地球是由多圈层、多块体不同物质结构组成的，皆可用若干塑性、流变体、流体或弹性体组成的系统模型予与有效地描述。另外，地球与太阳、月球等行星的相互作用，本文把这些系统和模型称为“多体系统”。而把建立力学模型的过程称为“有限段建模法”。根据系统内各物体运动状态的不同，多体地球系统可有几种分类方法：①联接或分离；②弹性、塑性或流变体、流体；③各地质体形成封闭或开放体系。狭义地讲是上述内容；广义地讲是多物质体、多结构体、多时—空体、非线性和复杂性体。

（2）非完整地球系统动力学效应

地球是由多圈层不同物质组成，这在地球内部结构可以说不是一个完整体。同样，从地球的形态来看，也不是一个完整的圆球体。另外，非完整地球系统力学最大的优点就是在定量计算和模拟分析过程中，可将边界条件作为动态的进行。因此，把地球系统应该作为一个非完整地球系统力学研究，则效果可能会更好，更接近地球系统的实际。

（3）变质量地球系统动力学效应

变质量地球构造动力系统是研究地球质量变化物体的运动与作用其上的力之间的关系。所谓变质量地球系统动力学效应，就是指地球在运动过程中质量随着时间而不断变化的物体。当然，这里所说的物体质量的变化，并不是说有质量的消灭或产生，而是说在某一瞬时以前或以后，物体中有一部分质量不予考虑进去。前者相当于有质量并入而使物体质量增加的情况；后者相当于有质量分离而使物体质量减少的情况。

（4）碰撞动力学地球系统效应

碰撞地球系统力学主要有三个方面内容：①地球系统中有许多碰撞的现象，如两板块的碰撞、俯冲、仰冲、斜撞和太空陨石的相撞，陨石与地球的撞击等；②各种碰撞的类型研究，包括几何学、运动学和动力学及波动学；③碰撞地球系统力学的各种响应，与资源、环境、灾害的关系和预测、预报等内容研究。

（5）破坏动力学地球系统效应

由弥散分布的微裂纹串接为宏观裂纹，再由宏观裂纹演化至灾难性的失稳裂纹，这一发展过程称之为断裂破坏过程。了解地球系统中物质的断裂破坏才能阐明裂纹的演变史，才能表达地球系统的载荷环境与断裂破坏的因果关系。断裂破坏过程是一个宏微观结合的多层次过程，它既受到的裂尖奇异场为特征的宏观力学氛围的外部推动，又诱发于裂尖原子区动力失稳的之内涵过程的全貌。

破坏地球系统力学按研究尺度的逐级细化从宏观断裂破坏力学，到细观断裂破坏力学再到纳观断裂破坏力学三部分组成。

（6）流体动力学地球系统效应

流体地球系统力学是地球系统力学中很重要的组成部分，主要研究内容有：①天体的形状；②地球的引力场；③水平温度梯度作用下旋转流体的对流热传递模型；④地球系统内的对流；⑤地球系统“电机”理论；⑥地球系统物理流体动力学问题中的涨落和耗散现象；⑦地球系统化学自组织模拟；⑧地质学中的非线性对流问题；⑨反应、渗滤不稳定性；⑩地貌系统自由对流现象等[25]。

（7）极端动力学地球系统效应

随着地球科学的发展和需求，地球深内部高温、高压，甚至超高温、超高压的物质结构和动力学研究日益受到重视。本节将这部分内容定为极端地球系统力学，主要研究内容包括：⑴地球系统气体的热力性质；⑵地球系统能量和热力学第一定律；⑶地球系统能质和热力学第二定律；⑷地球系统对流换热基础；⑸地球系统中的辐射换热；⑹地球系统热应力基础；⑺地球系统热应力的分析方法；⑻地球系统热疲劳和高温低循环疲劳试验方法；⑼地球系统高温低循环疲劳强度与热疲劳强度；⑽多维应力下的高温循环疲劳和热疲劳；⑾热疲劳中的组织变化与破裂；⑿蠕变与高温疲劳的相互关系等。

（8）爆炸（发）动力学地球系统效应

爆炸（发）是地球系统中物质状态的突然的物理或化学变化，并伴随有运动和能量释放。爆炸（发）可以具有多种不同的形式。例如，大山爆发；太阳和宇宙爆炸；陨石撞击地球表面的爆炸等等。爆炸（发）地球系统力学就是研究上述内容的动力学过程和规律。主要研究内容有：①什么叫爆炸（发）；②爆炸（发）及其在介质中的效应；③大气圈爆炸的物理现象；④水圈爆炸理论及其作用；⑤岩石圈中的爆炸（发）理论及其作用；⑥爆炸（发）地震效应等。

记者：在当前条件下，“数字地球”已成为地球系统最有效的表达形式是吗？

毕思文：数字地球(地球系统数字学)将成为21世纪地球科学的重要特征，推动地球系统科学，从对自然现象的描述向定量化方向发展。主要研究内容有：数字地球提出的背景、数字地球的研究方法、数字地球原型、地球系统场理论基础、数字地球物理模型、数字地球力学模型、数字地球数学模型、数字地球信息模型、数字地球信息获取技术与模拟、数字地球空间信息基础设施、数字地球技术方法和数字中国与数字工程等。

