一、清華大學地學學科發(fā)展歷史背景
　　全球變化及其影響已成為全人類廣泛關(guān)注的焦點。世界各國政治家、科學家和社會公眾都在為減緩全球變化帶來的負面影響而努力。但對于復雜的地球系統(tǒng)，目前人們還沒有完全了解它的運行機理，也還無法準確預(yù)測它的演變規(guī)律。全球變化研究正是在這種背景下，基于地球科學、生命科學、社會科學和計算科學等多學科交叉發(fā)展起來的，以準確預(yù)測全球環(huán)境變化及其對人類社會的發(fā)展帶來的影響的新興研究領(lǐng)域。
　　我國作為一個快速發(fā)展的大國，必須在全球變化研究方面處于世界前沿，大力開展全球變化研究刻不容緩。近來，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。
　　清華大學以國家需求為己任，于2009年3月成立了地球系統(tǒng)科學研究中心（以下簡稱地學中心），其宗旨是推動地學學科的籌建并圍繞全球變化問題組織多學科交叉研究。地球系統(tǒng)科學研究中心為清華大學實體院系，通過逐步發(fā)展到一定規(guī)模后，將在中心的基礎(chǔ)上成立“地球科學系”和“地球科學學院”。
　　2010年1月，為進一步加強對全球變化熱點問題研究，清華大學根據(jù)全球變化研究多學科交叉特點，充分整合校內(nèi)科研力量，集中優(yōu)勢科研隊伍，依托地球系統(tǒng)科學研究中心，聯(lián)合計算機系、環(huán)境系、核能研究院等院系，成立了清華大學全球變化研究院。全球變化研究院將圍繞全球變化問題開展系統(tǒng)科學研究、培養(yǎng)人才、推動地學學科發(fā)展。該院近期將重點圍繞地球系統(tǒng)觀測與模擬、全球變化的經(jīng)濟學問題開展科學研究和研究生培養(yǎng)工作。
　　清華大學全球變化研究院是依托地學中心，由多個院系發(fā)起并聯(lián)合成立的虛體機構(gòu)，其主要職能是整合校內(nèi)科研力量，針對全球變化研究熱點進行攻關(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，促進清華地學學科跨越式發(fā)展。
　　清華大學歷史上就有較強的地學學科，1929年學校就正式成立地理學系，首任系主任是翁文灝（1889～1971），他是著名地質(zhì)學家、中國現(xiàn)代地質(zhì)學的奠基人之一。1933年，地理學系更名為地學系，下設(shè)地理、地質(zhì)、氣象三個組；1946年，抗戰(zhàn)結(jié)束后，西南聯(lián)大結(jié)束，清華大學在北平復學，地學系恢復；1947年，原有的地學系氣象組獨立成氣象學系；1950年，地學系地質(zhì)組單獨分出，成立地質(zhì)系；1952年，院系調(diào)整，清華大學地學系調(diào)出，并到北京大學。
　　到1952年為止，清華大學地學、地質(zhì)學、氣象學系共培養(yǎng)畢業(yè)生200多人，其中許多人成為著名的學者、教授。據(jù)不完全統(tǒng)計，清華大學地學學科有41位畢業(yè)生先后當選為中國科學院地學學部院士。榮獲2003年世界氣象組織最高獎及2006年國家科學技術(shù)最高獎的杰出氣象學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(shè)宗旨
　　清華大學地學學科建設(shè)發(fā)展宗旨是：在與大氣、陸地和海洋動態(tài)過程相關(guān)的物理、化學、生物學和社會經(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(xù)性做出貢獻，在世界地球科學領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。
　　2.2 發(fā)展任務(wù)
　　在地球系統(tǒng)及系統(tǒng)間交互作用、地球資源與環(huán)境、以及地球系統(tǒng)變化的過程方面，增長認識，傳播新知;
　　建立從局部到全球尺度對人類引起的以及自然的環(huán)境變化的預(yù)測能力，和對環(huán)境變化做出響應(yīng)的能力;
　　在地球科學及可持續(xù)發(fā)展方面培養(yǎng)學生，教育大眾;
　　集成、綜合并應(yīng)用科學知識解決諸如生態(tài)資源的可持續(xù)利用、自然災(zāi)害潛在威脅的辨識與防范、人類活動對環(huán)境造成的后果等社會問題。
　　2.3 學科發(fā)展思路與發(fā)展方向
