从 IGY 到 e GY 天体 -- 地球物理探索信息化的回顾与展

望 To celebrate IGY+50

---Report 8 in series for eGY, China

Peng@geophys.cn

中国虚拟天文台 2007 年会

彭丰林 曲克信 郭健 张建 陈晓非 吴忠良 陈顒 王水国际地球物理信息化年中国委员会中国地球物理学会

Content• 一、 IGY 简介• 二、国际地球物理年以来的回顾

• 1 对地球空间物理的影响• 2 对天体物理学的贡献

• 三、国际地球物理年在中国• 四、 eGY- 国际地球物理信息化年

• 五、 eGY in China

一 IGY (The International Geophysical Year) 缘起

• In March 1950, at a gathering of eight or ten top scientists (including Lloyd Berkner, S. Fred Singer, and Harry Vestine) in James Van Allen's living room, someone suggested that with the development of new tools such as rockets, radar and computers, the time was ripe for a worldwide geophysical year---for war for science.

• 1950 年 6 月国际无线电科学联盟 (URSI)在布鲁塞尔举行会议时，有些地球物理学者提议，

IGY- The International Geophysical Year

国际地球物理年是根据国际科学联合会 （ ICSU ） 1952 年的决议， 由国际测地与地球物理联合会负责执行的一次全球规模的现代科学国际合作，开始于 1957 年 7 月，结束于 1958 年底 ----- 太阳黑子峰年。

主席是 S. 查普曼 , 副主席是伯克纳 (L.V.Berkner), 国际地球物理年的科学研究内容十分广泛，共有 13 个项目：气象学、地磁和地电、极光、气辉和夜光云、电离层、太阳活动、宇宙线与核子辐射、经纬度测定、冰川学、海洋学、重力测定、地震、火箭与人造卫星探测。

二、辉煌成就—航天技术 :

人造地球卫星

• Sputnik I, Oct. 4, 1957

• Explorer I, Jan. 30, 1958

获取地球图象的能力 -1

1 、辉煌成就——认知太空 : 辐射带 磁层结构

辉煌成就—— 认知地球 :

洋中脊 大陆漂移

获取地球图象的能力 -2

20 世纪地球科学重大成就：

版块构造获取地球图象 / 信息的能力

发生在后半叶IGY 起了里程碑作用 对天体物理 ?

2 、对天文学的贡献 天空实验室 Skylab

1 号 :1973 年 5 月 14 日发射，曾接待过三批共九名宇航员，载人飞行 170 多天，拍摄了 182842 张太阳活动照片、 40286 张地球表面照片，并且记录了 101000 米磁带。 1979 年 7 月 11 日在南印度洋坠毁。 ，每次载三人

2 号 :1973 年 5 月 25 日发射。飞行时间为 28 天。拍摄了 16765 张照片，采制了 13560 米记录磁带。

3 号 :7 月 28 日 59 天观测太阳达 305 小时，拍摄 77,602 张照片，记录到近百次太阳爆发。

4 号 11 月 16 日 84 天拍摄了 75000 张太阳和彗星照片， 20000 张地球资源照片。

主要任务是考察长时间的空间飞行对人体的影响，并进行广泛的科学实验和应用研究。在天文方面它担负太阳天文观测和日地关系及其对地球环境影响的研究任务。天空实验室上的阿波罗望远镜装置是一组观测太阳的天文仪器 , 在不同波段以2 奬 5( 远紫外线 )或 2″ （ X 射线）、 1″(Hα) 的分辨率对太阳色球和日冕进行了电视或照相观测

太空望远镜

• 1993 年 12 月 2～ 13 日，美国奋进号航天飞机载着 7 名宇航员成功地为“哈勃”更换了 11 个部件，完成了修复工作，开创了人类在太空修复大型航天器的历史。修复成功的哈勃望远镜在 10 年内将不断提供有关宇宙深处的信息 。

• 1991 年 4 月美国又发射了第二架空间望远镜，这是一个观测 γ 射线的装置，总重 17吨，功耗 1.52瓦，信号传输率为 17000比特／秒 ，上面载有 4 组探测器，角分辨率为 5′～ 10′ 。其寿命 2 年左右。

哈伯望远镜 : 1990 年 4 月 24 日由美国发现号航天飞机送上离地面 600千米的轨道 。整体呈圆柱型，长 13 米，直径 4 米 ，总重约 11吨。有效口径为 2.4 米 ，焦距 57.6 米 ，观测波长从紫外的 120 纳米到红外的 1200 纳米 ，造价 15亿美元 。原设计的分辨率为 0.005 ，为地面大望远镜的 100倍 。

