地球是由多圈層、多塊體不同物質結構組成的，皆可用若干塑性、流變體、流體或彈性體組成的系統模型予與有效地描述。另外，地球與太陽、月球等行星的相互作用，本文把這些系統和模型稱為“多體系統”。而把建立力學模型的過程稱為“有限段建模法”。根據系統內各物體運動狀態的不同，多體地球系統可有幾種分類方法：①聯接或分離；②彈性、塑性或流變體、流體；③各地質體形成封閉或開放體系。狹義地講是上述內容；廣義地講是多物質體、多結構體、多時—空體、非線性和復雜性體。

（2）非完整地球系統動力學效應

地球是由多圈層不同物質組成，這在地球內部結構可以說不是一個完整體。同樣，從地球的形態來看，也不是一個完整的圓球體。另外，非完整地球系統力學最大的優點就是在定量計算和模擬分析過程中，可將邊界條件作為動態的進行。因此，把地球系統應該作為一個非完整地球系統力學研究，則效果可能會更好，更接近地球系統的實際。

（3）變質量地球系統動力學效應

變質量地球構造動力系統是研究地球質量變化物體的運動與作用其上的力之間的關系。所謂變質量地球系統動力學效應，就是指地球在運動過程中質量隨著時間而不斷變化的物體。當然，這里所說的物體質量的變化，并不是說有質量的消滅或產生，而是說在某一瞬時以前或以后，物體中有一部分質量不予考慮進去。前者相當于有質量并入而使物體質量增加的情況；后者相當于有質量分離而使物體質量減少的情況。

（4）碰撞動力學地球系統效應

碰撞地球系統力學主要有三個方面內容：①地球系統中有許多碰撞的現象，如兩板塊的碰撞、俯沖、仰沖、斜撞和太空隕石的相撞，隕石與地球的撞擊等；②各種碰撞的類型研究，包括幾何學、運動學和動力學及波動學；③碰撞地球系統力學的各種響應，與資源、環境、災害的關系和預測、預報等內容研究。

（5）破壞動力學地球系統效應

由彌散分布的微裂紋串接為宏觀裂紋，再由宏觀裂紋演化至災難性的失穩裂紋，這一發展過程稱之為斷裂破壞過程。了解地球系統中物質的斷裂破壞才能闡明裂紋的演變史，才能表達地球系統的載荷環境與斷裂破壞的因果關系。斷裂破壞過程是一個宏微觀結合的多層次過程，它既受到的裂尖奇異場為特征的宏觀力學氛圍的外部推動，又誘發于裂尖原子區動力失穩的之內涵過程的全貌。

破壞地球系統力學按研究尺度的逐級細化從宏觀斷裂破壞力學，到細觀斷裂破壞力學再到納觀斷裂破壞力學三部分組成。

（6）流體動力學地球系統效應

流體地球系統力學是地球系統力學中很重要的組成部分，主要研究內容有：①天體的形狀；②地球的引力場；③水平溫度梯度作用下旋轉流體的對流熱傳遞模型；④地球系統內的對流；⑤地球系統“電機”理論；⑥地球系統物理流體動力學問題中的漲落和耗散現象；⑦地球系統化學自組織模擬；⑧地質學中的非線性對流問題；⑨反應、滲濾不穩定性；⑩地貌系統自由對流現象等[25]。

（7）極端動力學地球系統效應

隨著地球科學的發展和需求，地球深內部高溫、高壓，甚至超高溫、超高壓的物質結構和動力學研究日益受到重視。本節將這部分內容定為極端地球系統力學，主要研究內容包括：⑴地球系統氣體的熱力性質；⑵地球系統能量和熱力學第一定律；⑶地球系統能質和熱力學第二定律；⑷地球系統對流換熱基礎；⑸地球系統中的輻射換熱；⑹地球系統熱應力基礎；⑺地球系統熱應力的分析方法；⑻地球系統熱疲勞和高溫低循環疲勞試驗方法；⑼地球系統高溫低循環疲勞強度與熱疲勞強度；⑽多維應力下的高溫循環疲勞和熱疲勞；⑾熱疲勞中的組織變化與破裂；⑿蠕變與高溫疲勞的相互關系等。

（8）爆炸（發）動力學地球系統效應

爆炸（發）是地球系統中物質狀態的突然的物理或化學變化，并伴隨有運動和能量釋放。爆炸（發）可以具有多種不同的形式。例如，大山爆發；太陽和宇宙爆炸；隕石撞擊地球表面的爆炸等等。爆炸（發）地球系統力學就是研究上述內容的動力學過程和規律。主要研究內容有：①什么叫爆炸（發）；②爆炸（發）及其在介質中的效應；③大氣圈爆炸的物理現象；④水圈爆炸理論及其作用；⑤巖石圈中的爆炸（發）理論及其作用；⑥爆炸（發）地震效應等。

記者：在當前條件下，“數字地球”已成為地球系統最有效的表達形式是嗎？

畢思文：數字地球(地球系統數字學)將成為21世紀地球科學的重要特征，推動地球系統科學，從對自然現象的描述向定量化方向發展。主要研究內容有：數字地球提出的背景、數字地球的研究方法、數字地球原型、地球系統場理論基礎、數字地球物理模型、數字地球力學模型、數字地球數學模型、數字地球信息模型、數字地球信息獲取技術與模擬、數字地球空間信息基礎設施、數字地球技術方法和數字中國與數字工程等。

