要说专业有很多分支：地理科学、环境科学、规划、地理信息系统、旅游、资源等等。每个学校可能开这些专业中的几个。地理科学专业课：中国地理、世界地理、自然地理、人文地理；环境科学专业课：环境学；规划专业课：区域分析与规划、城镇规划；地理信息系统专业课：地理信息系统；旅游类专业课：（地理方面）旅游地理学；资源专业课：自然资源学。

要说学科分支：自然地理、人文地理、经济地理三类。自然地理包括：水文学、土壤学、生物学、地壳学、地貌学。人文地理包括：人口学、宗教、语言、民族、民俗、旅游、行为、政治。经济地理包括：区域、部门和公司（企业）地理；部门经济地理又包括：农业地理学、工业地理学、交通运输业、商业、信息业。

各个学校和具体专业不同所收的学生类别也不同，但大部分学校都只收理科生，很少一部分招文科。因为地球科学（或者叫地理）是需要严谨和理论思维的学科。

基本上每个学校都有这些专业，但名字有所不同，可能叫地球科学、环境规划、资源环境，等等。你报的时候要注意。

地球科学研究中的超级计算

1.地球的科学小知识

1. 地球科学指一切研究地球的科学，主要包括地质学、地理学，以及其它衍生学科。

2. 各学科通常会以物理、地理、地质、气象、数学、化学、生物的角度研究地球。它和人类的生活息息相关，人们手上所戴的黄金饰品和钻石，都是来自地球的矿产资源；盖房子所用的砂、石、水泥，其原料也是来自地球；所吃的鱼虾，大都取自海洋；气温的变化影响生活甚巨；天体的运行，也时时刻刻影响着我们。

3. 因此，地球科学是一门很基础、很重要的学科。

4. 地球科学的范围很广，涵盖地质学、海洋学、气象学和天文学等领域。地质学在探讨地球的历史与各部分组成，包括其演化和各种矿学、岩石以及矿产的分布；海洋学在研究海水的运动、海水的物理与化学性质及海底地形；气象学在分析大气的组成、构造和运动；而有关地球起源、太阳系的形成和天体的运动变化，乃至宇宙的演化，均属天文学的研究范围。

5. 以陨石撞击地球为例：高温高压撞击地球的结果，势必引起地形与地质的变化；飞扬在大气中的粉尘微粒会遮蔽阳光，大气和海水温度因而降底。因此，看似简单的天文事件，却引起地质、气象和海洋的变化，可见各领域关系密切、环环相扣。

2.关于地球的科普知识

地球是太阳系从内到外的第三颗行星，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。赤道半径为6378.2公里，其大小在太阳系的行星中排列第五位。地球有大气层和磁场，表面的71%被水覆盖，其余部分是陆地，是一个蓝色星球。

地球是包括人类在内上百万种生物的家园，也是目前人类所知宇宙中唯一存在生命的天体。地球已有45亿岁，有一颗天然卫星月球围绕着地球以27.32天的周期旋转，而地球自西向东旋转，以近24小时的周期自转并且以一年的周期绕太阳公转。

地球内部有核、幔、壳结构，地球外部有水圈、大气圈以及磁场。地球是目前宇宙中已知存在生命的唯一的天体，是包括人类在内上百万种生物的家园。

扩展资料：

在地球演化过程中，发生一些天文与地质事件，将事件的时间段叫做地质时期。

在各地质时期，在与地球相关的宇宙空间及太阳系和地球所发生的大事件，在地球自身、地壳运动、地层、岩石、构造、古生物、古地磁、冰川、古气候等多方面都留下了记录。在不同的地质时期，地质作用不同，特征不同。

地球表面的气温受到太阳辐射的影响，全球地表平均气温约15℃左右。而在不见阳光的地下深处，温度则主要受地热的影响，随深度的增加而增加。在地球中心处的地核温度更高达6000℃以上，比太阳光球表面温度（5778K,5500°C）更高。

对于地球岩石圈，除表面形态外，是无法直接观测到的。它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸到软流圈为止。

岩石圈厚度不均一，平均厚度约为100公里。由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系，因此，岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。

由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多，而大洋盆地约占海底总面积的45%，其平均水深为4000~5000米，大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周围延伸着广阔的海底丘陵。

因此，整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成，对它们的研究，构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构造学"理论。

搜狗百科——地球

3.关于地球的科普知识

地球是太阳系从内到外的第三颗行星，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。

赤道半径为6378.2公里，其大小在太阳系的行星中排列第五位。地球有大气层和磁场，表面的71%被水覆盖，其余部分是陆地，是一个蓝色星球。

地球是包括人类在内上百万种生物的家园，也是目前人类所知宇宙中唯一存在生命的天体。地球已有45亿岁，有一颗天然卫星月球围绕着地球以27.32天的周期旋转，而地球自西向东旋转，以近24小时的周期自转并且以一年的周期绕太阳公转。

