9月中旬，教師節過去不久，清華大學地球系統科學研究中心辦公樓裡仍掛著學生們自己設計的謝師海報，特色明顯。與這些海報並排貼著的便是各種講座信息以及中心新近發表的論文，90％是英文，內容五花八門，有關於大氣環流的，有關於溼地保護的，有力學領域的，還有計算機領域的……涉及的領域和學科十分廣泛。
這便是清華大學地球系統科學研究的特點——交叉性與國際化。2009年初，為深入研究地球系統的運行規律，以及人類活動對地球系統所產生的影響，為中國乃至世界培養應對全球變化方面的高層次人才，清華大學成立了地球系統科學研究中心。一年後，又以中心為依託，聯合計算機系、環境系、核能研究院等院系成立全球變化研究院，圍繞全球變化問題組織開展多學科交叉研究。
歷史與現實，清華復建地學
全球變化研究是依託地球科學、生命科學、計算科學和社會科學等多學科交叉發展起來的新興研究領域。全球變化，包括氣候變化和地球系統多圈層相互作用引起的環境變化，已經引起了國際科技界、經濟界、政界以及整個國際社會的嚴重關注。王斌是清華大學地學中心最早的雙聘教授之一。他告訴記者，全球變化導致的乾旱、洪澇等極端天氣、環境汙染、糧食安全、人類健康等全球性問題已經影響到全人類的生存和發展。人類從未像今天這樣，迫切需要了解賴以生存的地球的運行機理，從而理解人類活動對地球系統的影響，並進一步預測地球系統的未來演變。
實際上，清華大學的地學學科有著悠久光輝的歷史。1929年成立地理學系；1933年，地理學系易名為地學系，下設地理、地質、氣象三個組；1946年，抗戰結束後，西南聯大結束，清華大學在北平復學，地學系恢復；同年，原有的地學系氣象組獨立成氣象學系；1950年，地學系地質組單獨分出，成立地質系；1952年，院系調整，清華大學地學系調整到北京大學，成立地質地理系。地學中心副主任羅勇告訴記者，2009年，清華大學校務會議討論通過成立清華大學地球系統科學研究中心和全球變化研究院的決定，是基於歷史和現實的雙重考慮。
「一方面有很多老校友一直在呼籲復建地學，另一方面校方也意識到在全球變化的大背景下地學學科的重要意義，所以復建地學是清華努力多年的方向。校方與科技部前部長徐冠華院士討論後一致認為，清華作為地學的後來者應該突出交叉學科的優勢，以全球變化研究作為復建地學的突破口。」羅勇說。
交叉優勢讓清華地學走得更遠、更快
正如當初設想的那樣，清華大學地學中心在交叉學科建設上的努力取得了明顯的進展，逐漸得到了業界的認可。
地學是一個學科群，包括大氣科學、海洋科學、地理學、地質學、地球物理學，加上生態學，六個學科都是地學學科群的組成部分，這其中與全球變化研究關係最密切的就有好幾個。羅勇告訴記者，國內的許多研究機構和高等院校都具有長期的地學研究積累，各有特色。他說，在大氣科學領域，中科院大氣物理所、北京大學、南京大學、蘭州大學、浙江大學、中國科技大學、南京信息工程大學等都從事大氣科學研究多年，具備雄厚的研究積累。清華作為後來者主要還是把發展目標集中在跨領域、多學科的交叉融合上。
羅勇認為，清華能這樣做主要在於它在很多領域有很強的優勢，比如清華的計算機科學與技術、軟體工程、環境科學與工程、生物學、管理科學與工程等等，都在最近一次學科評估中名列前茅。在清華這樣一個大背景下，發展多學科交叉的全球變化研究具有得天獨厚的基礎和優勢。
「現在我們已經具備了自主發展的能力。在這個團隊中，有來自清華計算機學院的教授，還有來自經濟學領域的教授，相比別的地學研究機構，清華地學最大的優勢在於地學與其他學科的完美融合。」
作為第一批進入清華大學地學中心的老師，王斌對這些年的發展極有感觸。「當時真是一窮二白什麼都沒有」，王斌回憶當時的情況。現在，經過三年的努力，團隊已經頗具規模，在國際上的學術地位不斷上升。
