一、清華大學(xué)地學(xué)學(xué)科發(fā)展歷史背景
　　全球變化及其影響已成為全人類(lèi)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。世界各國政治家、科學(xué)家和社會(huì )公眾都在為減緩全球變化帶來(lái)的負面影響而努力。但對于復雜的地球系統，目前人們還沒(méi)有完全了解它的運行機理，也還無(wú)法準確預測它的演變規律。全球變化研究正是在這種背景下，基于地球科學(xué)、生命科學(xué)、社會(huì )科學(xué)和計算科學(xué)等多學(xué)科交叉發(fā)展起來(lái)的，以準確預測全球環(huán)境變化及其對人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展帶來(lái)的影響的新興研究領(lǐng)域。
　　我國作為一個(gè)快速發(fā)展的大國，必須在全球變化研究方面處于世界前沿，大力開(kāi)展全球變化研究刻不容緩。近來(lái)，國家已經(jīng)將全球變化研究列為“十二五”期間重大研究計劃，顯示出我國政府對全球變化研究的高度重視。
　　清華大學(xué)以國家需求為己任，于2009年3月成立了地球系統科學(xué)研究中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)地學(xué)中心），其宗旨是推動(dòng)地學(xué)學(xué)科的籌建并圍繞全球變化問(wèn)題組織多學(xué)科交叉研究。地球系統科學(xué)研究中心為清華大學(xué)實(shí)體院系，通過(guò)逐步發(fā)展到一定規模后，將在中心的基礎上成立“地球科學(xué)系”和“地球科學(xué)學(xué)院”。
　　2010年1月，為進(jìn)一步加強對全球變化熱點(diǎn)問(wèn)題研究，清華大學(xué)根據全球變化研究多學(xué)科交叉特點(diǎn)，充分整合校內科研力量，集中優(yōu)勢科研隊伍，依托地球系統科學(xué)研究中心，聯(lián)合計算機系、環(huán)境系、核能研究院等院系，成立了清華大學(xué)全球變化研究院。全球變化研究院將圍繞全球變化問(wèn)題開(kāi)展系統科學(xué)研究、培養人才、推動(dòng)地學(xué)學(xué)科發(fā)展。該院近期將重點(diǎn)圍繞地球系統觀(guān)測與模擬、全球變化的經(jīng)濟學(xué)問(wèn)題開(kāi)展科學(xué)研究和研究生培養工作。
　　清華大學(xué)全球變化研究院是依托地學(xué)中心，由多個(gè)院系發(fā)起并聯(lián)合成立的虛體機構，其主要職能是整合校內科研力量，針對全球變化研究熱點(diǎn)進(jìn)行攻關(guān)，力爭國家級科研項目并在全球變化研究方面做出突出貢獻，促進(jìn)清華地學(xué)學(xué)科跨越式發(fā)展。
　　清華大學(xué)歷史上就有較強的地學(xué)學(xué)科，1929年學(xué)校就正式成立地理學(xué)系，首任系主任是翁文灝（1889～1971），他是著(zhù)名地質(zhì)學(xué)家、中國現代地質(zhì)學(xué)的奠基人之一。1933年，地理學(xué)系更名為地學(xué)系，下設地理、地質(zhì)、氣象三個(gè)組；1946年，抗戰結束后，西南聯(lián)大結束，清華大學(xué)在北平復學(xué)，地學(xué)系恢復；1947年，原有的地學(xué)系氣象組獨立成氣象學(xué)系；1950年，地學(xué)系地質(zhì)組單獨分出，成立地質(zhì)系；1952年，院系調整，清華大學(xué)地學(xué)系調出，并到北京大學(xué)。
　　到1952年為止，清華大學(xué)地學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)系共培養畢業(yè)生200多人，其中許多人成為著(zhù)名的學(xué)者、教授。據不完全統計，清華大學(xué)地學(xué)學(xué)科有41位畢業(yè)生先后當選為中國科學(xué)院地學(xué)學(xué)部院士。榮獲2003年世界氣象組織最高獎及2006年國家科學(xué)技術(shù)最高獎的杰出氣象學(xué)家葉篤正教授就是其中的代表。
