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地球系统科学是从传统的地球科学脱胎而来的。人类的生活要从环境中获取食物、能源，故必然关心所居住的环境，对所立足的地球产生求知欲，于是逐渐形成了地球科学的各分支，如气象学、海洋学、地理学、地质学、生态学等。然而，它们是对地球的某一组成部分的分门别类的研究。随着研究的深入，形成了各自的研究方法、手段和目的。但是，由于地球的空间广域性，形成它的时间悠久性和组成其要素的复杂性，分门别类的研究尽管有的学科已达定量、半定量化的研究水平，但仍不能完整地认识地球，传统地学面临着挑战。用系统的、多要素相互联系、相互作用的观点去研究、认识地球，越来越为有识之士所倡导。于是，在20世纪80年代中期，特别以美国地球系统科学委员会(Earth System Science Committee)在1988年出版的《地球系统科学》一书为标志的“地球系统科学”思想和概念被明确提出。事实上，本世纪六七十年代在中国兴起的对自然地理各要素进行综合研究的思想，可以看作是(表层)地球系统科学的萌芽。只是后者涉及的范围、领域更广，时间更长，系统的方法和现代技术手段更加先进完善而已。

地球系统科学理论

地球系统科学是把地球看成一个由相互作用的地核、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物圈和人类社会等组成部分构成的统一系统，是一门重点研究地球各组成部分之间相互作用的科学。研究目的是了解地球系统所涉及的过程，各组成部分之间的联系和相互作用，维持充足的自然资源供给，减轻地质灾害，调节全球环境变化并使危害降到最小，获取在全球尺度上对整个地球系统的科学理解。

地球系统科学的研究步骤由四部分构成：现象的观测和数据的积累；对观测数据进行分析和解释，从物理、化学和生物学的规律出发，建立有关地球过程的定量关系；在前两项的基础上建立概念模型和数学(数值)模型(和实验)；验证模型，并用它对未来的变化趋势进行统计预测和预报。

随机性是复杂地球系统的重要特征之一。若地球系统中一个系统的状态演化可用一个随时间变化的随机变量来描述，则称该系统为一随机过程。自组织是地球系统科学的一个重要概念，它是地球复杂系统演化时出现的一种现象。在地球系统实现空间、时间或功能的结构过程中，如果没有外界的特定干扰，仅是依靠地球系统内部的相互作用来达到的，便可以说地球系统是自组织的。地球系统科学从系统局部与整体的关系出发来研究地球系统，简单地球巨系统是研究的基础和起点，运用地球系统自组织理论来研究简单巨系统，使对这一类地球系统有个基本的认识。

地球系统科学研究的对象是从简单性和简单系统转向复杂性和复杂系统，要求在方法论上实现根本转变。概括地说，凡是不能用还原论方法处理的问题，或者需要用新的科学方法处理的问题，都是复杂性问题，复杂巨系统就是这类问题。因此，在面对复杂的地球系统问题时，总是设法把复杂性简化掉，即把复杂性当作简单性处理。当对象是典型的简单系统，或者属于不够典型的复杂性问题时，这样处理是可行的或近似可行的。这也是地球系统复杂性研究的主要理论基础。

空间定位技术

GPS作为一种全新的现代定位方法，已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子仪器的定位。1990年代以来，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时(准实时)定位与导航，绝对和相对精度扩展到了米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓宽它的应用范围和在各行各业中的作用。

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