地球信息科學基礎(chǔ)市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

地球信息科學基礎(chǔ)第1頁地球信息科學基礎(chǔ)地球信息科學（Geo-informationScience)是20世紀90年代興起地球科學前沿研究領(lǐng)域，是在衛(wèi)星遙感、全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、信息基礎(chǔ)設(shè)施等一系列當代信息、通信技術(shù)高度集成基礎(chǔ)上形成。地球信息科學是地球科學與系統(tǒng)科學和信息科學交叉和融合，是地球科學一門新興主要分支科學。第2頁地球科學傳統(tǒng)分支新分支地球信息科學地球系統(tǒng)科學地球科學地球系統(tǒng)科學地球信息科學地球科學地球科學+系統(tǒng)科學地球科學+系統(tǒng)科學+信息科學地球信息科學基礎(chǔ)第3頁學歷：南京大學地球科學系本科畢業(yè)，浙江大學地球科學系碩士碩士畢業(yè)，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所博士碩士畢業(yè)。訪問：1998－1999：斯坦福大學地質(zhì)與環(huán)境科學系訪問學者－：哈佛大學地球與行星科學系訪問學者現(xiàn)職：浙江大學地球科學系教授、博士生導師教師信息：陳漢林聯(lián)絡(luò)方式：

hlchen@Tel：87952791

玉泉校區(qū)：浙江大學地球科學系

地球信息科學基礎(chǔ)第4頁地球信息科學基礎(chǔ)在海拔5400米昆侖山腹地在塔里木盆地在海拔3500米天山冰達坂在海拔4200米帕米爾在昆侖山山前取古地磁樣品在南天山研究方向：造山帶與盆地結(jié)構(gòu)

第5頁緒論第6頁自然科學學科體系自然科學數(shù)學物理學化學地球科學天文學生命科學第7頁地球科學，是以地球為研究對象科學體系。從不一樣角度對地球不一樣圈層進行研究、形成了地球科學各個分支學科。自然科學學科體系第8頁地球科學學科體系地球科學(EarthSciences)地理科學海洋科學大氣科學空間物理學固體地球科學表層地球科學地球物理學地質(zhì)學第9頁地質(zhì)學（Geology)物質(zhì)成份內(nèi)部結(jié)構(gòu)生命演化與地質(zhì)歷史應用學科交叉學科結(jié)晶學礦物學巖石學結(jié)構(gòu)地質(zhì)學大地結(jié)構(gòu)學古生物學地史學礦床學石油地質(zhì)學煤田地質(zhì)學水文地質(zhì)學工程地質(zhì)學地震地質(zhì)學環(huán)境地質(zhì)學農(nóng)業(yè)地質(zhì)學地質(zhì)學是關(guān)于固體地球物質(zhì)成份、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部特征、各圈層間相互作用和演變歷史知識體系。第10頁大地結(jié)構(gòu)學第11頁結(jié)構(gòu)地質(zhì)學第12頁地球科學特點全球性與區(qū)域性時空尺度差異性研究對象復雜性學科交叉、綜合性強理論和實踐親密結(jié)合技術(shù)伎倆多樣性歷史科學第13頁全球性與區(qū)域性地球作為一個整體，組成地球各個層圈在空間上是連續(xù)，同時各個層圈之間都存在物質(zhì)一能量交換關(guān)系，它們之間相互作用、相互影響。所以整個地球系統(tǒng)過程含有顯著全球性特點，許多自然現(xiàn)象和過程，都不受國界限制。不過地球又是非均質(zhì)體，即使是同一層圈，在空間上又具差異性。

