地球信息科學(xué)基礎(chǔ)課件

1、地球信息科學(xué)基礎(chǔ)地球信息科學(xué)基礎(chǔ)地球信息科學(xué)基礎(chǔ)地球信息科學(xué)（Geo-information Science) 是20世紀90年代興起的地球科學(xué)的前沿研究領(lǐng)域，是在衛(wèi)星遙感、全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、信息基礎(chǔ)設(shè)施等一系列現(xiàn)代信息、通信技術(shù)高度集成的基礎(chǔ)上形成。地球信息科學(xué)是地球科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)和信息科學(xué)的交叉和融合，是地球科學(xué)的一門新興的重要分支科學(xué)。 地球信息科學(xué)基礎(chǔ)地球信息科學(xué)（Geo-information地球科學(xué)傳統(tǒng)分支新的分支地球信息科學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)地球科學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)地球信息科學(xué)地球科學(xué)地球科學(xué)+系統(tǒng)科學(xué)地球科學(xué)+系統(tǒng)科學(xué)+信息科學(xué)地球信息科學(xué)基礎(chǔ)地球科學(xué)傳統(tǒng)分支新的分支地

2、球信息科學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)地球科學(xué)地球?qū)W歷：南京大學(xué)地球科學(xué)系本科畢業(yè)，浙江大學(xué)地球科學(xué)系碩士研究生畢業(yè)， 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所博士研究生畢業(yè)。訪問：19981999：斯坦福大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境科學(xué)系訪問學(xué)者 20012002：哈佛大學(xué)地球與行星科學(xué)系訪問學(xué)者現(xiàn)職：浙江大學(xué)地球科學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師教師信息：陳漢林聯(lián)系方式： Tel：87952791 玉泉校區(qū)：浙江大學(xué)地球科學(xué)系 地球信息科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)歷：南京大學(xué)地球科學(xué)系本科畢業(yè)，浙江大學(xué)地球科學(xué)系碩士研究地球信息科學(xué)基礎(chǔ)在海拔5400米的昆侖山腹地在塔里木盆地在海拔3500米天山冰達坂在海拔4200米的帕米爾在昆侖山山前取古地磁樣品在南天山研

3、究方向：造山帶與盆地構(gòu)造 地球信息科學(xué)基礎(chǔ)在海拔5400米的昆侖山腹地在塔里木盆地在海緒 論緒 論自然科學(xué)的學(xué)科體系自然科學(xué)數(shù)學(xué)物理學(xué)化學(xué)地球科學(xué)天文學(xué)生命科學(xué)自然科學(xué)的學(xué)科體系自然科學(xué)數(shù)物化地球科學(xué)天生命科學(xué)地球科學(xué)，是以地球為研究對象的科學(xué)體系。從不同角度對地球的不同圈層進行研究、形成了地球科學(xué)的各個分支學(xué)科。自然科學(xué)的學(xué)科體系地球科學(xué)，是以地球為研究對象的科學(xué)體系。從不同角度對地球的不地球科學(xué)的學(xué)科體系地球科學(xué)(Earth Sciences)地理科學(xué)海洋科學(xué)大氣科學(xué)空間物理學(xué)固體地球科學(xué)表層地球科學(xué)地球物理學(xué)地質(zhì)學(xué)地球科學(xué)的學(xué)科體系地球科學(xué)(Earth Sciences)地地質(zhì)學(xué)（Geo

4、logy)物質(zhì)成分內(nèi)部結(jié)構(gòu)生命演化與地質(zhì)歷史應(yīng)用學(xué)科交叉學(xué)科結(jié)晶學(xué)礦物學(xué)巖石學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)大地構(gòu)造學(xué)古生物學(xué)地史學(xué)礦床學(xué)石油地質(zhì)學(xué)煤田地質(zhì)學(xué)水文地質(zhì)學(xué)工程地質(zhì)學(xué)地震地質(zhì)學(xué)環(huán)境地質(zhì)學(xué)農(nóng)業(yè)地質(zhì)學(xué) 地質(zhì)學(xué)是關(guān)于固體地球的物質(zhì)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部特征、各圈層間的相互作用和演變歷史的知識體系。 地質(zhì)學(xué)（Geology)物質(zhì)成分內(nèi)部結(jié)構(gòu)生命演化與地質(zhì)歷史應(yīng)大地構(gòu)造學(xué)大地構(gòu)造學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)地球科學(xué)的特點全球性與區(qū)域性時空尺度的差異性研究對象的復(fù)雜性 學(xué)科交叉、綜合性強 理論和實踐的密切結(jié)合技術(shù)手段的多樣性 歷史的科學(xué)地球科學(xué)的特點全球性與區(qū)域性全球性與區(qū)域性地球作為一個整體，組成地球的各個層圈在空間上

