自美国副总统戈尔1998年1月31日提出"数字地球"的概念后，在一些国家中引起积极的反响，我国科技界也十分关注。从本质上说,"数字地球"不是一个孤立的项目，而是一项整体性的、导向性的国家战略目标。"数字地球"包括3个重要的组成部分：信息的获取、信息的处理、信息的应用。其中信息的获取主要是地球科学的任务，并且需要地球科学与其他技术领域，例如空间技术的合作；信息的处理需要地球科学和信息科学技术的共努力；信息的应用则是地球科学服务于社会的主要内容。这里，我们从地球科学发展战略的角度探讨有关"数字地球"的一些问题。  
一、"数字地球"的挑战  
    无论是从"数字地球"概念的技术基础(信息技术、空间技术)来看，还是从"数字地球"项目的特点(大规模、高投入、跨学科、全球性)乃至"数字地球"项目的提出方式(&127;由政治家、而不是由科学家提出，以一种近乎科学幻想的语言表述)来看，"数字地球"都令人想起冷战时期的"星球大战"计划。可以说，从"星球大战"到"信息高速公路"，再到"数字地球"，其共同特点是，它们都服务于美国国家战略目标，是综合性的重大计划。
   冷战以后，美国面临经济和政治两方面的可持续发展的挑战。冷战的结果使美国成为世界上唯一的一个超级大国，美国经济一直保持发展的态势。但是从经济和政治这两个方面来说，这种发展的动力都出现了相当程度的减弱。美国的科学技术虽然仍保持为世界领先，但近年来研究水准的下降已成为不争的事实。一方面，国际政治格局多极化的趋势目前已不可逆转，靠冷战思维来刺激经济发展和增加社会整合度已越来越没有出路；另一方面，经济和政治的可持续发展又需要一个 ? 国家级的、吸引力很强的、具有挑战性的目标。亚洲金融危机再次告诉人们，当今世界的民族竞争主要是经济的竞争。这也正是为什么"数字地球"的概念不是由科学家提出，而是由政治家（或者有科学知识背景的政治家）提出的主要原因。
    因此从一开始，"数字地球"概念的提出主要并不是为了全人类的利益，也不是为了世界科学技术的发展，而是为了美国自身的利益和需要。"数字地球"一方面客观上可以为人类提供一个颇具吸引力的技术系统，但另一方面更主要地是为了保持美国在科学技术方面，特别是在高新技术方面的领先地位。一些国家对"数字地球"这一概念的迅速的反应，与其说是为了在这方面开展积极的国际合作，不如说是试图抢占这一领域的"制高点"，从而在今后的竞争中立于不败之地。在和平时期，"储人才于民"、"储技术于民"，是现代国防的一个有利的发展方向。至于"数字地球"所创造的巨大的市场，更是国际经济竞争的"必争之地"。
    "数字地球"计划客观上对发展中国家构成了严峻的挑战，从"战略"上讲，不发展"数字地球"，则有可能在维护国家权益方面陷入被动；发展"数字地球"，则需要大量的技术力量和经费支持，乃至"倾举国之力"。从"战术"上讲，采用以引进为主的发展道路，将直接影响自主发展能力的形成和保持，并有可能威胁到科学技术的整体可持续发展；而以独立发展为主，则无法实现应有的发展速度。"数字地球"是对发展中国家的科学技术发展的咄咄逼人的挑战。
二、"数字地球"所面临的挑战
    数字化之后，"以地球为纲"，将这些观测组织一个有机的整体，这是一个合乎逻辑的发展。就"从局部到整体"的意义上说，这是"数字地球"概念的一个历史性的贡献。从国家管理的角度说，"数字地球"竖起了一面"旗帜"，这对于各个"局部"组织不仅是方便的，而且是必争不可少的。但是，目前一个尚未明确的问题是，"数字地球"计划能否真正完成"从局部到整体"的转化的历史使命。对这一点，我们的乐观并没有足够的基础。相反，却有无数的例子表明，正如很多分子的组合并不就是生命，很多局部的组合也并不就是"整体"。
