2023年3月22日下午，湖南师范大学地理科学学院章新平教授、贺新光教授以及中国科学院地质与地球物理研究所孔彦龙副研究员为我院师生带来了精彩的学术讲座。本次讲座在17幢623教室举行，由贾佳老师和解雪峰老师主持。

章新平

湖南师范大学地理科学学院，二级教授，博士生导师。湖南省“十一五”“十二五”重点学科(地理学)、湖师范大学地理学博士点学科负责人。曾主持和参加了国家863项目、国家自然科学基金、中科院知识创新、国际地理联合会(IGU)核心计划START、中日政府间科技合作等30个研究项目。

目前主要从事全球气候变化及其区域响应的研究，在洞庭湖流域开展了长期、系统性的气候变化、同位素水文学和同位素生态学研究，发表学术论文260余篇，其中SCI收录论文60余篇，被国内外引用达5294次。

讲座伊始，章新平首先介绍了与研究相关的背景知识，主要包括有关水稳定同位素的基本内容。例如降水中稳定同位素的重要特征：温度效应、降水量效应、湿度效应、大陆效应、高度效应、纬度效应以及NWL（大气水线）。

随后，章新平通过举例南极洲冰芯中古气候记录的恢复和青藏高原冰芯中古气候记录的恢复以说明同位素对古气候的反演，进而引出了同位素对现代降水过程的解读，该解读过程最重要的就是使用其自主开发的模式iAWBM。

主要研究目的即利用iAWBM，在一个水平衡和水稳定同位素平衡的框架下以及在相同的驱动下，模拟在不同蒸发和不同分馏条件下降水中稳定同位素的变化、通过与实测结果的比较以及模拟结果的相互比较，揭示下垫面被蒸发水汽中稳定同位素的季节变化和云中稳定同位素分馏对降水中稳定同位素变化的影响机制加强对水稳定同位素循环的理解。

章新平详细介绍了iAWBM模式，包括其基本方程、基本数据、spin up和基础模拟以及基础模拟结果。并将iAWBM模拟效果与iGCM进行比较，目的是对iAWBM的有效性进行评价。比较结果显示，操作更便捷的iAWBM模式具有在降水量效应的模拟比较更优，大气降水线更接近实测值等优势。

最后，章新平在讨论中分析了不同模式产生差异的原因。例如，iAWBM是格点模式，模拟的结果代表网格区的平均状况，因此很难逼近实际点的细节；iAWBM未考虑降落雨滴的蒸发富集作用等原因。

贺新光

湖南师范大学地理科学学院，二级教授，博士生导师，全国优秀博士学位论文提名论文获得者，湖南省“芙蓉学者奖励计划”特聘教授。

主要研究领域是地理时空大数据建模与分析，主要研究方向包括多孔介质传输问题的多尺度数值模拟、降水遥相关多尺度分析与中长期降水预测，及数字遥感图像融合处理等。已发表学术论文60余篇，其中SCI收录论文30余篇，主持国家自然科学基金2项，省部级科学基金4项，获湖南省自然科学奖二等奖1项。

首先，贺新光向我们讲述了机器学习的发展历程。当前，对地球系统的研究手段和工具包括：各圈层的诊邮分析，数理统计方法，动力模式和模型，非线性理论如混沌、机器学习等。21世纪以来，机器学习越来越多的应用于地球系统科学，除了在固体地球科学领域有广泛的应用外，在大气和海洋等领域也已广泛应用。

接着，贺新光以思维导图的形式展示了机器学习可以解决的问题，例如闪电预测、热带气旋和空气污染等；机器学习的数据来源，包括遥感数据、模拟数据、再分析数据等；机器学习的依据，主要是pytorch和tanserboard两个深度学习平台；机器学习的作用领域，例如灾害预防和农业规划等。

最后，贺新光清晰地讲述了机器学习（PIML）当前的目标和方法，总目标即通过将物理原理、支配规律和领域知识整合到ML模型中，以快速发展PIML领域。同时，他也向我们分享了一些机器学习与地球系统科学结合的具体应用案例，例如受限的生成对抗网络（GANs）模拟湍流、面向湖泊温度建模的PGNN、面向降尺度降水的PIML等。

孔彦龙

中国科学院地质与地球物理研究所副研究员，长期从事同位素水文地质与地热储工程研究，担任中国地球物理学会地热专业委员会副主任兼秘书长、中国地热产业联盟青年委员会主任、中国可再生能源学会地热专业委员会委员和国际水文科学协会中国委员会同位素分委员会专家委员等。

主持国家自然科学基金重大项目课题等基金项目等4项，国家重点研发计划子课题2项。发表国际SCI学术论文50余篇，被国内外引用2000余次。

报告开始，孔彦龙以风趣的语言讲述了自身的背景——做地质的为什么要来做降水，活跃了现场的气氛。以此转入科学问题的提出——谁控制降水同位素演化？围绕该科学问题，详细讲述了降水同位素地理效应和西风区与季风区降水同位素季节变化差异。

接着，孔彦龙为我们解读了不同尺度降水同位素演化驱动机制。主要分析了前人对该科学问题的研究成果，包括不同尺度降水同位素效应、季节和年尺度的“环流效应”以及降水同位素演化的时间尺度解构。

随后，孔彦龙围绕“当时间尺度延申到万年，降水同位素演化的驱动机制是什么”和中国石笋同位素解释之争即“石笋同位素南北变化一致；降水量南北变化不一致，为什么”两个大问题，引出了冰期尺度同位素演化呼唤新的认识。

最后，孔彦龙总结了该研究的两点主要认识：第一，不同时间尺度降水同位素演化驱动机制不同；第二，水汽源在冰期、年和季节尺度上对降水同位素均有显著影响。

每一位学者汇报结束以后，我院师生都与其展开了深入的讨论和交流。通过本次讲座的学习，让我们对降水同位素和地球系统科学与机器学习的结合有了更深刻的理解，为我院师生在该方向的研究提供深刻指引。

文字 | 沈素琴

图片 | 沈素琴