　　
　　二、宗旨特色與發(fā)展方向
　　2.1 建設宗旨
　　清華大學(xué)地學(xué)學(xué)科建設發(fā)展宗旨是：在與大氣、陸地和海洋動(dòng)態(tài)過(guò)程相關(guān)的物理、化學(xué)、生物學(xué)和社會(huì )經(jīng)濟領(lǐng)域探索新知，為維護地球生態(tài)環(huán)境的安全與可持續性做出貢獻，在世界地球科學(xué)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。
　　2.2 發(fā)展任務(wù)
　　在地球系統及系統間交互作用、地球資源與環(huán)境、以及地球系統變化的過(guò)程方面，增長(cháng)認識，傳播新知;
　　建立從局部到全球尺度對人類(lèi)引起的以及自然的環(huán)境變化的預測能力，和對環(huán)境變化做出響應的能力;
　　在地球科學(xué)及可持續發(fā)展方面培養學(xué)生，教育大眾;
　　集成、綜合并應用科學(xué)知識解決諸如生態(tài)資源的可持續利用、自然災害潛在威脅的辨識與防范、人類(lèi)活動(dòng)對環(huán)境造成的后果等社會(huì )問(wèn)題。
　　2.3 學(xué)科發(fā)展思路與發(fā)展方向
　　學(xué)科發(fā)展思路：清華大學(xué)地球系統科學(xué)研究中心暨全球變化研究院將圍繞全球環(huán)境變化及可持續發(fā)展問(wèn)題，通過(guò)聯(lián)合清華大學(xué)現有的自然科學(xué)和社會(huì )科學(xué)、工程科學(xué)與管理科學(xué)的優(yōu)勢，重點(diǎn)開(kāi)展全面系統的地球科學(xué)研究，促進(jìn)清華大學(xué)的學(xué)科發(fā)展。
　　學(xué)科近期發(fā)展方向：清華大學(xué)地球系統科學(xué)研究中心暨全球變化研究院將面對《我國全球變化研究急需加強的科學(xué)問(wèn)題》（徐冠華等，2010），開(kāi)展地球系統科學(xué)四個(gè)領(lǐng)域的研究：
　　地球系統過(guò)程，主要研究地球系統變化規律，以及人類(lèi)活動(dòng)與全球變化之間的相互作用關(guān)系。
　　地球系統模式，采用高性能計算機模擬地球系統的大空間尺度和時(shí)間過(guò)程，推動(dòng)地球科學(xué)定量化發(fā)展。
　　地球系統觀(guān)測，為地球系統科學(xué)研究提供可靠準確的數據支持和技術(shù)手段。
　　全球變化經(jīng)濟學(xué)，全球變化經(jīng)濟學(xué)以自然科學(xué)與經(jīng)濟學(xué)相結合的新概念、新理論及新方法研究全球變化問(wèn)題，以多學(xué)科交叉的思路和綜合評估方法對全球變化決策提供技術(shù)與經(jīng)濟依據。
　　這四個(gè)需要加強的研究領(lǐng)域包含多個(gè)研究方向，近期將主要圍繞全球氣候變化科學(xué)相關(guān)問(wèn)題，開(kāi)展下列交叉科學(xué)研究：
　　地球系統觀(guān)測
　　大氣－氣溶膠相互作用
　　氣候變率與變化
　　生態(tài)系統
　　土地變化科學(xué)
　　人類(lèi)對全球環(huán)境變化的貢獻與響應
　　全球碳循環(huán)
　　地球系統模擬
　　為了開(kāi)展上述多學(xué)科交叉研究，需要在清華大學(xué)原有學(xué)科基礎上，增加地理學(xué)，大氣科學(xué)，海洋科學(xué)等一級學(xué)科。經(jīng)過(guò)前一階段的準備，學(xué)校學(xué)位評定委員會(huì )已批準清華大學(xué)自行增列“大氣科學(xué)”一級學(xué)科碩士學(xué)位授權點(diǎn)，授權點(diǎn)設在地球系統科學(xué)研究中心，這充分體現了學(xué)校對地學(xué)學(xué)科發(fā)展的重視與支持。地球系統科學(xué)研究中心將繼續努力，在后面5年中爭取成功增加地理學(xué)、海洋科學(xué)學(xué)科點(diǎn)。