地球内部有核、幔、壳结构，地球外部有水圈、大气圈以及磁场。地球是目前宇宙中已知存在生命的唯一的天体，是包括人类在内上百万种生物的家园。

扩展资料：

在不同的地质时期，地质作用不同，特征不同。 地球表面的气温受到太阳辐射的影响，全球地表平均气温约15℃左右。

而在不见阳光的地下深处，温度则主要受地热的影响，随深度的增加而增加。在地球中心处的地核温度更高达6000℃以上，比太阳光球表面温度（5778K,5500°C）更高。

对于地球岩石圈，除表面形态外，是无法直接观测到的。它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸到软流圈为止。

岩石圈厚度不均一，平均厚度约为100公里。由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系，因此，岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。

由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多，而大洋盆地约占海底总面积的45%，其平均水深为4000~5000米，大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周围延伸着广阔的海底丘陵。 因此，整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成，对它们的研究，构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构造学"理论。

百度百科——地球。

4.关于地球的小知识

地球是距太阳的第三颗行星，离太阳的距离大约是150000000公里.地球用365.256天绕行太阳一周，并用23.9345小时自转一圈.它的直径是12756公里，只比金星大了一百多公里.我们地球的大气里78%是氮气，21%是氧气，余下的1%是其他成份.地球表面的平均温度是15摄氏度，平均气压1.013帕.

地球形成自46亿年前，大约在16亿年前地球每昼夜只有9个小时，比现在自转快的多，每年约有800多天；到了6亿年前，每昼夜延长到了20个小时，年缩短到440天，地球正在逐渐放慢自转速度，原因可能主要是月球的潮汐引力作用.一般认为，地球的形成起源于太阳星云分化物.46亿年来，地球从一个均质的球体演变成现在的"圈层"结构.地壳平均厚度17千米，地幔厚度约3473千米，占地球体积的83.4%，地幔温度为1000~3000摄氏度，地核厚度约3473千米，占地球体积的16.3%，物质处于液体状态，内核温度高达6000摄氏度以上，与太阳表面温度差不多.

5.地球科普知识50字左右

历年地球日主题 1974年只有一个地球 1975年人类居住 1976年水：生命的重要源泉 1977年关注臭氧层破坏、水士流失、土壤退化和滥伐森林 1978年没有破坏的发展 1979年为了儿童和未来——没有破坏的发展 1980年新的10年，新的挑战——没有破坏的发展 1981年保护地下水和人类食物链；防治有毒化学品污染 1982年纪念斯德哥尔摩人类环境会议10周年——提高环境意识 1983年管理和处置有害废弃物；防治酸雨破坏和提高能源利用率 1984年沙漠化 1985年青年、人口、环境 1986年环境与和平 1987年环境与居住 1988年保护环境、持续发展、公众参与 1989年警惕，全球变暖！ 1990年儿童与环境 1991年气候变化——需要全球合作 1992年只有一个地球——一齐关心，共同分享 1993年贫穷与环境——摆脱恶性循环 1994年一个地球，一个家庭 1995年各国人民联合起来，创造更加美好的世界 1996年我们的地球、居住地、家园 1997年为了地球上的生命 1998年为了地球上的生命——拯救我们的海洋 1999年拯救地球，就是拯救未来 2000年2000环境千年——行动起来吧！ 2001年世间万物，生命之网 2002年让地球充满生机 2003年善待地球，保护环境 2004年善待地球，科学发展 2005年善待地球--科学发展，构建和谐 2006年善待地球--珍惜资源，持续发展 2007年善待地球--从节约资源做起 2008年：“善待地球——从身边的小事做起” 2009年：“绿色世纪”（Green Generation） 2010年：低碳经济绿色发展。

6.地球科学总复习提纲.