5、是連續(xù)的，同時各個層圈之間都存在物質(zhì)一能量交換關(guān)系，它們之間互相作用、互相影響。因此整個地球系統(tǒng)過程具有明顯的全球性特點，許多自然現(xiàn)象和過程，都不受國界的限制。但是地球又是非均質(zhì)體，即使是同一層圈，在空間上又具差異性。 地球科學(xué)研究對象的這種全球性特點和區(qū)域性特點，就要求研究者不但要研究、闡述區(qū)域性的地學(xué)現(xiàn)象，又要把它放到全球的整體中去，探索其發(fā)生、發(fā)展的普遍規(guī)律。全球性與區(qū)域性地球作為一個整體，組成地球的各個層圈在空間上是一個地學(xué)過程的孕育、發(fā)生、發(fā)展在時間尺度上的差別是非常顯著的。幾億至百萬年時間尺度內(nèi)發(fā)生的如海陸的變遷、山脈的隆起；幾百萬年至幾十萬年時間至尺度內(nèi)發(fā)生的如礦物、巖石、礦床的

6、形成；幾年至幾小時時間尺度的，如各種天氣現(xiàn)象、海洋現(xiàn)象、而地震的發(fā)生則是在分秒之間，巨大的能量驟然釋放。時空尺度的差異性一個地學(xué)過程的孕育、發(fā)生、發(fā)展在時間尺度上的差別是非常顯著的汶川地震的基本情況 時間: 2008年5月12日14時28分04秒 緯度:31.0N 經(jīng)度:103.4E 深度:33km 震級:8級 震中位置:四川汶川縣 汶川地震的基本情況 時間: 2008年5月12日14時2汶川大地震主震以及余震描述動畫圖（地震斷裂帶）信息來源：中國地震局汶川大地震主震以及余震描述動畫圖（地震斷裂帶）震中距康塞普西翁115公里，離首都圣地亞哥西南約340公里，震源深度大約33公里,地震持續(xù)了約1

7、0至90秒。1960年5月21日下午3時，智利發(fā)生9.5級地震 震中距康塞普西翁115公里，離首都圣地亞哥西南約340公里，2010年1月12日16時53分，海地發(fā)生7.3級地震，發(fā)震斷層斷層走向254度，傾角68度，滑動角為11度，左旋走滑型破裂。 2010年1月12日16時53分，海地發(fā)生7.3級地震，發(fā)震印度板塊歐亞板塊菲律賓海板塊12 眪 210 眪 111印度板塊歐亞板塊菲律賓海板塊12 眪 210 眪 111地球信息科學(xué)基礎(chǔ)課件2001年11月14日昆侖山8.1級地震地表破裂帶破裂帶長度426km，最大左旋同震位移7.6m2001年11月14日昆侖山8.1級地震地表破裂帶 中國歷史

8、強震目錄 中國歷史強震目錄時空尺度的差異性地球系統(tǒng)內(nèi)部各種地學(xué)過程發(fā)生的空間尺度亦具有極大的差別。例如大氣變化、板塊的運移等，是全球規(guī)模的地學(xué)現(xiàn)象;而礦物晶體結(jié)構(gòu)及晶格位錯，則需要在電子顯微鏡下進行研究，兩者在空間尺度上相差甚遠。時空尺度的差異性地球系統(tǒng)內(nèi)部各種地學(xué)過程發(fā)生的空間尺度亦具有210Ma120Ma60Ma現(xiàn)今時空尺度的差異性210Ma120Ma60Ma現(xiàn)今時空尺度的差異性地球科學(xué)的這種特殊的時空尺度，決定了研究對象的復(fù)雜性。對于在幾億至幾十萬年時間尺度上發(fā)生的地學(xué)現(xiàn)象，短暫人生很難觀察到其全過程，而只能觀察到事件完成后留下來的結(jié)果，以及正在發(fā)生的事件的某一階段的情況，人們無法在實驗

