2、地球科学应用对计算基础设施的挑战及云计算解决方案

地球科学应用对计算基础设施的挑战及云计算解决方案

1. 21 世纪地球科学应用面临的挑战

1.1 能源挑战

目前，全球约 80% 的能源需求由化石燃料满足。但化石燃料存在两大根本问题：一是不可再生，终将枯竭；二是其消耗会引发严重的环境和社会问题，如气候变化和资源冲突。美国能源信息署和国际能源署预测，全球能源消耗每年将增长 2%，到 2040 年，能源消耗率将是 2007 年的两倍。由于可持续替代能源发展有限，预计增加的能源消耗大多仍将来自化石燃料，这加速了化石燃料的枯竭并产生更多温室气体。

为实现安全的能源未来，国际能源署认为，通过能源数据分析确保全球能源市场透明以及在能源技术上开展全球合作至关重要。智能电网是基于先进信息的能源消耗的一种实现方式，它利用数字技术动态匹配能源生产和用户需求。然而，全面的数据、协作传感器和智能能源管理对先进计算提出了巨大挑战，需要具备处理大数据、支持动态协作以及将智能融入能源网格以实现智能能源消耗管理的能力。

1.2 应急响应挑战

21 世纪，由于气候变化、人口增长和基础设施建设，自然和人为灾害的频率和严重程度都在增加。例如，2003 年禽流感在几周内通过国际进口和人员运输蔓延到各大洲；飓风、海啸和暴雨引发的洪水每年导致全球数万人丧生；干旱季节的野火造成数十亿美元的资产损失；危险物质（如核材料和有毒气体）的泄漏每年也夺走数百人的生命。

应急响应的决策支持需要及时整合大量地理空间信息。以 2005 年新奥尔良飓风卡特里娜为例，若能在飓风过后几小时内生成洪水地图，将为救援人员和居民提供重要的决策支持。但实际情况是，收集地理空间、气象、土木工程等数据集并生成地图需要数周时间。这主要有两个困