初一科学期末复习提纲第一章 科学入门1. 科学就是研究各种现象，并寻找它们答案 的学问. 如大家熟悉的牛顿发现了万有引力 ， 瓦特发明了蒸气机等.可以这样说： 科学离我们并不遥远，它就在 我们身边.2. 学习科学的方法和目标： 多观察 ， 多思考， 多实验， 运用科学方法和知识， 推动社会的进步， 协调人与自然的关系， 为人类创造更美好的生活.3. 实验 是进行科学研究最重要的环节， 做实验时， 我们一定要遵守实验室的 规章制度，要注意安全. 要熟悉每种仪器的用途和使用方法.4. 将生鸡蛋放入盛有清水的烧杯里， 鸡蛋便会下沉 . 在烧杯里放入较多的食盐，搅拌后食盐开始溶解， 生鸡蛋会上浮最后漂浮 5. 测量是一个将待测的量与公认的标准量 进行比较的过程. 要测量物体的长度， 先要规定 长度的标准即长度单位， 然后选用合适的单位进行测量.6. 长度的主单位是米 ， 较大的还有千米，较小的还有分米，厘米等 刻度尺是常用的长度测量工具. 7. 对形状规则的物体，如正方体，长方体等可用刻度尺测出它的边长，然后计算它的体积 测量液体的体积，一般用量筒.8. 量筒的使用方法： 首先要看清它的测量范围量程 和最小刻度. 量液体时，视线要与凹形液面的中央最低处保持水平. 9. 对不溶于水也不吸水的形状不规则的物体， 测量方法可以将它浸没 在水中，两次读数的差就是该物体的体积.10. 温度表示物体的冷热程度，平时我们讲今天真热或真冷， 就是指今天的温度高或低_.11. 实验室中常用的有水银 _温度计，酒精温度计等，它们是根据液体热胀冷缩的性质制成的. 常用的温度单位是摄氏度， 用℃表示， 它的规定是： 把冰水混合物的温度定为0℃， 在标准大气压下水沸腾时的温度定为100， 在0到100之间分为100等份，每一等份就表示一摄氏度.12. 液体温度计的使用： 使用前，要先观察温度计的量程 ，切勿用来测量超过温度计量程的温度. 测量时，手要握温度计的上端， 要使温度计的玻璃泡跟被测物体 充分接触，如果测量的是液体温度，则要使玻璃泡完全浸没在 液体中， 但不要接触容器壁和底部. 测量时，要等到温度计的水银柱不再上升或下降时，再读数， 读数时温度计不能离开被测物体. 读数时，眼睛应平视， 视线应与温度计内液面相平.纪录读数时， 数字和单位要写完整， 并注意是否漏写了单位和估读值.13. 质量是表示物体所含物质的多少 . 物体质量的单位是千克 ，用符号 kg 表示， 较大的单位有 吨， 较小的单位有克，毫克等.14. 质量是物体本身的一种属性， 质量的大小完全由物体本身 决定. 改变物体的形状， 温度，状态，位置和空间 都不会改变物体质量的大小.15. 实验室里常用天平 来测量物体的质量， 常见的是托盘天平_.16. 托盘天平的使用： （1）游码移到零刻度线处， 天平放水平. （2） 调平衡， 用平衡螺母 调节.（3） 左盘放物体， 右盘放砝码， 先放大 砝码， 再加小砝码， 最后移游码_.（4） 读数， 将盘内砝码的总质量+游码指示的质量值. （5） 称量完毕， 用镊子 将砝码逐个放回 砝码盒内.17. 在自然界，任何有 的运动都可以作为测量时间的标准， 如日晷就是根据 的原理发明的， 摆钟就是根据摆的 原理来工作的.（免做）18. 科学探究的步骤是（1）提出问题 （2）建立假设 （3）设计实验方案 （4）收集事实证据 （5）检验假设 （6）交流和评价.第二章 观察生物1. 生物和非生物间最根本的区别是： 是否有生命生命是有生命的物体， 它具有 对 *** 有反应，摄取营养， 繁殖后代，能生长 ，适应和影响环境，遗传和变异等特征.2. 判断动、植物的主要依据： 一是生物体能否环境 ， 二是是否需要从外界摄取营养物质.3. 脊椎动物和无脊椎动物的主要区别是有无脊椎骨 . 被子植物和裸子植物间的根本区别有： 种子 外有无果皮包被， 胚珠外有无子房包被.4. 动物界中， 分布最广， 最高等的动物是脊椎 动物； 种类和个体数量最多的类群是昆虫， 最低等的动物是原生动物.5. 植物界里， 最高等的植物是被子 植物， 最低等的植物是 藻类 植物. 被子植物 和裸子植物可用种子繁殖后代.6. 脊椎动物的主要特征及代表动物. （表格无法显示，见邮箱）7. 昆虫的主要特征： 身体分头 ， 胸 ，腹 三部分，头部有触角 ，眼和口器， 胸部一般长有二对翅， 三对足， 身体， 触角，和足都分节.8. 具根，茎，叶，花，果实和种子的植物是被子 植物，也称是绿色开花植物； 有根，茎，叶，种子， 无花，无果实的植物是裸子植物； 只有根，茎，叶的植物是蕨类植物； 只有茎，叶的植物是_苔藓植物； 生物体由单细胞或多细胞直接构成的植物是藻类植物（无根茎叶等器官）。

9. 等级分类的七个等级是： 界 门 纲 目 科 属 种 ，其中种是等级分类的基本单位.10. 放大镜的主要构造是透镜， 使用时应正对被观察物体. 放大镜能成放大，正立的虚像.11. 显微镜的结构和使用：（1）使用时操作步骤： A. 取放： 一手握镜臂， 一手托镜座，放在体前略偏左.B. 上镜： 从镜盒取出物镜装在转换台上， 取出目镜装在镜筒上.C. 对光： 转动物镜转换器， 使物镜对准通光孔， 转动集光器，选取一个大小适宜的光圈， 左眼观察目镜， 用手转动反光镜， 当观察到一个明亮的圆形视野，对光完成. D. 观察：。