    从科学上讲，在地球科学中，人们反复强调的一个问题就是要面向真正的地球。一方面，"数字地球"将极大地扩展人们的观测视野，并使地球科学中"只有一个地球"的观念得到相当程度的实现。另一方面，"数字地球"毕竞不是真正的地球。在这里，可以把拥有"数字地球"的人类比做一个行星尺度的生物，每一位科学家都是"它"的脑细胞。在认识科学中，我们已经了解到很多心理因素对观察和认识的影响。因此现在还不能回答的问题是，"数字地球"的实现，在对地球的认识史上，究竟是通过"一个地球"的实现促进了对地球的认识的发展，还是通过某些"心理"的局限阻碍了对地球的认识的发展。从科学史的经验上看，这两种情况或许是兼而有之的。而注意到"数字地球"的限度，将有助于我们在它的基础上做更进一步的发展。  
    从技术上说，正如"星球大战"计划已被证明是一个实际上不可能实现的计划，在"数字地球"这概念的内部，也还存在着很多内在的、整体上的、致命的问题。巨大系统的高度复杂性以及由此而导致的极端的脆弱性，是"星球大战"计划和"数字地球"计划的共同的弱点。近年来逐渐解密的资料显示，这种脆弱性曾几次因为技术上的"涨落"而几乎将人类拖向战争的边缘。从社会因素上讲，以为社会服务为目的的"数字地球"如何保持自身的安全性，是一个挑战性的问题。许多人相信，一个狡猾的"黑客"摧毁一个国家级的信息系统，要比一个恐怖分子炸毁纽约国际贸易中心更容易。
    也许有人会认为，对于一个刚刚提出的概念，建设性的态度不应该是对其吹毛求疵，而应该是尽可能地发掘出它的积极因素，并加以发挥。但是在科学上，发现问题常常是改进的第一步。我们注意到这些问题，并不是为了否定这一概念，而是为了在这要领的基础上做改进和发展。而且，从另一个角度来思考问题，"泼一泼冷水"，或许会有助于我们保持清醒的头脑。事实上，上述这些问题一方面是对"数字地球"概念的挑战，另一方面也同样是在"数字地球"的发展中不可忽视的机遇。抓住了这些挑战性的问题，就抓住了"数字地球"的技术关键。而解决了这些挑战性问题中的任何一个，都会导致科学技术的讯速发展。
三、发展"中国数字地球"的必要性
    美国提出"数字地球"的概念，主要是由于美国的国家目标和全球性战略的需要。同样，中国是否应该发展"数字地球"，主要不是取决于"数字地球"的概念本身，而是取决于中国的国家目标。 在中国跨世纪的发展中，实现经济和社会的可持续发展，形成科学技术的自主创新能力，是两项带有"基本国策"性质的战略目标。从我国的国家目标出发，我们需要一个"中国数字地球"或"数字中国"。  
    如何养活十几亿人口，是中国需要首先考虑的问题。人口多、土地资源有限，农业生产仍以传统的生产方式为主、自然灾害频繁都是我国的基本国情。发展精细农业，逐步实现农业产业化，加强土地资源和水资源的监测和保护，加强自然灾害、主要是洪涝灾害的预测、监测和防御，是非常迫切的工作。"数字地球"在这方面可以发挥巨大的作用。  
    城市发展如何避免第三世界国家和一些发达国家走过的弯路，是目前中国面临的一个紧迫的社会问题。其中管理、监测和规划具有关键性的意义。"数字地球"作为"地球信息系统"的一个发展，可以在城市规划，社区管理，打击犯罪活动，&127;以及城市灾害紧急事务管理方面发巨大的作用。
    人类在日常生活中所接触和利用的信息，有80%与地理空间信息有关。在经济发展中， 劳动力、资金、生产、市场的空间分布、动态变化和合理布局具有重要的意义。通过"数字地球"这样的政府行为来促进经济信息的进程，将有力地促进我国社会主义市场经济的发展。而"知识经济"或"以知识为基础的经济"在我国发挥效益，"数字地球"可能是一个合适的突破口。  
