地球信息科学基础课件

1、地球信息科学基础地球信息科学基础地球信息科学基础地球信息科学（Geo-information Science) 是20世纪90年代兴起的地球科学的前沿研究领域，是在卫星遥感、全球卫星导航定位系统、地理信息系统、信息基础设施等一系列现代信息、通信技术高度集成的基础上形成。地球信息科学是地球科学与系统科学和信息科学的交叉和融合，是地球科学的一门新兴的重要分支科学。 地球信息科学基础地球信息科学（Geo-information地球科学传统分支新的分支地球信息科学地球系统科学地球科学地球系统科学地球信息科学地球科学地球科学+系统科学地球科学+系统科学+信息科学地球信息科学基础地球科学传统分支新的分支地

2、球信息科学地球系统科学地球科学地球学历：南京大学地球科学系本科毕业，浙江大学地球科学系硕士研究生毕业， 中国科学院地质与地球物理研究所博士研究生毕业。访问：19981999：斯坦福大学地质与环境科学系访问学者 20012002：哈佛大学地球与行星科学系访问学者现职：浙江大学地球科学系教授、博士生导师教师信息：陈汉林联系方式： Tel：87952791 玉泉校区：浙江大学地球科学系 地球信息科学基础学历：南京大学地球科学系本科毕业，浙江大学地球科学系硕士研究地球信息科学基础在海拔5400米的昆仑山腹地在塔里木盆地在海拔3500米天山冰达坂在海拔4200米的帕米尔在昆仑山山前取古地磁样品在南天山研

3、究方向：造山带与盆地构造 地球信息科学基础在海拔5400米的昆仑山腹地在塔里木盆地在海绪 论绪 论自然科学的学科体系自然科学数学物理学化学地球科学天文学生命科学自然科学的学科体系自然科学数物化地球科学天生命科学地球科学，是以地球为研究对象的科学体系。从不同角度对地球的不同圈层进行研究、形成了地球科学的各个分支学科。自然科学的学科体系地球科学，是以地球为研究对象的科学体系。从不同角度对地球的不地球科学的学科体系地球科学(Earth Sciences)地理科学海洋科学大气科学空间物理学固体地球科学表层地球科学地球物理学地质学地球科学的学科体系地球科学(Earth Sciences)地地质学（Geo

4、logy)物质成分内部结构生命演化与地质历史应用学科交叉学科结晶学矿物学岩石学构造地质学大地构造学古生物学地史学矿床学石油地质学煤田地质学水文地质学工程地质学地震地质学环境地质学农业地质学 地质学是关于固体地球的物质成分、内部结构、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史的知识体系。 地质学（Geology)物质成分内部结构生命演化与地质历史应大地构造学大地构造学构造地质学构造地质学地球科学的特点全球性与区域性时空尺度的差异性研究对象的复杂性 学科交叉、综合性强 理论和实践的密切结合技术手段的多样性 历史的科学地球科学的特点全球性与区域性全球性与区域性地球作为一个整体，组成地球的各个层圈在空间上

5、是连续的，同时各个层圈之间都存在物质一能量交换关系，它们之间互相作用、互相影响。因此整个地球系统过程具有明显的全球性特点，许多自然现象和过程，都不受国界的限制。但是地球又是非均质体，即使是同一层圈，在空间上又具差异性。 地球科学研究对象的这种全球性特点和区域性特点，就要求研究者不但要研究、阐述区域性的地学现象，又要把它放到全球的整体中去，探索其发生、发展的普遍规律。全球性与区域性地球作为一个整体，组成地球的各个层圈在空间上是一个地学过程的孕育、发生、发展在时间尺度上的差别是非常显著的。几亿至百万年时间尺度内发生的如海陆的变迁、山脉的隆起；几百万年至几十万年时间至尺度内发生的如矿物、岩石、矿床的

