地球系统科学的概念
地球系统科学
地球系统科学地球系统指由大气圈、水圈、陆圈（岩石圈、地幔、地核）和生物圈（包括人类）组成的有机整体。
地球系统科学就是研究组成地球系统的这些子系统之间相互联系、相互作用中运转的机制，地球系统变化的规律和控制这些变化的机理，从而为全球环境变化预测建立科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。
地球系统科学研究的空间范围从地心到地球外层空间，时间尺度从几百年到几百万年。
简介地球系统科学是从传统的地球科学脱胎而来的。
人类的生活要从环境中获取食物、能源，故必然关心所居住的环境，对所立足的地球产生求知欲，于是逐渐形成了地球科学的各分支，如气象学、海洋学、地理学、地质学、生态学等。
然而，它们是对地球的某一组成部分的分门别类的研究。
随着研究的深入，形成了各自的研究方法、手段和目的。
但是，由于地球的空间广域性，形成它的时间悠久性和组成其要素的复杂性，分门别类的研究尽管有的学科已达定量、半定量化的研究水平，但仍不能完整地认识地球，传统地学面临着挑战。
用系统的、多要素相互联系、相互作用的观点去研究、认识地球，越来越为有识之士所倡导。
于是，在20世纪80年代中期，特别以美国地球系统科学委员会（Earth System Science Committee）在1988年出版的《地球系统科学》一书为标志的“地球系统科学”思想和概念被明确提出。
事实上，上世纪六七十年代在中国兴起的对自然地理各要素进行综合研究的思想，可以看作是（表层）地球系统科学的萌芽。
只是后者涉及的范围、领域更广，时间更长，系统的方法和现代技术手段更加先进完善而已。
起源地球系统科学是应人类面临的根本生存环境危机——全球变化的严峻挑战而兴起，在近年诸多高新技术在地学上的应用研究而促进其发展，它反映了现代人类对人－自然界关系的哲学理念。
但是，概念尽管已提出，行动却尚有不少困难。
首先就是面对这个复杂的开放的巨系统，如何能适时地、多周期地获取系统多参数的海量数据？同时，又如何对海量数据进行整合、集成以及选取合适的参数进行数学建模？模型又如何能适时地检验？如何对全世界成千上万的地学实验室、科研机构、大专院校的科学研究和获取的宝贵数据能进行共享、交换？这些问题均有待解决。
地理信息系统(1)
第一部分：1.地球科学的研究为人类监测全球变化和区域可持续发展提供了科学依据和手段。
2.地球系统科学、地球信息科学、地理信息科学、地球空间信息科学是地球科学体系中的重要组成部分。
3.地球系统科学：是研究地球系统的科学。
地球系统是指由大气圈、水圈、土壤岩石圈和生物圈等四大圈层组成的作为整体的地球。
4.地球信息科学：是地球系统科学的组成部分，是研究地球表层信息流的科学，或研究地球表层资源与环境、经济与社会的综合信息流的科学。
就地球科学的技术特征而言，它是记录、测量、分析、处理和表达地球参考数据或地球空间数据学科领域的科学。
5.地理信息科学：是信息时代的地理学，是地理学信息革命和范式演变的结果，它是关于地理信息的本质特征与运动规律的一门学科，它研究的对象是地理信息，是地球科学的重要组成部分。
6.地球空间信息科学：是以GPS、GIS、RS为主要内容，并以计算机和通信技术为主要技术支撑，用于采集、测量、存储、分析、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。
7.地理信息系统：以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策而建立起来的计算机技术系统。
8.地理信息系统的基本概念包括：信息、数据、地理信息、地理信息的特征、地理数据、地理数据的特征、信息系统及类型、地理信息系统及类型等。
