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环球科学

这些世界上最先进的城市夜晚彩色图像，我估计绝大多数人是第一次看 | 郭华东院士

环郭华东约 11 分钟
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科学大数据带来了新的方法论的创新，
大数据正在催生人们用全新的模式
来实现科学发现。

以下视频来源于

格致论道讲坛

郭华东 · 中国科学院院士
格致论道第84期 | 2022年8月20日 北京
尊敬的各位嘉宾，非常高兴有这么一个机会来到格致论道讲坛。我报告的题目是《地球大数据：可持续发展驱动器》。

变革整个世界未来的挑战

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在2015年的时候，193个国家的元首相聚在联合国的总部纽约。在庆祝联合国70周年庆典的时刻，这193个国家的首脑一致通过了一个非常具有历史意义的文件，这个文件的全称就是《变革我们的世界：2030年可持续发展议程》。
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《可持续发展议程》的核心，就是让成员国和利益攸关方一起努力，用可持续的方式生产和消费，让人类走上可持续发展的道路，也就是人和自然和谐发展的道路。
围绕着可持续发展议程，形成了17个目标、169个子目标和230多个指标，构成了一个体系。这个前景是非常美好的。
但是，从2015年到2030年，这15年的时间里人类能不能实现这个美好的愿望呢？结论是，至少从科技界的一些认识来看，是非常艰难的。为什么呢？因为我们面临着巨大的挑战。
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▲ SDGs目标监测面临巨大挑战


挑战很多，但是首当其冲的是数据的支撑。大家可以看这个表，如果我们把17个目标、169个子目标分为三类的话，有一类是现在有方法、也有数据去研究的，这一类占了56%。还有一部分是有方法、但是没有数据，这一类的占了42%。还有一类既没有数据、也没有方法。
这三个简单的数字出来之后，其实就可以认识到，大概有一半的指标都没有数据去支撑。大家都知道，做科研或者做一些其他的工作，没有数据，工作是做不下去的，所以这就是最巨大的挑战。从事实上来讲，专家们和决策者们早就意识到了这样一个挑战。
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▲ 用科学技术支持SDGs的四个平台

在通过《2030年可持续发展议程》的同时，联合国在另外一个地方，就是非洲的埃塞俄比亚的首都亚的斯亚贝巴通过了另外一个文件，全称叫做《Science Technology Innovation（科学、技术、创新）驱动我们的SDG发展》，简称技术驱动机制。技术驱动机制其实是由四个平台组成的：有48个联合国的机构，包括UNESCO教科文组织、UNEP环境署、FAO粮农组织等等，共同组成一个跨学科小组，这是一个平台。它们从2015年就开始做研究。
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还有一个平台是服务于这个小组的，是一个10人专家组，我很荣幸地在里边服务了三年。
还有一个平台叫STI。在每年的5月初，STI会在联合国总部召开一个科技创新大会。还有另一个在线平台，是两年前开通的。
这样的四个平台，要通过科学技术创新手段来促进可持续发展目标的实现。大家就知道科技创新是多么的重要。我们信息技术、空间技术、材料技术等等，有很多前沿的理论技术需要去做。摆在我们面前的科技创新是重要手段之一。
地球大数据科学是什么？

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不要忘了刚才我讲的挑战，数据的挑战是首当其冲的。数据在哪儿？我们怎么用数据来促进它的发展？

我们团队一直在研究科学大数据。大数据的浪潮一浪高过一浪，当大数据的浪潮在北方、南方，在全球兴起的时候，我们国家有阿里巴巴、有百度、有腾讯，企业界很活跃。但是我们科技界至少在七八年前还是很沉闷的。
科学家怎么用大数据来做科研？当时发改委作为组长单位，工信部作为副组长单位要起草一个关于中国大数据的文件，这个文件又准备以部发文的形式来发布。到了2015年，国务院出台了一个大的计划，形成了咱们国家的大数据战略。从此，大数据成为中国的战略。
我们当时参加了中间的一些工作。这个工作是什么呢？叫科学大数据。所以你们翻开那个文件，中间对科学大数据建中心、做研究有一个专门的描述。
科学大数据带来了新的方法论的创新，大数据正在催生人们用全新的模式来实现科学发现。数理化天地生等等都是科学，依然在大数据下面。科学大数据虽然是科学分支，但依然是很宽泛的。
我们用对地观测手段观测地球，事实上地球科学本身有很多大数据，所以我们起了个名字叫“地球大数据”。地球大数据就是利用对地观测为主的数据，但是不唯数据。地理、地质、地球化学、地球物理、大气、海洋、陆地……不管是实验室分析的还是天上获取的，我们通过不同的渠道后得到这些与地球相关的数据，统称地球大数据。
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地球大数据是很有用的一个定义，是认识地球的新钥匙、知识发现的新引擎、决策支持的新手段，因为它具有海量、多元、多时相和高度集成的特点。这也是大数据通用的一些特点，所以大数据很了不起。
进一步，我们创刊了一个期刊，就叫做《地球大数据》，想把大数据向一个学科的方向去发展，我们把它叫做地球大数据科学。
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▲ 地球大数据科学