記者：您為什么說地球系統科學是可持續發展戰略的科學基礎？

畢思文：可持續發展主要涉及人口、資源、生態、環境、減災、經濟、社會諸方面，由于各學科角度不同，闡述的重點亦不相同。可持續發展主要包括資源和生態環境可持續發展、經濟可持續發展和社會可持續發展三方面。首先，它以資源的可持續利用和良好的生態環境為基礎。其次，它以經濟可持續發展為前提。再次，它以謀求社會的全面進步為目標。總之，發展是一個自然-社會-經濟復雜系統朝著更加均衡、和諧、互補的方向進化。

人口是整個地球系統的主體和核心，是人類及其群體的泛稱。人口寓于資源、環境之中，三者共同組成了一個相互矛盾、相互聯系和制約的人類生存與發展的巨大系統。資源是指一定技術條件下，能為人類利用的物質、能量和信息，是人類發展的必備條件。由此可見，人口既是這個系統獨立的基本要素，又是資源的重要組成部分，還是重要的環境要素，三者呈同心圓狀共存結構，且存在十分密切的互動關系。若三者之間相互促進協調，其失調和障礙因素被控制在最小限制或范圍內，稱為系統的良性循環；若三者之間基本協調，雖有若干不協調因素，但無危害或破壞整個系統的常態進行，可稱為中性循環；若三者之間基本失調，已危及或破壞了整個系統的常態運行，稱為惡性循環；三者之間是一個既矛盾又統一的整體。平衡是相對的，不平衡是絕對的、長期的。出現不平衡是正常的，但失衡必須控制在一定范圍內。否則，將對經濟和社會構成較大危害。引起三者之間失衡原因很多，一般來說可將其分為自然性失衡、經濟性失衡和社會性失衡三大類。

經濟是總體可持續發展的基礎，社會是可持續發展的目的。人口則處于經濟、社會的核心地位。經濟、社會發展需要寬裕的人口條件。人口因素在社會經濟發展中作用重大。人口是社會主體，是社會生產力構成的能動要素和生產關系的體現者。人們的經濟活動滲透到社會生活的一切領域。一切歷史事件的發展都與人，特別是人口質量因素相關。在社會生產領域，人口質量的作用則更為明顯。一般地說，高質量的人口對社會、經濟發展起著促進作用，反之，則起著延緩甚至阻礙作用。

目前，中國存在的主要問題可以用過剩人口與短缺經濟的矛盾加以概括。從這一基本點出發，可持續發展涉及人口數量、素質、結構與經濟發展的主要方面：（1）總體人口與生活資源增長的可持續發展。（2）人口質量與經濟技術進步的可持續發展的循環模式。（3）人口結構與經濟結構的可持續發展。另一方面，在勞動力過剩情況下繼續大幅度增加人口，21世紀前20年就業問題將白熱化。應抓住機遇，運用動力，迎接挑戰。

可持續發展的社會需求是多方面、多層次的。為此，地球系統科學作為規劃與對策的科學基礎應劃分為兩大層次，即滿足可持續發展中面臨的緊迫問題的任務研究和遠期效應的基礎理論研究。但二者有許多內在聯系，相互促進、不能截然分開。在這里，地球系統科學是可持續發展戰略的科學基礎，不僅要研究自然規律，而且還為社會發展提出規劃依據，后者是與社會法律相聯的軟科學。前面已經多次談到對人在社會經濟生活中的法規管理和人的自然因素的規范化，在社會可持續發展中的意義是非常重要的。

記者：這方面的最新動向及當前研究重點怎樣？

畢思文：最近，德國聯邦政府教育與研究部（bmbtf）與德國科學基金會（DFG）經過相當長一段時間的醞釀討論和反復修改完善，共同策劃制定了未來15年（2000～2015年）的超大型研究計劃《地球工程學—地球系統：從過程認識到地球管理》，共包括13個重大項目，于2000年3月正式定稿并開始招標實施，德國政府預計對該計劃的實施投入經費達5億馬克（DM）。美國國家科學基金會草擬了“2000年后的地學：探索和預測地球的環境與可居住性”，根據地學的最新進展，21世紀前10年的總目標是通過支持高質量的研究、增強科學能力以及改進地學教育來提高對整個地球系統的認識水平，從而使國家受益。更為重要的是，2001年6月24-28日，美國地理學會（Geological Society of America）和倫敦地理學會（Geological Society of London）在蘇格蘭的愛丁堡市共同舉辦了地球系統進展全球會議。在為期4天的大會中，來自不同領域、不同學科背景的學者共同探討地球系統進展的問題，研討地球系統科學的復雜問題的整體解決方法。

本次大會的主題是“地球系統聯系”和“地球系統演化”。地球系統聯系是探討固體地球、水圈、大氣圈、低溫層和生物圈之間的關系；地球系統演化是研究從太陽系誕生45億年來控制行星性狀的過程。這兩個主題包含了對太陽系及其之外星系的行星系統的比較，也考慮地球外部的影響。大會設置了主題發言，同時，設置了19個專題組和8個一般發言小組。

我國自然科學基金委地學部也于2002年3月提出了21世紀初的地球科學戰略重點，擬定了“以地球系統各圈層的相互作用為主線，從我國具有優勢的前沿領域尋找主攻目標”的“十五”優先資助領域戰略。

至于當前的發展重點，我認為應以遙感等地球系統觀測技術為支撐，繼續開展地球系統科學理論體系的構建和應用示范研究；加強地球系統工程規劃和地球系統管理，爭取早日真正解決人口、資源、環境、災害等與人類可持續發展密切相關的問題，真正實現地球系統科學成為可持續發展戰略的科學基礎。

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