地球信息科学基础市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

地球信息科学基础第1页地球信息科学基础地球信息科学（Geo-information Science)是20世纪90年代兴起地球科学前沿研究领域，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当代信息、通信技术高度集成基础上形成。地球信息科学是地球科学与系统科学和信息科学交叉和融合，是地球科学一门新兴主要分支科学。第2页地球科学传统分支新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第3页r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硕士毕业，中国科学院地质与地球物理研究所博士硕士毕业。r访问：19981999：斯坦福大学地质与环境科学系访问学者 ：哈佛大学地球与行星科学系访问学者r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u联络方式： Tel：[phone] 玉泉校区：浙江大学地球科学系 地球信息科学基础第4页地球信息科学基础在海拔5400米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米帕米尔在昆仑山山前取古地磁样品在南天山u研究方向：造山带与盆地结构 第5页第6页自然科学学科体系自然科学学科体系自然科学自然科学数学物理学化学地球科学天文学生命科学第7页o地球科学，地球科学，是以地球为研究对象科学体系。是以地球为研究对象科学体系。从不一样角度对地球不一样圈层进行研究、从不一样角度对地球不一样圈层进行研究、形成了地球科学各个分支学科。形成了地球科学各个分支学科。自然科学学科体系自然科学学科体系第8页地球科学学科体系地球科学学科体系地球科学(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第9页地质学（Geology)物质成份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结构地质学大地结构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物质成份、内部结构、外部特征、各圈层间相互作地质学是关于固体地球物质成份、内部结构、外部特征、各圈层间相互作用和演变历史知识体系。用和演变历史知识体系。第10页大地结构学第11页结构地质学第12页地球科学特点地球科学特点F全球性与区域性全球性与区域性F时空尺度差异性时空尺度差异性F研究对象复杂性研究对象复杂性 F学科交叉、综合性强学科交叉、综合性强 F理论和实践亲密结合理论和实践亲密结合F技术伎俩多样性技术伎俩多样性 F历史科学历史科学第13页F全球性与区域性全球性与区域性p地球作为一个整体，组成地球地球作为一个整体，组成地球各个层圈在空间上是连续，同各个层圈在空间上是连续，同时各个层圈之间都存在物质一时各个层圈之间都存在物质一能量交换关系，它们之间相互能量交换关系，它们之间相互作用、相互影响。所以整个地作用、相互影响。所以整个地球系统过程含有显著全球性特球系统过程含有显著全球性特点，许多自然现象和过程，都点，许多自然现象和过程，都不受国界限制。不受国界限制。p不过地球又是非均质体，即使不过地球又是非均质体，即使是同一层圈，在空间上又具差是同一层圈，在空间上又具差异性。异性。地球科学研究对象这种全球性特点和区域性特点，就地球科学研究对象这种全球性特点和区域性特点，就要求研究者不但要研究、阐述区域性地学现象，又要要求研究者不但要研究、阐述区域性地学现象，又要把它放到全球整体中去，探索其发生、发展普遍规律。把它放到全球整体中去，探索其发生、发展普遍规律。第14页p一一个个地地学学过过程程孕孕育育、发发生生、发发展展在在时时间间尺尺度度上上差差异异是是非非常常显显著著。几几亿亿至至百百万万年年时时间间尺尺度度内内发发生生如如海海陆陆变变迁迁、山山脉脉隆隆起起；几几百百万万年年至至几几十十万万年时间至尺度内发生如矿物、岩石、矿床形成；年时间至尺度内发生如矿物、岩石、矿床形成；p几几年年至至几几小小时时时时间间尺尺度度，如如各各种种天天气气现现象象、海海洋洋现现象象、而而地地震震发发生生则则是在分秒之间，巨大能量骤然释放。是在分秒之间，巨大能量骤然释放。F时空尺度差异性时空尺度差异性第15页汶川地震基本情况汶川地震基本情况o 时间时间:5月月12日日14时时28分分04秒秒o 纬度纬度:31.0No 经度经度:103.4Eo 深度深度:33kmo 震级震级:8级级o 震中位置震中位置:四川汶川县四川汶川县 第16页汶川大地震主震以及余震描述动画图（地震断裂带）汶川大地震主震以及余震描述动画图（地震断裂带）信息起源：中国地震局第17页p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,地震连续了约10至90秒。1960年5月21日下午3时，智利发生9.5级地震 第18页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。第19页印度板块欧亚板块菲律宾海板块12 眪 210 眪 111第20页第21页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7.6m第22页 中国历史强震目录第23页F时空尺度差异性时空尺度差异性p地球系统内部各种地学过程发生空间尺度亦含有极大差地球系统内部各种地学过程发生空间尺度亦含有极大差异。