国外军事地质学热点问题分析随着现代战争向立体化、全球化和快速化转变,精准全球打击成为可能,这就需要实时掌握包括地质信息在内的多种战场环境情报(孙兴丽等,2017;刘晓煌等,2017)自20世纪90年代中后期以来,军事地质学的重要性再次受到国际关注,以美国为代表的西方军事强国掀起了一轮新的研究热潮而国内从21世纪初以来,也开始认识到军事地质学的重要性(唐金荣等,2016;刘晓煌等,2016)然而毕竟军事地质学起源于战争,在和平时期如何开展这项研究,还存在诸多不确定问题本文依据近年来国际军事地球科学会议(ICMG)及美国地质学会(GSA)与军事地质学相关的专题会议论文集,以及其他公开发表的最新文献资料,梳理出了当前国外军事地质学的主要研究热点,以期对国内军事地质调查和研究有所启示1、发展简史军事地质学的出现较早,在第一次与第二次世界大战中就被德国、英国和美国等广泛应用于军事活动中,对此有大量文献报道(Harmonetal.,2014;Rose,2014;Davidetal.,2018)第二次世界大战以后,由于世界政治形势的变化,对军事地质的需求不断改变,并给军事地质学的发展带来了极大影响(Rose,2014)。
美国地质调查局(USGS)在第二次世界大战中成立了专门从事军事地质调查工作的机构然而到了冷战时期,许多军事地质工作转向其他部门,USGS的军事地质研究只限于在地球表面的小范围地区开展战略评估其主要任务有两项,一是开展地下设施场地工程地质评估;二是为监视限制核试验条约的执行情况提供地质支持(Leith,2002)冷战结束以后,世界军事地质学的研究范围反而扩大一方面继续开展作战领域的研究例如1994年,美国国防部部长发布报告,给军事地质学提出了两项任务:①探测和查明地下设施特征;②用非核武器击毁经过“硬化”的地下目标为了实现这些目标,美国军事地质学家使用各种技术,特别是遥感与物探技术来发现和查明外国地下重要设施的情况另一方面军事地质学也开始往环境保护、自然灾害防治等非作战领域拓展,为和平建设、抢险救灾等提供信息支撑1994年在西雅图举行的美国地质学会工程地质分会上召开了有关军事地质的特别研讨会上,这就是现在的国际军事地球科学会议(ICMG))的前身(Allen,1996)如今,ICMG已经举办了12届,会议总共收录军事地球科学相关的论文近300篇此外,最近十多年来,还有一系列学术会议和相关专题会议涉及军事地质问题。
比如,2008年美国地质学会年会第135小组分会上专门以“21世纪军事地质学”为主题进行了研讨以这些会议为基础,近年来国外出版了一系列军事地质学论文集(Roseetal.,2012;McDonaldetal.,2016;Stuartetal.,2018;Rose,2019)这些成果标志着当前国际军事地质学的发展进入了一个新的阶段2、研究现状和热点军事地质学是一门应用学科,由于军事行动包括作战与非作战两种类型,因此地质学在军事上的应用也包括作战与非作战两个方面,分别对应战争期间与和平时期的军事行动2.1军事地质仍将在作战行动中发挥重要作用现代战争对军事地质学提出了新的更高要求,必须综合收集地质、气象、水文、海洋、电磁等各种战场环境信息,以保证在战场上取得绝对的压倒性优势,例如最近的伊拉克、阿富汗战争,同时某些信息只要运用恰当还能充当“杀手锏”,比如“地质武器”、“气象武器”等从作战军事需求的角度来看,现代军事地质的研究热点主要包括以下几个方面:2.1.1地形情报研究由于地形对部队和车辆的通行能力有重要影响,因此最早的军事地质学任务主要是提供“地形情报”(Leith,2002),当然地下基础地质条件对地形的形成与演化起了决定性作用。
