（浙江大學(xué)）

21世紀(jì)已經(jīng)過去1/5的時(shí)間，人類普遍認(rèn)識(shí)到人居環(huán)境存在問題。最受關(guān)注的全球人居環(huán)境問題包括以下三個(gè)：全球氣候變化、傳染病突發(fā)流行、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。這三個(gè)問題都與地球系統(tǒng)和地球科學(xué)密切相關(guān)。筆者不是研究這些問題的專家，不可能對(duì)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(guān)問題，關(guān)心其研究進(jìn)展。由于它們是當(dāng)今時(shí)代民眾都非常關(guān)心的問題，本文試圖對(duì)與它們相關(guān)的科學(xué)預(yù)測問題進(jìn)行一些初步的探討。

預(yù)測問題1：全球氣候變化

這是一個(gè)氣象災(zāi)害問題，屬于地球表面系統(tǒng)演化過程中的一個(gè)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(shí)世界分解為一系列尺度不同而且相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)，研究它們運(yùn)動(dòng)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(zāi)害是水災(zāi)和旱災(zāi)，但是它們通常不是全球性的氣象災(zāi)害。全球氣候在變暖、還會(huì)繼續(xù)變暖是肯定的，會(huì)造成全球海平面上升、大陸內(nèi)部氣候干旱化等災(zāi)害也是肯定的。問題是全球氣候?yàn)槭裁磿?huì)變暖？與人類活動(dòng)有多大的關(guān)系？人類社會(huì)應(yīng)該采取哪些行動(dòng)來應(yīng)對(duì)氣候變化造成的災(zāi)害？

從科學(xué)研究的部署來看，應(yīng)對(duì)全球氣候變暖問題，現(xiàn)在的關(guān)鍵是能不能預(yù)測1-3年內(nèi)有沒有相關(guān)的災(zāi)害發(fā)生，以及它們是什么屬性。地球表面系統(tǒng)不是一個(gè)簡單系統(tǒng)①簡單系統(tǒng)指由兩個(gè)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(xué)已經(jīng)基本上構(gòu)建了關(guān)于各種簡單系統(tǒng)的知識(shí)體系。，而是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)②復(fù)雜系統(tǒng)指由多個(gè)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(fù)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(duì)應(yīng)關(guān)系。真實(shí)的系統(tǒng)可以在簡單系統(tǒng)和復(fù)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(zhǔn)確預(yù)測相關(guān)災(zāi)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(yù)測本年內(nèi)有沒有相關(guān)災(zāi)害發(fā)生的問題。系統(tǒng)的復(fù)雜性研究要有科學(xué)的方法，這就是從研究系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)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(jī)制。關(guān)于造成全球氣候變暖的機(jī)制，如碳排放對(duì)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(dāng)快的進(jìn)展。

預(yù)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(gè)組元為，植物是生產(chǎn)者，動(dòng)物是生產(chǎn)的消費(fèi)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(fù)雜系統(tǒng)中的一種非線性動(dòng)力學(xué)作用。。微生物（包括病毒）是地球上出現(xiàn)最早、演化時(shí)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(huì)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(dòng)是有關(guān)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(dòng)物上的病毒生存環(huán)境的改變，迫使病毒尋找新的寄生動(dòng)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(jié)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(huì)變化？我們對(duì)恐龍的滅絕非常感興趣，對(duì)這個(gè)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(qiáng)烈的宇宙射線，可以造成地球生態(tài)的危機(jī)。；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(jì)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(yàn)人類的智慧。微生物生存環(huán)境的變化很可能和“地球化學(xué)定時(shí)炸彈”有密切關(guān)系?？茖W(xué)家早就預(yù)測，大量農(nóng)藥和化學(xué)肥料的使用會(huì)造成土壤成分的改變，長期積累還會(huì)造成地表水和糧食的污染，形成將來會(huì)定時(shí)爆發(fā)的地球化學(xué)炸彈。在生態(tài)系統(tǒng)中，人居環(huán)境受污染之時(shí)，微生物的生存環(huán)境同樣受到污染，地球化學(xué)定時(shí)炸彈可能更容易在微生物鏈中起到破壞作用?？傊?，現(xiàn)在應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)生物鏈斷裂和傳染病突發(fā)流行原因的研究，爭取提前進(jìn)行流行病疫情預(yù)測。

在本世紀(jì)，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(duì)傳染病突發(fā)流行研究的高度關(guān)切。能否在每年10月預(yù)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(jìn)行預(yù)防冠狀病毒快速傳播的行動(dòng)？

預(yù)測問題3：大地震等地質(zhì)災(zāi)害

全球性的火山爆發(fā)和大地震的頻發(fā)屬于地質(zhì)災(zāi)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(gè)組元組成。淺地幔系統(tǒng)中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)會(huì)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(shí)觀察的，造成災(zāi)害也是可以快速評(píng)估的。問題是這些地質(zhì)災(zāi)害是否可以預(yù)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。現(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(jì)，青藏高原周邊地殼運(yùn)動(dòng)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(dòng)有關(guān)，如建設(shè)水庫和開發(fā)頁巖氣會(huì)改變地殼應(yīng)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(yù)測，曾經(jīng)在1975年成功地預(yù)報(bào)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(yù)測的問題，也就是要不要放棄地震預(yù)報(bào)的問題。地震預(yù)測的問題難就難在要求同時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測地震的三個(gè)要素：發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)和震級(jí)，其中震級(jí)的預(yù)測是最需要的，也是最難的。政府和民眾不需要預(yù)報(bào)5級(jí)以下的地震，因?yàn)轭A(yù)報(bào)會(huì)造成社會(huì)的恐慌。但是，5級(jí)以上和5級(jí)以下的地震發(fā)生的前兆沒有本質(zhì)的區(qū)別。

地震預(yù)報(bào)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(yù)測的難題?，F(xiàn)在對(duì)于大地震的中長期預(yù)測取得了進(jìn)展，可以進(jìn)一步將大地震的中長期預(yù)測的尺度精細(xì)到縣鄉(xiāng)。還可以在人口密集地區(qū)建設(shè)地下信息監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，利用大數(shù)據(jù)明顯提高大地震的短期預(yù)測的成功率。