    如何一方面抓住国际经济一体化所带来的历史性的机遇，另一方面在国家经济安全面临严峻挑战的情况下，在国际经济竞争中拥有更多的主动权，这是每个国家在制订发展战略时都必须优先考虑的问题。"数字地球"在这方面具有无可比拟的优势，而忽视"数字地球"的机遇，将导致国家经济安全方面的全面被动。  
    不论真正意义上的"数字地球"是否可以成为一个现实的目标，发展"数字地球"的过程本身都将极大地促进信息科学技术、环境科学技术和地球科学的发展。"数字地球"所提供的巨大市场在经济发展中具有重要意义。事实上，美国提出"数字地球"的概念，在相当程度上是出于发展经济，增强就业机会，以及保持美国科学技术(尤其是高新技术)的领先地位的需要。  
    "数字地球"中的很多思路，例如数据共享、大型仪器设备共享、跨学科合作等等，是我们早已进行过许多讨论、并至少是一部分付诸实施的思路。"数字地球"中的很多工作，例如建立统一的地学数据库、依靠信息技术来进行地学数据的集成和一体化等等，是我们很久以来就一直在做、但仍差强人意的工作。"数字地球"试图解决的很多问题，也正是我们所试图解决、但在解决过程中遇到很多困难的问题。这方面的工作不够理想，原因之一是缺少一个像"数字地球"这样统一的、高层次的战略；这样的一个战略在以往之所以没有形成，主要是科学技术的发展还不具备这样的条件。现在，"数字地球"的提出给我们提供一个从国家层次整合地球科学、发展信息科学技术的机遇。我们应当因势利导，通过"数字地球"战略的实施，促进我国科学创新体系的形成和发展，使我国在现代科学技术的国际竞争处于有利的地位。
四、发展"中国数字地球"的可能性
    "数字地球"概念的提出是第二次世界大战以来，特别是本世纪70年代以来"新技术革命"的一个自然的发展。地球科学通过资源问题、环境问题、自然灾害问题、地球信问题的解决，在国家的发展中具有重要意义。以地学信息为突破口发展新一代信息技术，&127;是历史的必然。而无论是否提出"数字地球"的概念，无论是谁和以怎样的方式提出"数字地球"的概念，与地球信息的集成和整体化有关的工作都是目前地球科学和信息技术发展的一个重要趋势。  
    科学、经济和社会的发展具有高度的非线性。"跨越式"的发展方式不仅是可能的和现实的，而且几乎是一个国家迅速发展、成为世界强国的必由之路。在这种"跨越式"的发展中，抓住新的科技成果和新的生产力所提供的历史性的机遇是一个重要的因素。历史上，英国的崛起是蒸汽机所导致的工业革命的直接结果，德国的迅速发展有赖于钢铁工业和合成化学工业，美国的发展则直接得益于电力和内燃机工业。现在，信息产业的发展提供了新的历史机遇，这一点已没有人怀疑。由此而出现的市场成为国际经济竞争的焦点。建国以后，中国在重要业的成绩令世人瞩目。我国在工业化并不十分充分的条件下，按照中国自己的发展道路，完全有条件在信息化方面实现"跨越式"的发展。与"数字地球"本身相联系的悬而未解的科学和技术问题(例如海量数据存储问题、系统复杂性问题、信息系统安全性问题，等等)为"跨越式"发展提供了机遇，这些问题中的任何一个问题的解决都意味着科学技术上的一次突破。而正如热兵器的出现从根本上改变了作战的方式，从而使战斗力的"跨越式"发展成为现实，高新技术的进步也为"跨越式"发展创造了现实的条件。经过长期的积累，特别是经过近年来比较迅速的发展，我国在地球科学的信息化方面已具有相当的基础，地球信息系统、卫星遥感、航空遥感的普及率很高，我国自主发展的地理信息系统战领了相当份额的国内市场。因此，这里所说"跨越式"发展，并不是一种可望而不及的目标，它是现实地出现在我们面前、但却有可能是稍纵即逝的机遇。错过这一机遇所造成的落后，是相当程度上将是不可逆转的。