哈伯望远镜 10 大贡献 1 壮观的彗星撞击秀2 侦测太阳系外行星 3 追踪恒星之死4 验证恒星之生 5 厘清仙女星系形成史 6 窥探巨型黑洞在星系中心大啖物质 7 发现 γ 射线爆发之因 8 回溯银河系的过去 9 精确测定哈伯常数 10 察觉宇宙加速膨胀 付承义 : 王绶倌 手段不同

三、国际地球物理年在中国 中国一开始参加了国际地球物理年的活动。中国科学院设置了相应的专门委员会，竺可桢副院长为主任，赵九章所长任副主任。委员会进行了多种学科的观测。当时因国际上有人制造“两个中国”的局面，中国政府发表声明中途退出此项计划。但原定各种观测活动仍照常进行，这一活动推动了中国地球物理学各分支学科的建立和发展。参加国际地球物理年观测活动的佘山地震台为此于 1985 年获得国际地磁学和高空大气学协会授予的“国际地球物理观测百年纪念”金质奖章。

地球物理在中国的发展一、为适应国家安全、经济需求，发展了全面的卫星系列 :

资源卫星气象卫星导航卫星科学卫星地震卫星

地球物理在中国的发展二、中国大陆科学钻探工程 总体达到国际先进水平，部分成果达到国际领先水平，标志着中国从地学大国向地学强国迈出了新的步伐

地球物理在中国的发展

三、石油工业取得了巨大成绩 中国人的陆相生油理论解决中国贫油问题， 1959 年发现了大庆油田； 1963 年，发现了胜利油田；1965 年，找到了辽河油田。解决了我国的石油资源问题。 石油工业二次创业——突破前新生代，包括中生代和古生代海相碳酸盐岩地层中的油气 。渤海 、东海、新疆塔里木盆地 、四川普光油气田 (已探明储量 3560.72亿立方米 ) 。

地球物理在中国的发展四、配合社会发展和谐社会 建设了与环境和国家安全息息相关的监测网络卫星监测网络天气监测网络地震（网络）台网地磁台网GPS形变大地测量网

地球物理在中国的发展五、空间探测取得举世瞩目的成就

人造卫星载人飞船 双星计划夸父计划 嫦娥计划

IGY前后 -产生了一批年轻的地球物理和空间物理专家

中国学者的国际地位日渐上升 • 中国科学院院士、北京大学地球与空间科学学院陈运泰院长连任 (IUGG) 执委。 • 中国科学院吴国雄院士当选新的国际气象学与大气科学协会 (IAMAS) 主席。• 中国地震局地球物理研究所所长吴忠良教授当选为国际地震学与地球内部物理学协会 (IASPEI) 的执行主席。• 南京水利科学研究院国家重点实验室副主任任立良教授当选新一届国际水资源系统委员会 (ICWRS) 副主席。•中国科学院空间科学与应用研究中心王赤副主任当选为国际地磁与高空物理学协会（ IAGA ）执行委员会委员

四、 eGY- 国际地球物理信息化年The Electronic Geophysical Year

今年是国际地球物理年（ IGY ） 50周年。为了纪念这一首次全球性的大规模科学研究合作活动，适应当前社会信息化、网络化的发展趋势，国际测地与地球物理联合会发起了“地球物理信息化年”活动：简称 eGY ，活动于 2007 年 7 月正式宣布启动， 2008 年底结束。

– Allowed scientists from different countries to participate in global observations of geophysical phenomena using common instruments and data processing schemes

– Gathered data on various geophysical phenomena fromaround the World

– Established the World Data Center System---- 组织遗产

IGY Objectives: 信息化的先驱

Development of IT and … after IGY

• Observation ： Remote sensing, A/D

• Processing: 1960’~1980’: PC, workstation, Server

1980’- Cluster

• Communication ： 1980’~1990’: Internet

1990’~2000’: Grid

• Analyze: FFT, wavelet , chaos theory, HHT,

Seismic Observation Evolution

TCP/IP 、 FTPNetworking & sharing

EmailCommunication

WWWInformation Sharing

Grid Computing?Resources Sharing& Collaboration

VCO, FMAnalog Telemetry

Modem4.8/9.6kbpsDigital Telemetry

ISDN/ADSL/SAT64kbps Data SharingIP Stations & Networks

Virtual SN?IP Sensors/InstrumentsReal-Time SimulationPrediction

With development of IT

eGY启动仪式—— 7.7, Italy

国际地球物理信息化年

国际地球物理年五十周年

地球物理信息化年 “地球物理信息化年”由地球物理和信息科学等多个领域的科学家和机构共同组织和推动，旨在创造、提供一个国际性的鼓励、便利、提升、宣传、通力合作的环境，包括创建一个更容易查找和使用地球物理学信息、数据的网络平台。“地球物理信息化年”的目标之一是消除数据电子化的种种障碍。

