本世紀全球面臨的三大預測問題

（浙江大學）

21世紀已經過去1/5的時間，人類普遍認識到人居環境存在問題。最受關注的全球人居環境問題包括以下三個：全球氣候變化、傳染病突發流行、地質災害頻發。這三個問題都與地球系統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，但是也經常思考地球系統的相關問題，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，屬于地球表面系統演化過程中的一個事件①系統指由不同質的組元相互作用形成的組織。系統論把真實世界分解為一系列尺度不同而且相互關聯的子系統，研究它們運動和演化的譜系。②事件是系統組元相互作用的體現。大事件指系統組元在相互作用中釋放的能量可以改變系統秩序與狀態的事件。。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、還會繼續變暖是肯定的，會造成全球海平面上升、大陸內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，現在的關鍵是能不能預測1-3年內有沒有相關的災害發生，以及它們是什么屬性。地球表面系統不是一個簡單系統①簡單系統指由兩個以上不同質組元組成，并服從因果律相互作用的組織。現今的科學已經基本上構建了關于各種簡單系統的知識體系。，而是一個復雜系統②復雜系統指由多個不同質組元組成并不按照因果律原理相互作用的組織。復雜系統可能是一因多果，也可能是多因一果，不存在一因一果的一一對應關系。真實的系統可以在簡單系統和復雜系統之間轉換，這種轉換是系統演化中的大事件。，研究1-3年內準確預測相關災害的問題現在有希望取得突破。要在取得突破后，再繼續研究預測本年內有沒有相關災害發生的問題。系統的復雜性研究要有科學的方法，這就是從研究系統的組成結構開始，然后研究它的行為、屬性和相態，從中找出系統組織的機制。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、全球碳循環等作用過程，已經取得相當快的進展。

預測問題2：傳染病突發

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

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

為什么生態系統中微生物的生存環境會變化？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生過幾十次反轉①地球磁場的磁極在南極和北極之間反轉，在幾千年的反轉期內地磁場變得非常微弱，不能抵御強烈的宇宙射線，可以造成地球生態的危機。；地球上的生命發生過五次大滅絕②地球上的生命滅絕指大量的物種在短期內消失?？铸埖臏缃^發生在白堊紀晚期，大約在七千萬年前。。沒有人知道磁極反轉與生命滅絕發生的具體原因是什么，思考地球系統組元相互作用的規律考驗人類的智慧。微生物生存環境的變化很可能和“地球化學定時炸彈”有密切關系。科學家早就預測，大量農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的地球化學炸彈。在生態系統中，人居環境受污染之時，微生物的生存環境同樣受到污染，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?，現在應該加強對生物鏈斷裂和傳染病突發流行原因的研究，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流行研究的高度關切。能否在每年10月預測冠狀病毒突發流行的概率，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：大地震等地質災害

全球性的火山爆發和大地震的頻發屬于地質災害，是淺地幔系統演化過程中發生的事件③淺地幔系統指地球表面0-410 km深度的所有圈層，由大陸巖石圈、大洋巖石圈、洋陸轉換帶巖石圈和軟流圈四個組元組成。淺地幔系統中的物質運動會造成全球性的火山爆發和大地震?！，F今全球火山爆發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。問題是這些地質災害是否可以預測？

中國在新生代曾經是大陸上火山爆發頻發的國家，現在大陸上的活火山已經不多了④在新生代中國大陸上火山頻發的地區有內蒙古、福建和浙江沿海、羌塘盆地北部和東部?，F在大陸上的活火山在吉林長白山地區、內蒙古阿里山地區、山西大同、云南騰沖等，近年來它們都處于休眠狀態。。但是，中國現在是大陸上地震發生最多的國家之一。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，如建設水庫和開發頁巖氣會改變地殼應力場的平衡，誘發地震，但是誘發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，曾經在1975年成功地預報了遼寧海城發生的大地震，也曾經在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級以下的地震發生的前兆沒有本質的區別。

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?，F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。還可以在人口密集地區建設地下信息監測網絡，利用大數據明顯提高大地震的短期預測的成功率。