地学研究信息化的起步

　　地学研究随着20 世纪40 年代电子计算机的发明发生了转变，从基于纸张的数据复制形式转变为了电子数据拷贝，这种转变使得相互之间信息交换与共享变得容易，从而使科学研究的过程发生了变革。真正的地学研究信息化始于1963 年加拿大测量学家R.F.Tomlinson 提出的“地理信息系统”这一概念和他建立的世界上第一个地理信息系统――“加拿大地理信息系统”。此后的1965 年，美国哈佛大学土地测量专业的一名学生J.Dangermond 在其毕业论文中，设计了一个简单的GIS 系统，并在毕业后于1996 年成立了ESRI 公司，成为推动地学信息技术发展的重要里程碑。20 世纪60 年代随着计算机网络的发明与应用，Email、FTP 等的引入，计算机网络深刻地改变了地学研究者的研究方式。越来越多的科学家开始利用网络获取资源、共享资源，推动了网络基础设施的进一步发展。

　　地学e-science 的发展

　　1998 年理查德克拉克在白宫新闻发布会上提出了Cyberinfrastructure（CI），美国国家科学基金会（NSF）在报告中正式将CI 定为术语，提出整合和拓展数字革命的成果，服务于下一代的科学和工程研究及相关教育。高端计算机网络共享系统的关键在于将数据、信息、工具、仪器，包括超级计算、存储以及交流等综合性的知识资源完全服务于具体的研究群体，提供新的途径，使研究人员在发现和探索研究上获得更多更好的信息，使得研究小组跨时间、区域、部门甚至学科间实现共享和协作。作为一个通用的信息基础设施，CI 可以支持所有科学领域收集、归档、共享、分析、可视化科学数据，以及模拟数据、信息和知识。这种贯穿各领域的基础设施，可以支持邻近学科之间的跨领域的数据处理工作, 这就成为后来美国e-Science 的前身。

　　随后建立的地理空间网络信息基础设施（Geospatial Cyberinfrastructure，GCI）支持地理空间数据、信息和知识的收集、管理以及利用，为多学科领域提供服务。1994 年美国正式建立了联邦地理数据协会形成了一个跨机构的国家空间数据基础设施（National Spatial Data Infrastructure，NSDI）。此后， 在开放地理空间联盟（Open Geospatial Consortium，OGC）和国际标准组织（International Organization for Standardization，ISO）通过测试各种平台和各种措施，建立信息化基础设施应用的推动下，GCI 在标准定义方面取得了很大的进步。

　　欧盟《2010 年欧洲信息化基础设施咨询工作组蓝皮书》对欧盟信息化基础设施服务的场景和趋势进行了评估，确定了若干关键领域面临的挑战和机会，提出了网络、高性能计算、数据管理、认证等领域的政策建议。在地学研究方面，通过不同的项目将地球科学网格团体组织在一起，建立至少7 个虚拟研究组织。这些不同的团体在网格系统上已经移植了大量的程序，并且也开发了适合其环境的一些工具和接口。其中EGEE（Enabling Grids for E-Science）与EGEE II 项目，是欧盟面向国际上所有科学研究领域的e-Science 项目。来自全球的科学研究人员可以申请在网格框架内建立虚拟组织，开发与共享专业的科学研究工具与软件。EGEE- III 创建网格监控平台来整合收集到有关EGEE 网格运行状况和EGEE 用户行为的数据，并向EGI(European Grid Infrastructure, 欧洲网格基础设施) 自我发展模式发展。欧洲研究基础设施战略论坛ESFRI（the European Strategy Forum on Research Infrastructures）路线图表明，研究基础设施往往需要有数据管理、信息化、通讯等方面的结构化信息系统。这些系统包括网格计算、软件和中间件等基于信息、通信和技术的基础设施。而且认为坚持e-Infrastructures 对于路线图中所有的项目是至关重要的，并且确认ICT 的架构和未来优先发展的e-infrastructures。

　　英国从2001 年启动了第一期为期4年的e-Science 计划，在伦敦、剑桥、牛津等十所大学和三个国家实验室建立了e-Science 中心，主要开发通用网格中间件，利用分布于整个互联网的异构资源（包括计算集群，存储设备，科学仪器等等），通过建成一个同构环境，使得这些资源能够为分布于各地的用户提供协同式的服务，以达到在整个广域网范围内的计算资源共享。从2003 年开始，英国启动了第二期为期4 年的e-Science 计划，继续开发网格中间件以及加强各中心之间的网格基础设施建设，并成立了开放中间件研究所（OMII ――Open Middleware Infrastructure Institute）。2005 年，英国启动了第三期为期4 年的e-Science 计划，重点支持公共e-Science 基础设施建设，并建设国家的科研信息化基础设施。为了更好地支持多学科领域的专家开展跨地域跨学科协同研究，英国政府支持开发了一套虚拟研究环境（Virtual Research E n v i r o n m e n t），GENIE（Grid Enable Integrated Earth system model），为地球模型的构建、执行和管理提供了一个组件框架。在地球系统组分的成熟模型基础上（如海洋、大气、陆地、海冰、冰架、生物地球化学，等等），使这些模型能够方便地耦合在一起，实现千年时间尺度上的运行，开展冰期和间冰期模拟。利用GENIE 环境，进行了参数优化，开展了c-GOLDSTIN、地球系统模型（ESM）组成的三维海冰模型和二维的能量水分平衡大气模型相关模拟研究。