五、 迎接"数字地球"的挑战
    在我国跨世纪的历史发展中，我国政府高瞻远瞩，提出"科教兴国"、"可持续发展"的战略，强调发展我国的自主创新能力，迎接"知识经济"的挑战。江泽民主席很早就注意到了"数字地球"这一概念和它的战略意义。这就为发展"中国数字地球"创造了有利的条件。
    "数字地球"不是一个孤立的项目，而是一项整体性、导向性的战略目标。因此，需要从战略的高度，通过"中国数字地球"这样一个总体性的国家目标来整合地球科学，促进信息科学技术的发展，并以科技发展为基础，形成新的产业，目前重要的不是把"中国数字地球"作为一个国家战略目标，而是把"中国数字地球"作为一个国家战略目标，用它来引导地球科学，信息科学技术及其产业的发展。  
    "数字地球"是一个挑战性的国家目标。几乎所有现存的技术基础，目前都还不足以支撑这样一个综合性的战略目标的实现。正如戈尔所指出的:"显然，没有任何一个政论企业或学术团体能够单独从事这项工作"。这就使得"数字地球"这一目标的实现成为一种政府行为，一种综合国力的竞争，一种发展机遇的争夺战。  
    1998年，中国科学院地学部针对跨世纪我国地球科学发展的实际，提出"把中国从地学大国变成地学强国的"发展战略，并确守下世纪的最初十年"把中国变成一个中等地学强国"的阶段性目标。与此相应，提出了建立资源环境与地球科学委员会以从全局层面协调地球科学的发展，发展地学新技术，解决地学数据共享问题，解决地学大型仪器设备共享问题，提高研究工作的质量，加强地学教育和地学科普等6 项重要的工作。"中国数字地球"的发展可以作为这一性目标的一具体化。在实现这一目标的过程中，同样要坚持"统观全局、突出重点、有所为、有所不为"的方针，科学地部署研究领域的配置，谨慎地控制研究队伍的规模，充分地保证研究经费的合理利用
    中国地球科学在建国以来的近半个世纪的时间里，主要是以"普查"的形式为国家建设服务的。这种服务在中国的发展和现代化进程中发挥了重要的作用。现在，随着国家经济和社会的发展以及科学的本身的发展。"普查"阶段作为一个必不可少的历史阶段，已经接近结束。寻找新的发展，为国家做出更大的贡献，是地球科学面临的一个跨世纪的课题。看来，"中国数字地球"可能是一个合适的发展方向。
    在"中国数字地球"的发展战略的框架下，要像建设铁路和公路那样加强地学今年基础设施的建设，具体说来，需要从国家的层次制订统一的对地观测规划，大幅度地改善通讯基础设施。加快"国家地理空间信息基础实施(NSDI)"的建设是实现"中国数字地球"的一个必要条件。此外，以"中国数字地球"为基本目标，通过政府行为，以"抓应用、促发展"的方式普及地理信息系统，统一地学信息的规范标准，也是非常重要的工作。 　
    致谢 李德仁、周秀骥、陈俊勇院士和杨崇峻、陈军、李晓波教授在讨论中提出许多重要的建议。这项工作还得到中国科学院地学部办公室孟辉主任的很多帮助。作者在此谨表谢忱。
作者简介：
徐冠华 1941年生，中国科学院院士、中国科学院地学部主任。  
孙枢 1936年生，中国科学院院士、国家自然科学基金委员会副主任。  
陈运泰 1940年生，中国科学院院士、中国科学院地学部副主任、中国地震局地球物理研究所所长。  
吴忠良 1963年生，研究员、中国地震局地球物理研究所副所长。