你看左边，是地球本身的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈、冰冻圈等，右边是经济、环境、文化、发展等。我们想把人与自然相关的这些事情凝聚在一起，形成一个地球大数据，形成科学的一个方向。
联合国可持续发展目标设定了2030年，这很美好。但是我们面临挑战，必须用科技创新手段，特别是大数据手段来支撑它的发展。那么要支撑它的发展，数据何在？方法何在？技术何在？
中国科学院在2018年非常及时地设立了一个战略先导专项，就叫做地球大数据科学工程A类战略先导专项。
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▲ 中科院A类科技先导专项：地球大数据科学工程
这个地球大数据科学工程，大家可以看到第一行我们是获取了不同数据，将航空、航天、地面实验室统计的这些数据汇集起来，成为一个大数据云服务平台。这个专项其实是面向全球开展研究的，比如说“一带一路”倡议要做数字的“一带一路”，要做全景的美丽中国，要把北极、南极和青藏高原结合起来，做整个的时空三极环境，还要做海洋，还要做我们的生物多样性等等。
然后进一步利用中国科学院不同的研究所，在国家和科学院形成的这些数据的基础之上，汇聚成一个大的地球大数据平台系统。这个平台是一个巨系统，将来它的目标是向四个方向延伸：第一个科学院做科学发现，第二个我们还要为发展中国家提供决策支持，第三个要做技术创新，第四个要做知识传播。这四个重要的方向已经做了将近5年了，现在形成了强大的能力。
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▲ 地球大数据云服务基础设施具备强大的SDGs信息计算分析能力
你们可以看看，计算能力、存储能力、分析能力目前都很强。可以从上面获取一些数据，将数据、计算、服务一体化。将这个工具箱送给需要的学生、专家、决策者，可以非常方便地提供给大家使用。
发展到今天，这个专项已经有卫星、地理、海洋、生物、生态等各方面的数据，有14PB的数据汇聚起来了。这14PB的数据还仅仅是目前的情况，将来将每年以3PB的数量来增长。这些数据不仅提供给国内共享，而且也会根据需要提供全球共享。在目前国际上很多国家封锁相关数据的情况之下，这体现了我们国家的一种胸怀。
地球大数据支撑可持续发展

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接下来，就要讲到地球大数据如何支撑可持续发展。
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▲ 《地球大数据支撑可持续发展目标报告》（2019，2020，2021）
过去4年来，我们利用大数据撰写地球大数据支撑可持续发展目标报告，已经连续发表了三年了。今天是2022年8月20号，一个月之后又将发布第四个报告。
这些报告是很有用的。2019年的报告是王毅国务委员作为中国代表团团长出席74届联大的时候发布的一个报告，这个报告也成为中国政府出席联大的四个正式文件之一，出席联合国可持续发展峰会的两个正式文件之一，在国内外形成了比较大的影响。
之所以形成影响，是因为它是在不同空间尺度上、在不同领域上用地球大数据对不同的可持续发展目标进行监测和评估的一些案例。
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▲ 2015-2018年全球土地退化基准与动态空间分布
比如这个案例，土地退化是一个全球性的现象。联合国的可持续发展目标中提到，2030年全球的土地退化要零增长。那么现在进行到什么程度了呢？我们通过这个观测发现，截止到两年前为止，中国实现了18.6%，在这方面贡献是全球第一的。也就是说，距离完成目标还有十多年的时间的时候，中国就提前完成了这个指标。中国不仅要提前完成自己的指标，同时科技创新还要帮助一些发展中国家。
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第二个是对于全国的一个评估。比如说这是对2010-2020年这十年的评估，评估了20个指标，结论就发现有4个指标已经接近完成和已经完成了。距离2030年还有10年的时候，中国就有了非常令人骄傲的成就。
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▲ 海南可持续发展目标(SDGs)综合评估
刚才我第一个是讲的可持续发展目标SDG15，第二个是讲了20个指标，这里是对海南省的评估。海南省对SDG15的指标和SDG11的指标完成的也是很好的，当然也有些指标还有很大的挑战。在令人骄傲的同时，也是给地方政府提出新的要求，必须在这方面要加强工作。
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▲ 169个亚洲象分布区栖息地丧失情况
还有一些案例，比如说SDG15是讲生物多样性。我们在做亚洲象的栖息地的变化，用地球大数据进行监测之后，发现了一些不太理想的现象。这一现象是，随着森林的砍伐，随着人类过度的活动，亚洲象的居住环境越来越困难了，这一点必须引起人类的高度警觉。
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这些工作得到了国内外的很大的反响，比如刚才说到王毅国委在联合国宣传咱们的工作。在国际上，我刚才讲到的48个国际组织中，其实有6个跟咱们建立了非常密切的关系。我们一起来写东西，一起来发报告，共同在全球范围内推进可持续发展目标的实现。
可持续发展大数据国际研究中心