7.有关地球的小知识 不用太多

地球的大小的数据

根据人造地球卫星观测结果，1980年国际大地测量学和地理物理学联合会公布了地球部分参数。

赤道半径：6 378 137米

极半径：6 356 752米

扁率：1∶298.257 222 010 1

总面积：51 000万平方千米

总体积：10 830亿立方千米

总质量：5.976*1027克

地球形状和大小的地理意义

地球的形状和大小，在自然地理上是很有意义的。

地球是个圆球体，太阳距离地球较远，它以平行的光线射达地球表面（曲面），因而与地表构成不等的入射角。在地球上，任一时刻受到太阳光直射的只有一点，其他部分为斜射，所以，圆球体表面获得的太阳热能不均，这是导致地球上各地气候有差异的主要因素之一。

地球有巨大的质量，它以强大的引力将大气层、水体吸引在自己的周围，加上太阳光热能的作用，在地球表面各圈层之间进行能量转化、物质交换，从而形成了复杂的自然面貌。

地球表面积巨大，为人类生存、发展提供了广阔的空间。

地球仪上的经纬线

(1)纬线与纬度人们把地轴的中心叫地心。通过地心且垂直于地轴的平面，叫赤道面。赤道面与地球表面相交的大圆圈叫赤道。在地球表面上，凡与赤道相平行的圆圈，就称为纬线圈或纬线由于赤道面垂直于地轴，而所有纬线都与赤道相平行，所以任何一条纬线都代表地球上的东西方向。地球上某一点的纬度，就是该点代表重力方向的铅垂线与赤道面的夹角。这个夹角，在赤道为0°，在北京约为40°，在南北两极为90°。自赤道到南北两极的纬度分别有0°至90°。由于赤道面把地球等分为两部分，赤道以南称为南半球；赤道以北称为北半球，所以，纬度也有南北之分，赤道以南称南纬，用“S”表示；赤道以北称北纬，用“N”表示。为了研究某些问题方便起见，我们称0°~30°之间的纬度地带，为低纬度；30°~60°之间的纬度地带，为中纬度；60°~90°之间的纬度地带，为高纬度。

(2)经线与经度通过两极并和赤道相垂直的大圆圈，称为经线圈或经线，也称子午线。由于所有经线都交于南北两极，又与纬线相垂直，所以任何一条经线都代表地球上的南北方向。地球是圆球，经线又有无数条，所以，为了便于计算，经国际社会之间的协商，决定以通过英国伦敦东郊格林尼治天文台的那条经线为零度经线，又称本初子午线。为使英、法等国和非洲大陆上的各国同属一个半球，东西半球的划分，是以东经160°和西经20°为界。地球上某一点的经度，就是该点所在经线平面与本初子午线平面之间的夹角。这一夹角相当于这两个平面所夹的赤道弧在地心所张的角度。本初子午线以东称东经，用“E”表示；以西称西经，用“W”表示。地球圆周为360°，所以东西经各分180°。

(3)经纬网地球仪上的经纬线共同组成了经纬网。有了经纬网及其经纬度，地球上各个点的位置就容易确定了。地球上两个不同的地点，可以有相同的纬度或经度，但不可能既有相同的纬度又有相同的经度。因此，地球上不同的地点、不同的位置，就可以用相应的经纬度来表示。例如，北京位于赤道以北40°，本初子午线以东116°，北京的地理坐标就是40°N,116°E；利马（南美洲秘鲁的首都）位于赤道以南12°，本初子午线以西77°，利马的地理坐标是12°S,77°W。

8.宇宙科学小知识

银河系中的恒星

整个银河系约有2000亿颗恒星。天文学家根据这些恒星的年龄大小不同，将它们分成两大星族：星族I与星族II。星族I是一些年轻的恒星，多分布在银盘的旋臂附近，星族II是一些年老的恒星，多聚集在银核及银晕中。

在银河系里，既有许多如巨星、矮星、变星等单个出现的恒星，也有许多成双成对出现的恒星双星。除双星外，银河系中还可看到由两颗以上的恒星组成的聚星。如双子座的北河二是六合星，半人马座的南门二是三合星。由 10个以上的恒星组成的星团也是银河系里的重要成员。

9.地球上有什么鲜为人知的小知识

国外一家媒体近日为我们盘点了关于地球鲜为人知的9个有趣小知识，比如“地球”一词来源于盎格鲁-撒克逊语中的“Erda”、地球一天是23小时56分4秒等。

1.“地球”一词来源于盎格鲁-撒克逊语中的“Erda” 除了我们地球，太阳系的其他行星都是以希腊语或罗马神话命名的。“地球”这个词来源于盎格鲁-撒克逊语中的“Erda”，它的意思是“土地”或“土壤”。

