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地球探索

[ EARTH ]

資源與可持續

在資源约束下實現可持續與普惠發展

地球的物質、能源與生態承載力有限;同時,智能與數字化的發展也受製于數據與計算資源。如何在双重约束下,讓技術進步惠及更多人、且不超越地球邊界,是当代科學、工程與治理的共同课題。以下方向兼具學術价值與社會意義:

1. 數據與計算效率

少样本學習、遷移學習與高效算法能降低智能系統對數據與算力的依賴,讓更多地区與機構以更低成本穫得 AI 能力。提升數據與計算效率,既缓解能耗與資源压力,也有助于缩小數字鸿沟、實現技術普惠。

2. 物質循環與替代材料

循環經济與闭環設計减少對原生矿產與化石資源的依賴;生物基、可降解與高性能替代材料降低環境足迹。從城市矿山到生物製造,物質的高效循環與替代是可持續工業與消費的基础,關乎气候、生態與資源安全。

3. 資源监測與智能管理

通過傳感器、卫星與 AI 對水、能源、土地與生物多样性進行精准监測與優化配置,支撑智慧农業、智慧城市與自然保護。讓有限資源發挥更大效益,同時為政策與治理提供科學依據,對全球可持續發展至關重要。

4. 生態承載力與邊界意識

地球系統存在物理與生態极限;气候、海洋與生物多样性已承受巨大压力。理解并尊重這些邊界,發展環境修復、碳汇與保護技術,在發展與保護之間寻求平衡,是当代人類對自身與后代的責任,也是跨學科科學的前沿。

核心難點

1. 數據與算力的稀缺與不平等

高質量數據與大规模算力集中在少數主體,導致技術红利分布不均。如何在保護隱私與產权的前提下,提升數據與計算效率、促進開放與协作,讓智能技術惠及更多人與地区,是技術、伦理與治理的交叉難題。

2. 經济增長與資源消耗的脱钩

歷史上有過「資源使用隨經济增長而上升」的强關联。能否通過技術创新、循環經济與製度設計,在提升福祉的同時降低单位產出的資源消耗與環境影響?脱钩的程度與速度,将决定人類能否在有限地球上實現長期繁荣。

3. 全球資源治理與公平

水資源、矿產、海洋與气候具有跨国界、跨代際属性。如何建立公平、有效、基于科學的全球與区域治理機製,避免公地悲剧、保障脆弱群體與后代的权益,需要政治、經济與自然科學的深度结合。

4. 生態系統的阈值與不可逆性

气候、海洋酸化、生物多样性丧失等過程存在临界點與滞后效應;一旦越過,恢復成本极高甚至不可逆。如何更准確地識别這些邊界、并據此约束行為與政策,是地球系統科學與風險治理的核心挑战,關乎人類與万物共同的未來。

建議從事的工作方向

循環經济與資源回收

废弃物高值化利用、城市矿山、闭環生產與設計。推動「從線性到循環」的產業轉型,减少對原生資源的依賴與環境污染,為可持續消費與生產提供工程與系統解决方案。

替代材料與绿色化學

生物基與可降解材料、高性能替代品、绿色合成與低碳工艺。在满足性能與成本要求的前提下降低材料與產品的環境足迹,支撑製造業與消費的可持續發展。

資源與環境智能管理

基于 IoT、遥感與 AI 的水、能源、土地與生態监測與優化;智慧城市、精准农業與自然保護。讓數據與算法服務于資源節约、效率提升與生態保護,惠及公共决策與民生。

環境科學與生態修復

環境监測與污染治理、碳汇與气候缓解、生物多样性保護與生態修復。理解地球系統、評估風險、開發修復與適應技術,為政策與社會提供科學基础,守住生態安全底線。

值得专注的核心難題

01

從線性經济到闭環系統

發展高效、可规模化的回收與再製造技術,建立產品與材料的設計—使用—回收闭環,在技術可行與經济可承受的前提下逼近「零废弃」,减輕資源压力與環境污染。

02

稀缺資源的替代與高效利用

開發性能與成本可接受的替代材料與工艺,减少對關鍵矿產與化石資源的依賴;同時提升能源與物質利用效率,讓每一份資源创造更多福祉、產生更少排放與废弃物。

03

公平與有效的資源治理

在跨国界、跨代際的框架下,结合科學與政策,建立透明、包容的資源與環境治理機製,讓技術红利與减排責任得到更公平的分配,保障脆弱地区與未來世代的权益。

04

識别并守住生態與气候邊界

深化對地球系統临界點與不可逆風險的認識,發展监測、預警與適應技術,推動政策與社會行為在安全邊界内运行。這是人類與自然和谐共生的科學基础,也是對全人類與后代的責任。