　　學科發(fā)展思路：清華大學地球系統(tǒng)科學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(xù)發(fā)展問題，通過聯(lián)合清華大學現(xiàn)有的自然科學和社會科學、工程科學與管理科學的優(yōu)勢，重點開展全面系統(tǒng)的地球科學研究，促進清華大學的學科發(fā)展。
　　學科近期發(fā)展方向：清華大學地球系統(tǒng)科學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問題》（徐冠華等，2010），開展地球系統(tǒng)科學四個領(lǐng)域的研究：
　　地球系統(tǒng)過程，主要研究地球系統(tǒng)變化規(guī)律，以及人類活動與全球變化之間的相互作用關(guān)系。
　　地球系統(tǒng)模式，采用高性能計算機模擬地球系統(tǒng)的大空間尺度和時間過程，推動地球科學定量化發(fā)展。
　　地球系統(tǒng)觀測，為地球系統(tǒng)科學研究提供可靠準確的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)手段。
　　全球變化經(jīng)濟學，全球變化經(jīng)濟學以自然科學與經(jīng)濟學相結(jié)合的新概念、新理論及新方法研究全球變化問題，以多學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(jù)。
　　這四個需要加強的研究領(lǐng)域包含多個研究方向，近期將主要圍繞全球氣候變化科學相關(guān)問題，開展下列交叉科學研究：
　　地球系統(tǒng)觀測
　　大氣－氣溶膠相互作用
　　氣候變率與變化
　　生態(tài)系統(tǒng)
　　土地變化科學
　　人類對全球環(huán)境變化的貢獻與響應(yīng)
　　全球碳循環(huán)
　　地球系統(tǒng)模擬
　　為了開展上述多學科交叉研究，需要在清華大學原有學科基礎(chǔ)上，增加地理學，大氣科學，海洋科學等一級學科。經(jīng)過前一階段的準備，學校學位評定委員會已批準清華大學自行增列“大氣科學”一級學科碩士學位授權(quán)點，授權(quán)點設(shè)在地球系統(tǒng)科學研究中心，這充分體現(xiàn)了學校對地學學科發(fā)展的重視與支持。地球系統(tǒng)科學研究中心將繼續(xù)努力，在后面5年中爭取成功增加地理學、海洋科學學科點。
　　
　　三、建設(shè)步驟
　　清華地學學科發(fā)展確立了“三步走”的規(guī)劃：
　　第一步，先成立地球系統(tǒng)科學研究中心，圍繞全球變化研究，籌建發(fā)展地學學科；
　　第二步，計劃在2011年，人員隊伍逐步落實，實力逐步增強后，成立地球系統(tǒng)科學系，并設(shè)立地理學、大氣科學、海洋科學學科點；
　　第三步，人員隊伍進一步擴大，計劃在2012年成立地球科學學院，再增設(shè)地質(zhì)學、地球物理等學科點，并開始招收本科生。同時，在2010年成立的全球變化研究院科學指導委員會的基礎(chǔ)上成立地球科學學院的科學指導委員會。
　　
　　四、師資隊伍
　　地學學科是我校新建學科，清華大學將它作為學校人才引進機制改革的試點。學校校務(wù)會2009年12月通過了《“地球系統(tǒng)科學研究中心”高層次骨干教師引進及管理辦法》，這個管理辦法，突出聘用制和崗位競爭制，充分依靠具有國際水平的科學指導委員會在學科發(fā)展、科學評價方面的指導作用，充分尊重科學指導委員會的決策建議；充分發(fā)揮科學家的首創(chuàng)精神，堅持真理面前人人平等，打破論資排輩現(xiàn)象；盡一切努力為科學家提供長期和穩(wěn)定的支持，改善科學家的工作條件和生活待遇；進一步擴大開放和交流。
　　4.1 師資隊伍建設(shè)規(guī)劃
　　師資隊伍建設(shè)可分為三個階段：
　　階段I（2010-2013）：此一階段的目標是把地球系統(tǒng)科學研究中心發(fā)展成為一個由校內(nèi)的研究發(fā)展為地球系統(tǒng)科學系。教職員工人數(shù)達到40人左右，其中：
　　1. 正教授（在國內(nèi)外有影響的學科帶頭人（以及在地學某一學科方向上有重要成果，學術(shù)研究在國內(nèi)領(lǐng)先的研究人員），人數(shù)為10余人。
　　2. 副教授（具有明顯發(fā)展?jié)摿Φ�，年齡在45歲以下，有望在兩三年內(nèi)沖擊杰出青年基金獲得者的科研教學人員），人數(shù)為10余人。
　　3. 已取得博士學位，通過出國培養(yǎng)和進修等手段，能取得較大學術(shù)成果的、有進一步培養(yǎng)前途的年輕學者（含博士后），動態(tài)人數(shù)為10余人。
　　4. 高效的學術(shù)服務(wù)和管理隊伍，人數(shù)3～5人。