6、形成；几年至几小时时间尺度的，如各种天气现象、海洋现象、而地震的发生则是在分秒之间，巨大的能量骤然释放。时空尺度的差异性一个地学过程的孕育、发生、发展在时间尺度上的差别是非常显著的汶川地震的基本情况 时间: 2008年5月12日14时28分04秒 纬度:31.0N 经度:103.4E 深度:33km 震级:8级 震中位置:四川汶川县 汶川地震的基本情况 时间: 2008年5月12日14时2汶川大地震主震以及余震描述动画图（地震断裂带）信息来源：中国地震局汶川大地震主震以及余震描述动画图（地震断裂带）震中距康塞普西翁115公里，离首都圣地亚哥西南约340公里，震源深度大约33公里,地震持续了约1

7、0至90秒。1960年5月21日下午3时，智利发生9.5级地震 震中距康塞普西翁115公里，离首都圣地亚哥西南约340公里，2010年1月12日16时53分，海地发生7.3级地震，发震断层断层走向254度，倾角68度，滑动角为11度，左旋走滑型破裂。 2010年1月12日16时53分，海地发生7.3级地震，发震印度板块欧亚板块菲律宾海板块12 眪 210 眪 111印度板块欧亚板块菲律宾海板块12 眪 210 眪 111地球信息科学基础课件2001年11月14日昆仑山8.1级地震地表破裂带破裂带长度426km，最大左旋同震位移7.6m2001年11月14日昆仑山8.1级地震地表破裂带 中国历史

8、强震目录 中国历史强震目录时空尺度的差异性地球系统内部各种地学过程发生的空间尺度亦具有极大的差别。例如大气变化、板块的运移等，是全球规模的地学现象;而矿物晶体结构及晶格位错，则需要在电子显微镜下进行研究，两者在空间尺度上相差甚远。时空尺度的差异性地球系统内部各种地学过程发生的空间尺度亦具有210Ma120Ma60Ma现今时空尺度的差异性210Ma120Ma60Ma现今时空尺度的差异性地球科学的这种特殊的时空尺度，决定了研究对象的复杂性。对于在几亿至几十万年时间尺度上发生的地学现象，短暂人生很难观察到其全过程，而只能观察到事件完成后留下来的结果，以及正在发生的事件的某一阶段的情况，人们无法在实验

9、室再造地球系统的真实过程。大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核这一地球系统的圈层之间存在物质、能量的交换，也决定研究对象的复杂性。 研究对象的复杂性地球科学的这种特殊的时空尺度，决定了研究对象的复杂性。对于在研究对象的复杂性天山研究对象的复杂性天山研究对象的复杂性研究对象的复杂性学科交叉、综合性强 地球系统内各种地学过程，既有物理运动，又有化学变化，还有生命现象。地球本身是天体的一部分，因此它也包含在天文学的研究范畴内。地球科学从本质上讲，从来就是多学科的，涉及到数学、物理学、化学、生物学、天文学等自然科学的各个领域。Direction of stretching“国际地圈生物圈计划（IC

10、BP）”、“全球环境变化的人力影响研究计划（HDP）”、“国际减灾十年计划（IONDP）”、“国际岩石圈计划（ILP）”等。学科交叉、综合性强 地球系统内各种地学过程，既有物理运动，又理论和实践的密切结合地球科学是一门实践性很强的科学。地学工作者通过各种实践获得相关的科学数据。长期以来地学工作者通过科学实践，逐渐形成了许多假说和学说。假说和学说对推动地球科学的发展起着重要作用，它们为探索地球科学的客观规律指出了方向，对实践起着一定的指导作用；同时在实践中不断得到检验、补充和修正，日趋完善。有些假说和学说在实践中被扬弃或否定。理论和实践的密切结合地球科学是一门实践性很强的科学。地学工作理论和实践

11、的密切结合理论和实践的密切结合理论和实践的密切结合理论和实践的密切结合理论和实践的密切结合理论和实践的密切结合理论和实践的密切结合理论和实践的密切结合断层相关褶皱理论的应用促使中国天然气勘探重大突破断层相关褶皱理论的应用促使中国天然气勘探重大突破NElevation0-5-10N2k+Q1xN1kEKJN1jPre.TTTTJEN2k+Q1xN1kN1j10 kmF1F2F3=200 R=0.8718 km5. 6 km5.7 km4km6.5km12km6kmQuilitake anticlineNorthern fold-and-thrustsNQuatemary-RecentNeogen