9、室再造地球系統(tǒng)的真實過程。大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈、地幔和地核這一地球系統(tǒng)的圈層之間存在物質(zhì)、能量的交換，也決定研究對象的復(fù)雜性。 研究對象的復(fù)雜性地球科學(xué)的這種特殊的時空尺度，決定了研究對象的復(fù)雜性。對于在研究對象的復(fù)雜性天山研究對象的復(fù)雜性天山研究對象的復(fù)雜性研究對象的復(fù)雜性學(xué)科交叉、綜合性強 地球系統(tǒng)內(nèi)各種地學(xué)過程，既有物理運動，又有化學(xué)變化，還有生命現(xiàn)象。地球本身是天體的一部分，因此它也包含在天文學(xué)的研究范疇內(nèi)。地球科學(xué)從本質(zhì)上講，從來就是多學(xué)科的，涉及到數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)等自然科學(xué)的各個領(lǐng)域。Direction of stretching“國際地圈生物圈計劃（IC

10、BP）”、“全球環(huán)境變化的人力影響研究計劃（HDP）”、“國際減災(zāi)十年計劃（IONDP）”、“國際巖石圈計劃（ILP）”等。學(xué)科交叉、綜合性強 地球系統(tǒng)內(nèi)各種地學(xué)過程，既有物理運動，又理論和實踐的密切結(jié)合地球科學(xué)是一門實踐性很強的科學(xué)。地學(xué)工作者通過各種實踐獲得相關(guān)的科學(xué)數(shù)據(jù)。長期以來地學(xué)工作者通過科學(xué)實踐，逐漸形成了許多假說和學(xué)說。假說和學(xué)說對推動地球科學(xué)的發(fā)展起著重要作用，它們?yōu)樘剿鞯厍蚩茖W(xué)的客觀規(guī)律指出了方向，對實踐起著一定的指導(dǎo)作用；同時在實踐中不斷得到檢驗、補充和修正，日趨完善。有些假說和學(xué)說在實踐中被揚棄或否定。理論和實踐的密切結(jié)合地球科學(xué)是一門實踐性很強的科學(xué)。地學(xué)工作理論和實踐

11、的密切結(jié)合理論和實踐的密切結(jié)合理論和實踐的密切結(jié)合理論和實踐的密切結(jié)合理論和實踐的密切結(jié)合理論和實踐的密切結(jié)合理論和實踐的密切結(jié)合理論和實踐的密切結(jié)合斷層相關(guān)褶皺理論的應(yīng)用促使中國天然氣勘探重大突破斷層相關(guān)褶皺理論的應(yīng)用促使中國天然氣勘探重大突破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斷層相關(guān)褶皺理論的應(yīng)用促使中國天然氣勘探重大突破克拉2井NElevation0-5-10N2k+Q1xN1kEKJN斷層相關(guān)褶皺理論的應(yīng)用促使中國天然氣勘探重大突破靖邊西安合肥上海北京輪南鄯善哈密武威柳園庫爾勒甘塘臨汾鄭州淮南南京蘭州斷層相關(guān)褶皺理論的應(yīng)用促使中國天然氣勘探重大突破靖邊西安合肥2010年4月4日，柯東1井獲得重大突破，是繼33年之后取得的又一重大突破。柯東1井井架及放噴景象斷層相關(guān)褶皺理論的應(yīng)用促使中國天然氣勘探重大突破2010年4月4日，柯東1井獲得重大突破，是繼33年之后取得THANK YOUSUCCESS2022/10/1139可編輯THA

13、NK YOUSUCCESS2022/10/10 19世紀英國地質(zhì)學(xué)家萊伊爾提出了“現(xiàn)在是了解過去的鑰匙”的“將今論古”的現(xiàn)實主義原則。例如現(xiàn)代珊瑚只生活在淺海環(huán)境中，我們?nèi)绻趲r石中發(fā)現(xiàn)珊瑚化石則可推斷該巖石是在古代淺海中形成的。歷史的科學(xué) 19世紀英國地質(zhì)學(xué)家萊伊爾提出了“現(xiàn)在是了解過去新的邊緣學(xué)科： 地球系統(tǒng)科學(xué)和地球信息科學(xué)新的邊緣學(xué)科：系統(tǒng)地球科學(xué)研究熱煙囪與深海生物研究系統(tǒng)地球科學(xué)研究熱煙囪與深海生物研究系統(tǒng)地球科學(xué)研究熱煙囪與深海生物研究系統(tǒng)地球科學(xué)研究熱煙囪與深海生物研究熱液排放口（Hydrothermal Vents）熱液排放口（Hydrothermal Vents）系統(tǒng)地球科