记者：您为什么说地球系统科学是可持续发展战略的科学基础？

毕思文：可持续发展主要涉及人口、资源、生态、环境、减灾、经济、社会诸方面，由于各学科角度不同，阐述的重点亦不相同。可持续发展主要包括资源和生态环境可持续发展、经济可持续发展和社会可持续发展三方面。首先，它以资源的可持续利用和良好的生态环境为基础。其次，它以经济可持续发展为前提。再次，它以谋求社会的全面进步为目标。总之，发展是一个自然-社会-经济复杂系统朝着更加均衡、和谐、互补的方向进化。

人口是整个地球系统的主体和核心，是人类及其群体的泛称。人口寓于资源、环境之中，三者共同组成了一个相互矛盾、相互联系和制约的人类生存与发展的巨大系统。资源是指一定技术条件下，能为人类利用的物质、能量和信息，是人类发展的必备条件。由此可见，人口既是这个系统独立的基本要素，又是资源的重要组成部分，还是重要的环境要素，三者呈同心圆状共存结构，且存在十分密切的互动关系。若三者之间相互促进协调，其失调和障碍因素被控制在最小限制或范围内，称为系统的良性循环；若三者之间基本协调，虽有若干不协调因素，但无危害或破坏整个系统的常态进行，可称为中性循环；若三者之间基本失调，已危及或破坏了整个系统的常态运行，称为恶性循环；三者之间是一个既矛盾又统一的整体。平衡是相对的，不平衡是绝对的、长期的。出现不平衡是正常的，但失衡必须控制在一定范围内。否则，将对经济和社会构成较大危害。引起三者之间失衡原因很多，一般来说可将其分为自然性失衡、经济性失衡和社会性失衡三大类。

经济是总体可持续发展的基础，社会是可持续发展的目的。人口则处于经济、社会的核心地位。经济、社会发展需要宽裕的人口条件。人口因素在社会经济发展中作用重大。人口是社会主体，是社会生产力构成的能动要素和生产关系的体现者。人们的经济活动渗透到社会生活的一切领域。一切历史事件的发展都与人，特别是人口质量因素相关。在社会生产领域，人口质量的作用则更为明显。一般地说，高质量的人口对社会、经济发展起着促进作用，反之，则起着延缓甚至阻碍作用。

目前，中国存在的主要问题可以用过剩人口与短缺经济的矛盾加以概括。从这一基本点出发，可持续发展涉及人口数量、素质、结构与经济发展的主要方面：（1）总体人口与生活资源增长的可持续发展。（2）人口质量与经济技术进步的可持续发展的循环模式。（3）人口结构与经济结构的可持续发展。另一方面，在劳动力过剩情况下继续大幅度增加人口，21世纪前20年就业问题将白热化。应抓住机遇，运用动力，迎接挑战。

可持续发展的社会需求是多方面、多层次的。为此，地球系统科学作为规划与对策的科学基础应划分为两大层次，即满足可持续发展中面临的紧迫问题的任务研究和远期效应的基础理论研究。但二者有许多内在联系，相互促进、不能截然分开。在这里，地球系统科学是可持续发展战略的科学基础，不仅要研究自然规律，而且还为社会发展提出规划依据，后者是与社会法律相联的软科学。前面已经多次谈到对人在社会经济生活中的法规管理和人的自然因素的规范化，在社会可持续发展中的意义是非常重要的。

记者：这方面的最新动向及当前研究重点怎样？

毕思文：最近，德国联邦政府教育与研究部（bmbtf）与德国科学基金会（DFG）经过相当长一段时间的酝酿讨论和反复修改完善，共同策划制定了未来15年（2000～2015年）的超大型研究计划《地球工程学—地球系统：从过程认识到地球管理》，共包括13个重大项目，于2000年3月正式定稿并开始招标实施，德国政府预计对该计划的实施投入经费达5亿马克（DM）。美国国家科学基金会草拟了“2000年后的地学：探索和预测地球的环境与可居住性”，根据地学的最新进展，21世纪前10年的总目标是通过支持高质量的研究、增强科学能力以及改进地学教育来提高对整个地球系统的认识水平，从而使国家受益。更为重要的是，2001年6月24-28日，美国地理学会（Geological Society of America）和伦敦地理学会（Geological Society of London）在苏格兰的爱丁堡市共同举办了地球系统进展全球会议。在为期4天的大会中，来自不同领域、不同学科背景的学者共同探讨地球系统进展的问题，研讨地球系统科学的复杂问题的整体解决方法。

本次大会的主题是“地球系统联系”和“地球系统演化”。地球系统联系是探讨固体地球、水圈、大气圈、低温层和生物圈之间的关系；地球系统演化是研究从太阳系诞生45亿年来控制行星性状的过程。这两个主题包含了对太阳系及其之外星系的行星系统的比较，也考虑地球外部的影响。大会设置了主题发言，同时，设置了19个专题组和8个一般发言小组。

我国自然科学基金委地学部也于2002年3月提出了21世纪初的地球科学战略重点，拟定了“以地球系统各圈层的相互作用为主线，从我国具有优势的前沿领域寻找主攻目标”的“十五”优先资助领域战略。

至于当前的发展重点，我认为应以遥感等地球系统观测技术为支撑，继续开展地球系统科学理论体系的构建和应用示范研究；加强地球系统工程规划和地球系统管理，争取早日真正解决人口、资源、环境、灾害等与人类可持续发展密切相关的问题，真正实现地球系统科学成为可持续发展战略的科学基础。

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