等领域，并考虑人类活动作为地质营力的科学意义，但地质学研究工作仍是立足于固体地球圈层。
“将今论古”是地质学家们研究地球演化过程的重要思维方式。它是建立在均变论的基础上，通过对现代过程的观察和认识，来思考地质历史过程的研究方法。例如，构造地质学家基于对现代板块运动过程的观测而推测地质历史上大陆的演化过程；古生物学家对现代生物的观察为探索地球历史上生命演化的提供重要线索。随着地质学知识的积累以及地质数据资料获取手段的快速发展，针对现代社会提出的环境演变等科学问题，如何根据地质历史记录为现代过程研究提供启示，并为地球系统的未来发展提供预测，已成为地质学面临的新任务，也在改变着地质学家的科学思维方式。
近年来，地质学研究手段正在突飞猛进地发展，并已成为推动地质学发展的最重要力量。地球系统过程在空间上可以从微米到行星轨道尺度，在时间尺度上可以从毫秒到数十亿年。现代地质学家们不但对全球板块运动过程进行实时观测，而且能够在纳米尺度上研究地球物质的性质以探讨断层活动的原理；地质学家们不但研究大陆的拼合和裂解的演化历史，也能够研究地震瞬间岩石破裂和应力的释放过程，并且正试图在技术手段和研究方法上将两者统一起来。地质学研究的时空尺度的拓展和精确度的提高，为在地球系统的研究框架下与其他学科研究工作的相互衔接和验证奠定了基础。
未来5～10年重要发展方向是：地质微生物学（Geomicrobiology）,矿物表面性质及矿物与微生物相互作用,流变构造地质学,岩石圈深部过程与表层作用耦合的地质学描述,古生态和古环境演变的地质学记录,极端环境下生命过程及早期生物起源,沉积学,地质学信息处理和共享,人类活动与地质环境相互作用。
地球化学 地球化学主要研究地球乃至宇宙的化学组成和化学运动，应用现代物质科
学的理论和方法研究元素及其同位素在其中不同结构单元的分布、迁移和演化规律，揭示地质、地球过程乃至宇宙的演化规律。作为地球科学的支柱学科之一，地球化学不仅与兄弟学科一起共同肩负着解决地球科学基本理论问题——行星、地球、环境、生命、人类和元素的起源和演化的重大使命，而且也为人类社会寻找充足的资源、维持良好生存环境提供了重要的方法和技术。
地球化学在地球科学中的重要性和特色主要体现在： (1) 地球系统化学结构的非均衡性与地球内部能量分布的非均衡性一样，是地球内部物质运动的重要驱动力。 地球化学示踪体系是精确定量地球动力学研究的支柱，元素和同位素体系对自然演化过程和物质循环的示踪是地球化学研究的优势和特色；(2) 同位素定年技术是使地球科学研究向四维时空发展的重要支撑体系；(3) 地球化学研究手段中高新技术含量较高，其前沿研究已经与当代物质科学的最新实验分析技术同步发展；(4) 地球科学研究的空间尺度既在微观上深入，也在宏观上扩展，这为地球化学研究领域的开拓提供了机遇。地球化学以其学科特色立于现代地球科学发展的前沿。
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近二十年来地球化学的发展趋势表现为：(1) 研究方法和技术从静态的半定量描述转向动态的定量模拟，由岩矿样品的综合测定发展到单矿物颗粒内部的微区分析；(2) 研究范畴从三维空间向四维时空拓展，更加注重对时空演化规律的研究；(3) 对自然过程物质运动规律的研究的时间尺度双向拓宽，既注重对过去长时间尺度古老地质事件的研究，也关注短时间尺度地质作用的把握；既注重对过去地质事件的重建，更关注对未来的预测，强调了解过去不仅是全面认识现在而且是有效预测未来的“钥匙”；(4) 研究对象从地球单一层圈发展到不同层圈及其界面之间相互作用。地球化学一直处于学科交叉渗透的发展时代，形成一系列认识地球内部和外部各系统化学组成和演化规律的理论和方法，并不断衍生出新的分支学科。
