科学大数据与数字地球

郭东华等

①19世纪70年代以来，随着第二次工业革命的爆发，新技术、新发明层出不穷，以文字为载体的数据量大约每10年翻一番；从工业化时代进入到信息化时代后，信息技术革命以前所未有的方式对社会、科技、经济变革的发展起着决定作用，数据量以每3年翻一番的速度持续增长；近10年来，随着计算机技术和互联网的快速发展，音频、视频、文字、图片等半结构化、非结构化的数据大量涌现，社交网络、物联网、云计算被广泛应用，使得数据存储量、规模、种类飞速增长，大数据时代已悄然来临。2012年12月，IDC发布的“2020 年的数字宇宙”报告中指出（图1），数据量将 ，预计 全球数据总量达40ZB。

②随着大数据时代的到来，国内外学术界正在从各种角度来分析和理解大数据的概念与内涵。当前的大数据定义主要通过两种不同的视角试图刻画大数据的外部特征：一种是相对特征，即在用户可接受的时间范围内，使用普通设备不能获取、管理和处理的数据集；另一种是绝对特征，即体量大、类型多、真实性、变化速度快。

③因此，与传统的逻辑推理研究不同，大数据研究是对数量巨大的数据做统计性的搜索、比较、聚类和分类等分析归纳，进行“相关分析”，重点关注所谓“相关性”，即2个或2个以上变量的取值之间存在某种规律性，目的在于找出数据集里隐藏的相互关系网。

④在科学研究数据与日俱增的今天，我们把与科学相关的大数据称之为科学大数据。科学大数据将复杂性、综合性、全球性和信息与通信技术高度集成性等诸多特点融于一身，其研究方法也正在从单一学科向多学科、跨学科方向转变，从自然科学向自然科学与社会科学的充分融合方向过渡，从个人或者小型科研团体向国际科学组织方向发展。

⑤科学家不仅通过对广泛的数据实时、动态地监测与分析来解决难以解决或不可触及的科学问题，更是把数据作为科学研究的对象和工具，基于数据来思考、设计和实施科学研究。科学大数据正在使科学世界发生变化，科学研究已进入了一个全新的范式——数据密集型科学范式。近年来，美国国家科学基金会投入了大量资金支持数据密集型科学计算。其中， 由戴尔公司研发的超级计算机“Stampede”已正式服役，其综合处理能力、高可用性和高性能能力超群。美国南加州地震中心利用Stampede 预测了加州破坏性地震的频率。德州大学奥斯汀分校利用StampedE．通过详细的数据建模更好地描述了从南极洲到海洋的冰川流动。

⑥人类已进入“大数据时代”。作为一种技术创新，大数据计算符合一般的技术创新、发展、成熟规律。按照技术成熟度曲线（见图2），近20 年来新科技的成熟演变速度及要达到成熟所需的时间一般分成5 个阶段。

⑦大数据研究面临着学科间的不平衡，当前大数据的技术与方法研究主要集中在互联网大数据和商业大数据的相关应用，而在产生科学大数据的典型学科中较少受到关注。事实上，以这些学科为代表的科学大数据具有异于互联网大数据的特征以及丰富内涵，对于科学大数据的深入研究将有助于建立大数据学科的理论体系和技术框架。 

⑧科学大数据是地球科学发现与知识创新的引擎，是人类认识行星地球的钥匙。科学大数据的发展应从顶层设计制定国家层面大数据战略，配置大数据研究资源，开展大数据基础理论研究，推动大数据在各领域的应用。科学大数据几乎涵盖了科学界的各领域，可运用到各行各业，它对科技、经济和社会的推动有着光明的前景。我国应加速发展大数据科学，有序组织科学大数据研究，以推动地球科学和相关科学技术的跨越性发展。数字地球是科学大数据的典型学科，数字地球学科中的数据获取与组织、分析、应用体现着科学大数据几乎全部特征。从科学大数据的角度分析，可以认为数字地球就是地球大数据，或者说数字地球就是基于地球大数据发展的学科方向。