比如大气改变、异。比如大气改变、板块运移板块运移等，是全球规模地学现象等，是全球规模地学现象;p而矿物晶体结构及晶格位错，则需要在电子显微镜下进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，二者在空间尺度上相差甚远。行研究，二者在空间尺度上相差甚远。第24页210Ma120Ma60Ma现今F时空尺度差异性第25页v地球科学这种特殊时空尺度，决定了研究对象复杂性。对地球科学这种特殊时空尺度，决定了研究对象复杂性。对于在几亿至几十万年时间尺度上发生地学现象，短暂人生于在几亿至几十万年时间尺度上发生地学现象，短暂人生极难观察到其全过程，而只能观察到事件完成后留下来结极难观察到其全过程，而只能观察到事件完成后留下来结果，以及正在发生事件某一阶段情况，人们无法在试验室果，以及正在发生事件某一阶段情况，人们无法在试验室再造地球系统真实过程。再造地球系统真实过程。v大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核这一地球系大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核这一地球系统圈层之间存在物质、能量交换，也决定研究对象复杂性。统圈层之间存在物质、能量交换，也决定研究对象复杂性。F研究对象复杂性第26页F研究对象复杂性天山第27页F研究对象复杂性第28页F学科交叉、综合性强学科交叉、综合性强 p地球系统内各种地学过程，现有物理运动，又有化学改变，还有生地球系统内各种地学过程，现有物理运动，又有化学改变，还有生命现象。命现象。p地球本身是天体一部分，所以它也包含在天文学研究范围内。地球本身是天体一部分，所以它也包含在天文学研究范围内。p地球科学从本质上讲，从来就是多学科，包括到数学、物理学、化地球科学从本质上讲，从来就是多学科，包括到数学、物理学、化学、生物学、天文学等自然科学各个领域。学、生物学、天文学等自然科学各个领域。Direction of stretching“国际地圈生物圈计划（ICBP）”、“全球环境改变人力影响研究计划（HDP）”、“国际减灾十年计划（IONDP）”、“国际岩石圈计划（ILP）”等。第29页F理论和实践亲密结合理论和实践亲密结合p地球科学是一门实践性很强科学。地学工作者经过各种实践取得相关科学数据。p长久以来地学工作者经过科学实践，逐步形成了许多假说和学说。假说和学说对推进地球科学发展起着主要作用，它们为探索地球科学客观规律指出了方向，对实践起着一定指导作用；同时在实践中不停得到检验、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。第30页F理论和实践亲密结合理论和实践亲密结合第31页F理论和实践亲密结合理论和实践亲密结合第32页F理论和实践亲密结合理论和实践亲密结合第33页F理论和实践亲密结合理论和实践亲密结合第34页断层相关褶皱理论应用促使中国天然气勘探重大突破第35页NElevation0-5-10N2k+Q1xN1kEKJN1jPre.TTTTJEN2k+Q1xN1kN1j10 kmF1F2F3=20=200 0 R=0.8718 km5.6 km5.7 km4km6.5km12km6kmQuilitake anticlineNorthern fold-and-thrustsNQuatemary-RecentNeogeneEogene-Mesozoic断层相关褶皱理论应用促使中国天然气勘探重大突破克拉克拉2井井第36页断层相关褶皱理论应用促使中国天然气勘探重大突破靖边靖边西安西安合肥合肥上海上海北京北京轮南轮南鄯善鄯善哈密哈密武威武威柳园柳园库尔勒库尔勒甘塘甘塘临汾临汾郑州郑州淮南淮南南京南京兰州兰州第37页4月4日，柯东1井取得重大突破，是继33年之后取得又一重大突破。4柯东1井井架及放喷景象断层相关褶皱理论应用促使中国天然气勘探重大突破第38页 19 19世纪英国地质学家莱伊尔提出了世纪英国地质学家莱伊尔提出了“现在是了解过去现在是了解过去钥匙钥匙”“将今论古将今论古”现实主义标准。比如当代珊瑚只生现实主义标准。比如当代珊瑚只生活在浅海环境中，我们假如在岩石中发觉珊瑚化石则可活在浅海环境中，我们假如在岩石中发觉珊瑚化石则可推断该岩石是在古代浅海中形成。推断该岩石是在古代浅海中形成。F历史科学历史科学第39页新边缘学科：地球系统科学和地球信息科学第40页系统地球科学研究热烟囱与深海生物研究第41页系统地球科学研究热烟囱与深海生物研究第42页热液排放口（热液排放口（Hydrothermal Vents）第43页系统地球科学研究热烟囱与深海生物研究第44页系统地球科学研究热烟囱与深海生物研究第45页v地球系统科学强调地球整体概念，将大气、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核看成是含有有机联络“地球系统”。地球系统科学将以全球性、统一性整体观、系统观和多时空尺度，研究地球整体行为。地球系统科学第46页地球系统科学概念有狭义和广义两种了解。狭义概念：地球系统科学是为了解释地球动力、地球演变和全球改变，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一门科学。地球系统则是由地核、地幔、岩石圈、大气圈、水圈和生物圈相互作用而组成统一体。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组成统一系统。