地球表面约71%被水覆盖着，它是迄今为止我们所知道的整个宇宙中唯一一个水以液体形式存在的行星。 2.地球上的最高点不是珠穆朗玛峰 珠穆朗玛峰的海拔高度为约8848米，被公认为世界最高峰。

但这一说法并不完全对。珠穆朗玛峰的山尖距离海平面的高度确实是地球上最高的，但是地球本身并不是一个规范的球体，从宇宙中看，地球赤道附近的山其实离外太空更近。

厄瓜多尔境内的钦博拉索山（Chimborazo）的海拔高度只有6272米。但是由于地球椭圆形的外观，这个山峰与珠峰相比离外太空更近。

3.地球是唯一一个有板块构造的星球 科学家们认为地球由七大板块构成。理论上认为，当这些板块相互碰撞时，便产生了山脉，它们裂开的地方便出现了山谷，但这也导致引发地震和火山爆发。

4.地球有一个双胞胎星球 科学家们现在认为，我们地球有一个“双胞胎”星球，它的名字叫做“忒伊亚”（Theia），它与火星一般大小。约45.33亿年前的一天下午，忒伊亚撞向地球，该星球的大部分都被吸收了，但掉了一大块，并与地球的物质相结合，从而创造了月球。

科学家之所以这样认为，是因为月球上的金属同位素类似于地球上的。 5.地球最低温度是零下128.6华氏度 虽然地球上最冷的地方是南极洲，但是俄罗斯东方站在1983年7月21日录得零下128.6华氏度的最低温度。

最高温度记录是，1922年9月13日利比亚阿齐济耶出现136华氏度的高温。 6.海洋还有超过90%未开发 事实上，我们对海洋的开发还不到10%。

虽然我们已经确定了212906种海洋生物，可能还有2500多万种我们不知道。 7.月球拥有几乎呈正圆的轨道 关于月球，我们还有一些不了解的事情，例如，月球拥有几乎呈正圆的轨道。

月球被一种像火药气味的奇特尘埃覆盖着。此外，太阳恰好比月球大400倍，远离地球的距离也是月球的400倍，这使它们出现在天空时看起来大小相同，这是一个很不可思议的巧合。

8.地球一天不足24小时 人们总抱怨说每天的时间不够用，这是对的，实际上，地球绕自转轴转一周的确切时间是23小时56分4秒。 9.地球不是一个正圆 地球是一个球体，但它不是一个正圆。

事实上，由于重力作用，地球赤道周围出现了一个凸起部分。地球的极半径为3949.99英里（约合6357公里），而它的赤道半径为3963.34英里（约合6378公里）。

地球上看上去有“腰间赘肉”。

地球与空间科学是学什么的

王群

1 绪论

包括地质、地理、大气、海洋等众多学科在内的地球科学，是自然科学中直接面向人类与自然关系的部分。地球科学不仅是认识地球固态、液体和气态各圈层及其与人类关系的渠道，而且通过找矿勘探、气象预测、水文、测绘、地震等学科的科技实践活动，在资源、能源、环境和防灾、减灾等方面直接为社会经济服务。

卫星通信技术、网络技术和计算机技术，改变传统地学研究的模式。遥感、信息技术和各种实时观测、分析技术的发展，使地球科学进入了覆盖全球、穿越圈层，亦即地球系统科学的新阶段，从局部现象的描述推进到行星范围的机理探索，获得了全球性和系统性的信息。

在应用方面，地球科学的作用几乎无所不在，从采掘业、工业、农业到建设规划、旅游和军事，都是地球科学施展的领域。而且，随着社会发展而出现的环境恶化和自然灾害后果的加重，使得原来主要面向资源的地球科学朝环境和减灾防灾发展，从而拓宽了地球科学为社会服务的领域。

现代化的探测手段、信息技术的应用，生成了PB/TB级的地质空间数据，需要万亿次以上的超级计算机处理和解释、存取和利用。另一方面，数字信息和通信环境的发展，也改变了传统基础学科研究的手段和方法，一个多学科交叉的研究队伍是完成大型科学研究和工程实现的重要保证。先进的超级计算机和网格计算技术为基础交叉学科的研究提供一个多学科共享资源平台。2002年以来，美国、英国、日本、澳大利亚和欧盟都启动“e-Research”或“e-Science”项目，投资额从1亿到10亿美元不等，其目的是利用网格技术和中间件技术把全国或区域范围的大学或研究室的超级计算机连接起来，形成一个虚拟的协同多学科资源共享平台。与此同时，先进发达国家正在建立以地球科学为核心的多学科资源共享平台。

2 超级计算机

正如Moore定律的解释，计算机的运行速度正快速增加（每18个月增加一倍），制造费用急剧下降，超级计算成本趋于合理，购买一个万亿次计算能力的超级计算机，目前我国大多数大学可以支付得起。根据超级计算机的性能最新统计TOP500 显示（截至2004年12月），其中358台是2004年最新安装的，2003年安装了95台。两者相加占世界最快500台计算机的90%以上，如表1所示。加快计算机的速度在技术上已不是难题，关键是软件系统的开发，而这正是我们的薄弱环节。