（选自2014年《中国科学》，有删改）

李叔同早年的艺术追求

1904年，24岁的李叔同参加了沪学会，沪学会里有“乐歌课”，教授西方现代乐理及西洋作曲法。李叔同天资聪颖，很短时间内便学会了作曲。他以民间的《老八板》为乐调，创作了一首乐歌《祖国歌》：“上下数千年，一脉延，文明莫与肩。纵横数万里，膏腴地，独享天然利。国是世界最古国，民是亚洲大国民。呜呼，大国民！呜呼，唯我大国民！幸生珍世界，琳琅十倍增声价。我将骑狮越昆仑，驾鹤飞渡太平洋。谁与我仗剑挥刀？呜呼，大国民！谁与我鼓吹庆升平！”《祖国歌》词曲豪迈，极富感染力，经沪学会首唱，很快唱红全国。李叔同首次展现他的音乐才能，便一举成为闻名全国的乐歌作者。

1906年9月，李叔同考入东京美术学校学习油画，期间，他还在东京音乐学校兼修音乐理论与钢琴课。他在自己创办的音乐刊物《音乐小杂志》的序言中写道：“盖琢磨道德，促社会之健全；陶冶性情，感情神之粹美。”《音乐小杂志》的扉页，是李叔同的木炭画《贝多芬像》，这是中国人绘制的第一幅贝多芬像。

李叔同居日五年，成就斐然，最广为人知的莫过于与同学曾延年一起创立中国最早的话剧社——春柳社，演出《茶花女》《黑奴吁天录》等，开中国话剧之先河。早在天津少年时代，李叔同对演戏就怀有浓厚的兴趣，读书之余，常去戏园学戏。在南洋公学读书时，他便粉墨登场，演出过京剧《黄天霸》《白水滩》等。与写作《祖国歌》几乎同时，沪学会演出新戏《文野婚姻》，剧本即出自李叔同的笔端，创作该剧时他还赋诗明志：“誓度众生成佛果，为现歌台说法身。孟旃不作吾道绝，中原滚地皆胡尘。”先他四年到日留学的鲁迅因受日俄战争幻灯画片的刺激，觉悟到医治精神上的麻木比医治身体上的病弱更为重要，于是决定弃医从文。这与李叔同欲以演戏唤醒民众、文艺救国的理想有异曲同工之处。传说春柳社演出话剧《黑奴吁天录》时，鲁迅就曾在台下观看。李叔同曾将自己在日本读过的一本《莎士比亚剧作选》送给丰子恺，上面密密麻麻布满笔记，可见其曾用功研读，对话剧早有准备。春柳社公演《茶花女》时，李叔同饰演茶花女玛格丽特。后来成为著名戏剧家的欧阳予倩，当时还是台下的一名学生观众。他回忆道：“这一回的演出，可说是中国人演话剧最初的一次。我当时所受的刺激最深……我就入了春柳社。”

回国后，李叔同担任上海《太平洋报》的编辑，负责画报副刊。李叔同开设了“西洋画法”专栏，以连载的形式介绍石膏写生、木炭、油画等技法。著名画家吕凤子先生推李叔同为中国传统绘画改良运动第一人，称“李先生应是民国以来第一位正式把西洋绘画思想引介于我国，进而启发了我国传统绘画需改良的思潮，而后的刘海粟、徐悲鸿等在实质上都接受了李先生的影响，进而成为中国传统绘画改良运动的推行者”。对于此论，刘、徐二人都是认可的。

任教浙江省立第一师范学校期间，李叔同教学成就斐然，著名画家丰子恺、著名音乐家刘质平等都是李叔同这个时期的弟子。李叔同在浙一师六年，继续开文艺风气之先：最早撰写欧洲文学史。他在浙一师创办《白阳》杂志，以此为阵地广泛介绍西洋文学艺术，其中的《近世欧洲文学之概观》一文是中国人撰写的最早的一部欧洲文学史；最早倡导木刻艺术，李叔同和夏丏尊发起成立漫画会和乐石社，指导学生研习木刻和金石技法，并印制中国最早的现代木刻版画集——《木刻画集》，李叔同因此被称为中国木刻艺术的先驱；创作中国第一首分声部合唱歌曲——《春游》。“长亭外，古道边，芳草碧连天。晚风拂柳笛声残，夕阳山外山。天之涯，地之角，知交半零落；一壶浊酒尽余欢，今宵别梦寒。”这首曲调源于美国歌曲《梦见家和母亲》，由李叔同填词的《送别》，多次成为电影的主题歌或插曲，流传甚广。

