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作者简介：
关键词：地球内部，地球外部，地球圈层，能量交换，物质传输
原文出处：《中国科学：地球科学》2024年第10期 第3065-3090页
内容提要：地球系统可以划分为固体地球系统、表层地球系统和日地空间系统三大组成部分，这三大部分之间不仅存在能量和物质上的相互传输和耦合关系，而且涉及从微观到宏观的多个尺度．地球系统科学以全球性和统一性以及整体观、系统观和多时空尺度为特征，不仅着眼于地球各圈层之问在物理、化学和生物上的相互作用，而且以此来研究地球整体及其圈层之间的性质、行为、过程和机制．虽然对这三大系统内部学科领域的研究均取得了长足的进展，但是对它们的整体行为以及个体之问的相互作用仍然认识不足，因此面临不同类型和层次的挑战。固体地球系统由地壳、地幔和地核组成，现有的观测技术难以深入到地幔内部，导致直接观测和数据获取困难；地球内部的高温、高压和强磁场等极端环境，也给观测设备和科学实验带来了巨大挑战．表层地球系统是一个开放的复杂巨系统，其内部各子系统（包括大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈）之间存在复杂的相互作用和反馈机制，使得对表层地球系统的整体行为和长期演化的理解变得困难；生物活动对表层地球系统的影响日益显著，地球内部系统与外部系统之间的耦合更加复杂，如何区分和量化地球圈层相互作用和生物活动对表层地球系统的影响是一个重要挑战.日地空间系统包括太阳活动、地球磁场、大气层、空间天气等多个物理过程，太阳活动对地球空间环境的影响显著，但现有的观测与重建方法和预测模型在精度和时效性方面仍存在不足；如何提高大阳活动的预测能力并减少空间天气灾害的影响是日地空间系统研究的重要课题，如何跨越不同尺度并建立多物理过程的耦合模型是日地空间系统研究的重要挑战．由于上述地球三大系统内部及其之问的各种过程和现象往往跨越多个时间和空间尺度，并且表现出强烈的非线性特征，结果使得对其行为和过程的理解变得复杂多变，这给理论建模和数值模拟带来了巨大挑战.因此，对地球三大系统的研究需要多学科之间的深入交叉和融合，以共同揭示地球系统的基本规律和运行机制.
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