在基础学科研究领域，地球科学是应用超级计算机最多的领域。根据TOP500的最新统计（截至2004年12月），如表2所示，在最高性能的500台超级计算机中，地球物理占了51台，占总数的10%以上。如果加天气和气象研究、天气预报等，地球科学占用的超级计算机的比例还要大。

表1

表2

目前我国许多大学和研究机构也开展了超级计算体系结构的研究，例如，以Linux操作系统为主的集群式计算机结构体系。这种体系在大型计算机和超级计算机昂贵时，为超级计算任务提供了一个可行的解决方案。但是现在已不能满足更大规模计算的要求。其主要问题是性能比差，可靠性低，维护困难，扩展性差，安全性差，研究人员在系统的构造上花太多的精力，费用也不一定低。

2003年，美国两院院士、美国《时代》周刊封面人物陈世卿博士回到中国，在深圳蚬壳星盈公司发明了超级刀片计算机。陈世卿博士亦是世界著名CRAY超级计算机CRAY-MP和Y-MP开发的领导者。

超级刀片计算机的“刀片”设计理念类似于喷气发动机的涡轮“叶片”。这些“叶片”随时可以取下来更换，将它们绞合在一起便产生强大的动力。超级刀片计算机充分运用了这种设计理念，深入浅出，化繁为简，采用全新的技术，对计算节点的升级只需要增加“刀片”不需要重新布线和配置。这种计算机如同发动机上插满了一个个“刀片”，每个“刀片”就是一个运算单元，理论上可以无限扩充，而且可以在不停机的情况下随时增加和更换。超级刀片计算机采用了崭新的设计理念和系统架构，运算速度可超过每秒50万亿次浮点数，达到了美日等先进国家超级计算机的水平。超级刀片计算机具有持久的生命力，安全可靠，合理的价格性能比，实时协同模式等性能。

3 地球科学研究的超级计算问题

地球科学研究的超级计算问题包括：地震数据处理和解释、遥感信息处理和解释，大规模地理信息系统，地质空间数据处理和可视化，地球、大气和海洋等各种自然现象动态模拟，如地震，洪水，沙尘暴等，工程地质结构模拟，材料分子动力学模拟等等。另外，在地球科学的研究中，有许多超级计算涉及多学科，跨学科问题。有些问题是实时的，协同工作流模式。

4 基于高性能网络的超级计算

随着计算机和信息技术的发展和应用，特别是高速网和相关设备的建设和应用，已经深刻地影响到科学研究的方法，改变了研究的手段，同时，导致了e-Research和e-Science概念的出现。

e-Science是对一个超大规模的、需要全球科学家协同合作的、利用互联网及相关技术的科学研究基础设施的定义。这些协同科学研究的一个最典型的特征是，科学家需要存取海量级的数据集，利用独特的科学研究设施，消耗大量的科学计算资源，执行高性能的分析、建模和可视化显示。这种超大规模的研究的另一个重要方面是为科学家和跨学科之间的信息交流，新概念萌发提供了学科交叉的平台。

e-Research是e-Science更一般的定义和概括，它包含了非理科研究的行为和活动。例如e-Research包括人类学和社会学的研究，为了协同工作和知识共享，e-Research也有利用分布式计算资源的特征。

网格技术（Grid Technologies）在e-Research和e-Science的发展中扮演了一个重要角色。与顾客和企业可以获取电力供应一样，网格使研究员和研究机构以某种规定的方式，存取网络上分布的数据仓库，特殊的科学设备，获取知识服务，以及共享强大的计算功能。他们可以实现灵活多变的、安全的知识共享，并且在个体研究者、研究机构以及资源动态组合中，协调科学研究问题的求解。这种方式通常也称为虚拟组织（Virtual Organization）。

计算基础设施（Cyberinfrastructure）代表了一个由分布式计算机、信息和通信技术组建的、新型的、虚拟科学和工程知识环境。它实现了一个高效，多种形式进行科学研究的平台。

科学家通过对新知识的挖掘、交互式建模、利用仿真和模拟工具、共同协作解决复杂的科学和工程技术问题，这些导致了基础科学研究设施正在发生变化。复杂的科学和工程技术问题要求我们的新型基础科学研究设施必须是跨学科的、分布式的、集成共享平台。天文学（Astronomy）、生物学（Biology）、地球科学（Geosciences）、公共卫生（Public Health）和纳米材料（Nano-materials）通常都需要实现信息集成、数据分析和安全的知识共享。它们都需要安全地、可操作地、连续地存取物理设备（例如计算机、磁盘阵列、仪表仪器等）、数据和信息（大量的数据集、商业和科学数据库、信息和软件库，视频和图像库）以及特定的专家和学者。

e-Research中间件是具有特定功能的软件，该软件为整个计算基础设施上的应用系统、计算资源、研究机构和个人之间的知识管理、知识共享、任务合作提供标准的通用工具和服务，它是e-Research计算基础设施的重要组件。