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科学，解释地球动力学、地球演化和全球改变，目标是了解地球系统过去、现今及未来行为。地球系统科学第47页地球系统科学特征&思维方式高度综合整体研究。如温室效应研究如温室效应研究&研究对象从局部向整体拓展。如印藏碰撞研究如印藏碰撞研究。&研究内容以问题为导向跨学科研究。如可连续发展如可连续发展研究。研究。&研究形式多学科和多圈层相互作用综合研究。&组织形式国际性合作。&方法伎俩空间技术高度应用。第48页地球系统科学特征第49页地球系统科学特征第50页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第51页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。v地球信息认识论包括许多哲学命题，如地球信息本质与结构、地球信息与反应关系、地球信息客观性和主观性及其与信源和信宿关系、地球信息流与认识过程关系、人工智能与人类智能关系等。v地球信息方法是把事物看做是一个信息流动系统，经过对信息流程分析和处理，到达对事物复杂运动规律认识一个科学方法。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，它是地球信息科学主要理论支撑。第52页地球信息科学研究内容地球信息技术：主要包含地球数据获取技术、地球信息模拟分析技术与地球信息传输技术。4地球数据获取技术：用于从外部世界取得统计地球性质、结构和状态地球数据。它主要包含遥感技术、全球定位系统技术和地面观察和探测技术等。4地球信息模拟分析技术：用以将地理数据转化为地球信息，包含地球空间信息加工、再生以及取得相关某一地球空间问题处理目标、计划和策略信息，可分为地理信息系统、空间辅助决议支持系统。4地球信息传输技术：主要用于空间数据传递和信息传输。第53页地球信息科学研究内容遥感技术：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）上利用一定技术装备，对地表进行远距离感知。卫星）上利用一定技术装备，对地表进行远距离感知。接收地面物体反射电磁波信息传感器以图像胶片或数据磁带统计信息把信息传送到地面接收站第54页地球信息科学研究内容遥感技术：遥感技术：遥遥感感卫卫星星 气象卫星系列：气象卫星系列：NOAA（美）、（美）、流星气象卫星（前苏联）、地球同时流星气象卫星（前苏联）、地球同时天气卫星（美）、风云卫星（中国）等天气卫星（美）、风云卫星（中国）等。陆地卫星系列：陆地卫星系列：Landsat 1,2，3，4，5，6，7 5（美（美）、）、SPOT 1,2，3，4，5（法（法）、）、USSRsat（俄（俄）等。）等。海洋卫星系列：海洋卫星系列：Seasat（美（美）、航天）、航天飞机成像雷达飞机成像雷达SIRA，B，C/X、ERS 1，2 系列（欧共体，法）等。系列（欧共体，法）等。第55页美国陆地卫星：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 二十四小时绕地球: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第56页地球信息科学研究内容第57页天安门广场与金水桥天安门广场与金水桥 地球信息科学研究内容第58页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：接收并观察卫星信号，统计和处理数据，提供导航定位信息。地面控制部分：中心控制系统，实现时间同时，跟踪卫星进行定轨。第59页地球信息科学研究内容第60页地球信息科学研究内容第61页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地球信息基础设施。4地球观察系统是为了获取地球数据而建立地球信息工程，它包含遥感观察网络和地面观察网络。4全球定位系统是为了地球空间定位而建立地球信息工程。4数据中心是为了数据储存、管理和处理而建立大型数据库工程，如世界数据中心（world data center，WDC）。4国家信息基础设施（National information infrastructure，NII）是为了信息传输而设计建设高速、大容量计算机通信网络系统，它又被称为信息高速公路。4数字地球是当前最大规模地球信息工程。数字地球是一个能够嵌入海量地理数据多分辨率和三维地球表示，是对真实地球及其相关现象统一数字化重现和认识，它以因特网为基础，以空间数据为依靠，以虚拟现实技术为特征，是一个含有三维界面和各种分辨率浏览器、面向公众、超巨大空间信息系统。第62页地球信息科学应用v资源普查与管理v经济与社会可连续发展规划决议与管理v城市规划与当代化管理v农业规划决议与生产管理v灾害预测与灾情评定v环境污染与生态改变监测v全球改变监测与研究第63页第64页滑坡灾害预测 第65页滑坡灾害危险性评价总体框架滑坡危险性评价步骤滑坡灾害预测第66页数字高程图数字高程图坡坡 度度 图图地形原因滑坡灾害预测第67页植被分布图植被分布图土壤类型图土壤类型图滑坡灾害预测第68页断裂特征断裂特征（a）距断裂距离图 （b）断裂密度图 滑坡灾害预测第69页岩性特征岩性特征滑坡灾害预测第70页（a）距水系距离分布图 （b）水系密度分布图水系特征水系特征滑坡灾害预测第71页遥感数据遥感数据（a）植被覆盖 （b）区域含水性滑坡灾害预测第72页土壤类型土壤类型滑坡灾害预测第73页逻辑回归模型滑坡灾害评价图逻辑回归模型逻辑回归模型滑坡灾害预测第74页伴随科学技术不停进步，与其它学科不停交叉，地球科学将得到愈加紧速发展，为可连续发展提供强有力保障。第75页