地球化学中近期发展应力求做到：加强地球过程和内部结构的宏观研究与地球化学性质的高分辨高灵敏度研究的结合；推动板块构造演化与化学地球动力学研究的结合；促进环境变迁与现代环境研究的结合；以基础理论研究为主线、以潜在应用前景为着眼点，重视地球化学基础理论与应用前景的结合。
未来5～10年重要发展方向是：（1）表生地球化学过程与环境和生态演化的地球化学示踪；（2）持久性有毒污染物的环境地球化学过程；（3）深部生物圈的生物地球化学作用与过程；（4）重大环境和生物演化事件的沉积地球化学记录；（5）壳-幔相互作用、地球深部过程、盆地演化与大规模成矿作用；（6）不同变质条件下矿物多元同位素示踪体系与同位素定年技术；（7）大陆深俯冲、岩石圈地幔减薄、地幔柱事件和大火成岩省、青藏高原岩石圈演化的化学地球动力学及其环境和资源效应；（8）大规模烃源岩的发育机制和成藏化学动力学与地球化学限定的盆地模拟技术；（9）深穿透地球化学的迁移机理与分散模式；（10）稳定同位素分馏热力学与动力学的理论和实验研究；（11）太阳星云演化过程和月球探测相关重大科学问题的地球化学示踪；（12）高温高压和表生条件下界面化学和表面反应的实验和地球化学体系中物质性状的研究。
地球物理与空间物理学 地球物理学是在20世纪迅速发展起来的重要的前沿学科之一，对人类生存和发展具有举足轻重的作用。由于具有快速吸纳最新科学和技术进步的特点，地球物理与空间物理是地球科学最活跃的学科之一。地球物理学包括固体地球物理学、空间物理学、大地测量学等领域的研究，它是用物理学的原理、方法研究地球，从根本上讲它是一门观测科学，通过一些专门的科学仪器在地球的表面，在日地空间对物理场以及一些高能粒子等进行观测，以达到认识地球及其空间环境、为人类的可持续发展服务的目的。
由于地球物理与空间物理学科所涵盖的领域十分广泛，主要包括空间物理学（重点是日地系统空间天气因果链研究）、固体地球物理学（重点是深部地球探测）、应用地球物理学（重点是油气地球物理勘探）、大地测量学（重点是从跟踪研究到全面自主发展的理论和技术问题）、实验地球物理（重点是高温高压研究的进步带来的新机遇）和地球物理仪器、观测系统与数据共享等六方面。
“十一五”对于地球物理与空间物理学科来说是一个充满机遇与挑战的时期，在这期间国
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家对基础研究的投入将明显增大，如何来发挥好学科的整体优势，把地球物理与空间物理打造成地球科学最活跃的学科，为地球科学的发展做出更大贡献是摆在我们面前的重要任务。因此我们的指导思想是：打牢基础，培养人才，踏实工作，争做大事。这主要是指加强学科建设，在有可能产生重大成果的地方进行集中投入，期望以此来带动地球科学的发展。
目前我国的学科现状是拥有基本完备的理论体系；完整的队伍组成，包括国内研究型大学、科研院所、中国地震局、中国测绘局等业务部门以及石油勘探开发等企业的研究力量，虽然人数不是很多，但学科齐全，装备和手段精良；各分支学科发展不平衡，某些分支领域如空间天气和复杂地球物理勘探的研究水平居国际第一方阵。
“十一五”期间我们要重点抓两个探测：（1）日地空间的空间天气探测，通过对“双星计划”及CLUSTER探测数据的分析，产生新认识。通过“子午工程”和新的探测计划的实施进一步加强我们对空间天气过程的认识能力。以空间天气和空间探测为线索带动日地空间的各个层次内及其耦合、能量传输关系的研究，以实现空间天气预报为目的。（2）地球深部探测计划与深地球内部研究，通过大规模的流动地震台阵观测，辅以现有的固定地震台站以及GPS台网的资料，力争在典型地区实现对地球深部的精细结构及其过程的认识。以此来带动固体地球科学整体的发展。应用地球物理重点支持提高复杂地区油气勘探水平的研究，同时兼顾矿产资源勘探以及城市地球物理、国防地球物理等方面的研究。大地测量学是以发展大地测量理论和技术来带动学科的发展。