美国、英国、欧洲共同体、日本等都实施了庞大的e-Research计算基础设施的研究计划，他们希望计划可以增加国家长期的经济繁荣以及发挥基础设施所提供的知识分布的功力。许多研究计划已经研发出了重要的中间件，一些项目是国家之间的合作计划，或交流项目，共同开发跨大洲的通用中间件。

通过国家自然科学基金（NSF）的资助，美国目前正在考虑每年增加投资10亿美金建造和开发一个高性能计算基础设施计划（Advanced Cyberinfrastructure Program），其中的三分之一（大约3.95亿美元）将投到中间件的技术研究以及相应的开发活动中。表3列举了一些重要的e-Research基础设施研发计划以及大约投入到中间件研发经费。

表3

虽然我国在计算基础设施（Cyberinfrastructure）建设中投入了一定的研究经费，但是报告显示有效地利用它获取研究资源的效率是较低的、耗时的，需要较多的人力。用户迫使使用不可靠的、手工的方法去发现合适的资源；有时需要与资源的拥有者协商；有时需要通过低效、耗时、昂贵的手段利用这些资源；有时甚至需要跨洲飞行。对存取高速网上资源、设备、服务和数据缺乏足够的认识，导致了我们失去了很多机会。另外，用户也给系统的安全带来了许多不确定因数，需要防止非授权人员对资源的入侵。由于标准化、系统支持和维护以及用户界面的不完善，在支持和维护软件过程中研究人员需要投入更多的时间和精力。

地球科学需要有一个互信的、协同的、交互的、基于高速网的资源环境，为软件服务提供支持的中间件可以达到该目的。虽然我国ICT（Information and Computer Technology）研究人员对许多中间件的关键技术和服务做了大量的调查研究，但他们大多是学科单一的研究小组和企业，缺乏中心协调和一个特殊应用的驱动。因此，在我国中间件研究项目内部以及与国际中间件研究项目之间，都应该建立更多的协调机制。当前，我国对中间件基础设施研究的资助基金是有限的、支离破碎的，从而导致了一些项目的重复和低效。

我国需要一个公开中间件研究计划（Open middleware program），它可以保证这些研究活动的集成和整体协调，可以把现有的传统中间件扩展和改造成符合国际标准的OMP（Open middleware program）体系结构，并提供特殊应用领域的服务。该中间件研究计划还将识别和填补我们与国际中间件研究技术的差异，把目前研究项目的软件更新到可以被e-Research研究机构应用的软件。

目前的网格服务中间件（身份管理，存取控制，供货管理，预订服务，通知服务），当运行在现有的计算基础设施的时候，是很脆弱的，不可靠的。网格服务组件需要工程化，使组件更鲁棒，更可靠。用户可以完全透明地存取网格共享的设备、计算和数据资源。我们需要扩大网格服务中间件的研究和投资力度，提高它的标准化、鲁棒性和可用性。

实施公开中间件计划重要目的之一是解决和完善OGSA网格服务之间的界面、基于因特网的应用层中间件、数字图书馆和信息管理服务、知识服务管理等。在过去的几年里，全球网格联盟GGF（Global Grid Forum）开发了网格基础设施技术要求（Grid infrastructure specifications），例如Globus Toolkit和Open Grid Services Architecture（OGSA）。全球网格联盟（包括Globus联盟，HP和IBM）集聚在一起开发符合WSRF（WS-Resource Frame-work）形式的网络服务。这也将使得网格研究机构牵动W3C和OASIS开发的技术和工具，现已吸引到大量的工业界投资。WSRF和相关的技术要求目前还不是一个工业标准，OMP的作用之一跟踪这些发展，确保它们反映和了解我国e-Research和网格技术的现状。

现有的中间件的工具和服务应该重新认识，并使它们更加可靠、实用。

现有的中间件的工具和服务应该更具有可操作性、共享性、客户化，并且能够与更大的框架集成、与网格环境集成。

为此，需要开发新的中间件工具和服务。在缺乏以下功能的情况更应该考虑开发新的中间件：网格安全，网格管理和组装，服务适应的质量，工作流引擎，协同工具，多媒体语义索引，智能服务发现，决策支持和假设测定软件，数据和知识的验证和校订，自动表示机制，协同可视化，模拟和仿真以及为应用系统科学家设计的高端网格用户界面。

在领域特殊的科学数据仓库中存在大量的异构数据集，例如空间数据、时间数据、图像、视频、音频、3D、光谱、图形和多媒体等，这些数据应该能存取、共享以及与其他领域的信息资源、数字图书馆（发表的文章和论文）和网站集成。

