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摘要:论文通过对地球科学发展历史的回顾，阐述了地球科学中的全球变化科学、城市环境、工程地质等现阶段研究状况，并对其未来的研究方向进行了探讨，以便探求人类的应对策略。
关键词：地球科学，全球变化科学，城市环境，工程地质
中图分类号：TU984文献标识码： A
引言：
地球科学的起源是从人们对地球上各种表象的直觉感悟和描述开始的，那是一种博物性的自然界的认识和逐步的分类。今天的人类社会，无奈地面临着人口、资源、环境和灾害的巨大压力，社会的可持续发展需要地球科学历史地承担起勘探巨型矿区和油气区，揭示大气与大洋大幅度升降和全球性生态环境巨变的规律性，深究巨大自然灾害的可预测性，进而探求人类应对的策略。
1 全球变化的科学进展
1.1 全球科学的新认识
全球变化科学(Global change science)是20世纪80年代开始的一个新兴科学领域。它的科学目标是描述和理解人类赖以生存的地球环境系统的运转机制以及它的变化规律和人类活动对地球环境系统的影响，从而提高对未来环境变化及对人类社会发展影响的预测和评估能力。
1.2 研究方向的变化
（1）以认识地球系统基本规律的纯基础研究为主，扩展到与人类社会可持续发展密切相关的一系列生存环境实际问题的研究，全球变化的区域相应的研究成为重点研究领域之一。
（2）从研究人类活动对环境变化的影响，扩展到研究人类如何适应全球环境的变化。
（3）在更高层次上进行地球系统的综合集成研究。
1.3 二十一世纪全球变化科学的发展战略
（1）在21世纪，人类通过空间遥感监测系统、地面观测系统和信息系统组成地球环境监测体系，实现对地球环境长期、立体、动态和高分辨的监测，为认识地球环境的整体行为，预测其未来的变化提供信息来源和观测依据。同时还在酝酿成立全球古气候观测系统(GPOS)，建立古气候系统资料。此外，通过飞速发展的计算机和信息技术的支持，可以实施对海量的地球环境信息的传输、 储存和处理。
（2）发展包括大气、海洋、陆地和生物圈，合理地描写物理、化学和生物过程及它们之间的相互作用的地球系统数学模型，建立起客观和定量地研究地球环境变化机理和预测的工具。
2 二十一世纪矿业发展势态
21世纪的矿业发展模式不应再依靠过量的耗散资源，损害生态环境发展经济。其发展势态的主要目标为：供给需求要保持平衡；管理与保护措施要有效；政策与法规要健全；环境与经济发展要协调。
采取的主要战略是：开放性的资源供给；节约型的资源消耗；集约与科技推动型的资源开发；协调性的矿产资源发展。
依靠的主要措施是：大力依靠科学技术创新，提高职能和深化认识；按各国家(地区)矿产资源的具体情况，周密地安排矿产资源调查评价、勘察与开发；加强政策的宏观调控，建立矿产资源调查评价、勘察和开发的区域管理；实行统筹规划和统一管理，强化开发过程中的监督和有效利用；强调节约资源和生态环境保护；加大矿业技术开发的科研投入，强调矿业开发环境保护；开展全球矿产资源成矿研究，有计划地开拓和利用国内外两种矿产资源，两个市场，有目的地进行国外资源调查，实行资源互补；发挥国家优势矿产出口，调整矿产品进口战略；从产业优化改变消费方式，提高单位矿产资源产业效益，保证社会消费和生产体系长期稳定。
3 大地测量学近20年来发展的特点和趋势
传统的大地測量学大体可分为3个方面的内容: 第一，确定地球形状和大小，确定点的位置，测定地表、冰面、海面的起伏；第二，求定地球重力场；第三，测定地球自转（章动、极移和周日长）。