9.信息：是用文字、数字、符号、语言、图形、图像等介质或载体表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
信息具有客观性、适用性、可传输性、共享性等特点。
10.数据：是指对某一事件、事务、现象进行定性、定量描述的原始资料，包括文字、数字、符号、语言、图形、图像以及它们能转换成的形式。
信息来源于数据，数据是信息的载体，但并不就是信息。
地球系统科学~知识整理
第一章、地球系统科学1、如何认识一个系统：1物质组成2系统各部分中的过程3系统各部分之间的相互作用－反馈2、地球系统科学的定义地球系统科学：将地球大气圈、水圈、岩石圈、冰冻圈、生物圈作为一个相互作用的系统，研究它们之间的物理、化学和生物的过程，并与人类生活和活动结合起来，借以了解现状和过去，预见未来。
从而为全球环境变化预测建立科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。
地球系统科学研究的空间范围从地心到地球外层空间，时间度从几百年到几百万年。
3、地球系统指由大气圈、水圈、陆圈（岩石圈、地幔、地核）、冰雪圈、生物圈和人类圈组成的有机整体。
是作为相互作用过程的集合，而不是单个部分的组合。
4、水体：天然或人工聚集的水成为水体。
5、水圈：地球表层水体的总称。
（水圈中的水以三相存在，分布于地表、地下和大气中。
）6、生物圈：生物圈是地球上所有动物、植物和微生物等生物有机体及其活动空间的总称。
生物圈占据了包括大气圈对流层下部、几乎整个水圈以及岩石圈表层的薄层范围。
其核心部分，即地表面以上100米至水面200以下米之间，集中了绝大部分生物。
7、冰雪圈。
冰雪圈的5个组成部分：海冰、大陆冰原、季节性雪盖、永动土和高山冰川。
前两者是最重要部分。
相对于液态和气态的水而言，冰和雪具有相对的稳定性。
冰雪圈覆盖全球海洋的7％，多年冰覆盖陆地表面的11％，但其覆盖范围可变。
冰雪圈的分布范围对地球表面温度非常敏感。
水的冰点恰好位于地球表面最高和最低温度之间约一半之处。
冰、雪和冻土分为常年（多年）性和季节性。
季节性冰、雪和冻土产生的季节影响和年际影响非常显著。
因常年性冰、雪和冻土的分布稳定少变，在十到百年尺度以上，可以产生比较固定的影响过程和影响趋势。
冰雪圈的重要性：（1）稳定的对太阳辐射的高反射率，影响地表能量收支。
（2）极地大气－冰－开放海洋的能量交换过程。
（3）约占总水量的2％，占有地球上近80％的淡水资源。
（海平面）补充：岩石圈地球是由一个物质分布不均匀的同心球层构成，它包括地壳、地幔和地核。
地球系统科学：作为状态、过程和理解的科学教学模型？
地球系统科学：作为状态、过程和理解的科学教学模型？摘要：一个事件和活动的概述导致了美国国家航空航天局赞助了地球系统科学教育(ESSE) 。
该计划于1991年启动，一直延续到2006年，称为ESSE 21。
为了在ESSE计划内创建和共享跨学科教育资源的合作努力，该概述包括了向美国国家航空航天局寻求帮助的理由。
1991 年启动ESSE 计划的直接动机源于NASA 地球系统科学委员会在其演示文件“地球系统科学，近距离观察”中表达的愿景，该文件又成为美国1980 年关注全球变化的一部分。
该文件总结了上个世纪出现的几个关键事件和能力，这些事件和能力导致并促成了国内和国际对全球变化的关注。
除了社会对环境的关注之外，卫星和计算机与通信的结合首次使人类能够观察全球、区域和本地系统的状态。
本概述与ESSE 的概述示意图相结合的一个关键主题是强调在课堂上展示和学习科学的三个不可分割的要素：状态、过程和理解。
理想情况下，课堂是学生遇到ESS 多学科框架的开放性的地方，进而学会欣赏所涉及学科的相互作用，包括所有人在导致行动的社会决策中的重要性。