Electronic Geophysical

Year, 2007-2008

地球物理信息化年主旨 通过简捷的最新的网络、网格等技术和虚拟观测台等中间软件的广泛应用，使不同领域间数据、信息成为地球科学各个学科可以及时共享、容易访问的共有资源，使社会投入产生更有效的科研成果，使发达国家和发展中国家都有享用地球物理信息资源和研究成果的便利机会，扩大网络平台的容纳能力，并为青年科学家提供从事地球物理研究的方便平台。

Timeliness: Virtual Observatories middleware is becoming widely available

地球物理信息化年目的 继承和发扬、扩展 IGY 提出的信息共享和全球参与的科学研究工作理念，通过建立世界范围的地球科学和空间科学虚拟观测研究平台系统、对包括图像、模拟纪录、文献信息的数字化，将各种资料信息转换成可以电子化使用的状态，使已有的和新获取的准确的数据、信息为全社会可以免费享用。

Develop a World Wide System of Virtual Geoscience and Geospace Observatories

地球物理信息化年工作主题 • 地球物理数据、信息的共享、访问、可视化研究与知识信息开发；

• 地球物理数据的挖掘、抢救、保护、集成与分发；

•地球物理科学 /信息的传播、宣传、面向社会公众——包括学生和在政府机关、企业事业工作人员的教育普及；

• 相关网络网格等信息传输、容纳、利用能力的建设。

5 WGs:Virtual ObservatoriesBest PracticeData RescueEducation and Public

OutreachData Integration and Knowledge Discovery

eGY Working Group on Virtual Observatories

• WG Mission:– Stimulate, facilitate, and promote the establishment of Virtual Observa

tories in Geosciences– Promote the sharing of VxO “know-how” and standards– Inform the science community, decision-makers, students, and the pu

blic about available VxO

• WG Activities:– Run specialist VxO meetings– Organize VxO sessions/talks/posters at other meetings– Use http://www.egy.org as a portal for VxO– Run a VxO section of the eGY Newsletter– Publish articles and press releases on VxO– Run outreach & education programs: produce education resources, C

D-ROMs, etc.

Solid Earth Research Virtual ObservatorSolid Earth Research Virtual Observatory (SERVO)y (SERVO)固体地球研究虚拟实验室

Tier2 Center

Archive

SERVO

…Goddard Langley Ames

InstituteInstituteInstituteInstitute

Fully functional problem solving environment

100 - 1000 Mbits/sec

• Plug and play composing of parallel programs from algorithmic modules• On-demand downloads of 100 GB in 5 minutes• 106 volume elements rendering in real-time

• Program-to-program communication in milliseconds

• Approximately 100 model codesData cache

~TBytes/day

Tier2 CenterTier2 CenterTier2 Center

Tier 0 +1

Tier 1

Tier 3

Tier 4

Tier2 Center

1 PB per year data rate in 2010

Observations

Archive

Downlink

Archive Downlink

Downlink

…

…

……

… …

…

100 TeraFLOPs sustained

Tier 2

Workstations, other portals

We can get the real-time seismic signal by INTERNET

Virtual Seismic Observatory net

开普勒行星运动三定律

德国天文学家开普勒根据丹麦天文学家第谷 ·布拉赫等人的观测资料和星表，通过他本人的观测和分析后，于 1609～ 1619 年先后早归纳提出的。 轨道定律 :

面积定律 :SAB=SCD=SEK

调和定律 : a3/T2=K

----数据挖掘的典型

哈伯定律Hubble law  1929 年 , 美國，

• 遙遠的星系在光譜上均呈紅移的現象，亦即在視線方向上遠離我們而去，且距離愈遠的星系奔離的速度愈大，視向奔離速度與距離成正比：

Ｖ＝ＨＤ• 　　其中Ｖ是星系奔離速度，Ｄ是星系的距離，Ｈ是個比例常數稱為哈柏常數，經過多年的觀測與修正，Ｈ約為每百萬秒差距每秒 50至 100公里，亦即星系距離每增加 100萬秒差距時，它奔離我們的速度，約增加每秒 50至 100公里。

