本世紀全球面臨的三大預測問題

（浙江大學）

21世紀已經(jīng)過去1/5的時間，人類普遍認識到人居環(huán)境存在問題。最受關注的全球人居環(huán)境問題包括以下三個：全球氣候變化、傳染病突發(fā)流行、地質(zhì)災害頻發(fā)。這三個問題都與地球系統(tǒng)和地球科學密切相關。筆者不是研究這些問題的專家，不可能對這些問題的解決提出具體的建議，但是也經(jīng)常思考地球系統(tǒng)的相關問題，關心其研究進展。由于它們是當今時代民眾都非常關心的問題，本文試圖對與它們相關的科學預測問題進行一些初步的探討。

預測問題1：全球氣候變化

這是一個氣象災害問題，屬于地球表面系統(tǒng)演化過程中的一個事件①系統(tǒng)指由不同質(zhì)的組元相互作用形成的組織。系統(tǒng)論把真實世界分解為一系列尺度不同而且相互關聯(lián)的子系統(tǒng)，研究它們運動和演化的譜系。②事件是系統(tǒng)組元相互作用的體現(xiàn)。大事件指系統(tǒng)組元在相互作用中釋放的能量可以改變系統(tǒng)秩序與狀態(tài)的事件。。最主要的氣象災害是水災和旱災，但是它們通常不是全球性的氣象災害。全球氣候在變暖、還會繼續(xù)變暖是肯定的，會造成全球海平面上升、大陸內(nèi)部氣候干旱化等災害也是肯定的。問題是全球氣候為什么會變暖？與人類活動有多大的關系？人類社會應該采取哪些行動來應對氣候變化造成的災害？

從科學研究的部署來看，應對全球氣候變暖問題，現(xiàn)在的關鍵是能不能預測1-3年內(nèi)有沒有相關的災害發(fā)生，以及它們是什么屬性。地球表面系統(tǒng)不是一個簡單系統(tǒng)①簡單系統(tǒng)指由兩個以上不同質(zhì)組元組成，并服從因果律相互作用的組織?，F(xiàn)今的科學已經(jīng)基本上構建了關于各種簡單系統(tǒng)的知識體系。，而是一個復雜系統(tǒng)②復雜系統(tǒng)指由多個不同質(zhì)組元組成并不按照因果律原理相互作用的組織。復雜系統(tǒng)可能是一因多果，也可能是多因一果，不存在一因一果的一一對應關系。真實的系統(tǒng)可以在簡單系統(tǒng)和復雜系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換是系統(tǒng)演化中的大事件。，研究1-3年內(nèi)準確預測相關災害的問題現(xiàn)在有希望取得突破。要在取得突破后，再繼續(xù)研究預測本年內(nèi)有沒有相關災害發(fā)生的問題。系統(tǒng)的復雜性研究要有科學的方法，這就是從研究系統(tǒng)的組成結構開始，然后研究它的行為、屬性和相態(tài)，從中找出系統(tǒng)組織的機制。關于造成全球氣候變暖的機制，如碳排放對大氣升溫的影響、全球碳循環(huán)等作用過程，已經(jīng)取得相當快的進展。

預測問題2：傳染病突發(fā)

突發(fā)的傳染病流行是地球生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)問題③地球生態(tài)系統(tǒng)中的四個組元為，植物是生產(chǎn)者，動物是生產(chǎn)的消費者，巖石圈是生產(chǎn)的物資來源，微生物是物資分解者，也可能是生產(chǎn)者。，表明生態(tài)系統(tǒng)中微生物的演化軌跡出現(xiàn)新的分岔事件④分岔是復雜系統(tǒng)中的一種非線性動力學作用。。微生物（包括病毒）是地球上出現(xiàn)最早、演化時間最長的生命，它們的遺傳基因是最穩(wěn)定的，為什么它們的遺傳基因會突然發(fā)生分岔，產(chǎn)生出新型病毒？

傳染病突發(fā)流行與人類活動是有關系的。在表面上看它是人居環(huán)境的變化，但是傳染病突發(fā)的根源之一是地球生態(tài)系統(tǒng)中微生物的生存環(huán)境在變化，原來寄生在野生動物上的病毒生存環(huán)境的改變，迫使病毒尋找新的寄生動物。生物鏈的斷裂造成了生態(tài)系統(tǒng)中病毒生存環(huán)境的變化，結果造成了人居環(huán)境的改變和傳染病的突發(fā)流行。