1.介绍本文的目的有三个；一，概述导致NASA/USRA 赞助的地球系统科学教育(ESSE) 计划的事件，该计划于1991 年启动并持续到2006 年，二提供导致NASA 关注地球系统科学的背景和愿景NASA 地球系统科学委员会在其演示文稿“地球系统科学，近距离观察”中表达了这一观点，并提出了标题中表达的一个隐含问题，即地球系统科学何时成为课堂科学教学的典范？虽然隐含的问题可能看起来很奇怪，甚至是多余的，但提出的关键问题是确保三个基本要素在课堂上得到强调的重要性。
提出和学习科学的三个不可分割的要素是：状态、过程和理解。
这三个要素的结合所暗含的是一个框架和/或模型，该框架和/或模型将所有这三个要素作为理解科学特别是地球系统科学及其跨学科层面的重要性所必不可少的内在联系起来。
学生的兴趣和动力是学习和提高学生智力能力的核心。
地球系统科学
• 岩石圈内构造应力猛烈释放，岩石发生强烈变形， 构造应力的定向性明显，差应力值较大，板块升降 幅度与水平位移量都较大。
• 常发生大规模的陨击事件，各天体对地球的引力作 用常出现某种的异常变化。
• 气候剧变、海平面上升、生物大量灭绝，地磁翻转， 构造运动、岩浆作用、变质作用强烈
2
地球动力系统
• 地球上所有物质都在不断地运动
• 地球上不同物质的运动都有其独特的动力 学机制
• 地球以30千米/秒的速度绕太阳公转，公转 时间为一年。
• 地球的大气圈、水圈、生物圈在不停的运 动，形成了地球表层的外动力地质作用。
• 岩石圈（地壳）、地幔、地核进行着物质
与能量的交换，形成了复杂的内动力地质
8
各种时间尺度的周期性变化
• 60 年 四大行星力距效应,地球公转半径变化； “天干地支”；固体潮，地震，火山，核幔耦合作用等
• 29.8 年 地球自转速率变化,极移；内核振动周期。
• 11 年
太阳黑子活动,地球自转速率变化；厄尔尼
诺； 磁暴；地震活动短周期。
9
•1 年
地球公转一周；日幅射周年变；生长季节变化； 固体潮。
作用过程
3
开放的地球系统
• 地球与宇宙进行着广泛的物质交换。 （星子吸积, 陨击、）
• 地球与宇宙之间进行着能量交换。 （太阳辐射能，宇宙射线）
• 地球的形成与演化是在开放体系中 进行的。（地球是宇宙巨系统中的一份
子）
4
地球圈层间的强相互作用
• 地球是由具有强相互作用（非线性作用） 的单元（子系统）组成的复杂系统。
• 地球各圈层的强相互作用
地球系统科学中的关键科学问题
地球系统科学中的关键科学问题地球系统科学是近年来兴起的一门学科，它将地球上的各个要素视为一个整体，并以互动、相互影响的方式来研究地球系统的演变和变化规律。
在地球系统科学的研究过程中，涉及到了大量的科学问题，其中一些被认为是尤为关键的。
一、全球变化与气候变化全球变化是指跨越地球系统的综合性变化，包括物理、化学和生物方面的变化。
气候变化是其中最突出的一种变化，全球气候持续变暖、极端天气事件频发、海平面不断上升等已经给全球社会带来了严重的影响。
因此，研究全球变化和气候变化成为了热门话题。
在这方面，研究冰川融化、全球温度变化的原因、气候变化对全球生态系统等方面是研究的重点。
科学家们通过长期监测、数值模拟和实验数据的分析等方式，为全球变化与气候变化提供了有效的科学支持。
二、地球表面变化地球表面的变化包括地形、地貌、土地覆盖、荒漠化等方面。
研究这些变化对于促进经济、保护生态环境、维护生态平衡以及应对自然灾害具有重要意义。
全球范围内的陆地沙漠化问题愈发严重，这是全球面临的一个棘手的问题。
为解决这一问题，除了加强环境保护和治理措施，还有必要进行相关的科学研究。
研究沙漠化的原因、发展过程，探索有效的治理措施等都是地球表面变化研究的重要方向。
三、海洋生态系统的演变和变化海洋生态系统对于地球生态环境的维护和演化起着重要的作用，但是海洋环境的退化、气候变化、海洋污染等对海洋生态系统造成了严重的影响。
研究海洋生态系统的演变和变化对于保护海洋环境、维护全球气候平衡等都具有重要意义。