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下面给大家介绍一下可持续发展大数据国际研究中心。首先请大家看一个短片。
这个大数据研究中心在2021年的9月6号正式成立了。

▲ 联合国秘书长古特雷斯视频致辞

联合国的秘书长古特雷斯发表了热情洋溢的1分钟致词。庆祝中心成立的同时，他也希望这个中心和全球的中心一道共同为全球的大数据平台做出应该做的贡献。
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▲ 上左：联合国副秘书长刘振民
上右：联合国副秘书长兼环境规划署执行主任英格•安德森
下：联合国副秘书长兼防治荒漠化公约执行秘书易卜拉欣•赛奥
与此同时，联合国的三位主管的副秘书长也都发来了热情洋溢的致词，在表示要和中心密切合作的同时，也分别希望在他们主管的领域能够和中心开展共同的研究工作。
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▲ 上：科学研究、技术创新
下：高端智库、能力建设
任务在肩，可持续发展大数据国际研究中心未来做什么？我们英文简称叫CBAS，CBAS的目标，就是在将来要建成一个公共科技平台和研究机构，建成一个科学研究中心，建成一个高技术中心，建成一个高端智库，也建成一个培训中心。这是它的任务。
同时我们也有五大使命，这五大使命分别是研发建设SDG大数据平台、研制和运行SDG科学卫星、开展可持续发展指标、监测和科学评估研究，然后是做智库和培训等。
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▲ 全球首颗可持续发展卫星（SDGSAT-1）
其中有一个就是关于科学卫星。这颗卫星发射不久，是2021年11月5号上天的。这是一颗什么样的卫星呢？这里还有一个短片，大家简单看一下这颗精细刻画人类活动的卫星。
我们中国有气象卫星、海洋卫星、资源卫星、环境卫星等，都是监测一些自然目标的。这颗卫星明确地提出来，以精细刻画人类活动的痕迹为主要科学目标。
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卫星上天之后，大家可以看到这分别是夜晚北京的图像。
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这是夜晚巴黎的图像。
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▲ 迪拜SDGSAT-1夜间彩色微光影像
这是夜晚迪拜的图像。
这样的夜晚彩色图像，我估计在座的绝大多数是第一次看。我可以跟大家说，目前这样的图像是世界上最先进的图像。
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除了可以看到晚上的图像，我们也可以看到白天的图像。在我们的黄河入海口，你可以看到大海、沉浮的泥沙、陆地的三角洲，还可以看到陆地在增长的情况。
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中心同时还承办了金砖国家的大数据论坛，现在这个任务已经胜利完成了。这个中心也已经成为服务国家元首外交的一支重要的科技力量。
这个中心最近又承担了一项重要任务。2022年6月24日，18个国家元首一起参加了全球发展高层对话会，推进全球发展倡议。在这个对话会上有成果清单，中心将来要担负起承担中国开展可持续发展卫星星座计划，研制并分享可持续发展信息和数据的任务。
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这个中心是大家的中心，我们手拉手，一起向前走。中心热烈地欢迎在座的和网上的各位朋友一起参与到为联合国可持续发展目标，为中国的全球发展倡议共同贡献力量的阶段。让我们共同努力。
谢谢各位！
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