地球系統(tǒng)指由大氣圈、水圈、陸圈（巖石圈、地幔、地核）和生物圈（包括人類）組成的有機(jī)整體。地球系統(tǒng)科學(xué)就是研究組成地球系統(tǒng)的這些子系統(tǒng)之間相互聯(lián)系、相互作用中運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)制，地球系統(tǒng)變化的規(guī)律和控制這些變化的機(jī)理，從而為全球環(huán)境變化預(yù)測(cè)建立科學(xué)基礎(chǔ)，并為地球系統(tǒng)的科學(xué)管理提供依據(jù)。地球系統(tǒng)科學(xué)研究的空間范圍從地心到地球外層空間，時(shí)間尺度從幾百年到幾百萬(wàn)年。
地球系統(tǒng)科學(xué)是從傳統(tǒng)的地球科學(xué)脫胎而來(lái)的。人類的生活要從環(huán)境中獲取食物、能源，故必然關(guān)心所居住的環(huán)境，對(duì)所立足的地球產(chǎn)生求知欲，于是逐漸形成了地球科學(xué)的各分支，如氣象學(xué)、海洋學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生態(tài)學(xué)等。然而，它們是對(duì)地球的某一組成部分的分門別類的研究。隨著研究的深入，形成了各自的研究方法、手段和目的。但是，由于地球的空間廣域性，形成它的時(shí)間悠久性和組成其要素的復(fù)雜性，分門別類的研究盡管有的學(xué)科已達(dá)定量、半定量化的研究水平，但仍不能完整地認(rèn)識(shí)地球,傳統(tǒng)地學(xué)面臨著挑戰(zhàn)。用系統(tǒng)的、多要素相互聯(lián)系、相互作用的觀點(diǎn)去研究、認(rèn)識(shí)地球，越來(lái)越為有識(shí)之士所倡導(dǎo)。于是，在20世紀(jì)80年代中期，特別以美國(guó)地球系統(tǒng)科學(xué)委員會(huì)
�。‥arth System Sciewce Committee）在1988年出版的《地球系統(tǒng)科學(xué)》一書為標(biāo)志的“地球系統(tǒng)科學(xué)”思想和概念被明確提出。事實(shí)上，本世紀(jì)六七十年代在中國(guó)興起的對(duì)自然地理各要素進(jìn)行綜合研究的思想，可以看作是（表層）地球系統(tǒng)科學(xué)的萌芽。只是后者涉及的范圍、領(lǐng)域更廣，時(shí)間更長(zhǎng)，系統(tǒng)的方法和現(xiàn)代技術(shù)手段更加先進(jìn)完善而已。
地球系統(tǒng)科學(xué)是應(yīng)人類面臨的根本生存環(huán)境危機(jī)---全球變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)而興起，在近年諸多高新技術(shù)在地學(xué)上的應(yīng)用研究而促進(jìn)其發(fā)展，它反映了現(xiàn)代人類對(duì)人－自然界關(guān)系的哲學(xué)理念。但是，概念盡管已提出，行動(dòng)卻尚有不少困難。首先就是面對(duì)這個(gè)復(fù)雜的開(kāi)放的巨系統(tǒng)，如何能適時(shí)地、多周期地獲取系統(tǒng)多參數(shù)的海量數(shù)據(jù)？同時(shí)，又如何對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、集成以及選取合適的參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模？模型又如何能適時(shí)地檢驗(yàn)？如何對(duì)全世界成千上萬(wàn)的地學(xué)實(shí)驗(yàn)室、科研機(jī)構(gòu)、大專院校的科學(xué)研究和獲取的寶貴數(shù)據(jù)能進(jìn)行共享、交換？這些問(wèn)題均有待解決。地球系統(tǒng)科學(xué)又面臨困境。幸運(yùn)的是，地球系統(tǒng)科學(xué)由于現(xiàn)代工程技術(shù)科學(xué)的參與與支持，將出現(xiàn)一場(chǎng)新的技術(shù)革命。數(shù)字地球就是這場(chǎng)技術(shù)革命的集中體現(xiàn)，它有望給地球系統(tǒng)科學(xué)帶來(lái)研究方法，手段的革命性變化。
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