NERC发布《NERC数字战略2021—2030》

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编者按：2022年5月17日，英国自然环境研究理事会（NERC）发布《NERC数字战略2021—2030》（NERC Digital Strategy 2021-2030），该战略是NERC的第一个数字战略，旨在通过发展数字研究、技术和基础设施，从而服务于英国建设世界一流环境科学研究能力。该战略旨在创造一种数字文化，将数据和数字技术置于当前和未来英国环境科学研究的核心，并提出了数字生态系统的方法。这一战略将确保环境科学的所有领域都能充分利用数据和数字技术的变革潜力。该战略还为NERC未来十年的数字环境科学设定了7个雄心勃勃的愿景。本文介绍其核心内容，供参考。

1 数字技术是新时代的核心使命

报告认为，我们正在进入一个新时代，在这个时代，数字技术是我们的核心使命。NERC寻求将新数字技术以及数据和计算能力的增长对环境科学的好处发挥到最大化。数字技术有可能通过提高效率、新方法甚至新的科学范式来改变环境科学并明确NERC科学优先事项的广度。NERC的目标是基于现有的世界领先的英国专业知识基础，确保环境科学的所有领域都能充分利用数据和数字技术的变革潜力。以数字为中心的方法对于建立和保持英国在环境科学方面的优势以及改变我们对自然世界的理解至关重要。环境科学寻求解决现代世界中一些最复杂的挑战。认识和理解这种复杂性将需要新一代的数字技术和能力，以捕获、集成、访问、分析、理解、建模和模拟来自多个来源的各种规模、分辨率和频率的数据。环境科学目前正在产生前所未有的大量数据。实现整个系统对数据和数字技术的思考是数字战略的核心目标。NERC将发挥领导作用，推动新一代数字环境科学，同时与环境科学家和关键利益攸关方合作，探索和创造新的机会。NERC将最大限度地利用数字技术、基础设施和数据，以维护和建立21世纪英国在环境科学方面的优势。

2 携手迈向数字化未来

NERC将基于英国的优势和现有服务实现利用数字技术改变对自然世界的理解和管理的雄心壮志。主要包括计算密集型环境科学研究的优势、现有的NERC，UKRI和更广泛的英国数字基础设施，例如JASMIN1和环境数据服务。为应对环境科学挑战，NERC将推动新数据工具、数字技术和系统的开发和使用。NERC将努力实现跨数据源的互操作性，我们将寻求转变跨数据源的互操作性，通过行动来增强整个数据通道，从获取和生成，到实现有效的数据访问和支持数据技能，从而支持和促进跨学科和应用程序的高级集成。

NERC将进一步发展其战略伙伴关系，包括：

（1）与UKRI合作，支持跨学科合作研究活动，并在UKRI对数字研究基础设施的支持中发挥关键作用。

（2）促进英国环境科学社区的合作，支持NERC投资组合的数字化环境科学。

（3）支持NERC中心在执行任务时最大限度地使用数据和数字技术，并为更广泛的研究界提供有效的数据服务。

（4）在全球舞台上开展工作，寻求支持世界领先的活动，并与关键研究人员和利益相关者在国际上开展合作。

（5）与政府和其他利益攸关方合作，集中精力应对最紧迫的环境挑战，充分利用集体数据资产，并就雄心勃勃的活动计划进行合作。

3 构建数字生态系统方法

要使数据的价值最大化，并将其用于理解和决策，需要以高度关联的方式思考数据收集、数字基础设施并有效使用数据科学工具。这将要求改变对数据流动的思考方式，在环境研究开始时使用数字工具进行设计，并在测量、分析、模型和决策之间建立有效的反馈和连接。这将要求探索数字技术在所有领域对环境科学的变革潜力。关键在于，需要在整个环境研究界保持和建立对数据和数字技术的信任和信心。实现数字化环境科学的愿景有赖于构建数字生态系统方法，即从数据收集到有效使用的整个周期进行数据整合。公共部门和私营部门对数字生态系统有多种定义，但它们都基于在行动者网络中实现互联互通的原则，为所有人实现价值和成果。在这一环境科学背景下，采用数字生态系统方法将重点放在最大化数据价值和利用数据，通过连接复杂的环境管道和利益相关者景观，促进对环境的理解。数字生态系统方法的核心是协作和多学科，将需要领域专家和技术专家之间的连接、共同理解和合作，使用共同设计和共同拥有的方法来应对关键的环境科学挑战。它将要求整个环境研究界发展技术、专业和特定领域的技能。