大气科学 大气科学的主要任务是认识大气运动和大气中各种物理、化学、生物过程的基本规律及其与其它圈层相互作用的机理，发展新的探测和试验手段，为天气、气候和环境的监测、预报和调控提供理论和方法，揭示人类活动对天气气候的影响，以及天气气候与社会经济可持续发展的关系，为人类社会服务。
大气科学以地球大气圈层为主要研究对象。发生在大气圈层中的各类现象和过程的变化受地球系统各圈层和日地系统的主要部分，即大气圈、水圈（含冰雪圈）、岩石圈、生物圈以及太阳和人类活动等的影响，各圈层间的相互作用决定着地球大气系统的整体行为。因此，当代大气科学必须通过研究地球系统各圈层之间的相互作用、相互反馈以及人类活动与气候的相互影响，进而多角度、全方位地认识大气运动变化的本质，研究天气、气候系统演变规律及其预测预报，研究影响局部天气的调控技术和措施，研究人类活动对天气、气候、环境系统的影响以及气候、环境的变化对人类社会的影响等。大气科学已成为一门基于观测的实验性科学，高度数理化、定量化、实用化的综合性、前沿交叉科学。
21世纪国际大气科学的发展趋势是：（1）大气科学观测走向高精度、立体和多要素综合一体化，人类将从空前的视角来观测地球大气。（2）高影响天气的物理、动力学与可预报性理论研究得到更高的重视。（3）气候系统变化和气候与环境变化的适应性研究得到更高的重视。（4）天气、气候系统模式的发展成为大气科学和相关科学发展不可或缺的工具，在现有的包括海－
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陆－气过程相耦合的气候系统模式中，努力耦合生物地球化学过程、生态过程、化学过程以及电离层过程，研制更加完整的气候系统模式，将成为大气科学发展的重要方向。(5) 海量气候系统探测数据，促使资料处理、分析、同化应用技术和数据共享的程度得到空前的重视。(6) 人类活动造成天气、气候变化对社会经济及可持续发展的影响等研究得到更高的重视。(7) 大气科学研究更加重视学科交叉和融合。(8) 国际科学计划及其核心项目的提出使大气科学研究的国际合作更加广泛和深入，为我国大气科学的发展带来极大机遇和挑战。
为使我国大气科学研究在新世纪有更大的发展，结合国际大气科学的发展趋势和我国与国际的差距，充分考虑我国未来社会经济发展的重大需求，未来5～10年我国大气科学发展应坚持“有所为、有所不为”的原则，重点在天气、气候系统的物理动力学，气候系统中的大气化学过程，天气、气候系统数值模拟，天气气候系统观测新技术、新原理和新方法及资料同化等领域进行关键性的创新研究。主要包括以下一些重要方向：（1）气候系统变异和预测；（2）高影响天气的物理、动力过程与可预报性；（3）大气化学过程和大气环境；（4）大气边界层以及陆—气、海—气交换过程；（5）中高层大气与气候和环境变化；（6）天气、气候系统模式；（7）大气探测和遥感与资料同化；（8）云雾物理和化学过程与人工影响天气。
海洋科学 海洋科学是研究海洋中各种自然现象、过程及其变化规律的一门科学。其研究对象不仅包括巨大的海洋水体部分，也包括河口海岸带、海洋与大气界面、海水与沉积物界面及海底岩石圈等；依托海洋科学调查船、卫星和自动观测系统（如锚系浮标、海底观测站等）实施海洋观测所必须的快速、高效和先进的观测仪器和技术,也属海洋科学的研究范畴。
海洋科学是门综合性很强的学科。它由物理海洋学、海洋地质与地球物理学、海洋生物学、海洋化学、海洋环境科学、河口海岸学、海洋工程、海洋监测与调查技术、海洋遥感、海岸带综合管理等分支学科组成，各分支学科相互联系、相互影响，构成了一个完整的科学体系。海洋科学的研究内容不仅涉及地球科学所研究的气圈、水圈和岩石圈的科学问题，而且还涉及生物圈及其它有关的科学问题。此外，海洋与气候环境变化、生命起源、资源开发及国家安全等都有着密不可分的关系，形成了一系列重大的学科综合和交叉领域。
