地球系统科学中的统计物理理论 | 周四直播·地球系统科学读书会

导语

从加拿大极端热浪，到德国的洪灾，从澳大利亚的森林大火，到中国河南的特大暴雨，极端天气已经成为新常态。气候变化正以我们所能感知的态势发生着。2021年诺贝尔物理学奖的一半被授予气象学家真锅淑郎和气象学家克劳斯·哈塞尔曼，“以表彰对地球气候的物理建模、量化变化和可靠地预测全球变暖”。表达了对人类命运的关切。不仅如此，空气污染与排放等因素也作为影响人类生活和生态环境的重要一环而一直备受关注。我们统一将这些放在地球系统科学研究的范畴中。近年来，系统科学、人工智能等学科的发展，为地球系统的研究提供了一系列有力的研究手段。
随着地球系统科学的不断发展，许多新方法被广泛地应用于分析和解决许多的地球系统科学问题。为了推进地球系统科学研究，集智俱乐部特联合气象学家和气象汇公众号联合发起筹备地球系统科学的主题读书会。

内容简介

人类社会正处在环境巨变的十字路口，全球变暖、极端气候事件、地震及其伴随的社会经济灾难已经威胁到人类文明的物质基础。作为复杂自适应的地球系统，可能存在多个潜在的临界要素。而各个临界要素之间的相互作用可能对其他子系统产生稳定或不稳定的影响，这可能导致突然地级联失效, 使得气候变化的突变和不可逆转的威胁越来越大，人们必须切实地采取有效地行动来缓和气候变化带来的负面影响。然而，由于地球系统本身的复杂结构以及存在着众多非线性相互作用，使得人们对于上述灾难性事件的理解，尤其是预测方面变得困难重重。这也是科学界和公共政策的决策者极为关注的话题之一。令人振奋的是象征着最高学术成就的诺贝尔物理学奖授予了以地球系统为代表的复杂性科学研究领域。

本次报告将会介绍有关统计物理学的基本概念和理论，例如临界现象、网络理论、渗流、临界点分析和熵等，以及如何将其应用于地球复杂系统进行阐述和回顾。

主讲人

樊京芳

北京师范大学系统科学学院教授，同时任德国波茨坦气候影响研究所（PIK）客座教授。他2014年于中国科学院理论物理研究所取得博士学位，后在以色列巴伊兰大学和PIK从事博士后、助理教授工作，以及在美国哈佛大学、波士顿大学做访问学者。主要研究方向为统计物理与复杂系统基本理论，地球系统复杂性分析。无论在复杂系统相变与临界现象的基础理论，还是挖掘其演化机制，他都取得了突破性的进展，发展了一系列开创性的理论框架，并用以研究气候复杂系统、地表拓扑结构，地震预报等，取得了一系列具有国际影响力的学术成果，得到了同行的高度认可。先后以第一或通讯作者在Nature Physics，PNAS，Physics Reports，GRL等国际权威期刊上发表论文40余篇。研究成果被境内外媒体如：AAAS，EurekAlert和phys.org多次报道。2019年2月，美国科学院院刊对他关于全球气温变暖的研究工作进行了科研专访。他关于极端天气长时间预测的研究成果被世界银行、中国气象局、印度气象局、秘鲁气象局等关注和使用；关于地震短期预报的研究成果被意大利地震局关注和使用。

直播信息

时间

2021年12月23日（周四）晚上19:00-21:00

参与方式

• 文末扫码参加地球系统科学读书会，加入群聊，获取系列读书会回看权限，成为地球系统科学社区种子用户，与其他的科研工作者沟通交流，共同推动地球系统科学的发展。

• 集智俱乐部 B 站免费直播，扫码可预约。

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地球系统科学读书会招募中

地球科学是研究相互作用的大气圈、水圈、岩石圈和生物圈等组成的地球系统的形成、演化机制的学科。随着地球系统科学的不断发展，许多新方法被广泛地应用于分析和解决许多的地球系统科学问题。为了推进地球系统科学研究，集智俱乐部特联合气象学家和气象汇公众号联合发起筹备地球系统科学的主题读书会。

本读书会由邓琪敏、张钢锋、王硕、许菁等一线研究者共同发起的「地球系统科学」系列读书会，将组织大家系统地研究这些以统计物理方法、深度学习方法为核心在地球系统科学中应用的相关文献，深入研读相关文献，激发科研灵感。在每周二晚在线进行论文分享与讨论，共读共享。欢迎对地球系统科学感兴趣的朋友报名参与读书会，一起研读硬核内容！欢迎大家报名参加呀！

「地球系统科学」系列读书会参与方式

本次读书会适合的参与对象：

• 基于复杂系统相关学科研究，对地球系统科学相关研究有浓厚兴趣的科研工作者；

• 能熟练阅读英文文献，并对复杂科学充满激情，对世界的本质充满好奇的探索者；

• 欢迎基于读书会所列文本和文献的具体探讨，提供适合的文献和主题的朋友；

运行模式

每 1 周由 1-2 名读书会成员领读相关论文，进行线上会议，与会者可以广泛参与讨论（以 PPT 讲解的形式，直播间互动交流）。

时间：

从2021年12月14日开始，每周二晚上19:00-21:00，持续时间预计 7-8 周。

方式：

此次读书会为线上闭门读书会，采用的会议软件是腾讯会议（请提前下载安装）。在扫码完成报名并添加负责人微信后，负责人将其拉入群聊，入群后告知具体的会议号码。

费用：

为了过滤一些非专业人士，甄选出真正对地球系统科学研究感兴趣、有相关研究经验的专业人士，保证读书会研讨质量，也为了激励大家学习、分享、总结，本期读书会将采取收费 – 退款的保证金模式。

报名步骤

扫码报名

第一步：扫码填写报名信息。

第二步：填写信息后，进入付款流程，提交保证金299元。（符合退费条件后可退费）

第三步：添加负责人微信，拉入对应的读书会讨论群。

（我们也会对每次分享的内容进行录制，剪辑后发布在集智学园官网上，供读书会成员回看）

读书会大纲：

地球系统科学概览介绍——陈德亮院士

1. 统计物理部分

• 气候网络和渗流相变研究地球系统
• 统计物理和本征微观态在地球系统的中应用

• 由多个子系统耦合的地球系统

• 极端天气的同步现象

• 地球系统中的归因

• 地球系统的临界问题

1. 深度学习部分

• 综述

• 时空卷积网络

• 时空图神经网络

• 神经微分/偏微分方程

• 地球系统科学因果推断

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