(选自瓦当《慈悲旅人：李叔同传》，有删改)

相关链接：①李叔同(1880－1942)，中国戏剧家、艺术教育家、文学家、书画家。浙江平湖人，生于天津。出身于清进士、盐商家庭。擅长书画篆刻，工诗词。作有歌曲《春游》《早秋》等，并采用外国歌曲配制新词作为学堂乐歌教材，如《送别》《西湖》等。1918年在杭州虎跑寺出家，法名演音，号弘一，后专研戒律。

(选自《辞海》第六版，有删改)

②任杭教职六年，兼任南京高师顾问者二年，及门数千，遍及江浙，英才蔚出，私心大慰。弘扬文艺之事，至此已可作一结束。

(选自出家后李叔同写给侄子李圣章的信，有删改)

通俗地讲，工业设计就是用以人为本的理念解决问题的过程。它处于制造业产业和产品创新链的起点、价值链的源头，是生产性服务业的要组成部分，其发展水平也是衡量国家工业竞争力的重要标准之一。在加快建设制造强国的时代背景下，充分发展装备制造业工业设计，既有利于我国企业提高自主创新能力，引导其向价值链高端延伸，增强其国际竞争力，也对促进全产业链发展，推进制造业与服务业融合发展，全面实现制造业转型升级具有重要意义。

从“人”出发，把“人”的需求放在中心，再透过一连串设计流程，把需求变成问题的解决办法，是工业设计的价值所在。早在秦朝的石质铠甲设计中便有所体现，秦石铠甲中，腰部以下及披膊的甲片都是下片压上片，这样能够使披甲人更加灵活地弯腰、举臂。在当代的载人航天空间站系列化乘员设备工业设计中，设计团队同样遵循“以人为中心”的设计观，从航天员操作习惯及工效学要求出发，创新人性化设计，使产品操作部件符合人体尺度规律，使航天员设备兼具可用性与易用性。

工业设计的更高境界是将文化与设计融为一体。中华优秀传统文化中蕴含着宝贵创新力量，深入汲取、吸收其精华，能够使当代工业设计走得更稳。比如，秦人设计的三棱形箭镞，其边缘呈流线型，这种设计可以减小箭镞在飞行过程中受到的空气阻力，从而更加平稳地射中目标。今天，在设计国产大型客机C919时，为减少空气阻力，商飞团队同样对机头、机身、翼梢都做了改进，使其相比国际相近机型，阻力减少了5%。古今对照，为更好地实现古老智慧的现代转化提供了有益借鉴。中华优秀传统文化中还深藏着丰厚精神财富。当代工业设计强调“形式追随功能”，这一理念其实古已有之。观察古代食器，从无盖到有盖经历了一定发展过程。无论是为了防尘、保温还是贮藏，器盖的产生都是为了应对食物有余这一现象，然后剩造者才开始关注器盖造型的美化设计。这对现在一些工业设计者注重器物外观设计却忽视内在实用功能的现象有所启示。

当下，研究文化与设计的融合，不仅要研究传统文化的视觉表达，更要研究传统文化与时代精神的融合，使其既“悦目”，又“赏心”。在新一代涡桨支线飞机“新舟700”驾驶舱及客舱内饰工业设计中，设计团队依据一体化设计原则，不仅注重创造物境，更注重营造中国传统哲学中的“意境”。在满足功能需求基础上，团队努力通过形态设计营造协调、舒适的简化空间，整体产品形态利用特征曲线、曲面与内饰呼应，形成自然、亲和、清爽的立体空间效果。因此，工业设计产品要想为人们带去更深层次的文化精神上的感动，设计师不仅应关注设计之“术”，更应关注设计之“道”里的“中国之道”，将其融入设计，可赋予产品更深刻、独特的内涵。