今天,尽管随着技术影响力的日益增加和网络战、精确定位等作战特征的变化,可能有一部分决策者和指挥官认为地形对战争的相对重要性降低了然而,现代战争的事例表明,不同地理环境(特别是地形条件)对战斗结果仍有巨大影响(包括正面和负面),例如以色列自1948年建国以来同周边阿拉伯国家之间发生的许多次战争(UniversityofHaifa,2015)1)地形情报数字化水平提高过去一幅简单的平面地形图就能发挥很大作用,随着数字高程模型的出现,地形三维可视化表达已经比较常见例如美国沙漠研究所(DRI)可提供全球高精度的地形地貌图,所研制出的地理信息系统平台,可通过近实时地合成卫星遥感与无人机遥感信息,准确地预测战区地表和近地表的地质情况;该系统已经在伊拉克和阿富汗战争中为美国陆军提供情报时发挥了作用然而,由于越来越认识到地形与植被、气候等许多相关条件叠加在一起,可对军事行动产生不同影响近年来,地形和气候变量都被纳入多维度的大数据分析中,并采用综合数据建模与分析方法比如Jason(2015)尝试构建一种系统化方法,用于分析最有可能出现武装冲突的地区的森林、山地和沙漠地形、气候条件和军事化争端之间的关系不过,现在还难以将地形情报同当地实时观测到的天气信息完美地融合。
另外,美国陆军寒区研究与工程实验室(CRREL)正在开发新的方法,以便从现有的全球地学空间数据库和遥感图像中自动提取所需的地形信息目前,CRREL已经在开发远程地形评估地理信息系统(GIS)工具包,以便嵌入到国防部(DoD)的地学空间程序中(Shoopetal.,2015)可见,地形信息集成与自动化提取是一个重要发展方向2)土壤信息是更加精准的地面情报由于地表土壤的岩土工程性质(如强度)对许多地区军用车辆通行的影响都很大,土壤分布图在军事上十分有用尽管经济不发达地区很少开展土壤调查,但遥感技术的出现解决了这个问题目前,在利用Landsat卫星图像绘制高分辨率土壤类型图(Hendrickxetal.,2008)、利用卫星图像和气候资料分析土壤强度差异并评估土壤水分对土壤强度的影响(Susanetal.,2015)方面取得了显著进步同时,由于土壤含水量、温度及土壤固有的物理性质(如内聚力和粒度分布等)都影响着土壤的强度对这些土壤湿度的影响因素(包括地形、植被与气候等)也作了大量研究(Niemannetal.,2008;Sankey,2008)近年来特别对沙漠地区土壤开展了相关研究例如McDonald(2015)利用土壤—地形模型预测沙漠中局部和区域的扬沙过程,从而为军事活动提供了支撑。
SabolJr.等(2015)则调查了沙漠表面土壤的力学性质,以了解那里是否适合于派遣机器人去探查并破坏敌方埋藏在地下的“路边炸弹(LED)”2.1.2军事基地选址历史上,军事地质学在军事要塞、防御堡垒、新建机场和港口码头选址等方面都曾经发挥过重要作用今天,在军事基地、训练场和重要设施及武器测试场地选址等方面仍然需要军事地质学例如美国陆军要求在跟实际作战环境尽可能相似的训练场内提前开展军事训练(Gilewitchetal.,2014a)因此所涉及的问题更加复杂,必须综合利用地球科学资料并考虑社会经济及政治方面的制约,并通过更全面的评估进行筛选Bailey(2008)曾经根据气候条件和由此决定的主要植被类型,利用全球生态区域分类系统绘制了一幅全球军事行动环境图通过它可以识别出全球的军事行动环境特征;从而在美军基地中发现对应的相似训练场地由于美国部署在巴拿马的永久性试验基地于2000年到期,为了替代与巴拿马相似的热带环境军事基地,美国陆军早就利用区位分析(localanalysis)方法,综合利用地球科学知识,并跨越了传统的学科界限,经过具体而详细的分析及最终考察,最终选定了备用基地(Harmon,2008)。