地球科學研究對象這種全球性特點和區(qū)域性特點，就要求研究者不但要研究、闡述區(qū)域性地學現(xiàn)象，又要把它放到全球整體中去，探索其發(fā)生、發(fā)展普遍規(guī)律。第14頁一個地學過程孕育、發(fā)生、發(fā)展在時間尺度上差異是非常顯著。幾億至百萬年時間尺度內(nèi)發(fā)生如海陸變遷、山脈隆起；幾百萬年至幾十萬年時間至尺度內(nèi)發(fā)生如礦物、巖石、礦床形成；幾年至幾小時時間尺度，如各種天氣現(xiàn)象、海洋現(xiàn)象、而地震發(fā)生則是在分秒之間，巨大能量驟然釋放。時空尺度差異性第15頁汶川地震基本情況時間:5月12日14時28分04秒緯度:31.0°N經(jīng)度:103.4°E深度:33km震級:8級震中位置:四川汶川縣第16頁汶川大地震主震以及余震描述動畫圖（地震斷裂帶）信息起源：中國地震局第17頁震中距康塞普西翁115公里，離首都圣地亞哥西南約340公里，震源深度大約33公里,地震連續(xù)了約10至90秒。1960年5月21日下午3時，智利發(fā)生9.5級地震第18頁1月12日16時53分，海地發(fā)生7.3級地震，發(fā)震斷層斷層走向254度，傾角68度，滑動角為11度，左旋走滑型破裂。第19頁印度板塊歐亞板塊菲律賓海板塊12

眪

210

眪

111第20頁第21頁11月14日昆侖山8.1級地震地表破裂帶破裂帶長度426km，最大左旋同震位移7.6m第22頁

中國歷史強震目錄第23頁時空尺度差異性地球系統(tǒng)內(nèi)部各種地學過程發(fā)生空間尺度亦含有極大差異。比如大氣改變、板塊運移等，是全球規(guī)模地學現(xiàn)象;而礦物晶體結(jié)構(gòu)及晶格位錯，則需要在電子顯微鏡下進行研究，二者在空間尺度上相差甚遠。第24頁210Ma120Ma60Ma現(xiàn)今時空尺度差異性第25頁地球科學這種特殊時空尺度，決定了研究對象復雜性。對于在幾億至幾十萬年時間尺度上發(fā)生地學現(xiàn)象，短暫人生極難觀察到其全過程，而只能觀察到事件完成后留下來結(jié)果，以及正在發(fā)生事件某一階段情況，人們無法在試驗室再造地球系統(tǒng)真實過程。大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈、地幔和地核這一地球系統(tǒng)圈層之間存在物質(zhì)、能量交換，也決定研究對象復雜性。

研究對象復雜性第26頁研究對象復雜性天山第27頁研究對象復雜性第28頁學科交叉、綜合性強地球系統(tǒng)內(nèi)各種地學過程，現(xiàn)有物理運動，又有化學改變，還有生命現(xiàn)象。地球本身是天體一部分，所以它也包含在天文學研究范圍內(nèi)。地球科學從本質(zhì)上講，從來就是多學科，包括到數(shù)學、物理學、化學、生物學、天文學等自然科學各個領(lǐng)域。Directionofstretching“國際地圈－生物圈計劃（ICBP）”、“全球環(huán)境改變?nèi)肆τ绊懷芯坑媱潱℉DP）”、“國際減災十年計劃（IONDP）”、“國際巖石圈計劃（ILP）”等。第29頁理論和實踐親密結(jié)合地球科學是一門實踐性很強科學。地學工作者經(jīng)過各種實踐取得相關(guān)科學數(shù)據(jù)。長久以來地學工作者經(jīng)過科學實踐，逐步形成了許多假說和學說。假說和學說對推進地球科學發(fā)展起著主要作用，它們?yōu)樘剿鞯厍蚩茖W客觀規(guī)律指出了方向，對實踐起著一定指導作用；同時在實踐中不停得到檢驗、補充和修正，日趨完善。有些假說和學說在實踐中被揚棄或否定。第30頁理論和實踐親密結(jié)合第31頁理論和實踐親密結(jié)合第32頁理論和實踐親密結(jié)合第33頁理論和實踐親密結(jié)合第34頁斷層相關(guān)褶皺理論應用促使中國天然氣勘探重大突破第35頁NElevation0-5-10N2k+Q1xN1kEKJN1jPre.TTTTJEN2k+Q1xN1kN1j10kmF1F2F3θ=200

