中国气象局重要会议频频点名！地球系统是什么？

最近两周，中国气象局接连召开了关乎“十四五”时期气象高质量事业发展的两个大会：全国气象局长工作研讨会和第八次全国气象预报工作会。

前者明确“十四五”推动气象事业高质量发展的五方面重点任务，后者提出推动精准预报能力提升的四方面要求。这其中，一个名词多次出现——地球系统。

什么是地球系统，中国气象局又是如何部署的？

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面向前沿的布局

全国气象局长工作研讨会的新闻报道，对于地球系统这样描述：

会议明确了“十四五”推动气象事业高质量发展的五方面重点任务：

一要构建自立自强、开放协同的现代气象科技创新体系。要加强地球系统模式等核心技术攻关，推进气象基础性科学研究……

二要构建保障国家战略、普惠共享的现代气象服务体系。

三要构建面向地球系统、智慧精准的现代气象业务体系。增强以大气圈基准气候观测为主的多圈层观测能力，构建多圈层、多尺度一体化天气气候数值预报模型系统……

第八次全国气象预报工作会议上，在“坚持科技创新，提高精准预报核心竞争力”要求中提出：

要构建智能数字气象预报新业态，加快解决好气象预报中“卡脖子”难题……着力构建面向地球系统、智慧精准的气象预报业务体系……

在这次气象预报工作会议的工作报告上，“地球系统”的名字也出现5次之多。

实际上，“地球系统”也并非这两次会议上的新提法，中国气象局早有布局。

在去年召开的全国气象观测工作会议上，即提出明确任务要求：“面向生态文明建设等国家战略，优化完善地球系统多圈层综合观测能力”，以及“强化气象观测站网建设，拓展地球系统综合观测能力”。相关工作已进入落实阶段。

在中国气象局创新团队核心攻关任务中，“地球系统模式研发”，也是气候系统模式和次季节至季节气候预测团队的工作任务。

今年，包含完整的物理、化学、生态过程的地球系统模式BCC-ESM1版本已建成。模式参与了CMIP6国际耦合模式比较计划，对气溶胶、臭氧等的模拟性能达到国际同类模式的先进水平。

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什么是地球系统

地球系统科学并非新的词汇，我国在20年前世纪之交的地球科学战略部署中,就明确将地球系统科学确定为基础研究的总方向。它是探索地球圈层相互作用，整合地学各种学科，将地球作为一个完整系统来研究的学问。其肇始，源自全球气候变化的研究。（综合汪品先《我国的地球系统科学研究向何处去》《对地球系统科学的理解与误解》）

地球系统各分量及其相互作用示意图。（曾庆存等《地球系统动力学模式及模拟研究》）

地球系统科学与天气气候有什么关联，地球系统模式又是什么呢？

目前，气候系统的研究范畴，是大气大温、压、湿，以及海洋、冰雪、陆面等。但不仅是大气、海洋、陆面、海冰各圈层间能量和水通量交换过程会影响气候预测结果，碳、氮循环等生物地球化学过程也会产生影响。

地球系统模式概念图。（王斌《地球系统模式发展展望》）

目前，在气候系统模式中，对于对人类活动引起的变化，如气溶胶的变化在模式中都以固定值作为参数，但随着人类活动影响加大，这些数值也会对气候预测产生更大影响。

发展地球气候系统模式的目的，就是是通过研究大气、陆地和海洋之间的能量、动量和物质交换,来了解地球能量过程、生态过程和新陈代谢过程的运行规律,并了解土地陆表覆盖、土地利用变化和温室气体排放通过这些过程所引起的气候响应，进而为国家防灾减灾、应对气候变化、制定经济和社会可持续发展战略规划等提供更科学有力的依据和支撑。

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“未来地球”(FutureEarth)科学计划认为，地球系统发展核心是科技层面的观测系统、资料系统、地球系统模拟和理论发展四项能力建设任务。

首先要观测地球系统变化，发现地球系统新知识，驱动地球系统模式。其次是收集地球系统、环境变化和社会经济等方面的资料。第三，发展新一代地球系统模式和综合评估模式。第四，提升物理、化学、生物等自然科学基础研究能力。

美国国家科学院《推动气候模拟的国家战略》，提出四个主要组成部分以及五个支撑要素（周天军等译，2014）。

四个主要组成部分包括：

推动发展一个通用的国家级的软件平台，用于支撑一系列围绕不同目的研制的、各种层级上的模式。

组织年度气候模拟论坛，推动更为紧密、协调和更为连续的评估，以及模式研发和用户间的关系。

培育统一的天气-气候模式，更好的利用天气预报、资料同化和今后模拟之间的协同优势。

开发培训、委派和继续教育“气候释用人员”，使其成为连接模式研究和各种用户的双向界面。

五个支撑要素是：

维持把国家最先进的计算机系统提供给气候模拟使用。

继续支持强大的国际气候观测系统，以全面描述长期的气候趋势和气候变率。

发展培训和奖励体系，吸引最为优秀的计算机和气候科学家，从事气候模式发展工作。

加强国家和国际的信息技术平台建设。

追求气候科学和不确定性研究方面的进步。

同时，专家们还提出：

我国地处东亚地区,特殊的地理位置造成我国气候、环境与生态系统的独特性。因此中国的地球系统动力学模式在遵循全球总体性的同时,还要充分体现出东亚地区的独特性，加强重点科学问题研究。

不要“另起炉灶”，而是“评估、改进、再评估、再改进”,使模式发展具有更好的连续性和继承性，基础扎实；重视模式系统底层技术支撑平台的发展；重视与业务部门的结合。

截至深度学习等人工智能技术在模式识别和发现海量数据集中存在的非常复杂的非线性关系等方面的应用。

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