隨著數(shù)字時(shí)代的深入發(fā)展，大數(shù)據(jù)已成為推動(dòng)科技進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)升級(jí)的核心引擎。2021年發(fā)布的《中國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)地圖暨中國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》系統(tǒng)梳理了我國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的整體格局、技術(shù)趨勢(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景，并特別強(qiáng)調(diào)了大數(shù)據(jù)在自然科學(xué)研究和試驗(yàn)發(fā)展領(lǐng)域帶來(lái)的深刻變革。本報(bào)告結(jié)合白皮書(shū)內(nèi)容，聚焦于大數(shù)據(jù)如何賦能自然科學(xué)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用探索。

一、大數(shù)據(jù)重塑自然科學(xué)研究的范式

傳統(tǒng)的自然科學(xué)研究往往依賴(lài)于假設(shè)驅(qū)動(dòng)、抽樣分析和局域?qū)嶒?yàn)，而大數(shù)據(jù)的興起正推動(dòng)研究向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、全樣本分析和全局模擬轉(zhuǎn)變。在生態(tài)學(xué)、天文學(xué)、高能物理、基因組學(xué)等領(lǐng)域，海量觀測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)與分析，使得科學(xué)家能夠發(fā)現(xiàn)前所未有的規(guī)律與關(guān)聯(lián)。例如，在天文學(xué)中，平方公里陣列（SKA）等大型設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量達(dá)EB級(jí)別，通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)處理，助力暗物質(zhì)探測(cè)與宇宙演化研究；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，基因測(cè)序數(shù)據(jù)的積累與分析加速了精準(zhǔn)醫(yī)療和疾病機(jī)制的破解。

二、試驗(yàn)發(fā)展中的數(shù)據(jù)集成與智能實(shí)驗(yàn)

在試驗(yàn)發(fā)展層面，大數(shù)據(jù)技術(shù)正深度融合于研發(fā)流程。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳感器、高通量實(shí)驗(yàn)設(shè)備等，試驗(yàn)過(guò)程可產(chǎn)生連續(xù)、多維的數(shù)據(jù)流。大數(shù)據(jù)平臺(tái)能夠集成這些數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化、過(guò)程監(jiān)控的自動(dòng)化與結(jié)果預(yù)測(cè)的智能化。例如，在材料科學(xué)中，利用大數(shù)據(jù)分析歷史實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以快速篩選新材料配方，縮短研發(fā)周期；在氣候環(huán)境模擬試驗(yàn)中，大數(shù)據(jù)同化技術(shù)提升了模型的精度與可靠性，為應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)支撐。

三、產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的協(xié)同創(chuàng)新與基礎(chǔ)設(shè)施支撐

白皮書(shū)指出，我國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)日趨完善，為自然科學(xué)研究提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。云計(jì)算、邊緣計(jì)算、人工智能芯片等基礎(chǔ)設(shè)施的進(jìn)步，使得科研機(jī)構(gòu)能夠高效處理PB級(jí)數(shù)據(jù)。跨學(xué)科的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)與開(kāi)放科學(xué)運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的協(xié)同創(chuàng)新。例如，國(guó)家科學(xué)數(shù)據(jù)中心、重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)開(kāi)放，結(jié)合企業(yè)的大數(shù)據(jù)分析工具，形成了“數(shù)據(jù)-算法-應(yīng)用”的良性循環(huán)，加速了科研成果的轉(zhuǎn)化。

四、挑戰(zhàn)與未來(lái)展望

盡管大數(shù)據(jù)為自然科學(xué)帶來(lái)了巨大機(jī)遇，但仍面臨數(shù)據(jù)質(zhì)量不均、隱私與倫理問(wèn)題、跨域標(biāo)準(zhǔn)缺失、高端人才短缺等挑戰(zhàn)。白皮書(shū)建議，未來(lái)需加強(qiáng)數(shù)據(jù)治理框架建設(shè)，推動(dòng)跨學(xué)科人才培養(yǎng)，并鼓勵(lì)基于大數(shù)據(jù)的顛覆性科研方法創(chuàng)新。隨著量子計(jì)算、聯(lián)邦學(xué)習(xí)等新技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)在自然科學(xué)中的應(yīng)用將更加深入，有望在能源、健康、環(huán)境等重大領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。

2021年的白皮書(shū)揭示了中國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的全景，而自然科學(xué)研究和試驗(yàn)發(fā)展作為關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，正依托數(shù)據(jù)智能邁向新的高度。這一變革不僅提升了科研效率與洞察力，也為解決全球性科學(xué)問(wèn)題貢獻(xiàn)了中國(guó)智慧與方案。