　　
　　三、建設步驟
　　清華地學(xué)學(xué)科發(fā)展確立了“三步走”的規劃：
　　第一步，先成立地球系統科學(xué)研究中心，圍繞全球變化研究，籌建發(fā)展地學(xué)學(xué)科；
　　第二步，計劃在2011年，人員隊伍逐步落實(shí)，實(shí)力逐步增強后，成立地球系統科學(xué)系，并設立地理學(xué)、大氣科學(xué)、海洋科學(xué)學(xué)科點(diǎn)；
　　第三步，人員隊伍進(jìn)一步擴大，計劃在2012年成立地球科學(xué)學(xué)院，再增設地質(zhì)學(xué)、地球物理等學(xué)科點(diǎn)，并開(kāi)始招收本科生。同時(shí)，在2010年成立的全球變化研究院科學(xué)指導委員會(huì )的基礎上成立地球科學(xué)學(xué)院的科學(xué)指導委員會(huì )。
　　
　　四、師資隊伍
　　地學(xué)學(xué)科是我校新建學(xué)科，清華大學(xué)將它作為學(xué)校人才引進(jìn)機制改革的試點(diǎn)。學(xué)校校務(wù)會(huì )2009年12月通過(guò)了《“地球系統科學(xué)研究中心”高層次骨干教師引進(jìn)及管理辦法》，這個(gè)管理辦法，突出聘用制和崗位競爭制，充分依靠具有國際水平的科學(xué)指導委員會(huì )在學(xué)科發(fā)展、科學(xué)評價(jià)方面的指導作用，充分尊重科學(xué)指導委員會(huì )的決策建議；充分發(fā)揮科學(xué)家的首創(chuàng )精神，堅持真理面前人人平等，打破論資排輩現象；盡一切努力為科學(xué)家提供長(cháng)期和穩定的支持，改善科學(xué)家的工作條件和生活待遇；進(jìn)一步擴大開(kāi)放和交流。
　　4.1 師資隊伍建設規劃
　　師資隊伍建設可分為三個(gè)階段：
　　階段I（2010-2013）：此一階段的目標是把地球系統科學(xué)研究中心發(fā)展成為一個(gè)由校內的研究發(fā)展為地球系統科學(xué)系。教職員工人數達到40人左右，其中：
　　1. 正教授（在國內外有影響的學(xué)科帶頭人（以及在地學(xué)某一學(xué)科方向上有重要成果，學(xué)術(shù)研究在國內領(lǐng)先的研究人員），人數為10余人。
　　2. 副教授（具有明顯發(fā)展潛力的，年齡在45歲以下，有望在兩三年內沖擊杰出青年基金獲得者的科研教學(xué)人員），人數為10余人。
　　3. 已取得博士學(xué)位，通過(guò)出國培養和進(jìn)修等手段，能取得較大學(xué)術(shù)成果的、有進(jìn)一步培養前途的年輕學(xué)者（含博士后），動(dòng)態(tài)人數為10余人。
　　4. 高效的學(xué)術(shù)服務(wù)和管理隊伍，人數3～5人。
　　力爭在上述每個(gè)學(xué)科方向，至少聘請到1名正教授和2名副教授、多名熟練的工程技術(shù)人員，中心配備3－5名管理人員。要積極爭取政府和社會(huì )的支持，建設新的教學(xué)場(chǎng)館、購置新的實(shí)驗設備。研究生人數在此階段達到60人。
　　階段II (2013-2016)：在此階段成立“地球科學(xué)系”或“地球科學(xué)學(xué)院”，并開(kāi)展地球系統科學(xué)的本科生教學(xué)，教師總數達到45-55人�；I措到足夠資金進(jìn)行學(xué)院建設。學(xué)院科研研究人員大量在頂尖學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表文章。學(xué)院開(kāi)發(fā)的全球氣候變化及其結果的新模式可以參加IPCC模型對比報告。
　　階段III (2016-2019)：在上述基礎上再進(jìn)行長(cháng)遠規劃。
　　4.2 引進(jìn)師資崗位設置