R=0.8718km5.6km5.7km4km6.5km12km6kmQuilitakeanticlineNorthernfold-and-thrustsNQuatemary-RecentNeogeneEogene-Mesozoic斷層相關(guān)褶皺理論應用促使中國天然氣勘探重大突破克拉2井第36頁斷層相關(guān)褶皺理論應用促使中國天然氣勘探重大突破靖邊西安合肥上海北京輪南鄯善哈密武威柳園庫爾勒甘塘臨汾鄭州淮南南京蘭州第37頁4月4日，柯東1井取得重大突破，是繼33年之后取得又一重大突破。柯東1井井架及放噴景象斷層相關(guān)褶皺理論應用促使中國天然氣勘探重大突破第38頁19世紀英國地質(zhì)學家萊伊爾提出了“現(xiàn)在是了解過去鑰匙”“將今論古”現(xiàn)實主義標準。比如當代珊瑚只生活在淺海環(huán)境中，我們假如在巖石中發(fā)覺珊瑚化石則可推斷該巖石是在古代淺海中形成。歷史科學第39頁新邊緣學科：

地球系統(tǒng)科學和地球信息科學第40頁系統(tǒng)地球科學研究－熱煙囪與深海生物研究第41頁系統(tǒng)地球科學研究－熱煙囪與深海生物研究第42頁熱液排放口（HydrothermalVents）第43頁系統(tǒng)地球科學研究－熱煙囪與深海生物研究第44頁系統(tǒng)地球科學研究－熱煙囪與深海生物研究第45頁地球系統(tǒng)科學強調(diào)地球整體概念，將大氣、水圈、生物圈、巖石圈、地幔和地核看成是含有有機聯(lián)絡(luò)“地球系統(tǒng)”。地球系統(tǒng)科學將以全球性、統(tǒng)一性整體觀、系統(tǒng)觀和多時空尺度，研究地球整體行為。地球系統(tǒng)科學第46頁地球系統(tǒng)科學概念有狹義和廣義兩種了解。狹義概念：地球系統(tǒng)科學是為了解釋地球動力、地球演變和全球改變，對組成地球系統(tǒng)各組成部分、各圈層相互作用機制進行綜合研究一門科學。地球系統(tǒng)則是由地核、地幔、巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈相互作用而組成統(tǒng)一體。廣義概念：地球系統(tǒng)科學跨越一系列自然科學與社會科學。地球系統(tǒng)科學把地球看成一個由相互作用地核、地幔、巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈和行星系統(tǒng)等組成部分組成統(tǒng)一系統(tǒng)。地球系統(tǒng)科學是一門重點研究地球各組成部分之間相互作用科學，解釋地球動力學、地球演化和全球改變，目標是了解地球系統(tǒng)過去、現(xiàn)今及未來行為。地球系統(tǒng)科學第47頁地球系統(tǒng)科學特征思維方式－高度綜合整體研究。如溫室效應研究研究對象－從局部向整體拓展。如印藏碰撞研究。研究內(nèi)容－以問題為導向跨學科研究。如可連續(xù)發(fā)展研究。研究形式－多學科和多圈層相互作用綜合研究。組織形式－國際性合作。方法伎倆－空間技術(shù)高度應用。第48頁地球系統(tǒng)科學特征第49頁地球系統(tǒng)科學特征第50頁地球信息科學－研究內(nèi)容地球信息哲學地球信息機理地球信息技術(shù)地球信息工程地球信息科學思想基礎(chǔ)理論技術(shù)工程第51頁地球信息科學－研究內(nèi)容地球信息哲學：包含地球信息認識論和地球信息方法論。地球信息認識論包括許多哲學命題，如地球信息本質(zhì)與結(jié)構(gòu)、地球信息與反應關(guān)系、地球信息客觀性和主觀性及其與信源和信宿關(guān)系、地球信息流與認識過程關(guān)系、人工智能與人類智能關(guān)系等。地球信息方法是把事物看做是一個信息流動系統(tǒng)，經(jīng)過對信息流程分析和處理，到達對事物復雜運動規(guī)律認識一個科學方法。地球信息機理：主要研究地球圈層間信息傳輸過程與物理機制，它是地球信息科學主要理論支撐。第52頁地球信息科學－研究內(nèi)容地球信息技術(shù)：主要包含地球數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、地球信息模擬分析技術(shù)與地球信息傳輸技術(shù)。

