第202次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

Climate modelling and projections without irrelevant weather details: the Half order Energy Balance Equation
Shaun Lovejoy 教授 McGill University

Multifractal theory provides an effective tool foranalyzing geoscientific data, while Earth complexity science focuses on the nonlinear,dynamic, and complex phenomenawithin the Earthsystem,using approaches suchasmultifractal analysisto understand and explain these phenomena. Cross-disciplinary research between these two fields helps us beter grasp the Earth's complexity and dynamism. Earth complexity science is devoted to studying the complex behaviors and interactions of the Earth system—including the atmosphere, oceans, crust,and ecosystems.This involves building models to simulate and interpret the behavior of these interacting subsystems. The field also explores how multiple data sources and models can be used to predict natural hazards—such as earthquakes,hurricanes,floods,and volcanic eruptions——in order to improve disaster management and risk reduction.
深时数字地球与地球系统协调演化
成秋明中国科学院院士中国地质大学（北京）

地球系统由岩石圈、水圈、大气圈和生物圈等相互关联的子系统组成，其长期演化受多重相互作用和反馈机制驱动。理解这些过程对于揭示地球环境、物质循环、气候及生物演化历史至关重要。地球系统科学（ESS）自20世纪末发展以来，强调整体和多尺度视角，为跨学科研究提供理论基础。深时数字地球(DDE）大科学计划旨在构建综合数字框架研究地球深时演化。DDE整合数十亿年地球演化数据，利用人工智能、知识图谱及大模型等方法，定量分析构造活动、岩浆作用、气候波动及大规模生物灭绝与复苏事件的因果关系与反馈机制。通过动力学和复杂网络分析，DDE揭示深时数据的非线性演化规律，探索临界转折点和阀值行为，为理解极端地质事件的触发机制提供定量工具。
计算地球系统动力学的思考
李忠海教授中国科学院大学

地球系统包含内部系统和表层系统，前者在较大的时空尺度内控制着地球的一级演化模式，后者在相对较小的时空尺度内控制着地表环境和生物宜居性。本报告分别回顾了近年来地球内部和外部系统动力学模拟的重要进展，但由于二者的演化存在巨大的时空尺度差异性，导致内-外系统的耦合建模和综合研究一直短缺。计算地球系统动力学是开展地球系统跨圈层模拟，量化内部与外部系统相互作用的重要手段，其关键点在于内部和表层系统的联动机制，地球内部和表层系统的耦合可以通过一些关键纽带来实现，本报告重点针对如下三个纽带及其作用进行分析：（1）以地球内部动力学过程控制的海陆分布格局为纽带的一级内-外联动机制；（2）以地形地貌演化和地表过程为纽带的物理联动机制；（3）以挥发分循环为纽带的物质交换联动机制。本报告系统阐明了上述三个关键纽带在地球内部和表层系统联动中的重要作用及机制，指出了解决跨圈层联动的关键点在于突破内-外系统的时空尺度差异性，并进一步提出了针对不同的联动纽带采用弱耦合或强耦合的方式进行跨圈层地球系统建模的思路，为地球内部和表层系统之间的圈层耦合动力学研究提供了启示。
超大陆循环与地幔柱活动性
冷伟教授中国科学技术大学

地球表面的板块构造运动存在明显的周期活动性，即超大陆的周期性裂解和拼合过程。这一过程对地球内部的对流状态、地幔柱活动性以及地表的主要火山活动具有重要的影响。我们构建了三维全球地幔对流模型，将20亿年以来的超大陆循环过程作为地表速度约束条件，研究其对地球内部大尺度波速异常体(LLVP）的演化和地幔柱活动性的影响。结果显示，LLVP的形态和位置分布与超大陆循环过程密切相关，LLVP的边缘始终是地幔柱容易起源的区域。地幔柱和地表火山活动的强度受超大陆循环过程的控制，也展现出明显的周期性分布特征。我们的模型结果为通过观测得到的大火成岩省及碎屑锆石的地质活动周期性特征提供了动力学解释。
航天遥感大模型及相关应用
史振威教授北京航空航天大学

航天遥感大模型是当今航天遥感技术与人工智能基础前沿的深度融合，是国家重大需求引领下的未来科技战略制胜的必争高地。在本次报告中，将对课题组近期在航天遥感大模型方向所开展的研究进行介绍，具体包括遥感感知大模型、遥感生成大模型、遥感多模态大模型等。

第202次：地球系统过程的数理建模