　　地球系統科學(xué)研究中心和全球變化研究院的建立將最終促成地球科學(xué)學(xué)院的成立。清華大學(xué)在環(huán)境科學(xué)和工程領(lǐng)域、水利科學(xué)和水資源管理等與地學(xué)密切相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域已經(jīng)擁有優(yōu)秀的教職員隊伍。為了實(shí)現上述地球科學(xué)特別是全球變化相關(guān)的教學(xué)科研目標，在聯(lián)合目前清華大學(xué)優(yōu)勢學(xué)科的基礎上，還需要以下領(lǐng)域教職員工：
　　1. 大氣科學(xué)
　　積云對流 Cumulus convection
　　邊界層湍流 Boundary layer turbulence
　　大氣模式動(dòng)力框架 Dynamic framework for atmospheric models
　　大氣氣溶膠 Atmospheric aerosol
　　云的微物理過(guò)程 Cloud microphysics processes
　　大氣輻射 Atmospheric radiation
　　平流層過(guò)程 Stratospheric process
　　2. 海洋科學(xué)
　　海洋模式動(dòng)力框架 Dynamic framework for ocean models
　　近海動(dòng)力學(xué) Coastal ocean dynamics
　　海洋混合過(guò)程 Ocean mixing process
　　海洋生物地球化學(xué) Ocean biogeochemistry
　　海冰 Sea ice
　　3. 地理學(xué)與生態(tài)學(xué)
　　陸面物理過(guò)程 Land surface physical processes
　　陸地生物地球化學(xué) Terrestrial biogeochemistry
　　土地變化科學(xué) Land change science
　　生態(tài)系統科學(xué)Ecosystem science
　　4. 計算地球科學(xué)
　　地球系統模式耦合技術(shù)Coupling technologies for earth system models
　　地球系統數值模擬算法 Numerical methods of earth system modeling
　　地球系統模式評估 Assessment of earth system models
　　地球科學(xué)數據同化Data Assimilation for earth science applications
　　5. 綜合交叉科學(xué)
　　碳科學(xué) Carbon science
　　全球變化經(jīng)濟學(xué) Global change economics
　　對地觀(guān)測與地空間信息技術(shù)Earth observation and geospatial information technology
　　空間天氣學(xué) Astrometeorology
　　這些學(xué)科方向崗位設置都與中心的四個(gè)發(fā)展方向密切相關(guān)，且直接有助于地球系統建模方面的研究。
　　
　　五、教育教學(xué)
　　清華大學(xué)地學(xué)學(xué)科發(fā)展的長(cháng)期目標是在地球科學(xué)主要學(xué)科方向招收本科生和研究生。初期將圍繞全球變化研究招收研究生。
　　5.1 研究生教育
　　地球系統科學(xué)研究中心研究生培養的目標是培養能夠在地球科學(xué)領(lǐng)域開(kāi)展基礎和應用研究的學(xué)者和教師，以及在國家政府部門(mén)和企業(yè)事業(yè)單位從事地球環(huán)境變化政策制定、執行的高層次專(zhuān)門(mén)人才。中心于2009年招收4名研究生，2010年招收11名研究生，研究生的數目會(huì )隨著(zhù)到崗教師數量的增加而相應增加。研究生發(fā)展規模初步定為每名教師5－6名研究生。
　　研究生培養計劃將在2011年完成。
　　5.2 本科生教育