地球數(shù)據(jù)獲取技術(shù)：用于從外部世界取得統(tǒng)計地球性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)地球數(shù)據(jù)。它主要包含遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)和地面觀察和探測技術(shù)等。地球信息模擬分析技術(shù)：用以將地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地球信息，包含地球空間信息加工、再生以及取得相關(guān)某一地球空間問題處理目標、計劃和策略信息，可分為地理信息系統(tǒng)、空間輔助決議支持系統(tǒng)。地球信息傳輸技術(shù)：主要用于空間數(shù)據(jù)傳遞和信息傳輸。

第53頁地球信息科學－研究內(nèi)容遙感技術(shù)：所謂遙感，是指人們在航空器（如飛機、高空氣球）或航天器（如人造衛(wèi)星）上利用一定技術(shù)裝備，對地表進行遠距離感知。接收地面物體反射電磁波信息傳感器以圖像膠片或數(shù)據(jù)磁帶統(tǒng)計信息把信息傳送到地面接收站第54頁地球信息科學－研究內(nèi)容遙感技術(shù)：遙感衛(wèi)星氣象衛(wèi)星系列：NOAA（美）、流星氣象衛(wèi)星（前蘇聯(lián)）、地球同時天氣衛(wèi)星（美）、風云衛(wèi)星（中國）等

。陸地衛(wèi)星系列：Landsat1,2，3，4，5，6，75（美）、SPOT1,2，3，4，5（法）、USSRsat（俄）等。

海洋衛(wèi)星系列：Seasat（美）、航天飛機成像雷達SIRA，B，C/X、ERS1，2系列（歐共體，法）等。第55頁美國陸地衛(wèi)星：美國陸地衛(wèi)星五號(LANDSAT-5)

攜帶了主題成像傳感器（TM）軌道高度：705公里重復周期:16天二十四小時繞地球:15圈

6個多光譜波段30米；1個熱紅外波段120米；美國陸地衛(wèi)星七號(LANDSAT-7)

1999年4月15日由美國航空航天局發(fā)射攜帶了增強型主題成像傳感器（ETM+）1個全色波段15米；6個多光譜波段30米；1個熱紅外波段60米；單景成像幅寬：寬度185公里高度170公里價格：5000元/景地球信息科學－研究內(nèi)容第56頁地球信息科學－研究內(nèi)容第57頁天安門廣場與金水橋地球信息科學－研究內(nèi)容第58頁地球信息科學－研究內(nèi)容GPS技術(shù)：全球定位系統(tǒng)（GPS）主要由三大部分組成，即空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分?？臻g部分：24顆衛(wèi)星提供星歷和時間信息，發(fā)射偽距和載波信號，提供輔助信息。用戶部分：接收并觀察衛(wèi)星信號，統(tǒng)計和處理數(shù)據(jù)，提供導航定位信息。地面控制部分：中心控制系統(tǒng)，實現(xiàn)時間同時，

跟蹤衛(wèi)星進行定軌。第59頁地球信息科學－研究內(nèi)容第60頁地球信息科學－研究內(nèi)容第61頁地球信息科學－研究內(nèi)容地球信息工程是用于地球科學研究以及經(jīng)濟和社會發(fā)展地球信息基礎(chǔ)設(shè)施。

地球觀察系統(tǒng)是為了獲取地球數(shù)據(jù)而建立地球信息工程，它包含遙感觀察網(wǎng)絡(luò)和地面觀察網(wǎng)絡(luò)。全球定位系統(tǒng)是為了地球空間定位而建立地球信息工程。數(shù)據(jù)中心是為了數(shù)據(jù)儲存、管理和處理而建立大型數(shù)據(jù)庫工程，如世界數(shù)據(jù)中心（worlddatacenter，WDC）。國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（Nationalinformationinfrastructure，NII）是為了信息傳輸而設(shè)計建設(shè)高速、大容量計算機通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它又被稱為信息高速公路。數(shù)字地球是當前最大規(guī)模地球信息工程。數(shù)字地球是一個能夠嵌入