　　力爭在上述每個學科方向，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的支持，建設(shè)新的教學場館、購置新的實驗設(shè)備。研究生人數(shù)在此階段達到60人。
　　階段II (2013-2016)：在此階段成立“地球科學系”或“地球科學學院”，并開展地球系統(tǒng)科學的本科生教學，教師總數(shù)達到45-55人�；I措到足夠資金進行學院建設(shè)。學院科研研究人員大量在頂尖學術(shù)期刊上發(fā)表文章。學院開發(fā)的全球氣候變化及其結(jié)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(chǔ)上再進行長遠規(guī)劃。
　　4.2 引進師資崗位設(shè)置
　　地球系統(tǒng)科學研究中心和全球變化研究院的建立將最終促成地球科學學院的成立。清華大學在環(huán)境科學和工程領(lǐng)域、水利科學和水資源管理等與地學密切相關(guān)的學科領(lǐng)域已經(jīng)擁有優(yōu)秀的教職員隊伍。為了實現(xiàn)上述地球科學特別是全球變化相關(guān)的教學科研目標，在聯(lián)合目前清華大學優(yōu)勢學科的基礎(chǔ)上，還需要以下領(lǐng)域教職員工：
　　1. 大氣科學
　　積云對流 Cumulus convection
　　邊界層湍流 Boundary layer turbulence
　　大氣模式動力框架 Dynamic framework for atmospheric models
　　大氣氣溶膠 Atmospheric aerosol
　　云的微物理過程 Cloud microphysics processes
　　大氣輻射 Atmospheric radiation
　　平流層過程 Stratospheric process
　　2. 海洋科學
　　海洋模式動力框架 Dynamic framework for ocean models
　　近海動力學 Coastal ocean dynamics
　　海洋混合過程 Ocean mixing process
　　海洋生物地球化學 Ocean biogeochemistry
　　海冰 Sea ice
　　3. 地理學與生態(tài)學
　　陸面物理過程 Land surface physical processes
　　陸地生物地球化學 Terrestrial biogeochemistry
　　土地變化科學 Land change science
　　生態(tài)系統(tǒng)科學Ecosystem science
　　4. 計算地球科學
　　地球系統(tǒng)模式耦合技術(shù)Coupling technologies for earth system models
　　地球系統(tǒng)數(shù)值模擬算法 Numerical methods of earth system modeling
　　地球系統(tǒng)模式評估 Assessment of earth system models
　　地球科學數(shù)據(jù)同化Data Assimilation for earth science applications
　　5. 綜合交叉科學
　　碳科學 Carbon science
　　全球變化經(jīng)濟學 Global change economics
　　對地觀測與地空間信息技術(shù)Earth observation and geospatial information technology
　　空間天氣學 Astrometeorology
　　這些學科方向崗位設(shè)置都與中心的四個發(fā)展方向密切相關(guān)，且直接有助于地球系統(tǒng)建模方面的研究。
　　
　　五、教育教學
　　清華大學地學學科發(fā)展的長期目標是在地球科學主要學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(tǒng)科學研究中心研究生培養(yǎng)的目標是培養(yǎng)能夠在地球科學領(lǐng)域開展基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的學者和教師，以及在國家政府部門和企業(yè)事業(yè)單位從事地球環(huán)境變化政策制定、執(zhí)行的高層次專門人才。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(shù)目會隨著到崗教師數(shù)量的增加而相應(yīng)增加。研究生發(fā)展規(guī)模初步定為每名教師5－6名研究生。
