从科学战略演变看美国地质调查局科研领域的发展

陈 杨，王学评，宋韦剑

（中国地质调查局地学文献中心，北京 100083）

美 国 地 质 调 查 局（United States Geological Survey，USGS）是美国内政部下属的重要科学研究机构之一，是美国最大的水资源、地球科学、生物科学和民用测绘机构，也是美国在生态系统科学、土地利用、能源和矿产资源、自然灾害、水资源利用、地图更新和地球图像采集等领域科学数据的主要提供者[1]。作为当今全球地质调查工作的引导者，美国地质调查局从1879年成立至今的130多年里，虽经历危机，但名称一直保持不变且业务领域不断深化和拓展[2-3]。这主要得益于其与时俱进的科学战略调整、精准的科学研究领域研判和与之匹配的组织机构改革[4]。

当前，我国地质调查事业面临前所未有的复杂局面，需要依托科技创新和信息化建设“双引擎”推进地质调查事业转型发展，更加有效地支撑服务生态文明建设和自然资源管理中心工作[5]。这便需要广泛借鉴世界地质调查机构的成功经验，结合我国国情和地质调查事业现状，取长补短，实践探索。基于此，本文按照需求结构变化驱动业务结构调整，业务结构调整驱动组织结构改革的逻辑关系，通过梳理美国地质调查局各个时期科学战略的基本内容，分析了美国地质调查局的重点研究领域变化和与之对应的机构调整、经费投入变化等情况，总结了美国地质调查局在战略发展、机构改革和经费部署等方面的经验。

1 美国地质调查局科学战略发展演变过程

20世纪70年代以来，美国地质调查局所处的科学、社会和政治背景发生了深刻的变化，过去在制度上形成并被普遍接受的核心价值观受到越来越多的挑战甚至攻击，特别是在1995年，美国地质调查局经历生存危机，险些被裁撤[6]。痛定思痛，为了迎接“剧烈变革时代”带来的挑战，美国地质调查局转变以往被动研究分析信息的角色定位，积极适应政治、经济和社会需求，主动传播信息和知识，提出了“为变化的世界提供科学”这一核心理念[7]，并以10年为跨度，在26年的时间里，制定并不断调整科学战略。这些战略立足于不同时期美国地质调查局面临的复杂形势，明确愿景、使命和战略方向（表1），作为一定时期内的工作指导，可以反映出其工作重点变化和研究领域发展趋势。

表1 美国地质调查局不同阶段科学战略中的愿景和使命

1.1 谋求生存发展，解决科学问题，服务国家需求（1996—2005年）

1996—2005年的科学战略是美国地质调查局对外发布的第一份战略报告[8]，提出了“成为一个被世界公认的科学可信、客观且关注社会需求的地球科学组织”的愿景。这份报告明确了美国地质调查局的5项核心技能：即公正、可信和卓越的科研，建立良好的合作伙伴关系，跨学科多元化人才发展，长期的国家地质数据采集和长期的广泛的多学科地球科学研究。这一时期，美国地质调查局通过进一步明确任务职责，使其研究工作能够解决重大问题，同时提升在维持其赖以生存的客户中的认知度。1999年，为了加强科学管理，适应美国内政部的绩效与结果法案（GPRA）及统一的项目评价机制，美国地质调查局对1996—2005战略进行调整，将重点放在对客户的需求作出反应和服务上，强调以科学的针对性和灵活性满足客户需求，突出综合利用多学科技术手段开展自然资源相关问题的监测和研究，解决复杂问题[9]。可以看到，美国地质调查局这一时期的战略方向明显改变了在1995年生存危机之前以兴趣为导向的科学研究方式，转而以问题为导向，以用户需求为导向。

1.2 适应全球变化新挑战，满足社会发展新需求（2007—2017年）

进入21世纪以来，经济全球化对资源需求产生重大影响，美国逐步形成了以生态系统为基础的联邦土地管理新模式。2007年，美国地质调查局发布了《直面明日挑战（2007—2017科学战略）》，是美国地质调查局自20世纪90年代以来回顾其重要科学目标和工作重点的第一份综合性科学战略报告[10]。与之前的科学战略相比，前者更关注其研究领域的实施，而新战略是在学科、计划、中心、团队和项目等多层级规划的基础上形成的。在坚持需求导向的前提下，确定了生态系统、气候变化、能源矿产、灾害、环境健康和水资源等六大战略方向，旨在响应国家需求和全球发展的前沿变化。该战略将美国地质调查局发展愿景调整为“凭借卓越的科学研究和对社会需求的积极响应，成为世界领先的自然科学研究机构”。

