地球大數據的爆炸式增長推動著地球系統科學向數據密集型范式（Data-intensive paradigm）轉變，并為破譯和解析復雜的地球系統奠定了基礎。如何從海量、多源、異構、泛在的地球大數據中汲取所需的信息和知識，實現數據-信息-知識-決策鏈條的貫通，亟需更加行之有效的解決方案。
近日，中國科學院青藏高原研究所研究員李新、馮敏與專項首席、可持續發展大數據國際研究中心郭華東，聯合西北生態環境資源研究院研究員冉有華、博士蘇陽、副研究員劉豐、研究員黃春林，武漢大學教授沈煥鋒，空天信息創新研究院研究員肖青，以及三極觀測與大數據研究團隊博士蘇建賓和原世偉，在《自然綜述：地球與環境》（Nature Reviews Earth & Environment）上，以Big Data in Earth System Science and Progress Towards a Digital Twin為題，系統地總結了大數據在地球系統科學領域的進展和挑戰。該論文分析了遙感、原位觀測和實驗分析、社會感知、模擬和再分析四類地球大數據的特征，提出了能夠將自然-社會大數據納入地球系統模型的大數據同化方法框架，探討了通過深度學習、物理知會的機器學習、因果推斷、深度強化學習解決地球系統科學中高維數、復雜性和非線性難題的關鍵。以上大數據分析方法彌補了傳統方法在可預測性、可遷移性、可解釋性和決策支持方面的不足，為推動智能化數字孿生地球（Digital Twin of Earth）建設提供了先進的解決方案（圖1）。
論文提出，大數據同化（Big Data Assimilation）是融合地球大數據和地球系統模型的重要方法。大數據同化可以利用先進計算資源，實現機器學習與數據同化方法的共生集成，完成超高分辨率地球系統模型和多源地球觀測（如遙感、臺站、社會感知等）的相互融合，實現地球系統在洲際乃至全球時空尺度和物理意義上的一致表達，進而為數字孿生地球提供物理驅動層（圖2）。
同時，文章從數據密集型地球系統科學的角度，分析了四種前沿大數據分析方法——深度學習、物理知會的機器學習、因果推理和深度強化學習的具體應用場景和方案；文章提出：科學大數據分析方法將助力數據驅動新地學的發展，其中，深度學習在解決地球系統高維度、復雜的非線性問題中表現出潛力；深度學習與物理知會的機器學習和因果推理相結合，可以增強在地球系統科學研究中的可遷移性、可解釋性和可預測性；深度學習與強化學習和多智能體建模相結合，則能夠為解決復雜的決策問題提供有效方法（圖3）。
論文提出，數字孿生地球的建設需要全面的包容性，需要深時、深地、深空的全面數據支撐。隨著地球步入“人類世”時代，數字孿生地球的實現需要自然系統“硬”數據與社會系統“軟”數據的無縫集成，從而捕捉自然系統和社會系統的復雜交互，而科學、開放、共享的大數據科學環境和基礎設施建設則正是數字孿生地球的關鍵保障。實現數字孿生地球將是一個漫長而艱難的旅程，更加廣泛的跨學科合作和更加開放的科學環境將有助于克服這些挑戰，推動實現面向地球系統科學的人工智能工具（AI for Earth System Science）（圖4）
研究工作得到中國科學院戰略性先導科技專項“地球大數據科學工程”項目和國家自然科學基金的支持。
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自然災害頻發、極端天氣接連出現、全球氣候變暖……即便是普通人也會關注未來地球究竟會如何演化，我們該如何應對地球系統的變化。而對科學家來說，想要回答這些問題，需要“探索宇宙，理解地球，用好地球”。地球科......
央視記者當地時間2月15日獲悉，美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室近地天體研究中心（CNEOS）表示，一顆名為“2024YR4”的小行星在2032年撞擊地球的概率為2%。目前關于“2024Y......
據《科學》報道，在近日舉行的美國地球物理學會會議上，美國國家航空航天局（NASA）戈達德空間研究所的科學家報告稱，過去20年，全球反射太陽光的云層覆蓋面積縮小到了一定程度，使得更多光線進入地球，并加劇......
根據《關于組織2024年云南省大數據產業發展試點示范項目申報工作的通知》（設施〔2024〕210號），在企業申報和州市推薦基礎上，經部門審核、專家評審等工作程序，現將我省2024年大數據產業發展試點示......
地球區別于太陽系其他巖石行星的一個重要特征是表面的海陸二分。海陸格局控制著地表的物質循環，是形成動態、多樣的地表環境的關鍵因素，對支撐復雜生命系統至關重要。地球之所以有海陸二分是因為其地表高程變化足夠......
澳大利亞莫納什大學團隊開展的一項新研究顯示，約4.66億年前，當地球與一顆小行星擦肩而過時，地球的引力撕碎了小行星，產生的碎片可能在地球赤道之上形成了一個類似土星環的光環。這個環或許存在了數千萬年，并......
“利用每個人的基因組學圖譜和表型組學測量來生成一個獨特的‘可操作的可能性’列表。在大多數情況下，這些積極主動的行為，經過臨床研究驗證，將優化健康，或防止/阻止軀體和大腦從健康向疾病的演變。當疾病演化發......
北京時間2024年9月5日0時39分，一顆直徑約1.2米的小行星以20千米/秒左右的速度闖入地球大氣層，在菲律賓東北側約25公里高度處解體爆炸。我國監測網首次對預警小行星開展接力追蹤觀測，標志我國小行......
8月30日，2024中國國際大數據產業博覽會（以下簡稱“數博會”）在貴陽圓滿落幕。從電力人工智能（AI）機器人到高空發電，再到月球大模型，每一年的數博會都有黑科技、新成果驚艷世界，今年也不例外。本屆數......