在过去的20 年中，空间大地测量学有了飞跃的发展，使上述三个方面注入了新的内容，如大地测量已经有能力测定全球的板块运动、冰原和冰川的流动、洋流和海平面的变化，可以测定大气和海洋角动量的变化与地球自转的关系。所有这些以10- 9相对精度测量的空间大地测量成果，使得时间已作为大地测量学中的第四个坐标（第四维），这是大地测量学近 20 年来发展的第一个特点。大地测量学近 20 年来发展的第二个特点是学术领域的扩大以及与其他学科的融合。例如，过去传统的看法是，大气折射对所有大地测量中的电磁波都是一种误差源，是一种自然的制约因素，而当今大地测量却要利用卫星和地面站之间或卫星和卫星之间的电磁波定位测量技术，对大气中的电离层和对流层进行连续密集的测量。大地测量采用现代的求逆技术，已经可以实时提供大气最主要物理性质的三维综合影像，这对天气预报和研究，电离层预报和研究都有一定作用。
4 城市环境研究之发展方向
4.1 我国城市环境地质亟待解决的问题
水工环基础研究不能适应经济建设和城市化发展的需要；部分地区地下水资源对社会经济发展程度提出了更高的要求；地质灾害频繁发生；城市水资源与环境地质问题。
4.2 城市环境地质问题研究的发展
近年来，可用于城市环境地质问题研究的高科技手段和计算机系统程序发展较快，主要有：（1）遥感技术、应用于水文地质普查、灾害地质、生态环境等地质信息的分析研究；（2）地理信息系统（GIS），应用于城市环境地质资料的数字化处理、地质数据库的建立，多种综合地质信息的综合分析和辅助决策等工作；（3）地理信息系统的三维空间可视化研究，应用于城市地质条件分析，服务于城市环境地质管理和政府决策。
4.3 可视化在城市地质研究中的作用
可视化是一种新的地质信息交流手段； 地质信息的可视化是进一步实现地质信息的GIS 管理分析的重要基础；地质信息可视化技术可作为科学发现的手段。
4.4 三维可视化研究技术在城市环境地质研究中的应用
三维可视化城市环境地质图件，其主要研究方向就是对区域地质条件进行脆弱性地质评价，地下水资源脆弱性的全面评价需要详细的水文地质和现场调查研究，评价的主要内容包括: 地下水脆弱性的三位分区、非饱和带的补给、土壤性质、厚度、渗透性和稀释能力，以及含水层解释能力的评价。
5 工程地质回顾与展望
5.1 50 年来我国工程地质的主要成就
岩体结构控制和工程地质力学理论的确立；典型人类工程活动与地质环境相互作用的研究；三峡工程区域稳定性和边坡稳定性研究；两类环境、两类悬河问题与优势面理论研究； 地质工程与地质灾害治理；非线性工程地质分析体系；时效变形理论和地质过程机制分析和量化评价体系；岩土工程丛书的出版。
5.2 发展方向与前景
环境工程地质或环境岩土工程问题和地质灾害研究的核心是预测预报和地质工程治理。新世纪伊始， 我国工程地质在进入新的发展阶段后又面临西部大开发，中部经济结构调整和东部高科技化的大好发展机遇。
6 讨论
中国科学院院士於崇文教授认为自然科学的研究程度由浅入深可以分为以下四个层次: 第一，将观察所得的经验事实进行总结；第二，将基本现象进行归纳和演绎，并形成唯象理论( phenomenology ) ；第三，上升到具有普适性( universality )和( comprehensiveness) 包容性的基础理论和方法论；第四，抽象为数学的形式体系( formalism)和哲学思维。
审视目前国内外的地学研究大多是在第二层次上。许多研究成果在观察的经验事实方面较前人工作可能有所补充或更新，然而在基础理论和方法论上缺乏创新，大体在同一水平上重复，本质上还是徘徊于必然王国之中，因此无论是国际还是国内地学界所面临的迫切任务都是要努力将地学的研究水平从第二层次提升到第三、四层次，实现从必然王国到自由王国的飞跃。
参考文献：
[ 1] 陈俊勇.大地测量学的新进展-国际大地测量协会( IAG) 2001年科学大会综述[J] .地球科学进展. 2002, ( 3) : 305-310.
[ 2] 叶笃正等.全球变化科学进展与未来趋势[J].地球科学进展.2002,( 4) : 467-469.
[3] 罗国煜,阎长虹等.新世纪伊始中国工程地质回顾与展望[J].工程地质学报.2002, (1) : 3-9.
[ 4] 於崇文.地质系统的复杂性-地质科学的基本问题[ J] .地球科学，中国地质大学学报. 2002, ( 9) : 509-519.