1.3 聚焦地球系统科学，解决人地关系协调发展综合问题（2020—2030年）

在上一个10年科学战略结束后，美国地质调查局经过多方论证和探索，提出了《21世纪科学战略（2020—2030）》，旨在解决人类活动对地球稳定性和弹性产生的影响及资源和应急管理方面面临的复杂问题，支撑管理决策，指导地球可持续发展[11]。新战略更加突出了地球系统科学理论的应用，强调整个工作流程的学科融合，通过地球监测、分析和预测，构建数字地球，实现在不同时空尺度上对地球系统未来状态的模拟和预测。这表明美国地质调查局的战略重点逐步向数据密集型科学发现转变，向监测分析与综合预测转变，向学科整合与信息技术创新转变。同时，新的发展愿景和工作使命也与科学战略的转变相适应。

纵观不同时期的科学战略，可以看到，引领美国地质调查局科学研究的导向由科学家的个人兴趣向相关的科学问题转变，进而向满足国家和社会公众需求转变。在战略重点的演变过程中，从分散的基础学科研究向学科交叉融合演化，进而转向地球系统科学研究和地质信息化与综合模拟预测。从各个科学战略的远景目标中可见，美国地质调查局关注重点从解决自身的危机开始，逐步拓展业务和服务领域，满足国家需求，并始终以引领世界地质调查工作为目标，解决人地关系协调发展关键问题（表2）。

表2 美国地质调查局不同时期科学战略总结

2 美国地质调查局各战略阶段研究领域变化和机构调整特征

美国地质调查局各个时期的科学战略是其开展各项工作的纲领性文件，由于科学战略最终都需要以各财年（每年10月至次年9月为一个财年）的任务计划来落实，需要科研预算和机构调整为其作保障，因此可以根据不同阶段内的研究领域调整、预算经费变化和组织机构改革总结美国地质调查局总体发展趋势。

基于此，通过梳理从美国地质调查局经历危机后的1996年到最近的2021年各财年科学研究领域变化和机构调整特征，将这26年划分为三个阶段，其中1996—2011财年为第一阶段，2012—2018财年为第二阶段，2019—2021财年为第三阶段，各阶段一级研究计划（美国地质调查局的科学研究计划分为三个层级：一级计划为宏观的任务领域，二级计划为不同的科学方向，三级计划为相应科学方向中的具体研究项目）。组织机构不断进行调整，以适应不同阶段的战略发展需要（图1）。

图1 美国地质调查局一级研究计划调整情况

2.1 第一阶段（1996—2011财年）：调整科研导向，构建信息服务能力

这一时期，在科学研究导向由兴趣转变为问题和用户需求的大背景下，美国地质调查局大刀阔斧地进行机构改革和科学研究调整，为后续发展奠定了良好的基础。同时，主动应对信息技术对科学研究提出的挑战，加强基础研究与信息化建设，将视野逐步拓展至全球变化监测，为国家科学研究提供基础信息产品。

2.1.1 机构设置不再按学科进行划分

在1995年面临被裁撤的严峻形势后，美国地质调查局对照新的科学战略，主动寻求变革。在1996财年，“问题驱动”替代了“兴趣驱动”的科研模式，管理机构设置不再按学科进行划分。随着内政部国家生物调查所并入，在新的管理理念指导下，美国地质调查局形成了生物、水资源、地理（制图）、地质4个专业研究部门，并于2005财年成立信息管理部门。

2.1.2 研究领域不断拓展，形成8个一级计划

与机构改革相对应，这一时期的研究工作更加注重为客户提供高质量的数据和信息产品，辅助用户解决复杂问题。这期间，美国地质调查局的一级研究计划与相应的研究部门对应，即地理信息调查与遥感（国家制图）、灾害和资源与过程研究、水资源调查、生物研究4个方面。2005财年，为增强提供交叉学科综合性信息能力，美国地质调查局新增了“企业信息”计划。为了提升地球监测水平，从2008财年开始，美国地质调查局对原有的任务领域中生态系统、地理与地表动态监测等涉及全球和环境变化的研究工作进行重组，增加了“全球变化研究”计划，形成地理信息调查与遥感（国家制图）、灾害和资源与过程研究、水资源调查、生物研究、全球变化、企业信息、科学支撑和装备等8个一级计划（图1）。

2.2 第二阶段（2012—2018财年）：促进学科交叉融合，加强科学集成

这一阶段是美国地质调查局《直面明日挑战（2007—2017科学战略）》战略执行的关键时期，伴随着科学研究体系的全面调整，交叉科学研究成为发展趋势，生态系统研究的主导性地位逐渐凸显，战略性矿产资源研究得到加强。在上一阶段信息化建设的基础上，进一步强化科学数据集成分析。