14、學(xué)研究熱煙囪與深海生物研究系統(tǒng)地球科學(xué)研究熱煙囪與深海生物研究系統(tǒng)地球科學(xué)研究熱煙囪與深海生物研究系統(tǒng)地球科學(xué)研究熱煙囪與深海生物研究地球系統(tǒng)科學(xué)強調(diào)地球的整體概念，將大氣、水圈、生物圈、巖石圈、地幔和地核看成是具有有機聯(lián)系的“地球系統(tǒng)”。地球系統(tǒng)科學(xué)將以全球性、統(tǒng)一性的整體觀、系統(tǒng)觀和多時空尺度，研究地球的整體行為。 地球系統(tǒng)科學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)強調(diào)地球的整體概念，將大氣、水圈、生物圈、巖石圈地球系統(tǒng)科學(xué)的概念有狹義和廣義兩種理解。狹義概念：地球系統(tǒng)科學(xué)是為了解釋地球動力、地球演變和全球變化，對組成地球系統(tǒng)各組成部分、各圈層相互作用機制進行綜合研究的一門科學(xué)。地球系統(tǒng)則是由地核、地幔、巖石圈、大

15、氣圈、水圈和生物圈相互作用而組成的統(tǒng)一體。廣義概念：地球系統(tǒng)科學(xué)跨越一系列自然科學(xué)與社會科學(xué)。地球系統(tǒng)科學(xué)把地球看成一個由相互作用的地核、地幔、巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈和行星系統(tǒng)等組成部分構(gòu)成的統(tǒng)一系統(tǒng)。地球系統(tǒng)科學(xué)是一門重點研究地球各組成部分之間相互作用的科學(xué)，解釋地球動力學(xué)、地球演化和全球變化，目標是了解地球系統(tǒng)的過去、現(xiàn)今及未來的行為。地球系統(tǒng)科學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)的概念有狹義和廣義兩種理解。地球系統(tǒng)科學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)的特征思維方式高度綜合的整體研究。如溫室效應(yīng)的研究研究對象從局部向整體拓展。如印藏碰撞研究。研究內(nèi)容以問題為導(dǎo)向的跨學(xué)科研究。如可持續(xù)發(fā)展研究。研究形式多學(xué)科和多圈層相互作用的

16、綜合研究。組織形式國際性的合作。 方法手段空間技術(shù)的高度應(yīng)用。地球系統(tǒng)科學(xué)的特征思維方式高度綜合的整體研究。如溫室效應(yīng)的地球系統(tǒng)科學(xué)的特征地球系統(tǒng)科學(xué)的特征地球系統(tǒng)科學(xué)的特征地球系統(tǒng)科學(xué)的特征地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息哲學(xué)地球信息機理地球信息技術(shù)地球信息工程地球信息科學(xué)思想基礎(chǔ)理論技術(shù)工程地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息哲學(xué)地球信息機理地球信息技術(shù)地地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息哲學(xué)：包含地球信息認識論和地球信息方法論。地球信息認識論涉及許多哲學(xué)命題，如地球信息的本質(zhì)與結(jié)構(gòu)、地球信息與反映的關(guān)系、地球信息的客觀性和主觀性及其與信源和信宿的關(guān)系、地球信息流與認識過程的關(guān)系、人工智能與人類智能的關(guān)系等

17、。地球信息方法是把事物看做是一個信息流動的系統(tǒng)，通過對信息流程的分析和處理，達到對事物復(fù)雜運動規(guī)律認識的一種科學(xué)方法。地球信息機理：主要研究地球圈層間信息傳輸過程與物理機制，它是地球信息科學(xué)的重要理論支撐。地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息哲學(xué)：包含地球信息認識論和地球地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息技術(shù)：主要包括地球數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、地球信息模擬分析技術(shù)與地球信息傳輸技術(shù)。 地球數(shù)據(jù)獲取技術(shù)：用于從外部世界獲得記錄地球性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的地球數(shù)據(jù)。它主要包括遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)和地面觀測和探測技術(shù)等。地球信息模擬分析技術(shù)：用以將地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地球信息，包括地球空間信息的加工、再生以及獲得有關(guān)某一地球空