其中，研究海洋酸化和海洋生物多样性的变化尤其重要。
科学家们利用现代科技手段，通过互动模拟试验和观测、航行测声技术等方式来了解海洋生态系统的演变规律，进而形成有助于设计保护海洋环境举措的科学依据。
四、地球系统的能源和资源地球系统能源与资源炒概念其实一直备受人们的关注。
目前全球机构都在呼吁能源和资源的可持续开发利用，要求我们在尽可能满足自身需求的同时不要破坏自然生态平衡。
自然地理学知识点归纳总结
自然地理学知识点归纳总结一、地球基本概念地球是太阳系中的一颗行星，是我们生存的家园。
其表面大部分是水，陆地面积比例较小。
地球是由内核、地幔、地壳组成的。
内核是最内部的部分，由固态铁镍合金组成。
地幔是介于地核与地壳之间的部分，主要由硅酸盐岩石组成。
地壳是最外部的部分，分为大陆地壳和洋壳。
大陆地壳主要有花岗岩和沉积岩组成，洋壳主要是玄武岩。
地球是一个相对封闭的系统，具有自行调节的能力，并且平衡循环。
二、地球的运动地球的运动主要包括自转和公转。
地球自转是指地球绕自身轴线旋转一周所需的时间，即一天，每天地球自转一周的运动使得地球的各地区交替出现白天和夜晚。
地球公转是指地球沿着椭圆轨道绕太阳运动一周所需的时间，即一年。
地球公转使得地球的四季变化。
此外，地球还有章动、岁差和进动等运动。
三、地理环境要素1. 大气圈大气圈是包裹地球的气体层，主要包括对流层、平流层、跃层和吸收层。
大气层的温度、湿度、气压等参数对地球的气候和生态环境具有重要影响。
大气圈的主要现象包括大气运动，如风、雨等。
大气圈中的臭氧层可以保护地球不受太阳紫外线的伤害。
2. 水圈水圈是地球上水的总体称谓，包括海洋、河流、湖泊、冰川、地下水、水汽等。
水圈是地球上极其丰富的资源，也是维持生态平衡和人类生存的重要条件。
水圈的运动主要包括蒸发、凝结、降水、地下水运动等。
3. 地球表层地球表层主要包括大陆地壳和海洋地壳。
大陆地壳主要由花岗岩和沉积岩组成。
大陆地壳地势高，山地居多。
海洋地壳主要是玄武岩组成，地势低，海水深广。
地球表层的地形和地势对气候和生态环境也有重要影响。
四、自然地理学研究对象1. 地形地貌地形地貌是地球表层的物貌形态，是地表地理环境受到大地构造、气候、水文等自然因素及人类活动影响所形成的地形面貌。
地形地貌的类型包括山地、高原、平原、盆地、台地等。
2. 气候气候是地壳与大气所共同形成的微气候长期统计特点的总和。
主要包括降水、气温、气压、湿度等。
《地球系统科学》课程教学大纲
《地球系统科学》课程教学大纲课程名称：地球系统科学 / Earth System Science课程编码：12024007 课程类型：专业选修课课程性质：专业主干课适用范围：06地理信息系统学时数：36 其中：实验/实践学时：课外学时：学分数： 2 先修课程：自然地理学、地理信息系统、遥感概论考核方式：考查制定单位：广州大学地理科学学院制定日期：2006年审核者：夏丽华执笔者：千怀遂一、教学大纲说明（一）课程的地位、作用和任务地球系统科学以全球性、统一性的整体观和系统观，从多种时空尺度研究地球的整体行为，其理论的构建，将使人类更好地认识所赖以生存的环境，更有效地防止和控制可能突发的灾害对人类所造成的损害，更有利于人类与地球的和谐发展。
该学科是在全球变化、地理信息科学和可持续发展等领域深入研究和不断拓展的基础上发展起来的一门新兴学科，本课程以专业选修课的形式，向学生介绍地球系统科学的形成与发展及其基本概念、基本理论和基本方法，并使学生了解其在全球变化、生态环境、资源开发、土地利用、管理决策、灾害防治等方面的应用。
（二）课程教学的目的和要求通过本课程的教学，让学生：1) 树立地球系统科学研究的整体观和系统观，了解地球系统科学的多时空尺度，并理解只有更好地认识人类所赖以生存的环境，才能更有效地防止和控制可能突发的灾难。
