21世纪已经过去1/5的时间，人类普遍认识到人居环境存在问题。最受关注的全球人居环境问题包括以下三个：全球气候变化、传染病突发流行、地质灾害频发。这三个问题都与地球系统和地球科学密切相关。笔者不是研究这些问题的专家，不可能对这些问题的解决提出具体的建议，但是也经常思考地球系统的相关问题，关心其研究进展。由于它们是当今时代民众都非常关心的问题，本文试图对与它们相关的科学预测问题进行一些初步的探讨。

预测问题1：全球气候变化

这是一个气象灾害问题，属于地球表面系统演化过程中的一个事件^①②。最主要的气象灾害是水灾和旱灾，但是它们通常不是全球性的气象灾害。全球气候在变暖、还会继续变暖是肯定的，会造成全球海平面上升、大陆内部气候干旱化等灾害也是肯定的。问题是全球气候为什么会变暖？与人类活动有多大的关系？人类社会应该采取哪些行动来应对气候变化造成的灾害？

从科学研究的部署来看，应对全球气候变暖问题，现在的关键是能不能预测1–3年内有没有相关的灾害发生，以及它们是什么属性。地球表面系统不是一个简单系统^③，而是一个复杂系统^④，研究1–3年内准确预测相关灾害的问题现在有希望取得突破。要在取得突破后，再继续研究预测本年内有没有相关灾害发生的问题。系统的复杂性研究要有科学的方法，这就是从研究系统的组成结构开始，然后研究它的行为、属性和相态，从中找出系统组织的机制。关于造成全球气候变暖的机制，如碳排放对大气升温的影响、全球碳循环等作用过程，已经取得相当快的进展。

预测问题2：传染病突发

突发的传染病流行是地球生态系统出现问题^⑤，表明生态系统中微生物的演化轨迹出现新的分岔事件^⑥。微生物（包括病毒）是地球上出现最早、演化时间最长的生命，它们的遗传基因是最稳定的，为什么它们的遗传基因会突然发生分岔，产生出新型病毒？

传染病突发流行与人类活动是有关系的。在表面上看它是人居环境的变化，但是传染病突发的根源之一是地球生态系统中微生物的生存环境在变化，原来寄生在野生动物上的病毒生存环境的改变，迫使病毒寻找新的寄生动物。生物链的断裂造成了生态系统中病毒生存环境的变化，结果造成了人居环境的改变和传染病的突发流行。

为什么生态系统中微生物的生存环境会变化？我们对恐龙的灭绝非常感兴趣，对这个问题还没有引起足够的重视。在地球演化过程中地球的磁极发生过几十次反转^⑦；地球上的生命发生过五次大灭绝^⑧。没有人知道磁极反转与生命灭绝发生的具体原因是什么，思考地球系统组元相互作用的规律考验人类的智慧。微生物生存环境的变化很可能和“地球化学定时炸弹”有密切关系。科学家早就预测，大量农药和化学肥料的使用会造成土壤成分的改变，长期积累还会造成地表水和粮食的污染，形成将来会定时爆发的地球化学炸弹。在生态系统中，人居环境受污染之时，微生物的生存环境同样受到污染，地球化学定时炸弹可能更容易在微生物链中起到破坏作用。总之，现在应该加强对生物链断裂和传染病突发流行原因的研究，争取提前进行流行病疫情预测。

在本世纪，2003年SARS冠状病毒和2019年底的新型冠状病毒袭击了中国，引起了人类对传染病突发流行研究的高度关切。能否在每年10月预测冠状病毒突发流行的概率，以使中国政府和民众能够提前进行预防冠状病毒快速传播的行动？

预测问题3：大地震等地质灾害

全球性的火山爆发和大地震的频发属于地质灾害，是浅地幔系统演化过程中发生的事件^⑨。现今全球火山爆发和大地震都是可以及时观察的，造成灾害也是可以快速评估的。问题是这些地质灾害是否可以预测？

中国在新生代曾经是大陆上火山爆发频发的国家，现在大陆上的活火山已经不多了^⑩。但是，中国现在是大陆上地震发生最多的国家之一。在本世纪，青藏高原周边地壳运动有加剧的趋势，高原东部和北边的地震发生有增无减。中国华北新生代的大陆裂谷带上的地震依然在继续^⑪。地震也与人类活动有关，如建设水库和开发页岩气会改变地壳应力场的平衡，诱发地震，但是诱发的地震造成的危害不大。

中国政府和民众长期高度重视地震预测，曾经在1975年成功地预报了辽宁海城发生的大地震，也曾经在2004年讨论过地震能不能预测的问题，也就是要不要放弃地震预报的问题。地震预测的问题难就难在要求同时准确预测地震的三个要素：发生时间、地点和震级，其中震级的预测是最需要的，也是最难的。政府和民众不需要预报5级以下的地震，因为预报会造成社会的恐慌。但是，5级以上和5级以下的地震发生的前兆没有本质的区别。

地震预报是政府和民众要重视的事，科技界要做的是努力攻克地震预测的难题。现在对于大地震的中长期预测取得了进展，可以进一步将大地震的中长期预测的尺度精细到县乡。还可以在人口密集地区建设地下信息监测网络，利用大数据明显提高大地震的短期预测的成功率。

① 系统指由不同质的组元相互作用形成的组织。系统论把真实世界分解为一系列尺度不同而且相互关联的子系统，研究它们运动和演化的谱系。

② 事件是系统组元相互作用的体现。大事件指系统组元在相互作用中释放的能量可以改变系统秩序与状态的事件。

③ 简单系统指由两个以上不同质组元组成，并服从因果律相互作用的组织。现今的科学已经基本上构建了关于各种简单系统的知识体系。

④ 复杂系统指由多个不同质组元组成并不按照因果律原理相互作用的组织。复杂系统可能是一因多果，也可能是多因一果，不存在一因一果的一一对应关系。真实的系统可以在简单系统和复杂系统之间转换，这种转换是系统演化中的大事件。

⑤ 地球生态系统中的四个组元为，植物是生产者，动物是生产的消费者，岩石圈是生产的物资来源，微生物是物资分解者，也可能是生产者。

⑥ 分岔是复杂系统中的一种非线性动力学作用。

⑦ 地球磁场的磁极在南极和北极之间反转，在几千年的反转期内地磁场变得非常微弱，不能抵御强烈的宇宙射线，可以造成地球生态的危机。

⑧ 地球上的生命灭绝指大量的物种在短期内消失。恐龙的灭绝发生在白垩纪晚期，大约在七千万年前。

⑨ 浅地幔系统指地球表面0–410 km深度的所有圈层，由大陆岩石圈、大洋岩石圈、洋陆转换带岩石圈和软流圈四个组元组成。浅地幔系统中的物质运动会造成全球性的火山爆发和大地震。

⑩ 在新生代中国大陆上火山频发的地区有内蒙古、福建和浙江沿海、羌塘盆地北部和东部。现在大陆上的活火山在吉林长白山地区、内蒙古阿里山地区、山西大同、云南腾冲等，近年来它们都处于休眠状态。

⑪ 华北的新生代大陆裂谷带包括汾渭裂谷带、河套--银川裂谷带和华北平原裂谷带。