18、間問題解決的目的、計劃和策略信息，可分為地理信息系統(tǒng)、空間輔助決策支持系統(tǒng)。 地球信息傳輸技術(shù)：主要用于空間數(shù)據(jù)的傳遞和信息的傳播。 地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息技術(shù)：主要包括地球數(shù)據(jù)獲取技術(shù)地球信息科學(xué)研究內(nèi)容遙感技術(shù)： 所謂遙感，是指人們在航空器（如飛機、高空氣球）或航天器（如人造衛(wèi)星）上利用一定的技術(shù)裝備，對地表進行遠距離的感知。接受地面物體反射的電磁波信息傳感器以圖像膠片或數(shù)據(jù)磁帶記錄信息把信息傳送到地面接收站地球信息科學(xué)研究內(nèi)容遙感技術(shù)： 所謂遙感，是地球信息科學(xué)研究內(nèi)容遙感技術(shù)：遙感衛(wèi)星 氣象衛(wèi)星系列： NOAA （美）、流星氣象衛(wèi)星（前蘇聯(lián)）、地球同步天氣衛(wèi)星（美）、風(fēng)云衛(wèi)星（中

19、國）等 。陸地衛(wèi)星系列： Landsat 1, 2，3，4，5，6，7 5（美）、 SPOT 1, 2，3，4，5（法）、 USSRsat（俄）等。 海洋衛(wèi)星系列： Seasat（美）、航天飛機成像雷達SIRA，B，C/X、ERS 1，2 系列（歐共體，法）等。地球信息科學(xué)研究內(nèi)容遙感技術(shù)：遙氣象衛(wèi)星系列： NOAA 美國陸地衛(wèi)星：美國陸地衛(wèi)星五號 (LANDSAT-5)攜帶了主題成像傳感器（TM） 軌道高度：705公里 重復(fù)周期:16天 24小時繞地球:15圈6個多光譜波段30米；1個熱紅外波段120米；美國陸地衛(wèi)星七號 (LANDSAT-7)1999年4月15日由美國航空航天局發(fā)射攜帶了增

20、強型主題成像傳感器（ETM+）1個全色波段15米；6個多光譜波段30米；1個熱紅外波段60米；單景成像幅寬：寬度185公里高度170公里價格：5000元/景地球信息科學(xué)研究內(nèi)容美國陸地衛(wèi)星：地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息科學(xué)研究內(nèi)容天安門廣場與金水橋 地球信息科學(xué)研究內(nèi)容天安門廣場與金水橋 地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息科學(xué)研究內(nèi)容GPS技術(shù)：全球定位系統(tǒng)（GPS）主要由三大部分組成，即空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分?？臻g部分： 24顆衛(wèi)星提供星歷和時間信息，發(fā)射偽距和載波信號，提供輔助信息。用戶部分： 接收并觀測衛(wèi)星信號，記錄和處理數(shù)據(jù)，提供導(dǎo)航定位信息。地面控制部

21、分： 中心控制系統(tǒng)，實現(xiàn)時間同步， 跟蹤衛(wèi)星進行定軌。地球信息科學(xué)研究內(nèi)容GPS技術(shù)：空間部分：用戶部分：地面控地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息科學(xué)研究內(nèi)容地球信息工程是用于地球科學(xué)研究以及經(jīng)濟和社會發(fā)展的地球信息基礎(chǔ)設(shè)施。 地球觀測系統(tǒng)是為了獲取地球數(shù)據(jù)而建立的地球信息工程，它包括遙感觀測網(wǎng)絡(luò)和地面觀測網(wǎng)絡(luò)。全球定位系統(tǒng)是為了地球空間定位而建立的地球信息工程。數(shù)據(jù)中心是為了數(shù)據(jù)儲存、管理和處理而建立的大型數(shù)據(jù)庫工程，如世界數(shù)據(jù)中心（world data center，WDC）。國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（National information infrastructure，NII）是為了信息傳輸而設(shè)計建設(shè)的高速、大容量計算機通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它又被稱為信息高速公路。數(shù)字地球是目前最大規(guī)模的地球信息工程。數(shù)字地球是一種可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)的多分辨率和三維的地球的表示，是對真實地球及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一的