2) 了解可持续发展的内涵是以资源的可持续利用和良好的生态环境为基础，以经济可持续发展为前提，以谋求社会的全面进步为目标。
3) 初步了解地球系统科学研究中的遥感和地理信息系统技术，学会常用遥感图像处理软件的基本操作，能够初步运用地理信息系统技术进行空间数据的基本分析。
（三）课程教学方法与手段课程的主要教学方法包括课堂讲授与自学讨论。
课堂讲授部分全部使用多媒体技术授课。
（四）课程和其它课程的联系本课程的先修课程包括自然地理学、地理信息系统、遥感概论，并要求学生具有一定的数学基础。
（五）教材与教学参考书教材：毕思文，地球系统科学导论，科学出版社，2004年第一版。
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地球系统科学的概念
什么是地球系统科学？
地球系统科学是一门综合性学科，研究地球的各个组成部分及其相互作用。
它涵盖了地球的大气、水、固体地球和生物圈等方面，并以系统方法来研究地球的物质和能量循环、动态变化和相互联系。
地球系统科学的目标是揭示地球的运行规律，为人类认识地球、应对全球环境变化和可持续发展提供科学依据。
地球系统的组成部分
地球系统由以下几个组成部分构成：
1. 大气层
•大气层是地球周围包围的一层气体，主要由氮气、氧气和稀有气体组成。
•大气层的特征包括气候、天气和气溶胶等。
2. 水圈
•水圈是地球上所有水资源的总称，包括海洋、湖泊、河流、冰川、地下水等。
•水圈的特征涵盖水循环、水质和水资源利用等。
3. 地球表面
•地球表面包括陆地和海洋表面，是地球上生物圈的基础。
•地球表面的特征包括地形、土壤、岩石、植被等。
4. 固体地球
•固体地球是地球的地壳、地幔和内核组成的部分。
•固体地球的特征包括地震、地热、板块运动等。
5. 生物圈
•生物圈是地球上所有生物体组成的总和。
•生物圈的特征包括生态系统、物种多样性和生态平衡等。
地球系统科学的研究方法
地球系统科学采用系统观点和综合方法来研究地球系统的各个组成部分及其相互作用。
以下是地球系统科学常用的研究方法：
1. 数学模型
通过建立数学模型，研究地球系统的各种复杂关系。
数学模型可以模拟地球系统的动态变化，帮助科学家预测和解释现象。
2. 地球观测
通过卫星遥感、测量和实地观测等方法，收集地球系统的数据。
地球观测可以提供大范围、长时间的数据，帮助科学家揭示地球系统的运行规律。
3. 实验室研究
通过实验室实验，模拟地球系统的各种过程和相互作用。
实验室研究可以控制变量，加深对地球系统的理解。
4. 数值模拟
通过数值计算方法，模拟地球系统的物理过程和相互作用。
数值模拟可以帮助科学家研究地球系统在不同条件下的响应和变化。
地球系统科学的应用
地球系统科学的研究成果对于全球环境变化和可持续发展具有重要意义。
以下是地球系统科学的一些应用方向：
1. 气候变化研究
地球系统科学可以揭示气候变化的原因和机制，帮助我们更好地了解和预测气候变化。
为制定应对气候变化的政策和措施提供科学依据。
2. 自然灾害预测和减灾
地球系统科学可以研究地球系统的动态变化和相互作用，帮助预测和减轻自然灾害的影响。
例如，通过地震预测和气象灾害预警系统，减少灾害的损失。
3. 资源管理和保护
地球系统科学可以研究水资源、土地利用和生物多样性等问题，为资源的合理利用和生态环境的保护提供科学依据。
4. 环境污染防治
地球系统科学可以研究大气污染、水污染和土壤污染等问题，为环境污染的防治和修复提供科学支持。
结论
地球系统科学是一门综合性学科，研究地球的各个组成部分及其相互作用。
通过系统观点和综合方法，揭示地球的运行规律，为人类认识地球和应对全球环境变化提供科学依据。
地球系统科学的研究成果对于解决全球性问题和实现可持续发展具有重要意义。
我们应该加强对地球系统的研究，推动地球系统科学的发展和应用。