2.1.3潜在特殊作战环境调查美军特别重视对潜在作战环境预先开展调查和研究,为作战部队提供真实情报信息在诸多特殊环境中,尤其海岸带和沙漠近年来受到美军的特别重视1)海岸带登陆区调查海岸形态和海洋状况的动态变化可对海洋与陆地之间部队装备与人员的运送带来巨大挑战美国伍兹霍尔海洋研究所承担了大量海军海洋测量与研究任务,其中就包括海岸带调查由于海岸形态是动态的,特别是海滩形态变化非常快,过去绘制的单张地图很难满足战场指挥员的实际需要最近Wadman等(2014)在美国北卡罗纳州昂斯洛海滩两栖试练场利用当前最先进的海岸测量技术进行监测,以获取精确的实时数据,包括几项关键性指标:如近岸海域水深梯度、近岸沉积体和海岸线与植被线的位置变化,然后建立了海岸带动态演化模型,对复杂的海岸带作用进行分析和评估,以识别出可能发生侵蚀的热点区域,并划分出潜在的危险区(图1)由于开发海岸带评价模型需要掌握大量实时监测数据,因此建立关键海岸带的综合信息数据库十分重要2)沙漠环境调查与模拟不仅在过去二十多年里,而且在可以预见的未来,美军一再被要求前往中东和西亚地区的沙漠中执行任务,因而国际上特别重视沙漠环境调查与研究例如美国沙漠研究所(DRI)就利用陆军设在西南部沙漠区的沙漠训练基地(尤马试验场)和国家沙漠训练中心(NTC)开展了大量工作,并取得了重要成果(DoeIII,2014)。
近年来有许多军事地质学文献涉及沙漠环境;2011年召开的国际军事地球科学会议也以“军事地球科学与沙漠战争”为主题,会后还出版了一部论文集(McDonaldetal.,2016)这些研究包括对沙暴与尘暴产生机制与形成过程进行模拟研究(McDonaldetal.,2008a;McDonald,2015;Doyle,2016),沙尘与武器故障关系(McDonaldetal.,2008b),防尘设备(如抑尘剂)的开发与使用(Grahametal.,2008)以及沙漠环境对地面机器人设计的影响(SabolJr.etal.,2015)等而Gilewitch等(2014b)总结了沙漠地形、风沙、高温和辐射等不利条件对军事行动的影响;Gilewitch等(2014a)则根据沙漠环境特征,建立了沙漠军事分类模型,以进一步提高陆军对沙漠作战环境的认识今后趋势是越来越重视利用遥感、数字高程模型和数值建模等手段开展沙漠地表与气候作用过程及沙漠独特条件研究,同时还要为武器装备研制提供依据2.1.4地下重要设施探测与评估美国自冷战时期开始就十分重视地下设施探测和评估,并在这方面取得了世界领先的成效当今世界上,位于不同地质背景条件下的地下军事设施的数量激增,例如,据估计韩国非军事区沿线就有超过1000个地下设施(Leith,2002)。
因此美国军事地质学家一直在编辑相关信息(即ThomasEastler等(1998)提出的“战略地质情报”),以评估重要地区地下军事设施的脆弱性这种情报包括基岩地质、风化情况、土壤发育程度、体积、完整的机械性能,甚至是有关弹丸如何穿透岩石的数据这些不同的数据被用于计算和建立三维模型,而模型则被用于评价武器效果和单个隧道入口或广义地下综合体的脆弱性,有时甚至用于开发新的武器图1 海军陆战队Lejeune基地营的海岸带危险分区(Wadmanetal.,2014)通过长期调查与研究,美国已经掌握了全球许多重要地区的近地表地质条件资料(包括地质、地球物理和岩土工程性质方面的数据),当然也可能会存在比较分散、格式不统一或资料不完善等问题(Kelleyetal.,2008)但近年来,探地雷达、电磁感应、电阻率成像和磁法剖面等近地表地球物理技术的飞速发展,为美军快速而完整地获取那些信息提供了可能(Kelleyetal.,2008)此外,自冷战以来美国还利用地质参数对全球重点地下目标进行了模拟实验,以便为精准打击提供详细数据支撑例如在海湾战争中,美军利用地质参数精确选配钻地武器的型号和数量(孙兴丽等,2017);战场向大纵深、高度立体化发展,给包括中国在内的许多国家都上了一堂生动的高科技战争教育课。
最近,据美国某军事网站刊文《美国陆军斥资五亿美元训练士兵打地。