12、eEogene-Mesozoic断层相关褶皱理论的应用促使中国天然气勘探重大突破克拉2井NElevation0-5-10N2k+Q1xN1kEKJN断层相关褶皱理论的应用促使中国天然气勘探重大突破靖边西安合肥上海北京轮南鄯善哈密武威柳园库尔勒甘塘临汾郑州淮南南京兰州断层相关褶皱理论的应用促使中国天然气勘探重大突破靖边西安合肥2010年4月4日，柯东1井获得重大突破，是继33年之后取得的又一重大突破。柯东1井井架及放喷景象断层相关褶皱理论的应用促使中国天然气勘探重大突破2010年4月4日，柯东1井获得重大突破，是继33年之后取得THANK YOUSUCCESS2022/10/1139可编辑THA

13、NK YOUSUCCESS2022/10/10 19世纪英国地质学家莱伊尔提出了“现在是了解过去的钥匙”的“将今论古”的现实主义原则。例如现代珊瑚只生活在浅海环境中，我们如果在岩石中发现珊瑚化石则可推断该岩石是在古代浅海中形成的。历史的科学 19世纪英国地质学家莱伊尔提出了“现在是了解过去新的边缘学科： 地球系统科学和地球信息科学新的边缘学科：系统地球科学研究热烟囱与深海生物研究系统地球科学研究热烟囱与深海生物研究系统地球科学研究热烟囱与深海生物研究系统地球科学研究热烟囱与深海生物研究热液排放口（Hydrothermal Vents）热液排放口（Hydrothermal Vents）系统地球科

14、学研究热烟囱与深海生物研究系统地球科学研究热烟囱与深海生物研究系统地球科学研究热烟囱与深海生物研究系统地球科学研究热烟囱与深海生物研究地球系统科学强调地球的整体概念，将大气、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核看成是具有有机联系的“地球系统”。地球系统科学将以全球性、统一性的整体观、系统观和多时空尺度，研究地球的整体行为。 地球系统科学地球系统科学强调地球的整体概念，将大气、水圈、生物圈、岩石圈地球系统科学的概念有狭义和广义两种理解。狭义概念：地球系统科学是为了解释地球动力、地球演变和全球变化，对组成地球系统各组成部分、各圈层相互作用机制进行综合研究的一门科学。地球系统则是由地核、地幔、岩石圈、大

15、气圈、水圈和生物圈相互作用而组成的统一体。广义概念：地球系统科学跨越一系列自然科学与社会科学。地球系统科学把地球看成一个由相互作用的地核、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物圈和行星系统等组成部分构成的统一系统。地球系统科学是一门重点研究地球各组成部分之间相互作用的科学，解释地球动力学、地球演化和全球变化，目标是了解地球系统的过去、现今及未来的行为。地球系统科学地球系统科学的概念有狭义和广义两种理解。地球系统科学地球系统科学的特征思维方式高度综合的整体研究。如温室效应的研究研究对象从局部向整体拓展。如印藏碰撞研究。研究内容以问题为导向的跨学科研究。如可持续发展研究。研究形式多学科和多圈层相互作用的

16、综合研究。组织形式国际性的合作。 方法手段空间技术的高度应用。地球系统科学的特征思维方式高度综合的整体研究。如温室效应的地球系统科学的特征地球系统科学的特征地球系统科学的特征地球系统科学的特征地球信息科学研究内容地球信息哲学地球信息机理地球信息技术地球信息工程地球信息科学思想基础理论技术工程地球信息科学研究内容地球信息哲学地球信息机理地球信息技术地地球信息科学研究内容地球信息哲学：包含地球信息认识论和地球信息方法论。地球信息认识论涉及许多哲学命题，如地球信息的本质与结构、地球信息与反映的关系、地球信息的客观性和主观性及其与信源和信宿的关系、地球信息流与认识过程的关系、人工智能与人类智能的关系等