作者简介：卫媛媛(1984-)，女，本科，助理工程师，水利水电工程，河南信阳，邮编：464000
关键词：地球科学，全球变化科学，城市环境，工程地质
中图分类号：TU984文献标识码： A
引言：
地球科学的起源是从人们对地球上各种表象的直觉感悟和描述开始的，那是一种博物性的自然界的认识和逐步的分类。今天的人类社会，无奈地面临着人口、资源、环境和灾害的巨大压力，社会的可持续发展需要地球科学历史地承担起勘探巨型矿区和油气区，揭示大气与大洋大幅度升降和全球性生态环境巨变的规律性，深究巨大自然灾害的可预测性，进而探求人类应对的策略。
1 全球变化的科学进展
1.1 全球科学的新认识
全球变化科学(Global change science)是20世纪80年代开始的一个新兴科学领域。它的科学目标是描述和理解人类赖以生存的地球环境系统的运转机制以及它的变化规律和人类活动对地球环境系统的影响，从而提高对未来环境变化及对人类社会发展影响的预测和评估能力。
1.2 研究方向的变化
（1）以认识地球系统基本规律的纯基础研究为主，扩展到与人类社会可持续发展密切相关的一系列生存环境实际问题的研究，全球变化的区域相应的研究成为重点研究领域之一。
（2）从研究人类活动对环境变化的影响，扩展到研究人类如何适应全球环境的变化。
（3）在更高层次上进行地球系统的综合集成研究。
1.3 二十一世纪全球变化科学的发展战略
（1）在21世纪，人类通过空间遥感监测系统、地面观测系统和信息系统组成地球环境监测体系，实现对地球环境长期、立体、动态和高分辨的监测，为认识地球环境的整体行为，预测其未来的变化提供信息来源和观测依据。同时还在酝酿成立全球古气候观测系统(GPOS)，建立古气候系统资料。此外，通过飞速发展的计算机和信息技术的支持，可以实施对海量的地球环境信息的传输、 储存和处理。
（2）发展包括大气、海洋、陆地和生物圈，合理地描写物理、化学和生物过程及它们之间的相互作用的地球系统数学模型，建立起客观和定量地研究地球环境变化机理和预测的工具。
2 二十一世纪矿业发展势态
21世纪的矿业发展模式不应再依靠过量的耗散资源，损害生态环境发展经济。其发展势态的主要目标为：供给需求要保持平衡；管理与保护措施要有效；政策与法规要健全；环境与经济发展要协调。
采取的主要战略是：开放性的资源供给；节约型的资源消耗；集约与科技推动型的资源开发；协调性的矿产资源发展。
依靠的主要措施是：大力依靠科学技术创新，提高职能和深化认识；按各国家(地区)矿产资源的具体情况，周密地安排矿产资源调查评价、勘察与开发；加强政策的宏观调控，建立矿产资源调查评价、勘察和开发的区域管理；实行统筹规划和统一管理，强化开发过程中的监督和有效利用；强调节约资源和生态环境保护；加大矿业技术开发的科研投入，强调矿业开发环境保护；开展全球矿产资源成矿研究，有计划地开拓和利用国内外两种矿产资源，两个市场，有目的地进行国外资源调查，实行资源互补；发挥国家优势矿产出口，调整矿产品进口战略；从产业优化改变消费方式，提高单位矿产资源产业效益，保证社会消费和生产体系长期稳定。
3 大地测量学近20年来发展的特点和趋势
传统的大地測量学大体可分为3个方面的内容: 第一，确定地球形状和大小，确定点的位置，测定地表、冰面、海面的起伏；第二，求定地球重力场；第三，测定地球自转（章动、极移和周日长）。
在过去的20 年中，空间大地测量学有了飞跃的发展，使上述三个方面注入了新的内容，如大地测量已经有能力测定全球的板块运动、冰原和冰川的流动、洋流和海平面的变化，可以测定大气和海洋角动量的变化与地球自转的关系。所有这些以10- 9相对精度测量的空间大地测量成果，使得时间已作为大地测量学中的第四个坐标（第四维），这是大地测量学近 20 年来发展的第一个特点。大地测量学近 20 年来发展的第二个特点是学术领域的扩大以及与其他学科的融合。例如，过去传统的看法是，大气折射对所有大地测量中的电磁波都是一种误差源，是一种自然的制约因素，而当今大地测量却要利用卫星和地面站之间或卫星和卫星之间的电磁波定位测量技术，对大气中的电离层和对流层进行连续密集的测量。大地测量采用现代的求逆技术，已经可以实时提供大气最主要物理性质的三维综合影像，这对天气预报和研究，电离层预报和研究都有一定作用。