新的信息与平台• 韦伯望远镜• 虚拟天文台

（ 2005 ）空学字第 01 号关于倡议我国参与和推动

第二次国际地球物理年活动的报告中国科协并呈光召主席、邓楠书记：

• 中国空间科学学会 中国地球物理学会• 中国宇航学会 中国气象学会• 中国地震学会 中国地质学会• 中国海洋学会 中国天文学会

• 中国地理学会2005 年 1 月 12 日

六、 eGY 在中国 ----前奏

eGY 在中国 ---- 实施 为加强与国际地球物理界的合作，中国地球物理学会、中国地震学会、中国空间科学学会、中国气象学会、中国海洋学会等学会 , 中国科学院地质与地球物理研究所、中国地震局地球物理研究所、中国科学院大气物理研究所、空间中心、研究生院、北京大学、中国科学技术大学等单位联合发起成立中国 eGY 组织委员会参加国际地球物理信息化年活动，扩大我国地球物理领域的国际合作。

2007. 3, 学会秘书处和一些所系领导会议

我们在地球物理信息化年的初步目标• 进一步发展地球物理信息学• 推进地球物理研究信息化基础建设• 推进地球物理信息、数据、设施、软件、产品

的共享：范围、程度、容易• 宣传、提升地球物理学科的影响：

国内：普及，提高国民各界的认知程度国际：塑造中国地球物理学界的整体形象

IGY 50 eGY欧美亚洲

• 50 年前 IGY: 苏联 美国发射卫星• 现在 : eGY: 亚洲 中国 日本 印度 探月

2007 嫦娥 姬夜辉2008 印度2009 火星 中国 ?

• 夸父计划• VLF 探地 -> 空• 遥感地磁 重力巡测

“嫦娥”成功进入环月工作轨道

地球物理信息化年的一些会议会议

July 2006July 2006 AOGS, SingaporeAOGS, Singapore

July 2006July 2006 COSPAR, COSPAR, 北京北京Oct 2006Oct 2006 CODATA Conference, CODATA Conference, 北京北京Dec 2006Dec 2006 Fall AGU, San FranciscoFall AGU, San Francisco

Mar 2007Mar 2007 eeGY Workshop, BoulderGY Workshop, Boulder

April 2007April 2007 EGU, ViennaEGU, Vienna

7th July 077th July 07 Launch of eGY (and IGY+50 )Launch of eGY (and IGY+50 )

July 2007July 2007 IUGG General Assembly, PerugiaIUGG General Assembly, Perugia

July 2007July 2007 AOGS, BangkokAOGS, Bangkok

Aug 2008 IGC-33, Oslo, Norway

Oct 2008Oct 2008 CODATA ConferenceCODATA Conference, Kiv, Kiv

Dec 2008Dec 2008 Close of Close of eeGYGY

Mar. 中科院 地质地物所 , 北京

Jun. Meeting 北大

Aug. 云南地球物理学会 , 昆明

Sept. 中国地球物理学会 60周年 , ,

Oct. 中国地球物理学会年会 ,青岛

Nov. 上海

Dec. 陕西等

Latest Developments

• WDC Conference at WDC for the Marine Environmental Science, Bremen, Germany,

• 9 centers: selected for test in interoperation

5 in China, including WDCs: Geophys. & Astr.;

• VGMO: in China, Beginning from visualization of the local model of GM field on Internet ， by Google Earth first.

Frame of Vitual GM Observatory in China

GM Survey Platform

GM Observatory

Based Public Education Service

GM Data Service Unit

Uniform Access to On-line GM Resources

GM Instruments &Facilities

eGY GM ARRAY INTERMAGNRT IGRFGM ModelGM Survey DBWDC

GM Observatory

Min. Value Main Field

GM Element

GM Chart

Regional ModelForeCastNowCast

Solar/Space Survey Data

Index Quick View

Index

LA

ND

OC

EA

N

AIR

SA

T

Frame of GM Data Service Unit

eGY and Geophysical Informatics

• We are going to push the establishment of Geophysical informatics:

• We think informationization is the core of eGY• Geophysical informatics including:

– IT– Netwok– Mathematic method for Signal processing– forecast methods– ….

谢谢 ! Thanks!

• Welcome to our center for acquiring and releasing the information, data, models and researching results

• Welcome to our center for exchange idea for VOGM

• http://gp.wdc.cn• http://cn.egy.org

http://www.geophys.cn