人地系统是地理科学、地球系统科学、可持续性科学三者各自的概念体系的一个交集，自然复杂性和社会复杂性的交织融合使其过程解析、模型模拟和优化调控都成为了科学难题。因此，必须加强人地系统集成研究并探索其动力学（模型）和调控机制（政策和决策），这不仅需要准确定义人地系统的性质，更需要发展可操作的方法论。人地系统研究显然是一个复杂性问题，其中最复杂的问题可以用棘手问题（Wicked problem）来喻指。1973年，Horst Rittel和Melvin Webber发表开创性论文——《Dilemmas in a general theory of planning》，提出棘手问题这一概念。其特点是：模糊的问题定义、没有停止规则、不存在最佳答案、每个问题都具有唯一性因而不普适。之后，这个概念在气候变化、可持续科学、生态系统管理、环境政策研究中得到阐发，成为诠释人-地复杂相互作用的一个重要视角。正如所有复杂问题，棘手问题的解决需要系统方法。西方学者在方法论上提出硬/软系统科学方法论(Hard/Soft systems methodology)；中国学者中，钱学森先生于1990年代初提出使用定性到定量的综合集成法(Meta-synthesis)应对开放的复杂巨系统问题，两者可以说是异曲同工。我们沿用钱学森先生对于综合集成的定义——“综合的综合”，从地理科学的视角，进一步发展了人地系统棘手问题的综合集成方法。我们认为，人地系统棘手问题中，有5类定性或定量的信息来源：模型模拟、观测数据、公众意见、专家意见、研究结果，对它们的综合集成，可以转换为一个定性-定量信息融合问题。我们提出：首先，在信息层，用数据同化（Data assimilation）实现多模型-多源观测数据的融合；在自然语言处理技术的支撑下实现专家意见（主要来自于研讨会议）和公众意见（主要来自于社交网络）的意见综合（Opinion synthesis）；通过元分析（Meta-analysis）从科学论文中荟萃已有研究结果，以上方法均能在贝叶斯框架下估计出信息融合后的后验不确定性。进而，在决策层，通过以下两种方案实现以上5类跨自然-社会系统的定性-定量信息的综合集成：（1）在D-S证据理论框架下将融合后的信息转换为证据，以不确定性为广义权重，通过多源证据融合实现上述定性-定量信息的综合集成；（2）在多智能体深度强化学习的框架下，将融合后的信息分别映射为环境状态和智能体的属性与规则，通过环境-智能体之间状态-奖励-行动的循环反馈实现上述定性-定量信息的综合集成，从而解决人地系统棘手问题的建模与决策难题。把人地系统棘手问题转换为一个定性-定量信息综合集成问题，是将其解决方案数学化的一个尝试，从而向发展人地系统研究普适方法论迈开了一步。

海洋作为地球系统的一部分，其氧化还原化学的演化与其相伴的陆地、大气和生命等的演化密切相关。结合报告人前期工作基础和最新研究进展，本报告首先从关键矿产、关键沉积记录、关键生命元素循环和生命演化等角度概要探讨了为什么要研究古海洋氧化还原条件及其空间结构。报告指出早期地球海洋的氧化还原条件及其空间结构(>510 Ma)对于我们理解地球宜居性演化具有重要意义。进一步，报告综述了过去近半个世纪以来人们对于早期地球海洋氧化还原条件和空间结构认识的转变，主要体现了早期均一化深部海洋氧化还原静态模型向现代差异性深部海洋氧化还原动态模型的转变。这一转变支持深部海洋主体缺氧/无氧和陆架区氧化还原强烈分层是早期地球海洋化学的典型特征。在此基础上，报告进一步探讨了早期地球海洋深部主体缺氧、氧化还原化学分层、陆架区中等水深硫化和海洋氧化等的可能机制。深部海洋主体缺氧/无氧很可能与早期地球极低的大气氧含量有关，但海洋的氧化还原分层很可能与当时海洋特别是陆架区较低的水体垂直交换速率有关，而后者的驱动机制还很不清楚。陆架“硫化楔”的形成很可能是远洋逐渐减少的生产力和硫酸盐供给以及增加的深海Fe(II)供给共同作用的结果。地质关键期陆地风化的快速增加会导致陆架区具有更多的氧化剂(主体硫酸盐)和营养盐(促进光合溶解氧的产生)，从而导致陆架出现动态氧化。然而，进一步分析表明：晚新元古代地球系统演化耦合，出现量变到质变的转变很可能是早期地球深部海洋开始出现氧化的深层原因。早期地球深部海洋主体缺氧/无氧和陆架氧化还原高度分层在早期动物-真核生物演化、关键生命元素生物地球化学循环、沉积记录和矿产资源(包括能源)形成以及早期地球大规模白云石矿物的形成等方面可能均具有重要的控制效应。最后报告指出新技术、新思路及地球系统观是解决未来早期地球海洋化学演化重建问题的关键。

地球磁层是众多人造卫星(如通讯卫星、导航卫星)的运行区域，同时也是人类航天器进入外太空开展深空探测的必经之路，因此地球磁层和人类的生活密切相关，是人类向外拓展生存空间的重要区域。通常情况下，地球磁层是平静的，它阻挡了来自太阳和星际空间的大部分能量，从而把地球上的人类和其他生物很好的保护起来，使地球成为一个宜居的星球。然而，在极端条件下，地球磁层变得非常活跃且充满能量，这些能量会损坏人造卫星、威胁航天员、破坏地表的输油管道和高压输电线路，从而给人类的航天活动和国民经济带来严重损失。因此，研究这些能量如何注入地球磁层、如何在地球磁层中传输、以及最终如何在磁层中进行耗散是非常核心和关键的问题、是空间物理学的前沿课题，具有重要的科学意义和很高的应用价值。围绕这三个关键核心问题，本报告将回顾国内外相关的研究历史、介绍国内外近五年的研究进展、展望国内外今后的研究趋势和相关的卫星计划。报告的具体内容将涉及(但不限于)：磁层顶重联、开尔文亥姆霍兹涡旋、磁尾重联、爆发性整体流、偶极化锋面、辐射带、环电流、波粒相互作用等。本报告将把地球磁层中的能量注入、能量传输、能量耗散有机地串联起来，呈现一个清晰的、物理的、完整的磁层能量链条，并揭开与磁层能量链条相关的空间天气现象的神秘面纱。