知识网格层需要加入到现有的计算和数据网格中，这将涉及定义知识管理服务和网格管理之间的界面以及实现知识网格服务和网格环境的集成。

加大研究工作的协调和增加资金的投入可以防止工作的重复，缩小与国际的差距。

5 协同计算中间件

理论上讲，中间件处在用户之间、应用系统之间，或用来解决复杂科学和工程问题的资源之间（见下图）。中间件提供了一组通用的服务和工具，容许研究人员和应用系统在处理计算、数据仓库、其他分布资源时，就好像它们是一个超大型的虚拟设施。中间件把一组应用系统需要的核心服务放在一个标准的、无所不在的容器中。这种通用的服务品简化了应用系统的开发，提供了系统的鲁棒性和交互操作性，减少了许多重复的工作，并在各方面提高效率。

计算基础设施的关键组件图

虽然这里把中间件分为三个服务和工具类型，但是还有一些其他传统的方法划分中间件的空间。另外，有些组件（例如，安全、语义、来源等）实际上横跨在所有三个分类。

网格服务和资源管理中间件：该中间件包括一个公开网格服务设施OGS（Open Grid Services Infrastructure），提供网格数据和计算资源之间的以及使用这些资源高端应用服务之间的存取、通信、安全、认证、记账和协调服务。计算和数据网格依赖网格服务中间件，因而又称该层为资源管理中间件（Resource Management Middleware）。

知识管理中间件：该中间件提供了大量的服务和工具，以实现对各种类型的大型数据仓库和视频信息存储仓库的索引、归档、查询、分析、集成、管理和表示等。这些工具可以实现对多学科的数据集的整合和自动索引，并且实现交互式分析、建模和可视化。工具还可以挖掘、获取和发布新层次的知识，共享新的注释。

协同中间件：该中间件提供服务和工具以支持形式和非形式化的，实时和非实时的协同活动，这些活动可能出现在远程科学家之间、研究机构之间或资源（动态，可扩展的虚拟组织）之间。表4列出了这些中间件的基本功能，它们是该研究项目典型需要集成和需要研发的。

表4

续表

6 结论

地球系统科学的发展在经济社会可持续发展中占有重要地位。

地球系统科学的研究需要应用大型科学仪器设备和超大规模计算设施，处理PB、TB级地质空间数据集。

现代地球系统科学研究涉及大量的多学科和交叉学科的问题求解，因此需要一个协同多学科资源共享平台和使用该平台的技术标准和规范。

地球系统科学的研究不应是一个孤立的行为，应与世界联合共同研究，该资源共享平台可以参与世界e-Research和Geo Grid网格建设中去。

我国地球系统科学基础研究的超级计算设施较差，特别是大学里，需要加大投入和整合我们的基础研究资源。

建立以地球科学超级计算和地质空间数据处理为目的的基础研究平台。

实现地球科学基础研究为目的的多学科资源共享环境和地学网格计算环境。

开展超级并行计算、分布式协同处理、多学科资源共享的中间件研发以及相关的应用基础研究。

为参加更大规模的国家乃至世界级科学研究网格计算（e-Research Grid R＆D）奠定基础。

参考文献

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地球与空间科学是一门综合性的学科，研究地球及其周围空间的物理、化学、地质和生命等方面的现象和过程。

地球与空间科学的主要研究内容包括：

1、地球科学

研究地球内部结构、地壳运动、地震、火山活动、地质演化等。包括地质学、地球物理学、地球化学、地貌学等。

2、大气科学

研究地球大气层的组成、结构、运动规律，以及天气、气候、气象灾害等。包括气象学、大气物理学、气候学等。

3、空间科学

研究地球外层空间的天体、行星、恒星、星系等，并探索宇宙的起源、演化等。包括天文学、宇宙物理学、空间探测技术等。

4、行星科学

研究太阳系内其他行星、卫星以及小天体的形成、结构、特征等。包括行星地质学、行星物理学、行星探测技术等。

地球与空间科学专业概述和培养要求：

1、专业概述

地球与空间科学专业以太阳系特别是日地空间物理环境作为主要研究对象，是应用性很强的基础专业，它的研究成果哪腔和不仅有助于增进人类地球及其空间环境的科学圆脊认识，而且支持着众多的国民经济建设中具有重要意义的产业部门或高科技领域。

为太空时代的人类活动提供了必要的基础。今天，地球与空间科学已成为地球科学中最具活力的学科之一，其研究成果将对21世纪人类的生存发展、太空环境的充分利用产生重要影李盯响。

本专业培养具备地理空间科学的基本理论、基本知识和基本技能，能在科研机构、学校、企业从事科研、教学、管理、规划与开发及在行政部门从事管理工作的高级专门人才。

2、培养要求

本专业的学生通过专业理论知识的学习，具有坚实的数理基础、熟练掌握计算机技术、网络技术、电子技术和较高的外语水平，了解并掌握现代地球物理或空间物理及技术的基础技能。