海洋环境是多种因素并存且互相影响的一个整体, 必须加以综合研究方能解决问题, 多学科交叉与综合研究是当今海洋科学研究发展的趋势；海洋科学在加强区域化研究的同时，已经向全球化和国际化方向发展，围绕着气候、资源、环境等重大问题形成了一系列有较大影响的国际海洋科学研究计划，与此相伴的是广泛的国际合作，促使海洋科学研究不断的深入和快速的发展。此外,海洋探测技术、室内分析技术和海洋信息处理技术的不断进步，使得获取现场观测资料的水平不断提高, 这已成为当今推动海洋科学发展的动力之一。
海洋占地球表面积的71%，自然界的很多现象仅在海洋中发生。海洋科学不但在地球系统科学的认识中占有极其重要的地位，而且在解决生态环境演变、资源开发利用及国家安全上也发挥着重要作用。由于历史的原因，我国的海洋科学起步较晚；加之投入不足，在客观上制约
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了我国地球系统科学在21世纪的发展。我国海洋科学未来的发展应紧紧围绕资源、环境和气候变化等重大问题，突出学科交叉与综合；研究的尺度从区域扩展到全球，实施“从近海向大洋拓展”的战略；应重视发展新一代海洋立体观测系统，并通过广泛的国际合作来实施全球性海洋观测。未来5～10年，我国海洋学重要发展方向是：大洋环流与气候变化；近海环流及其动力机制；海洋古全球变化与海陆对比研究；边缘海形成与演化及其资源环境效应；深海海底科学探测与研究；海洋生物地球化学循环；海洋生态系统与生物地球化学过程耦合；海洋生态动力学研究；表层海洋与低层大气物质通量与循环；河口海岸与陆海相互作用；中国近海海洋过程与生态环境变异；海洋生物技术与海洋生物多样性；有害赤潮海洋学与生态学研究；海底深部生物圈与深海极端环境的生命过程；海洋观测、分析的新技术和新方法研究；海洋灾害成灾机理及预测预报等。
环境科学
环境科学是以探寻人类活动对自身生存环境影响为目的，研究其中的人类系统、物理、化学和生物过程及其相互作用，寻求社会可持续发展的科学。主要包括环境地学、环境化学、环境生物学、环境物理学、环境医学、环境工程学、环境管理学等分支学科。 “十一五”期间，环境科学关注人类生存环境的演变、人类活动对生态环境的影响以及污染物运移规律及其治理，重点支持环境形成、演化及生态效应,水、土、气环境污染机理与调控，土地沙漠化、生物多样性保护及利用,重大自然灾害的机理及预测,重大工程活动与自然环境的相互作用及诱发灾害的机理和预测等研究。 5．优先发展领域和重要方向
遴选优先研究领域和重要方向的原则是：（1）对地球科学发展具有带动作用，具有良好基础，充分体现我国的优势与特色，有利于迅速提升我国地球科学的国际地位；（2）解决若干制约我国经济与社会可持续发展的重大难题中的关键科学问题，力争对社会和经济发展产生长远影响。
根据上述原则，地球科学部在充分吸纳有关战略研究成果以及科学处提出的前沿研究领域和重要方向的基础上，加强综合分析与归纳，认真分析国际科学前沿和国家社会经济发展战略需求中的科学问题，结合我国地球科学的优势和面临的挑战，紧紧把握科学发展机遇，提出地球科学未来5年的优先研究领域和重要方向的框架内容如下。 5.1 全球变化及其区域响应
5.1.1 背景与意义
20世纪70年代以来，伴随着“臭氧洞”、全球变暖和大范围、持续性旱涝灾害的频繁发生，人类社会经济发展与环境问题的矛盾日显突出，人类社会面临巨大的环境压力和挑战；另
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