2.2.1 机构改革进一步打破学科部门壁垒

从2012财年开始，美国地质调查局开始对其管理机构进行调整，更加注重开展跨学科研究，进一步打破学科部门壁垒，撤销按照传统学科设置的业务管理机构，面向重大战略问题，按照战略方向形成了生态系统、气候与土地利用变化、自然灾害、水资源、能源矿产资源与环境健康、核心科学系统等6个业务管理机构，并于2017财年专门成立能源矿产资源、环境健康两个部门，负责管理相应业务。

2.2.2 研究领域合理调整，突出重点任务方向

为了实现系统性科学研究，2012财年，美国地质调查局整合原有的生物信息管理和传播、国家合作地质填图项目、国家地理空间项目、国家地质和地球物理数据保管等4个二级计划，形成核心科学体系这个具有全局性、综合性的一级计划。其长远目标在于提升其综合调查和研究能力，实现全局所有活动间的无缝链接，并于2013财年进一步加强科学集成、分析和研究工作，即形成了生态系统、气候和土地利用变化、能源矿产资源和环境健康、自然灾害、水资源、核心科学体系、管理与企业信息化、装备等8个一级计划。其中，生态系统优先级最高，这不仅是因为相关研究能满足美国和全球的紧迫需求，而且以生态系统为基础的研究方法还是其他科学研究领域的基础。从2016财年开始，美国地质调查局将能源安全和战略性矿产资源研究提到更加重要的地位，将能源矿产资源和环境健康拆分为能源和矿产资源、环境健康两个单列次级计划。此外，进一步明确了土地利用相关研究职责范围。2018财年，对气候和土地利用变化这个一级计划进行内部二级计划重组，整合为土地资源一级计划，而气候变化的相关研究工作调整到该一级计划下的国家和区域适应科学中心这个二级计划实体（图2）。

图2 美国地质调查局2018—2019财年一级计划调整情况

2.3 第三阶段（2019—2021财年）：应对综合性科学挑战，服务地球系统科学

这一阶段，美国地质调查局对生态系统、水资源和核心科学系统等领域的重视程度增加，生态系统研究的主体地位得到进一步巩固，成为引领其他工作的核心。面对地球监测、分析和预测的综合性科学挑战，在地球系统科学思想和研究方法的指导下，开展地球系统表征，加强基础观测数据采集和管理，应用新技术，跨越传统的科学界线和学科，快速精准地预测和应对现在及未来的重大挑战。

2.3.1 部门管理矩阵化，机构精简化

美国地质调查局进一步加强生态系统研究工作，于2019财年将原环境健康部门并入生态系统部门。同时，简化各区域中心的行政管理，依托首席科学家，让区域中心直接服务于不同研究领域。2020财年，进一步将土地资源管理部门并入生态系统部，形成目前以首席科学家及核心科学系统、生态系统、能源与矿产资源、自然灾害、水资源等6个科研部门、7个区域中心构成的执行部门和相关的管理与行政部门。

2.3.2 研究领域有效重组，深化交叉融合与大学科研究

为了适应内政部管理区域调整，进一步履行美国地质调查局对自然资源进行研究和综合评价的职责，美国地质调查局将环境健康计划及土地资源计划中土地资源研究工作整合到生态系统计划；土地资源计划中国家土地成像、地表监测评估工作整合到核心科学计划；能源矿产资源独立为正式的一级研究计划，形成目前生态系统、能源矿产资源、自然灾害、水资源、核心科学体系等5个一级研究计划（图2）和科学支撑、装备支撑2个一级管理计划。

具体而言，对生态系统领域，重组原有的5个二级研究计划，整合相关的学科研究，形成3个二级计划，重点聚焦于最紧迫的内部与合作方面的资源管理问题；对水资源领域，重组了水体观测、解译、预报和运移等科研和信息化工作。从上述调整和重组中可见，美国地质调查局加大对生态系统、水资源和核心科学系统等领域的重视程度，是为了应对地球系统科学挑战，强化学科间交叉融合，同时加强基础观测数据采集和管理工作。

3 美国地质调查局科研经费变化分析

美国地质调查局的科研经费主要来自联邦政府，每年2—3月向国会提交下一财年的总统预算案，预算案经参众两院审议、协商、通过后交由总统签署并生效。总体来看，1996—2021各财年科研经费，总量稳中有升，除2012财年和2013财年受联邦政府财政影响有所下降外，其他财年基本保持增长趋势[12]（图3）。预算经费的稳定在一定程度上反映出联邦政府对美国地质调查局科研工作的支持与认可。另外，稳定且充足的科研经费能够有效保证各项研究工作持续稳定开展。从三个战略发展阶段来看，第一阶段美国地质调查局业务全面铺开，各财年科研经费总量保持年均2.98%的增长率；第二阶段受外部经济条件和内部科研项目整合调整的影响，各财年经费总量略有浮动；第三阶段为满足地球系统科学监测和创新的需求，其科研经费总量必将继续快速稳定增长。

