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为探究人类驱动的地球系统变化，研究人员提出泛空间地球信息系统（PEIS），助力地球科学研究，意义重大。
探索蓝色星球的新钥匙 —— 泛空间地球信息系统
在浩瀚宇宙中，地球这颗蓝色星球承载着无数生命的奥秘和人类文明的兴衰。长久以来，人类从未停止过对地球的探索，随着全球工业化进程的加速，人类活动对地球环境的影响日益凸显，气候变化、资源短缺等全球性环境问题接踵而至。在板块构造、全球变化和地球系统科学等基础理论之后，人类世科学（Anthropocene science）应运而生，成为地球科学领域的前沿研究方向。与此同时，以 NVIDIA 的 Earth-2 数字孪生为代表的生成式人工智能技术蓬勃发展，为地球科学研究注入了新的活力，推动研究范式发生深刻变革。
面对日益复杂的地球系统变化，尤其是人类活动引发的种种问题，传统的研究方法逐渐捉襟见肘。为了更深入地理解地球系统，科学家们发起了诸多大型科研项目，如地球系统模拟框架、地球模拟器和地球系统数值模拟装置等，为跨学科、多领域研究提供了有力支持。然而，为进一步探究人类驱动的地球系统变化，中国地质大学（武汉）计算机学院、中国科学院计算技术研究所等机构的研究人员共同提出了泛空间地球信息系统（Pan-spatial Earth Information System，PEIS），相关研究成果发表在《The Innovation》上。
PEIS 的核心技术主要包括以下几方面：
- 泛空间地球数字孪生建模与共生演化技术：该技术能定量描述地球系统各层特征、层间反馈机制以及复杂的人地关系，借助生成式人工智能构建高精度地球数字孪生模型，帮助人们了解地球环境的历史演变和未来变化趋势。
- 泛空间地球智能模拟与决策技术：可以模拟地球系统内物质、能量和信息流之间的复杂非线性相互作用，创建特定领域的人工智能模型进行高精度模拟。例如，盘古气象模型（Pangu-Weather model）采用三维神经网络架构，在地球系统模拟方面展现出巨大潜力，预测速度远超传统数值天气预报（NWP）方法。
- 泛空间地球沉浸式交互与反馈技术：能带来流畅的沉浸式交互体验，响应时间缩短至毫秒级。通过将人工智能基础设施与边缘传感器深度融合，实现实时环境监测和反馈，增强对地质灾害、气候异常等紧急事件的响应能力。
在应用方面，PEIS 前景广阔：
- 泛空间地球模拟：通过精确再现地球物理和社会空间元素，建立覆盖 5.1 亿平方公里的克隆地球模型，提供实时 3D 视图，为环境监测、城市规划和教育培训等提供数据支持和决策依据。
- 极端气候灾害预测：综合分析气象、地质和海洋等多模态数据，优化相关模型，有望突破现有 10 天的预报时限，实现公里级或更精细的空间精度，为灾害预测和应急响应提供更精准高效的支持。
- 碳减排和碳中和策略制定：利用其高精度、大规模数据分析能力，结合克隆地球模型，对全球 CO2排放和吸收过程进行实时全面监测，提高全球碳储量监测精度至千克级。
- 公共卫生应急管理：整合地理位置数据、移动信号和社交媒体信息，几分钟内模拟和预测疾病传播路径，缩短应急响应时间，助力公共卫生部门优化防控策略。
综上所述，PEIS 从系统科学的角度出发，采用数据 - 模型混合、人工智能驱动的方法，构建了一个智能空间信息系统。它打破了物理空间、社会空间和信息空间的壁垒，实现了三者的无缝集成和精确映射，开启了地球科学研究的新篇章。在未来，PEIS 将在地球系统模拟、极端气候灾害预测、碳减排和碳中和以及公共卫生应急管理等诸多领域发挥重要作用，推动地球科学研究迈向新高度，为人类社会的可持续发展保驾护航。