為什么生態(tài)系統(tǒng)中微生物的生存環(huán)境會變化？我們對恐龍的滅絕非常感興趣，對這個問題還沒有引起足夠的重視。在地球演化過程中地球的磁極發(fā)生過幾十次反轉(zhuǎn)①地球磁場的磁極在南極和北極之間反轉(zhuǎn)，在幾千年的反轉(zhuǎn)期內(nèi)地磁場變得非常微弱，不能抵御強烈的宇宙射線，可以造成地球生態(tài)的危機。；地球上的生命發(fā)生過五次大滅絕②地球上的生命滅絕指大量的物種在短期內(nèi)消失?？铸埖臏缃^發(fā)生在白堊紀晚期，大約在七千萬年前。。沒有人知道磁極反轉(zhuǎn)與生命滅絕發(fā)生的具體原因是什么，思考地球系統(tǒng)組元相互作用的規(guī)律考驗人類的智慧。微生物生存環(huán)境的變化很可能和“地球化學定時炸彈”有密切關系?？茖W家早就預測，大量農(nóng)藥和化學肥料的使用會造成土壤成分的改變，長期積累還會造成地表水和糧食的污染，形成將來會定時爆發(fā)的地球化學炸彈。在生態(tài)系統(tǒng)中，人居環(huán)境受污染之時，微生物的生存環(huán)境同樣受到污染，地球化學定時炸彈可能更容易在微生物鏈中起到破壞作用?？傊F(xiàn)在應該加強對生物鏈斷裂和傳染病突發(fā)流行原因的研究，爭取提前進行流行病疫情預測。

在本世紀，2003年SARS冠狀病毒和2019年底的新型冠狀病毒襲擊了中國，引起了人類對傳染病突發(fā)流行研究的高度關切。能否在每年10月預測冠狀病毒突發(fā)流行的概率，以使中國政府和民眾能夠提前進行預防冠狀病毒快速傳播的行動？

預測問題3：大地震等地質(zhì)災害

全球性的火山爆發(fā)和大地震的頻發(fā)屬于地質(zhì)災害，是淺地幔系統(tǒng)演化過程中發(fā)生的事件③淺地幔系統(tǒng)指地球表面0-410 km深度的所有圈層，由大陸巖石圈、大洋巖石圈、洋陸轉(zhuǎn)換帶巖石圈和軟流圈四個組元組成。淺地幔系統(tǒng)中的物質(zhì)運動會造成全球性的火山爆發(fā)和大地震。?，F(xiàn)今全球火山爆發(fā)和大地震都是可以及時觀察的，造成災害也是可以快速評估的。問題是這些地質(zhì)災害是否可以預測？

中國在新生代曾經(jīng)是大陸上火山爆發(fā)頻發(fā)的國家，現(xiàn)在大陸上的活火山已經(jīng)不多了④在新生代中國大陸上火山頻發(fā)的地區(qū)有內(nèi)蒙古、福建和浙江沿海、羌塘盆地北部和東部?，F(xiàn)在大陸上的活火山在吉林長白山地區(qū)、內(nèi)蒙古阿里山地區(qū)、山西大同、云南騰沖等，近年來它們都處于休眠狀態(tài)。。但是，中國現(xiàn)在是大陸上地震發(fā)生最多的國家之一。在本世紀，青藏高原周邊地殼運動有加劇的趨勢，高原東部和北邊的地震發(fā)生有增無減。中國華北新生代的大陸裂谷帶上的地震依然在繼續(xù)⑤華北的新生代大陸裂谷帶包括汾渭裂谷帶、河套--銀川裂谷帶和華北平原裂谷帶。。地震也與人類活動有關，如建設水庫和開發(fā)頁巖氣會改變地殼應力場的平衡，誘發(fā)地震，但是誘發(fā)的地震造成的危害不大。

中國政府和民眾長期高度重視地震預測，曾經(jīng)在1975年成功地預報了遼寧海城發(fā)生的大地震，也曾經(jīng)在2004年討論過地震能不能預測的問題，也就是要不要放棄地震預報的問題。地震預測的問題難就難在要求同時準確預測地震的三個要素：發(fā)生時間、地點和震級，其中震級的預測是最需要的，也是最難的。政府和民眾不需要預報5級以下的地震，因為預報會造成社會的恐慌。但是，5級以上和5級以下的地震發(fā)生的前兆沒有本質(zhì)的區(qū)別。

地震預報是政府和民眾要重視的事，科技界要做的是努力攻克地震預測的難題。現(xiàn)在對于大地震的中長期預測取得了進展，可以進一步將大地震的中長期預測的尺度精細到縣鄉(xiāng)。還可以在人口密集地區(qū)建設地下信息監(jiān)測網(wǎng)絡，利用大數(shù)據(jù)明顯提高大地震的短期預測的成功率。