构建数字生态系统方法的主要举措：①将数据科学、数字工具和数字基础设施置于NERC研究和协作活动的核心；②将重点放在对环境科学数据和数字工具的信任和信心上，使其能够有效地被使用；③支持用户驱动、基于系统的数据和数字技术方法，使其在环境科学中得到有效利用；④实现跨领域和跨学科的协作和学习，以及新的数字技能的开发，以支持基于AI和数字孪生等最新技术的工具和技术研发。

4 七大战略愿景及主要措施

（1）创建下一代环境传感系统

环境数据的来源不断扩大，为了解自然世界提供了新的机会。来自泛在传感和连接、物联网（IoT）网络、边缘计算、量子技术、机器人和自主系统等新兴技术的数据已经开始改变环境科学。通过与其他信息源（如遥感、计算模型和来自模拟收集的数字化信息）的整合，新的机会正在显现。此外，通过边缘计算等方法将计算资源引入数据的潜力，为以全新的方式开发和使用传感器和传感系统提供了潜力。这些新的数据和信息来源有巨大的潜力推动新的科学和环境理解。

目标：确保环境数据集易于获取，并可与一系列数字和数据科学工具一起使用，以理解、解决和转变环境科学和政策方面的关键挑战和问题。NERC将支持基于系统的新环境传感技术的开发，支持数据采集的综合方法，并确保数据得到优化和可获取，用于应对重大的环境挑战。

措施：①支持针对用户需求设计的下一代环境传感和测量系统的开发，在数据采集和使用之间提供有效的连接和反馈；②支持数字基础设施生态系统的开发，包括传感器网络、数据捕获和传输、大数据技术、建模和可视化；③促进当代数据采集工具和技术的发展和部署，以解决环境科学问题。

（2）改善数据服务

NERC拥有宝贵的数据资产，能够有针对性地和纵向地了解自然世界及其现象。随着可用环境数据的数量和复杂性持续增长，以及环境科学解决越来越具有挑战性的问题，数字和数据服务将在提供研究成果和影响方面发挥越来越大的作用。因此，必须确保数据服务不断发展，在现有和不断扩大的用户社区中保持有效。

目标：不断提高现有的服务，并提供新的数据和数字服务，利用并实现开创性的技术，实现多学科，并支持整个NERC社区和利益相关者，以最大限度地利用数据进行新发现。

措施：①确保NERC的数据能力和服务能够被有效地访问和使用，并且它们是安全的、可访问的、互操作的和用户友好的；②支持未来环境科学前沿数据服务和能力的开发和使用；③使研究人员和利益相关者跨越和超越环境科学社区访问并从NERC数据资源中获得价值。

（3）为环境科学提供计算资源支持

当代的建模和模拟方法，在不断提升的计算能力的支撑下，已经在改变环境科学。人工智能和近实时计算等技术有可能进一步推动科学的发展。挑战的规模和复杂性对计算能力提出了持续提升的要求。NERC必须设法确保计算能力不会限制科学的进步，同时推动对计算研究环境影响的认识并减轻其影响。

目标：NERC社区能够获得为其需求优化的计算资源，并能够满足环境科学发展的要求。

措施：①建立并保持对未来十年环境科学可能的计算能力需求的前瞻性观点，并支持必要的能力发展；②确保高性能计算（HPC）的提供仍然适合NERC社区的目的，并保持英国的全球竞争力，与JASMIN、UKRI以及关键合作伙伴（如英国气象局）合作；③确保硬件和软件基础设施能够跟上环境科学对近实时计算能力日益提升的需求。

