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认识并善待地球——三院士纵谈地学发展

已有 3705 次阅读 2009-1-21 19:40 |个人分类:名记大作|系统分类:科研笔记

 
 记者:王卉
 
 
 
 
  
 
不管是地表、地下还是大气领域,地球科学与人类生活密切相关。2008年是令人百感交集的一年,特别是两次大的自然灾害,对地学研究提出了严峻挑战。
 
日前,《科学时报》记者分别采访了土壤地理学家和土地资源学家、中国科学院原副院长孙鸿烈院士,地质学家、国家自然科学基金委员会原副主任、中国科学院地学部原主任孙枢院士,以及大气动力学和气候动力学家、中国科学院地学部原副主任吴国雄院士,请他们从不同领域回顾了最近几年地学的发展状态、研究重点,并对未来趋势作了盘点。
 
孙鸿烈:地学大事件提出加强研究需求
 
孙鸿烈盘点了资源环境方面的一些大事。
 
去年年初的低温雨雪冰冻事件,是一个灾难,但对科学研究来说,孙鸿烈认为,也是一个新的命题,提醒大家关注全球气候变化和极端天气的研究。
 
对于地震预报,孙鸿烈表示,不是中国落后,而是全世界对其机理都还没有研究清楚,地壳深处不易观测,“但我想人类迟早会掌握地震规律的。过去,谁能设想我们能够预告明天、后天的天气?”
 
“地学学科总是从现象入手,通过比较多的机理研究,才能总结出一些规律。”孙鸿烈说。灾难是令人痛苦的,但人们也要借助它们去探寻规律和经验。
 
西部冰川退化很严重,也是地学领域值得关注的一个问题。这些年,西部冰川的补给量赶不上融化量,冰川长度在缩小,厚度在减薄。这也带来很多问题,冰川前端融化快,形成小湖,随着融化后的雪水越积越多,有可能挤垮堤坝,冲毁农田、草场、村庄、房舍。
 
冰川融化还带来另外一个问题:在青藏高原上,河流的补给通常30%~40%来自冰川融化,但现在冰川融水补给加大,使河流径流量增加,青藏高原的一些草场被淹没了。在那里,很多河流是内流河,其末端的湖边往往是主要的冬春草场。青藏高原本来就缺乏冬春草场,这样一来更会遭致破坏,加剧牲畜冬瘦、春死。
 
青藏高原冻土的融化问题也值得警惕。修建青藏铁路时,采取了特殊措施,但原有桥梁、道路、房屋、管网等基础设施仍然面临危险,可能带来地面的塌陷和沉降。
 
最近几年,由水利部、中国科学院以及中国工程院三家联合开展的中国水土流失与生态安全综合科学考察,也是地学领域的一件大事,类似的综合考察在我国已经有一二十年没有作了。孙鸿烈说,几十年来,部分地区水土流失有加剧趋势,原因在于人类对于自然的开发程度在加强,或过于追求经济的增长而忽略了环境保护。
 
过去对畜牧业的发展强调存栏量指标,即家畜总量有多少,这往往是以破坏草场为代价的。北方草地退化,原因在于过牧。禾本科草生长不上来,杂草趁虚而入,导致草的质量也在下降。“国家要想办法关注人工草场的研究和建设,尤其是冬春草场的建设。”孙鸿烈表示。
 
“从地学的几件大事来看,不管是汶川地震、冰雪灾害、冰川变化,还是水土流失,都提出了加强研究的需求。退牧还草、退耕还林、天然林保护工程等也是从教训中得出的很有成效的政策举措。”孙鸿烈说。
 
在地学领域,还有一个非常突出和紧迫的问题——水问题,这也是学界在广泛关注的问题。
 
中国科学院院士工作局正在开展由孙鸿烈牵头的水问题咨询调研工作,其中包括诸如气候变化对水资源的影响与适应对策等课题。
 
孙枢:固体地球科学研究占世界一席之地
 
在回顾我国固体地球科学——包括地质学、地球化学和地球物理学的进展时,孙枢说:“在理论研究和应用方面都取得了可喜的成绩,国际地位和影响显著提高,许多优秀青年人才脱颖而出。”
 
作为基础研究而言,国际引文索引(SCI)是一个可以采用的参考系,从整个地学来看,1998年至2008年我国地学论文总引次数在国际排名是第八位,篇均被引次数5.54次,尽管同国际上仍有差距,但在我国基础科学中仍然算得上是较好的。
 
