■本报记者 陈彬 通讯员 赵晖
1月22日，天津大学成立国内首个地球系统工程研究中心。成立仪式上，中国科学院院士、中心首任主任刘丛强直言：“地球系统工程学的诞生是人类在‘人类世’十字路口的一次自觉转向，是一项关乎文明未来的宏伟工程。”
在我国，对于全球变化的科学研究始于20世纪80年代，并由此推动了地球系统科学的发展，但未系统形成“地球系统工程学”的概念和研究。2015年，天津大学成立表层地球系统科学研究院，2020年成立地球系统科学学院，并在两年后获批全国首个地球系统科学博士/硕士点。
刘丛强既是地球系统科学学院的首任院长，也是构建“地球系统工程学”的主要倡导者。
从“科学”到“工程”，刘丛强为何要倡导这场学科方向的跨越？这又会给相关学科的发展带来哪些影响？
一场“范式革命”
《中国科学报》：什么是地球系统工程学？什么原因促使你推动这一学科方向落地？
刘丛强：地球系统工程与管理最早提出于21世纪初，并在美英等国大学发展，但中国缺乏相关研究。鉴于国内外缺乏系统研究，我提出构建“地球系统工程学”学科，并规划了其理论框架、学科属性、教学方法及培养模式。
地球系统工程学是研究地球自然与人类复合体的交叉学科，通过跨学科、系统化且符合伦理的手段，对关键过程进行调控，以维护地球系统的健康、韧性与可持续性。
推动学科方向落地的核心动因有以下3点。
首先，是从“诊断”转向“治疗”的迫切需求。地球系统科学主要致力于描述、分析、预测地球各圈层相互作用的机制与演变规律。这一学科为人类提供了深刻的系统性认知，但仍主要属于“诊断性科学”。然而，面对全球变化风险，仅停留于“认知”已不足以应对。人类需要主动设计干预路径，实现对地球系统关键变量的定向调控，这需要工程化的思维与方法。
其次，针对复杂系统的调控需要“设计-实施-评估”的闭环。地球系统科学虽然揭示了系统的复杂性、非线性和反馈机制，但并未提供系统性干预的操作框架。而地球系统工程学可通过建立可计算、可模拟、可优化的干预工具体系，实现从“预测可能未来”到“构建合意未来”的跨越。
最后，大数据、人工智能等新技术的应用也为针对全球系统的工程化调控提供了技术基础。全球碳中和承诺、生物多样性框架等目标，也需要被转化为可落地、可验证的系统工程路径。
总之，地球系统工程学标志着人类文明进入“行星管理”阶段，即在承认人类已成为地球系统主导力量的前提下，以科学认知为基础，以工程化手段履行行星尺度的责任。这不仅是学科的延伸，更是文明应对生存挑战的必然演进。
《中国科学报》：你多次强调地球系统工程并非现有工程概念的简单升级，而是一次范式革命，这体现在哪些方面？
刘丛强：这种“范式革命”体现在以下5个方面。
在目标层面上，传统工程追求特定功能输出，如建造桥梁、发电，而地球系统工程旨在主动维持地球系统的非平衡稳态，如将全球温度、碳循环等控制在安全阈值内，目标变为对复杂系统关键状态变量的动态闭环调控。
在方法上，传统工程依赖分解、标准化和确定性模型，而地球系统工程必须面对系统复杂性。其核心方法论转变为多层网络耦合设计、基于地球模拟器的情景推演与风险预判，以及在不确定反馈中持续学习、调整。
在时间尺度上，工程周期从数年延伸至数个世纪。
在伦理维度上，传统工程的伦理边界限于项目影响范围，地球系统工程则要求对全人类、非人类生命乃至未来生命负责，面临“没有旁观者的实验”这一根本困境，需构建全球共识性伦理框架。
在主体关系上，人类要从外部改造者转变为嵌入地球系统的调控参与者，工程目标不再是征服自然，而是引导系统进入可持续的共同进化路径。
总之，这场革命标志着人类从利用工具解决局部问题的文明阶段，进入以整体性设计维护行星宜居性的新文明形态。它不仅是技术的升级，更是人类认知、责任与存在方式的深层重构。
对人类智力角色的“重新定位”
《中国科学报》：这样的改变对于相关人才提出了哪些新要求？
刘丛强：从“科学”到“工程”的跃迁，实质是从认知到行动的变化，这就要求相关人才成为“行星架构师”。
具体来说，这类人才首先要有复杂的思维模式，要同时具备系统性、工程性和适应性思维。
在知识结构层面，他们既要具备地球系统科学基础以及高级工程与技术能力，如数据科学、模型仿真、负排放技术等，也要具备社会科学与治理知识，如国际政治、伦理学、经济学等。同时，他们还要能在地球科学模型、工程参数与社会经济指标间进行翻译与迁移。
在能力拓展层面，他们既需要拥有行星级的模拟与推演能力，能将全球目标分解为区域行动，协调多层级治理冲突，还要有在缺乏完美方案时，基于原则作出悲剧性抉择的伦理决策与价值权衡能力。
在伦理责任层面，他们要具备“行星管家”的自觉，对非人类生命、未来世代及地球系统稳态产生深切的道德责任感。
《中国科学报》：对此，我们的人才培养应作出哪些改变？
刘丛强：我们要打破现有的学科壁垒，设立“地球系统工程学”独立交叉学科学位，而非简单增设课程。该学位的核心是“问题导向”而非“学科导向”。同时，要进行课程体系的重构和教学方法的革新。
具体而言，要将课程分为基础课程、方法论课程、实践类课程和伦理课程等不同类型。在方法上，要将地球模拟器作为核心教学工具，让学生在虚拟行星中进行“干预实验”。实施“导师组制”，建立由地球科学家、工程师、社会科学家组成的联合小组，负责指导每位学生。同时，通过嵌入国际组织、跨国技术团队或地方适应项目的方式，让学生实现全球化实习与沉浸式学习。
在学科评价体系上，要实现从考核知识掌握度向评价复杂问题框架构建能力、跨学科方案设计能力与伦理推理深度的转变，并通过建立全球知识同步机制，支持学生终身学习。
总之，我们不再培养仅精通某一领域的“专才”，而是培养能在科学认知、技术可能性、治理现实与伦理约束之间进行创造性综合的“行星架构师”。
从“认知科学”走向“行动科学”
《中国科学报》：你对地球系统类学科的未来发展有怎样的期许？
刘丛强：我希望地球系统类学科能从“认知科学”走向“行动科学”，并逐步形成“诊断-设计-干预-评估”的完整方法论体系，真正支撑全球可持续发展决策。同时，希望能够驱动多学科的“化学融合”，而非“物理拼接”，使其成为融合自然、工程、社会与伦理知识的“超学科枢纽”，产生原创性系统理论。
此外，我更希望通过学科教育，培养出既能深入解析碳循环，又能设计全球治理方案，并具备代际伦理意识的“地球系统工程师”。
《中国科学报》：你认为这一学科未来还需要破解哪些关键性难题？
刘丛强：首先是制度创新。高校需建立跨学科的人才聘任、评价与资助机制，打破传统院系壁垒。在国际层面，则需推动全球数据共享与模型开源协议，建立类似“全球地球工程风险评估委员会”的新型治理机构。
其次是技术工具革命。要开发下一代地球系统数字孪生平台，深度融合人类社会经济行为模块与实时感知数据。
最后是教育范式转型。要支持开设“地球系统工程”专业学位，设计贯穿“从模拟到决策”的体验式课程体系，同时推动建立全球高校-政府-企业实践联盟，让学生直面真实尺度挑战。
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