图3 美国地质调查局1996—2021各财年科研经费变化情况

第一阶段（1996—2011财年）各财年灾害和资源与过程、水资源、生物研究是美国地质调查局的重点研究领域。特别是灾害和资源与过程研究，各财年实际执行经费数均在2亿美元以上，平均占当年总经费执行量的26%，这也凸显了美国地质调查局在这一阶段以问题为导向，通过减少自然灾害造成的生命财产损失，服务国家和社会需求。从2000财年开始，美国地质调查局通过内部整合，加强装备和科学支撑领域的经费投入，旨在通过技术创新和基础设施升级，更好地服务相关专业研究[13]。2005—2011财年地理调查遥感和企业信息领域经费较大波动主要是由于国家地理空间二级计划的内部调整与重组（图4），可以从中看到美国地质调查局在加强信息化建设与兼顾专业领域研究方面的尝试与探索。

图4 美国地质调查局1996—2011财年各研究科研经费变化情况

第二阶段（2012—2018财年），水资源、生态系统和自然灾害领域的研究仍为美国地质调查局的重点工作，各领域经费相对稳定。水资源领域年均预算在2亿美元以上（图5），这与美国地质调查局这一时期水观测系统建设和技术创新投入直接相关。

图5 美国地质调查局2012—2021财年各研究科研经费变化情况

第三阶段（2019—2021财年），随着2019财年研究领域和机构的大调整，在向地球系统科学研究转变过程中，水资源和生态系统研究领域进一步拓展（图5）。2021财年，水资源和生态系统领域科研经费分别占总经费的20%和19.69%[14]（图6）；核心科学体系方向的研究经费比例迅速上升，主要来源于国家土地成像（包括陆地卫星和地面系统）、地表物监测和评估工作等的内部优化并入，即重点加强数据信息集成和新兴技术发展；装备经费的迅速增长也是通过整合相关研究领域中关于设备和监测支出，服务于地球系统科学对地球观测的要求。值得注意的是，在能源矿产研究领域，美国地质调查局将与能源部合作，开展包括天然气和地热能在内的地质资源研究与开发，进一步加强全球关键性矿产研究，为战略、经济和地缘政治决策提供信息支撑。

图6 美国地质调查局2021财年不同研究领域科研经费比例

4 结论和建议

纵观美国地质调查局不同时期发布的科学战略，虽然所体现的导向和研究重点有所不同，但各战略均关注地质工作与经济社会发展，直面重大问题，为科学研究提出明确的战略方向，通过不断调整，与时俱进地重塑美国地质调查局的愿景和使命。可以明显看出，美国地质调查局的战略发展方向逐渐强化以自然生态系统、国土空间和基础地质为主的综合研究，解决实际问题，服务经济社会发展。

美国地质调查局的机构设置紧随内政部的战略调整而调整，根据科学研究领域的变化而做出相应调整，主动适应并服务于科学战略和用户需求，努力消除行政管理对跨部门跨学科协作的阻碍。此外，组织机构越来越精简化、扁平化，在部门调整过程中，在保证相关科学问题研究延续性的同时，顺应科学发展规律，注重相似研究内容部门的整合，为学科间的交叉融合提供制度保障。

为有效支撑不同阶段科学战略的发展，美国地质调查局科学研究经费总量在维持较高水平情况下，仍然稳中有升。虽然不同阶段不同研究领域各财年经费偶尔出现较大程度波动，但在经费总量基本稳定的前提下，波动仅为相关研究计划内部的优化整合，这为科学研究、长期监测和数据积累等延续性业务提供了有效的经费保障。

当前我国地质调查事业正处在转型发展的关键时期，应当加强顶层战略部署，实现服务领域的重大转变，以国家重大需求为导向，不断提升服务国家能源资源安全保障、水资源安全、生态文明建设、重大工程建设和国家重大区域发展战略实施的能力和水平。在地质科学研究领域，应当逐步由传统地质科学向现代地球系统科学转变[15]，加强科技创新和信息化建设，实现人—地关系多要素综合研究和多学科交叉融合。此外，应当结合我国经济社会高质量发展对地质工作的新要求，在保证已实施研究工作有序平稳运行的基础上，实现对科学研究领域和实施经费的合理调整，着力解决重大资源、环境、生态、灾害问题和地球系统科学问题。