地球系统科学PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　人类面临的全球性重大问题 1

1.1.1 人口爆炸 1

1.1.2　土地荒漠化 1

1.1.3 资源趋于枯竭 2

1.1.4　“温室效应”与全球增暖 2

1.1.5 臭氧屏蔽的破坏 2

1.2　地球系统全球化 3

1.3　地球系统科学与可持续发展 3

1.4　地球系统科学与传统地球科学 4

1.5　地球系统科学特征 5

1.5.1 思维方式的变化——整体性研究思维 5

1.5.2 研究对象的变化——展望全球与预测未来 5

1.5.3 研究内容的变化——为社会发展服务 5

1.5.4 研究形式的变化——多学科的综合性研究 6

1.5.5 组织形式的变化——国际化与合作研究 6

1.5.6 信息交流的变化——地球信息科学的诞生 6

1.5.7 方法手段的变化——高新技术的应用 6

1.6　国内外研究现状 7

1.6.1 当代地质学的发展趋势 7

1.6.2 地球系统科学的组织、机构和计划 7

1.6.3　地球系统科学的重要会议 10

1.6.4 地球系统科学在中国的发展 11

1.6.5 地球系统科学理论构建 12

第2章　地球系统科学研究方法 13

2.1　地球系统科学研究思路 13

2.1.1 研究目标与目的 13

2.1.2　研究基本思路 13

2.1.3 理论基础与特点 14

2.1.4　研究领域 14

2.2　地球系统科学基本概念 15

2.2.1 基本概念 15

2.2.2 地球系统的系统、结构、层次 15

2.2.3 地球系统的环境、行为、功能 17

2.2.4　地球系统的状态、演化、过程 19

2.3　地球系统科学基本框架 20

2.3.1 地圈-生物圈系统动力学 20

2.3.2 气候系统动力学和气候变化预测 21

2.3.3 大陆系统动力学 21

2.3.4 日-地系统 21

2.3.5 人-地系统动力学 22

2.3.6　现在应起步的前沿领域 22

2.4　地球系统科学时间尺度 23

2.4.1 几百万年至几十亿年 23

2.4.2 几千年至几十万年 23

2.4.3　几十年至几百年 23

2.4.4　几天至几个季度 23

2.4.5 几秒至几小时 24

2.5　地球系统科学研究步骤 24

2.6　地球系统科学方法论 24

2.6.1 系统方法的哲学基础 24

2.6.2　还原论与整体论相结合 24

2.6.3　定性描述与定量描述相结合 25

2.6.4　局部描述与整体描述相结合 25

2.6.5 确定性描述与不确定性描述相结合 25

2.6.6 系统分析与系统综合相结合 26

2.6.7 模型与原型 26

2.6.8 数学模型 26

2.6.9　基于计算机的模型 26

第3章　地球系统科学理论基础 28

3.1　地球系统的连续动态系统 28

3.1.1 线性动态地球系统 28

3.1.2 非线性动态地球系统 29

3.1.3　轨道、暂态、定态 31

3.1.4　地球系统的稳定性 34

3.1.5 吸引子与目的性 40

3.1.6 周期运动与回归性 43

3.1.7 地球系统的分岔 46

3.1.8　地球系统的突变 51

3.1.9　连续混沌 52

3.1.10　过渡过程特性 55

3.2　地球系统的离散动态系统 56

3.2.1 离散映射与离散动力学 56

3.2.2 离散混沌 58

3.2.3 几种自动器网络模型 62

3.2.4　遗传算法 67

3.3　地球系统的随机性 70

3.3.1 随机过程与随机涨落 70

3.3.2 随机网络模型 74

3.4　地球系统的自组织 77

3.4.1 自组织与他组织 77

3.4.2 两种有序原理 80

3.4.3 自组织理论 86

3.4.4 自组织的几种形式 89

3.5　地球系统的简单巨系统 92

3.5.1 简单系统与简单巨系统 92

3.5.2 熵——简单巨系统的基本概念 95

3.5.3 数学模型 98

3.5.4　地球系统演化的分析方法 104

3.6　地球系统的复杂巨系统 108

3.6.1　关于复杂性 109

3.6.2 把复杂性当作复杂性处理 110

3.6.3 开放的复杂巨系统 112

3.6.4 从定性到定量综合集成方法 116

3.6.5 综合集成研讨厅体系 117

第4章　地球系统科学子系统与学科分支 121

4.1　行星系统 121

4.1.1 太阳系概况 121

4.1.2 太阳系在宇宙中的地位 123

4.1.3 行星的轨道运动 124

4.1.4　行星的基本物理性质 127

4.1.5 行星的结构 129

4.1.6 卫星和环系的一般特征 130

4.1.7 地球系统科学与地震 132

4.2 地核和地幔系统 138

4.2.1 地震资料与内部结构 139

4.2.2 地球内部的物质成分及其状态 141

4.3　岩石圈系统 144

4.3.1 大陆漂移、海底扩张和板块构造 145

4.3.2　地质过程 148

4.3.3 陨击坑和冲击变质作用 150

4.3.4 地球的年龄和地质年代表 153

4.4　水圈系统 155

4.4.1 海洋的成分 156

4.4.2 海洋温度和洋流 156