在全球變化問題的研究上，我國的起步相對較晚。「我們國家以前幾乎沒有一個學科交叉性如此廣泛的研究機構。清華從地球系統科學的角度來研究全球變化，這是一個極為明顯的特色」，羅勇說。他告訴記者，僅僅三年的時間清華地學中心已經擁有了學科結構比較合理、隊伍較為完整、初具規模的研究團隊，同時也在許多領域取得了令人矚目的成績。
「在地球系統模式發展方面，地學中心的模式團隊與國內發展地球系統模式的優勢團隊合作，充分發揮各自優勢，實現了高效並行計算、分量模式的耦合集成等方面的重要突破，在完成第五階段國際耦合模式比較計劃的數值試驗方面取得了圓滿的成功。在863項目的支持下，經過清華模式團隊的不懈努力，已自主研發成功國內首個模塊化並行耦合器，並已經過耦合模擬的正確性檢驗，已於9月22日正式向國內公開發布使用。為獲取地球系統模式發展所必需的更加準確的地表參數，地學中心承擔的國家863重點課題於2012年首次完成世界上30米最高解析度的全球地表覆蓋製圖；並於2013年完成世界上首個30米解析度的農地分布製圖；全球地表覆蓋製圖的水域研究內容被用於2013年科技部面向世界首次發布的《全球陸表水域面積分布狀況遙感監測年度報告》。地學中心開發了嵌套式的高解析度大氣化學傳輸模式，將我國的網格精細度提高60倍，獲得了更加精確的臭氧濃度分布；所開發的嵌套模式已被20多個國內外研究機構採用。地學中心開發了10種大氣成分的中國高解析度排放清單，將空間解析度提高了一個數量級，同時提高了精度；數據先後支持了多個國內外大型研究計劃，並被全球40多個研究組所採用。地學中心建立了國內首個紅樹林溼地碳通量觀測平臺，估算了中國與全球紅樹林碳匯潛力，得到許多國際機構的重視與肯定。」
挑戰地球系統模式，滿足國家戰略與百姓生活的需求
5月31日，《科學》雜誌的一篇文章從國際上50多個模式中選取了4個模式研究雲和降雨對變暖的響應，清華大學地學中心與中科院大氣所聯合發展的地球系統模式就在其列，這讓王斌和他的同事們非常振奮。
「對於地學特別是全球變化研究，很多人覺得特別高深，離老百姓特別遙遠，其實它與大家的生活息息相關」。王斌說。氣象災害的發生機率和成因什麼樣的？生態環境各方面的情況怎樣？霧霾會不會進一步惡化？溫度還會不會繼續升高？這個夏天是否會多雨，哪個區域會多雨？海洋環流的情況將會是什麼樣子？這都是地球系統科學研究涉及的核心內容。「我們的工作是通過定量模擬的方法來研究地球系統的運動和演變規律，預測未來10年到30年地球的變化趨勢，這對國家的中長期規劃，對大型基礎設施的設計建設都具有極為重要的意義。」
如何獲得科學的地球系統科學研究結論，模式的模擬結果是最重要的依據之一。清華大學參與發展的氣候系統模式就是其中之一。「只有模式才能預測未來，所以國際上所有發達國家都特別重視模式研發。每一次聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）報告的主要核心結論都是基於模式研究的結果」，王斌說。
王斌告訴記者，地球系統模式的發展水平已經成為衡量一個國家綜合科技實力和核心競爭力的重要標誌之一。加速發展我國自己的地球系統模式，是應對全球變化挑戰、環境治理和防災減災的迫切需求。
發展模式是一件非常困難的任務。王斌用十年磨一劍來形容其中的艱難，他說，美國國家大氣研究中心（NCAR）和地球物理流體實驗室（GFDL）做了50多年才有了今天的成績。羅勇告訴記者，聯合發展，強化合作，在國際比較中發展壯大，注重後備力量建設，清華大學為我國地球系統模式的發展注入了新的活力。面向未來五年，超前謀劃，清華大學的模式團隊將進一步加強與國內其他模式組的通力合作與協同發展，致力於聯合地球系統模式的自主研發。同時，還將深化對地球系統的科學認識，直接應用於改進和提升模式水平，從而形成模式發展與地球系統理論相互促進的良性互動，真正站到世界模式發展的最前沿。
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