（4）成为计算科学的引领者

人工智能等数据和数字技术的使用越来越多，不仅会影响我们对计算能力的需求，还会扩展当前计算能力的边界。例如，环境数字孪生（digital twins）将需要新的方法来实时将数据同化到计算模型中，同时使用人工智能或数据科学方法，提升计算能力的极限。为建立和保持英国在数字化环境科学方面的领先优势，NREC需要与UKRI在国内和国际范围合作，为英国环境科学社区提供世界领先的计算能力。

目标：扩展环境模拟和建模的可能边界。这将要求NERC与计算科学家和更广泛的高性能计算社区合作，为环境科学社区提供下一代计算能力支持。

措施：①确保NERC在未来计算技术（如百亿亿次）的开发中发挥有效的UKRI协作和领导作用，以及国家级的伙伴关系作用；②建立新的和发展现有的伙伴关系，为NERC社区提供关键的计算能力；③监测和横向扫描环境科学和UKRI组合，以识别新兴的计算需求和计算技术。

（5）激发数据科学工具和技术潜能

英国环境科学界已经是新的数据科学工具和技术的巨大开发者和用户。人工智能、数字孪生技术和机器学习等新方法将为环境科学带来新的能力，甚至可能改变研究工作开展的方式。为了建立和保持英国在数字化环境科学方面的领先优势，需要加强与UKRI在国内和国际范围的合作，为英国环境科学社区提供世界领先的计算能力。他们可以检测模式、分类和进行概率预测； 它们可以用于各种规模、大量数据和环境领域。 它们将使我们能够利用我们可用的数据集和我们希望了解的系统的不断扩大的数量和复杂性。

目标：实现人工智能、机器学习和数字孪生等技术潜力，通过支持查询数据集的新方法的开发，并利用其发展新的科学见解、理解和方法，来推动世界领先的环境科学。

措施：①在领先的数据科学工具和技术的支持下，推动环境科学的新变革；②领导开发和培养新的范式，如数字孪生，以认识和理解环境科学的复杂性；③支持与创新数字工具的开发和使用直接相关的跨学科合作，以应对环境科学挑战，以及其他科学领域及社会挑战。

（6）开发人才及其技能

NREC对数字化环境科学的愿景将由拥有有效数字技能的环境科学界实现。技术专业人员和领域专家都是数据测量、获取、解释和使用以及新数字技术部署的重要组成部分。支持个人和团队提高其技能以及开展传统领域之间或跨领域的合作交流，为以数字技术为核心的环境科学的成功开展提供平台。

目标：推动英国环境科学界数字技能的发展，以最大限度地利用新的数字技术，并支持熟练的研究人员、软件工程师、数据科学家和其他研发技术专业人员，他们对实施这一战略至关重要。

措施：①支持研发技术专业人员的职业发展道路，与UKRI的同事、我们的数字中心和更广泛的研究领域合作；②在吸引和支持多样化、包容性的数字意识环境科学家方面发挥主导作用；③与数据和计算科学界合作，支持环境科学家发展数字技能，使其能够探索和使用新的数据科学和数字技术。

（7）促进建立数字研究中的信心和信任

为了让环境科学界有效地利用数据和数字技术，必须确保其是值得信赖和可靠的、可追踪的、可获取的和可用的。NERC将在UKRI发挥领导作用，通过展示其可靠性来促进新数字技术的利用。促进信心和信任的基础是确保我们的数据满足FAIR（可查找、可访问、互操作、可重用）和TRUST（透明度、责任、用户焦点、可持续性、技术）原则。

目标：促进对数字研究的信心和信任，并确保NERC的数据资产能够被来自环境科学界内外、其他学科和跨部门的同事满怀信心地使用和重复使用。

措施：①确保NERC的数据政策和治理框架符合目的，考虑到道德、透明度、稳健性以及FAIR和TRUST原则的挑战；②支持环境科学领域建模、软件开发和数据科学方法的开发和使用最佳实践方法；③在创建环境科学开放科学和开放数据文化方面发挥领导作用。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2022年第11期，刘文浩 编译。