　　研究生培養(yǎng)計劃將在2011年完成。
　　5.2 本科生教育
　　地球系統(tǒng)科學將做為清華大學地球科學教育的特色學科，支撐三個專業(yè)方向的本科生教育：地球觀測技術(shù)、地球系統(tǒng)模擬、全球變化經(jīng)濟學。本科教育的主要目標是為本專業(yè)的大學生繼續(xù)深造或在政府和工業(yè)部門就業(yè)打下基礎(chǔ)，為其他專業(yè)的學生提供地球科學的基本教育。本科生培養(yǎng)將注重三項基本技能的訓練：野外考察與觀測、實驗分析、復雜過程的計算機模擬。
　　詳細的本科生教育計劃預(yù)計在2012年出臺。
　　
　　六、科學研究與實驗室建設(shè)
　　地球系統(tǒng)科學研究中心和全球變化研究學院將尋求來自大學、政府和私人捐助者的支持，逐步發(fā)展一流的教學和科研設(shè)施，這些設(shè)施對于教師和學生是不可或缺的。初步的實驗設(shè)施需求如下：
　　循環(huán)加速質(zhì)譜儀實驗室：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)的示蹤元素時亟需這樣的設(shè)備。該設(shè)備可以分析來源于天然水、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(wěn)定性同位素比率質(zhì)譜儀實驗室：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。
　　生物地球化學分析實驗室：包括一系列可用于海洋、濕地、水生和土壤生態(tài)系統(tǒng)研究的化學和生物觀測儀器。電腦控制光線和溫度變化培養(yǎng)生物樣本的孵化器；熒光計和葉綠素熒光計用于觀測葉綠素濃度；元素分析儀；總有機碳分析儀；離散養(yǎng)分分析儀；連續(xù)流動養(yǎng)分分析儀；色譜成像儀；CO2隔離低溫萃取設(shè)備以及各種各樣的其他儀器。
　　大氣觀測實驗室和現(xiàn)場觀測站：監(jiān)測大氣化學和物理性質(zhì)。累積濁度儀；氣動粒度儀(APS)；煤煙顆粒吸收光度計(PSAP)；黑炭儀；各種氣體分析儀；云凝結(jié)核；追蹤太陽光度儀；紫外分光儀和其他儀器。需要建立車載和現(xiàn)場觀測站。
　　遙感實驗室：地物光譜特性相關(guān)的儀器設(shè)備、觀測實驗室、移動式平臺、無人駕駛航空器，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(tǒng)設(shè)備；數(shù)據(jù)處理和成像設(shè)備。
　　高性能地球模擬和計算實驗室：可利用清華大學已建成的高性能計算設(shè)施，但需要建設(shè)地學中心自己的調(diào)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驗室：用于地球系統(tǒng)模式結(jié)果可視化的三維和二維投影系統(tǒng)。有效生成大幅地圖的大型繪圖設(shè)備。
　　基于全球信息觀測和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地文臺：這是新一代的研究和教學設(shè)施，可用于收集、處理和集成各種全球觀測數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)來自聯(lián)網(wǎng)的各類觀測臺站、教室、會議、室內(nèi)實驗設(shè)備和其他數(shù)據(jù)獲取設(shè)備。支持實時的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，及時而準確地獲取、保存、檢索和分析來自全世界的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果和計算機模擬結(jié)果。
　　實地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測：汽車、無人駕駛飛行器和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以支持很多現(xiàn)場生態(tài)系統(tǒng)觀測，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。
　　實地考察和測量站點：包括各種用于實地考察的測量和繪圖設(shè)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。其他實驗室和儀器設(shè)備將視發(fā)展的需求逐步開發(fā)。