提升装备制造业工业设计自主创新能力，还需向社会传达正确的工业设计理念。以设计创新思维为主的创新机制，提倡将设计融入创新链前端，帮助企业在产品开发中应用设计流程，使设计创新思维成为企业战略的组成部分。运用设计创新思维不仅能够提升装备制造业的设计质量，而且可以改善长期以来重视技术创新而忽视设计创新、重视工程设计而工业设计缺失的问题，缩小我国在设计理念和现代设计方法上与发达国家的差距，改变长期以来工业设计仅局限于轻工产品，而在国家重大科技工程里缺位的尴尬境地。

窗子以外

林徽因

话从哪里说起？等到你要说话，什么话都是那样渺茫地找不到个源头。

此刻，就在我眼帘底下坐着，是四个乡下人的背影：一个头上包着黯黑的白布，两个褪色的蓝布，又一个光头。他们支起膝盖，半蹲半坐的，在溪沿的短墙上休息。每人手里一件简单的东西：一个是白木棒，一个篮子，那两个在树荫底下我看不清楚。无疑地他们已经走了许多路，再过一刻，抽完一筒旱烟以后，是还要走许多路的。兰花烟的香味频频随着微风，袭到我官觉上来，模糊中还有几段山西梆子的声调，虽然他们坐的地方是在我廊子的铁纱窗以外。

永远是窗子以外，不是铁纱窗就是玻璃窗，总而言之，窗子以外！

所有的活动的颜色、声音、生的滋味，全在那里的，你并不是不能看到，只不过是永远地在你窗子以外罢了。多少百里的平原土地，多少区域的起伏的山峦，昨天由窗子外映进你的眼帘，那是多少生命日夜在活动着的所在；每一根青的什么麦黍，都有人流过汗；每一粒黄的什么米粟，都有人吃去；其间还有的是周折，是热闹，是紧张！可是你则并不一定能看见，因为那所有的周折，热闹，紧张，全都在你窗子以外展演着。

在家里罢，你坐在书房里，窗子以外的景物本就有限。那里两树马缨，几棵丁香；榆叶梅横出疯杈的一大枝；海棠因为缺乏阳光，每年只开个两三朵——叶子上满是虫蚁吃的创痕，还卷着一点焦黄的边；廊子幽秀地开着扇子式，六边形的格子窗，透过外院的日光，外院的杂音。什么送煤的来了，偶然你看到一个两个被煤炭染成黔黑的脸；什么米送到了，一个人掮着一大口袋在背上，慢慢踱过屏门；还有自来水、电灯、电话公司来收账的，胸口斜挂着皮口袋，手里推着一辆自行车；更有时厨子来个朋友了，满脸的笑容，“好呀，好呀！”地走进门房；什么赵妈的丈夫来拿钱了，那是每月一号一点都不差的，早来了你就听到两个人唧唧哝哝争吵的声浪。那里不是没有颜色、声音、生的一切活动，只是他们和你总隔个窗子，——扇子式的，六边形的，纱的，玻璃的！

你气闷了，把笔一搁说，这叫做什么生活！检点行装说，走了，走了，这沉闷没有生气的生活，实在受不了，我要换个样子过活去。健康的旅行既可以看看山水古刹的名胜，又可以知道点内地纯朴的人情风俗。走了，走了，天气还不算太坏，就是走他一个月六礼拜也是值得的。

没想到不管你走到哪里，你永远免不了坐在窗子以内的。不错，许多时髦的学者常常骄傲地带上“考察”的神气，架上科学的眼镜，偶然走到哪里一个陌生的地方瞭望，但那无形中的窗子是仍然存在的。不信，你检查他们的行李，有谁不带着罐头食品，帆布床，以及别的证明你还在你窗子以内的种种零星用品，你再摸一摸他们的皮包，那里短不了有些钞票；一到一个地方，你有的是一个提梁的小小世界。不管你的窗子朝向哪里望，所看到的多半则仍是在你窗子以外，隔层玻璃，或是铁纱！隐隐约约你看到一些颜色，听到一些声音，如果你私下满足了，那也没有什么，只是千万别高兴起来说什么接触了，认识了若干事物人情，天知道那是罪过！

（有删改）