孙枢认为,这些年来我国固体地球科学在创新中前进,多年前提出的在世界占一席之地的目标已经实现,若干学科领域已经走到国际前沿,有些甚至已成为国际领先领域或国际热点研究群体的重要成员。比如在国际上统计的约2000名论文引用率最多的地学家中,两年多以前,我国固体地球科学家不到20人,而目前已接近40人。这种统计是滚动进行的,目前进入前1000名的已有19人,占2%。这个2%来之不易,十分可喜。在2%之外,还有一批引用率相对较高的科学家。另有一些领域和科学家不宜单纯用引用率来衡量,已在国际上有相当或重要影响,这些都是我国固体地球科学发展到现代水平的一些标志。
 
据孙枢介绍,我国这些高引用率的固体地球科学家分布在下列领域,例如黄土—古气候—古季风、超高压变质—大陆深俯冲、古地磁—地球深部过程、华北—华南岩石圈演化与减薄、海洋地质—大洋钻探以及古生物学研究等。上述领域涉及到花岗岩、变质岩、沉积、构造地质、板块构造、地球化学、同位素分析、稳定同位素、古地磁学、大陆动力学以及深部地球物理等相关学科分支。
 
研发,包括基础研究、应用研究和试验发展都取得了进步。在各国研发总经费中,包括政府投入和企业投入,应用研究和试验发展通常占到80%以上额度,但人们也普遍承认,基础研究是应用研究与试验发展创新的源泉。现代社会享受到的各类新技术成果,都是应用相关基础科学的原理逐步发展起来的。
 
孙枢表示,从我国固体地球科学近些年来的进步来看,基础研究带动应用研究和试验发展是很明显的,仅以我国板块构造研究为例,已经成为含油气盆地和金属矿产成矿带分析研究的认识依据。
 
孙枢认为,当务之急是要进一步加大基础研究投入。目前有些有志于基础研究的科学家,往往要拿上多个性质很不相同的项目,才能维持研究工作的正常开展,导致他们不能全身心地致力于基础研究。“如果政府有足够投入,一位科学家只要有1~2个或2~3个项目有足够支持强度,就能保证其团队和研究生正常地开展研究。从目前情况看,还应该提高基础研究科学家的待遇,采取类似长江学者奖励计划的办法,使之心神能专注于固体地球科学的重大基础理论研究。从整体研发队伍而言,从事基础科学研究的科学家人数不是一个很大的数字,固体地球科学家也是如此,稳住这一头,对国家大有裨益。”
 
“我们要珍惜目前在基础研究方面已经作出突出成绩的这批人才。”孙枢强调。
 
孙枢还概述了固体地球科学应用研究和开发工作的重点和发展趋势,总体上,很多都是社会公众关注,并希望能够解决的社会焦点问题:包括化石能源和矿产资源的发现、勘察和开发;地下水资源勘察、开发和保护,诸如开采地下水诱发的地面沉降的控制技术,地下水污染的防治技术等;地质灾害的预测与减轻,诸如活动构造与地震关系的研究,大城市和人口密集地区地质灾害风险评估和减灾对策等;工程建设与工程规划的地质基础和安全性研究,诸如重大工程设施在地震发生条件下的稳定性等;环境保护与环境优化,诸如气候变暖诱发的海平面上升对中国沿海地区的影响,包括核废料在内的固体废弃物处置的原理和技术等;发展地质工程和技术,诸如工业排放二氧化碳的地下储藏原理和技术等。
 
吴国雄:大气科学走向和亟待改革的科研评价体系
 
“大气科学最近很活跃。”吴国雄介绍。2005年以来,吴国雄在世界气候研究计划(WCRP)任常委,而WCRP为联合国政府间气候变化委员会(IPCC)提供科学基础。WCRP有4个核心研究计划:气候变化和可预报性研究、全球能量与水循环试验、冰雪圈和气候、平流层过程及其在气候中的作用。
 
“国际上,从原来基础性的4个独立进行的核心研究计划,逐渐进入相互协调和交叉,就是要把过去4个核心计划所作的全球海气、陆气等变成一个总的系统来研究。”吴国雄介绍。根据这样的COPES目标,在2007年于坦桑尼亚举行的第28届WCRP会议中,IPCC确定了几个交叉研究项目作为未来若干年的研究目标:人类活动对气候变化的影响;大气化学与气候;季风研究;季度气候预测。
 