　　地球系統科學(xué)將做為清華大學(xué)地球科學(xué)教育的特色學(xué)科，支撐三個(gè)專(zhuān)業(yè)方向的本科生教育：地球觀(guān)測技術(shù)、地球系統模擬、全球變化經(jīng)濟學(xué)。本科教育的主要目標是為本專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生繼續深造或在政府和工業(yè)部門(mén)就業(yè)打下基礎，為其他專(zhuān)業(yè)的學(xué)生提供地球科學(xué)的基本教育。本科生培養將注重三項基本技能的訓練：野外考察與觀(guān)測、實(shí)驗分析、復雜過(guò)程的計算機模擬。
　　詳細的本科生教育計劃預計在2012年出臺。
　　
　　六、科學(xué)研究與實(shí)驗室建設
　　地球系統科學(xué)研究中心和全球變化研究學(xué)院將尋求來(lái)自大學(xué)、政府和私人捐助者的支持，逐步發(fā)展一流的教學(xué)和科研設施，這些設施對于教師和學(xué)生是不可或缺的。初步的實(shí)驗設施需求如下：
　　循環(huán)加速質(zhì)譜儀實(shí)驗室：需要碳循環(huán)加速質(zhì)譜儀(CCAMS)，特別是把放射性碳作為全球碳循環(huán)的示蹤元素時(shí)亟需這樣的設備。該設備可以分析來(lái)源于天然水、土壤、沉積物以及大氣中的C14。另外，還需要其他高分辨率光譜儀，用于辨別和量化從極地積雪和冰核中提取的大氣樣本和空氣中的碳氫化合物和鹵烴。
　　穩定性同位素比率質(zhì)譜儀實(shí)驗室：用于高精度測量大氣中重要的微量氣體中的同位素（包括甲烷、一氧化二氮、二氧化碳和一氧化碳）。也可以用于分析碳酸鹽中碳和氧同位素。
　　生物地球化學(xué)分析實(shí)驗室：包括一系列可用于海洋、濕地、水生和土壤生態(tài)系統研究的化學(xué)和生物觀(guān)測儀器。電腦控制光線(xiàn)和溫度變化培養生物樣本的孵化器；熒光計和葉綠素熒光計用于觀(guān)測葉綠素濃度；元素分析儀；總有機碳分析儀；離散養分分析儀；連續流動(dòng)養分分析儀；色譜成像儀；CO2隔離低溫萃取設備以及各種各樣的其他儀器。
　　大氣觀(guān)測實(shí)驗室和現場(chǎng)觀(guān)測站：監測大氣化學(xué)和物理性質(zhì)。累積濁度儀；氣動(dòng)粒度儀(APS)；煤煙顆粒吸收光度計(PSAP)；黑炭?jì)x；各種氣體分析儀；云凝結核；追蹤太陽(yáng)光度儀；紫外分光儀和其他儀器。需要建立車(chē)載和現場(chǎng)觀(guān)測站。
　　遙感實(shí)驗室：地物光譜特性相關(guān)的儀器設備、觀(guān)測實(shí)驗室、移動(dòng)式平臺、無(wú)人駕駛航空器，例如遙感控制氣球、航空器和各種各樣精確定位的成像系統設備；數據處理和成像設備。
　　高性能地球模擬和計算實(shí)驗室：可利用清華大學(xué)已建成的高性能計算設施，但需要建設地學(xué)中心自己的調試機房和可視化顯示環(huán)境。
　　地理空間信息可視化及成像實(shí)驗室：用于地球系統模式結果可視化的三維和二維投影系統。有效生成大幅地圖的大型繪圖設備。
　　基于全球信息觀(guān)測和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的地文臺：這是新一代的研究和教學(xué)設施，可用于收集、處理和集成各種全球觀(guān)測數據。這些數據來(lái)自聯(lián)網(wǎng)的各類(lèi)觀(guān)測臺站、教室、會(huì )議、室內實(shí)驗設備和其他數據獲取設備。支持實(shí)時(shí)的現場(chǎng)數據采集，及時(shí)而準確地獲取、保存、檢索和分析來(lái)自全世界的現場(chǎng)觀(guān)測數據、實(shí)驗結果和計算機模擬結果。
　　實(shí)地生態(tài)系統監測：汽車(chē)、無(wú)人駕駛飛行器和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )可以支持很多現場(chǎng)生態(tài)系統觀(guān)測，包括天氣、水文地理、水體顏色、空氣組成、土壤特性和定位裝置等。
　　實(shí)地考察和測量站點(diǎn)：包括各種用于實(shí)地考察的測量和繪圖設備，所需儀器包括GPS、超聲波、超聲波和激光測距儀，激光雷達，海洋聲納，和其他繪圖工具。其他實(shí)驗室和儀器設備將視發(fā)展的需求逐步開(kāi)發(fā)。