17、。地球信息方法是把事物看做是一个信息流动的系统，通过对信息流程的分析和处理，达到对事物复杂运动规律认识的一种科学方法。地球信息机理：主要研究地球圈层间信息传输过程与物理机制，它是地球信息科学的重要理论支撑。地球信息科学研究内容地球信息哲学：包含地球信息认识论和地球地球信息科学研究内容地球信息技术：主要包括地球数据获取技术、地球信息模拟分析技术与地球信息传输技术。 地球数据获取技术：用于从外部世界获得记录地球性质、结构和状态的地球数据。它主要包括遥感技术、全球定位系统技术和地面观测和探测技术等。地球信息模拟分析技术：用以将地理数据转化为地球信息，包括地球空间信息的加工、再生以及获得有关某一地球空

18、间问题解决的目的、计划和策略信息，可分为地理信息系统、空间辅助决策支持系统。 地球信息传输技术：主要用于空间数据的传递和信息的传播。 地球信息科学研究内容地球信息技术：主要包括地球数据获取技术地球信息科学研究内容遥感技术： 所谓遥感，是指人们在航空器（如飞机、高空气球）或航天器（如人造卫星）上利用一定的技术装备，对地表进行远距离的感知。接受地面物体反射的电磁波信息传感器以图像胶片或数据磁带记录信息把信息传送到地面接收站地球信息科学研究内容遥感技术： 所谓遥感，是地球信息科学研究内容遥感技术：遥感卫星 气象卫星系列： NOAA （美）、流星气象卫星（前苏联）、地球同步天气卫星（美）、风云卫星（中

19、国）等 。陆地卫星系列： Landsat 1, 2，3，4，5，6，7 5（美）、 SPOT 1, 2，3，4，5（法）、 USSRsat（俄）等。 海洋卫星系列： Seasat（美）、航天飞机成像雷达SIRA，B，C/X、ERS 1，2 系列（欧共体，法）等。地球信息科学研究内容遥感技术：遥气象卫星系列： NOAA 美国陆地卫星：美国陆地卫星五号 (LANDSAT-5)携带了主题成像传感器（TM） 轨道高度：705公里 重复周期:16天 24小时绕地球:15圈6个多光谱波段30米；1个热红外波段120米；美国陆地卫星七号 (LANDSAT-7)1999年4月15日由美国航空航天局发射携带了增

20、强型主题成像传感器（ETM+）1个全色波段15米；6个多光谱波段30米；1个热红外波段60米；单景成像幅宽：宽度185公里高度170公里价格：5000元/景地球信息科学研究内容美国陆地卫星：地球信息科学研究内容地球信息科学研究内容地球信息科学研究内容天安门广场与金水桥 地球信息科学研究内容天安门广场与金水桥 地球信息科学研究内容地球信息科学研究内容GPS技术：全球定位系统（GPS）主要由三大部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。空间部分： 24颗卫星提供星历和时间信息，发射伪距和载波信号，提供辅助信息。用户部分： 接收并观测卫星信号，记录和处理数据，提供导航定位信息。地面控制部

21、分： 中心控制系统，实现时间同步， 跟踪卫星进行定轨。地球信息科学研究内容GPS技术：空间部分：用户部分：地面控地球信息科学研究内容地球信息科学研究内容地球信息科学研究内容地球信息科学研究内容地球信息科学研究内容地球信息工程是用于地球科学研究以及经济和社会发展的地球信息基础设施。 地球观测系统是为了获取地球数据而建立的地球信息工程，它包括遥感观测网络和地面观测网络。全球定位系统是为了地球空间定位而建立的地球信息工程。数据中心是为了数据储存、管理和处理而建立的大型数据库工程，如世界数据中心（world data center，WDC）。国家信息基础设施（National information infrastructure，NII）是为了信息传输而设计建设的高速、大容量计算机通信网络系统，它又被称为信息高速公路。数字地球是目前最大规模的地球信息工程。数字地球是一种可以嵌入海量地理数据的多分辨率和三维的地球的表示，是对真实地球及其相关现象的统一的