4 城市环境研究之发展方向
4.1 我国城市环境地质亟待解决的问题
水工环基础研究不能适应经济建设和城市化发展的需要；部分地区地下水资源对社会经济发展程度提出了更高的要求；地质灾害频繁发生；城市水资源与环境地质问题。
4.2 城市环境地质问题研究的发展
近年来，可用于城市环境地质问题研究的高科技手段和计算机系统程序发展较快，主要有：（1）遥感技术、应用于水文地质普查、灾害地质、生态环境等地质信息的分析研究；（2）地理信息系统（GIS），应用于城市环境地质资料的数字化处理、地质数据库的建立，多种综合地质信息的综合分析和辅助决策等工作；（3）地理信息系统的三维空间可视化研究，应用于城市地质条件分析，服务于城市环境地质管理和政府决策。
4.3 可视化在城市地质研究中的作用
可视化是一种新的地质信息交流手段； 地质信息的可视化是进一步实现地质信息的GIS 管理分析的重要基础；地质信息可视化技术可作为科学发现的手段。
4.4 三维可视化研究技术在城市环境地质研究中的应用
三维可视化城市环境地质图件，其主要研究方向就是对区域地质条件进行脆弱性地质评价，地下水资源脆弱性的全面评价需要详细的水文地质和现场调查研究，评价的主要内容包括: 地下水脆弱性的三位分区、非饱和带的补给、土壤性质、厚度、渗透性和稀释能力，以及含水层解释能力的评价。
5 工程地质回顾与展望
5.1 50 年来我国工程地质的主要成就
岩体结构控制和工程地质力学理论的确立；典型人类工程活动与地质环境相互作用的研究；三峡工程区域稳定性和边坡稳定性研究；两类环境、两类悬河问题与优势面理论研究； 地质工程与地质灾害治理；非线性工程地质分析体系；时效变形理论和地质过程机制分析和量化评价体系；岩土工程丛书的出版。
5.2 发展方向与前景
环境工程地质或环境岩土工程问题和地质灾害研究的核心是预测预报和地质工程治理。新世纪伊始， 我国工程地质在进入新的发展阶段后又面临西部大开发，中部经济结构调整和东部高科技化的大好发展机遇。
6 讨论
中国科学院院士於崇文教授认为自然科学的研究程度由浅入深可以分为以下四个层次: 第一，将观察所得的经验事实进行总结；第二，将基本现象进行归纳和演绎，并形成唯象理论( phenomenology ) ；第三，上升到具有普适性( universality )和( comprehensiveness) 包容性的基础理论和方法论；第四，抽象为数学的形式体系( formalism)和哲学思维。
审视目前国内外的地学研究大多是在第二层次上。许多研究成果在观察的经验事实方面较前人工作可能有所补充或更新，然而在基础理论和方法论上缺乏创新，大体在同一水平上重复，本质上还是徘徊于必然王国之中，因此无论是国际还是国内地学界所面临的迫切任务都是要努力将地学的研究水平从第二层次提升到第三、四层次，实现从必然王国到自由王国的飞跃。
参考文献：
[ 1] 陈俊勇.大地测量学的新进展-国际大地测量协会( IAG) 2001年科学大会综述[J] .地球科学进展. 2002, ( 3) : 305-310.
[ 2] 叶笃正等.全球变化科学进展与未来趋势[J].地球科学进展.2002,( 4) : 467-469.
[3] 罗国煜,阎长虹等.新世纪伊始中国工程地质回顾与展望[J].工程地质学报.2002, (1) : 3-9.
[ 4] 於崇文.地质系统的复杂性-地质科学的基本问题[ J] .地球科学，中国地质大学学报. 2002, ( 9) : 509-519.
作者简介：卫媛媛(1984-)，女，本科，助理工程师，水利水电工程，河南信阳，邮编：464000