另外,全球变暖导致的海平面上升也是一个紧迫问题。“海平面上升在未来是个交叉课题。印尼现在很紧张,有的岛屿开始慢慢被海水淹没了。中国沿海的大面积地区也不能排除这种危险。”吴国雄说。
 
极端气候事件也是关注的热点问题,诸如2008年初的中国雨雪冰冻事件,夏季暴雨,持续干旱,超强台风的活动等。
 
在国内,吴国雄参与的“973”基础研究计划“十二五”战略规划的资源环境领域,已经确定了两个综合性题目:“海陆气相互作用与东亚季风的季度—年际预测理论”和“中国典型陆地、海洋生态系统—大气碳、氮气体交换规律与调控理论研究”。其特点之一是强调交叉性、综合性。
 
对于大气科学,“十二五”规划将关注3个方面:天气,气候,过程和模式发展。
 
关于天气,主要是我国的高影响天气发生发展的规律、机制和预测问题。提出的研究方向是:在我国影响很大的暴雨;中小尺度的极端天气事件,诸如灾难性的冰暴、台风、冬季寒潮低温冰雪灾害;台风形成路径和强度变异。
 
关于气候,主要是我国气候的多尺度变化特征及其检测、预测和预估问题。在综合性题目之外,他们又提出两个研究方向:东亚旱涝气候多尺度的变化特征和机理,诸如不同纬度、不同时间尺度的相互作用等;以及东亚地区气候变化的监测和预测的基础科学问题。监测问题很复杂,比如降水监测,现在主要是根据固定气象站和卫星遥感,而对很多高原、山区的情况了解很不够。
 
关于影响气候的生物—物理—化学过程和模式发展包含4点:平流层过程在东亚气候中的作用;气溶胶和云辐射的相互作用及天气、气候效应,这一点是国际前沿,因为气溶胶最大的不确定性是,不清楚它到底是增温还是降温;地球气候系统的模拟和模式发展,这一点也很重要,因为世界上各国的模式一用于对东亚的模拟和预测就十分不尽如人意。这是因为一方面在于东亚海陆气过程很复杂,另外,若干年来,东亚地区国家所作的陆面、海洋的观测和试验都很少,相比而言,欧美在大西洋、东太平洋已经进行大量试验,对其物理过程了解得非常好,预测模拟也较好。雷电的存在机理及预警预报系统,雷电造成的损失很大,目前这也是薄弱环节。
 
“地球科学在21世纪的目标就是上天、下海、入地,目的是希望中国从一个地学大国向地学强国迈进。其中最重要的一点是,首先我们要了解这个过程是什么,要观测,揭示很多事实,在此基础上,才可以来改进我们的模式,这种工作是别人代替不了的。”吴国雄表示。 “未来在发展大气科学、资源环境科学、固体地球科学以及基础理论研究等方面所要面对的最大问题是体制的障碍。”吴国雄说:“从上到下,大家呼声也很高,体制改革迫在眉睫,体制的内涵之一就是评估机制,我们最近正在呼吁写一个建议书上报。”
 
SCI本来是很好的系统,但中国用到了极致,似乎越定量化越好,实际上,很多时候科学是不能定量化的。“比如,费马大定理的解答,他7年没有写文章,一旦做出来,就解决了数论中一个难题。但如果按我们的业绩评价体系,他可能就要下岗了。”
 
吴国雄认为评价体系要宽容科学研究的一些特点,不能急功近利,特别不能鼓励浮躁。现在浮躁是中国基础研究的最大障碍,浮躁来自很多部门、领导、个人要赶着出政绩。同时,各单位总是强调本单位的知识产权,这仍在扩大我们原来就有的本位主义“小作坊”。
 
“科学,特别是地学,要强调大联合,‘小作坊’对付不了‘大生产’,中国的地学研究要走‘大生产’这条道路,首先就要把‘小作坊’这个系统改造过来。改造过程中,评价体系特别重要,因为它起导向作用,要采取比较宽容、比较客观的稳扎稳打的方式,不是说三四年就能一步登天,拔苗助长造成的损害非常严重。”
 
吴国雄表示,中国改革开放30年的科学研究确实有很大提高,但是也要注意,国际上的进步也非常快,我们在某些方面差距缩小了,在某些方面,不注意的话,差距还会拉大,而导向和体制在其中起了非常重要的作用。


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