4.5　大气圈系统 157

4.5.1　地球大气的成分 157

4.5.2　地球大气的性质和结构分层 157

4.5.3　地球磁场、磁层和辐射带 163

4.6　生物圈系统 165

4.6.1 生物圈的组成 165

4.6.2 生命的特征 166

4.6.3 生命的起源、演化和生物圈的形成 168

4.6.4 人类的由来 172

4.6.5 生物圈系统及其平衡 173

4.6.6 生物圈对地球外部圈层的作用 175

4.7　地球系统科学学科分支 177

第5章　地球系统科学技术 179

5.1　全球定位系统（GPS） 179

5.1.1 GPS发展历史 179

5.1.2 GPS技术 180

5.2　遥感（RS） 187

5.2.1 遥感概述 188

5.2.2　遥感的历史 189

5.2.3 遥感技术 190

5.3　量子遥感 201

5.3.1 量子遥感理论提出的背景 201

5.3.2 量子遥感概念的发展 202

5.3.3 量子遥感研究对象及内容 203

5.4　地理信息系统（GIS） 208

5.4.1 GIS概述 208

5.4.2 GIS的组成 213

5.4.3 GIS的功能 214

5.4.4 国家基础地理信息数据库 220

5.5 GIS与RS集成的军事应用 220

5.5.1 军事需求 220

5.5.2 研究背景 221

5.5.3 军事应用——预警机 224

5.6　生态系统观测研究网络 224

5.6.1　全球观测系统 225

5.6.2 生物观测网络 225

5.6.3 中国生态系统网络（CERN） 228

5.7　地球物理技术 232

5.7.1　地球物理发展领域 233

5.8　地球化学技术 238

5.8.1 陨石学 238

5.8.2　大陆地壳组成 242

5.8.3　地幔地球化学 243

5.8.4　地球化学动力学 244

5.8.5 同位素地球化学 245

5.8.6　表生地球化学 246

5.8.7　遥感地球化学 248

5.8.8 持久性有机污染物（POPs）的环境地球化学 249

5.9　计算机技术 251

5.9.1　科学数据共享 251

5.9.2　计算机模拟技术 255

第6章　地球系统科学研究示范——青藏高原大陆各圈层统一相互作用 259

6.1　青藏高原国内外研究现状概述 259

6.1.1 高原的隆升机制 260

6.1.2 高原隆升史 263

6.1.3 隆升机制的进一步探索 264

6.2　各圈层统一相互作用的物质组成 265

6.2.1 青藏高原地层分区 265

6.2.2 区域构造-地层格架 265

6.3　青藏高原雅江-班公怒江缝合带的热红外遥感 267

6.3.1 温度的反演 268

6.3.2 野外地表层钻孔测温与数据处理 268

6.4　青藏高原山地各圈层力学系统描述 270

6.4.1 力学模型 270

6.4.2 青藏高原大陆碰撞力学模型 272

6.4.3 青藏高原山地各圈层力学系统描述 273

6.4.4 青藏高原碰撞隆起的力学描述 275

6.4.5 青藏高原碰撞隆起的数值模拟 279

第7章　地球系统科学数字表达——数字地球 285

7.1　提出背景 285

7.2　研究方法 286

7.2.1　研究思路 286

7.2.2　基本概念 286

7.2.3　研究对象 286

7.2.4　研究内容 286

7.2.5　研究任务 288

7.2.6　作用和意义 288

7.3　数字地球原型 288

7.4　地球系统场理论基础 289

7.5　数字地球物理模型 289

7.5.1　地球的自转与参考系 289

7.5.2　地球的形状 290

7.5.3 地球的速度分层及其研究方法 290

7.5.4　地球的电磁性质及其研究方法 290

7.5.5 地球的密度分布及其研究方法 291

7.5.6　地球的热学性质及其研究方法 291

7.5.7　光学模型机理特征 291

7.6　数字地球力学模型 291

7.7　数字地球数学模型 292

7.8　数字地球信息模型 292

7.9　数字地球信息获取技术与模拟 293

7.10　数字地球空间信息基础设施 293

7.11　数字地球技术方法 294

7.11.1 地理信息的互操作及Open GIS规范 294

7.11.2 数字地球的核心技术 295

7.11.3 数字地球空间数据Metadata 295

7.11.4　数字地球的新技术 295

7.12　数字中国 296

第8章　地球系统科学与可持续发展 298

8.1　可持续发展理论基础 298

8.1.1　理论起源 298

8.1.2　理论特点 300

8.1.3 可持续发展与协同学 300

8.1.4 区域可持续发展 301

8.1.5 可持续发展在中国 302

8.2　可持续发展的定量化研究——指标体系 303

8.2.1 可持续发展的指标体系的研究 303

8.2.2 可持续发展的指标体系的应用 304

8.3　地球系统科学与可持续发展 305

8.4　中国的问题解决之道 307

8.4.1 人口与资源、环境的可持续发展 307

8.4.2　人口与经济、社会的可持续发展 308

参考文献 310