與發(fā)展，這勢必對未來科技與經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來深遠(yuǎn)影響。

目前，我國在該領(lǐng)域面臨難得的發(fā)展機(jī)遇，與世界各國同處大數(shù)據(jù)起步階段：我國的計(jì)算機(jī)用戶數(shù)全球第一，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)全球第一，移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)全球第一；我國擁有的數(shù)據(jù)現(xiàn)在占全球16%左右，2020年這一比例將高達(dá)21%；我國發(fā)表的大數(shù)據(jù)論文目前國際排名第二位，正在呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。如此情勢下，完全有條件借國家全面深化改革的東風(fēng)，優(yōu)化體制機(jī)制，整合各類資源，將大數(shù)據(jù)上升為國家戰(zhàn)略，加強(qiáng)大數(shù)據(jù)的頂層設(shè)計(jì)，系統(tǒng)規(guī)劃，通過出臺大數(shù)據(jù)國家行動計(jì)劃、建立大數(shù)據(jù)國家平臺及國際聯(lián)盟等舉措，把大數(shù)據(jù)做大做強(qiáng)，使大數(shù)據(jù)成為服務(wù)國家、引領(lǐng)世界的一個引擎。

為此，提出加快國家大數(shù)據(jù)建設(shè)進(jìn)程的三點(diǎn)建議：

第一，將大數(shù)據(jù)定位為國家戰(zhàn)略。大數(shù)據(jù)應(yīng)該是國家戰(zhàn)略，其發(fā)展應(yīng)體現(xiàn)核心性國家意志，應(yīng)加強(qiáng)大數(shù)據(jù)的頂層設(shè)計(jì)，系統(tǒng)規(guī)劃。同時，注重大數(shù)據(jù)政策法規(guī)、倫理道德問題。大數(shù)據(jù)監(jiān)管或政策應(yīng)先行，監(jiān)管可遵循“紅綠黃燈”原則，尤其要加快綠燈政策和綠燈配套措施建設(shè)。目前，包括數(shù)據(jù)共享在內(nèi)的我國數(shù)據(jù)政策還在徘徊階段，大家期待形成一個綠燈閃爍、大國數(shù)據(jù)潮流破浪涌動的局面。

第二，出臺大數(shù)據(jù)國家行動計(jì)劃。構(gòu)建大數(shù)據(jù)國家重大基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)一批科學(xué)大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)中心，一批學(xué)科交叉大數(shù)據(jù)科學(xué)研究中心，推出人才培養(yǎng)計(jì)劃。設(shè)立研究專項(xiàng)，比如李克強(qiáng)總理數(shù)次提到胡煥庸線是否可以破解的“三問”，即“胡線”該不該打破？是否可以打破？如何打破？“胡線”的形成歷經(jīng)近千年的長時間尺度和跨越幾千公里的大空間尺度，蘊(yùn)藏著超長時空序列科學(xué)內(nèi)涵，可通過大數(shù)據(jù)研究為總理“三問”提供科學(xué)依據(jù)。

第三，建立大數(shù)據(jù)國家組織及國際聯(lián)盟。例如，面向國家“一帶一路”戰(zhàn)略，構(gòu)建絲綢之路和海上絲綢之路大數(shù)據(jù)聯(lián)盟。以大數(shù)據(jù)為抓手，為“一帶一路”注入可操作、可凝聚、能引領(lǐng)的方向，形成出錢的基金會—出思想的科學(xué)家—出成果的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施等各方聯(lián)動大格局，讓大數(shù)據(jù)成為“一帶一路”建設(shè)的一個引擎，讓大數(shù)據(jù)成為各國共建“一帶一路”的和平使者，讓大數(shù)據(jù)科學(xué)之光普照“一帶一路”的現(xiàn)在和未來。