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 科学计划
国际地圈生物圈计划(IGBP)
国际地圈生物圈计划(IGBP)

国际地圈生物圈计划(International Geosphere-Biosphere Program,IGBP)与 IBP、MAB计划可以视为生态系统研究的三个阶段。而IGBP是在IBP、MAB基础上组织起来的,由ICSU于1986年建立。旨在制定区域和国际政策、讨论关于全球变化及其所产生的影响。

该计划的主要科学目标是:描述和认识控制整个地球系统相互作用的物理、化学和生物学过程;描述和理解支持生命的独特环境;描述和理解发生在该系统中的变化以及人类活动对它们的影响方式。其应用目标是发展预报理论,预测地球系统在未来十至百年时间尺度上的变化,为国家和国际政策的制定提供科学基础。该计划具有高度综合和学科交叉的研究特点,标志着地球科学和宏观生物学的研究跨入了一个新的深度和广度。IGBP由8个核心研究计划和3个支撑计划所组成。3个支撑计划为全球分析、解释与建模(Global Analysis,Interpretation and Model,GAIM),全球变化分析、研究和培训系统(Global Change System for Analysis Research and Training,START),IGBP数据与信息系统(IGBP Data and Information Systems,IGBP-DIS)。8个核心研究计划分别为:

(1)国际全球大气化学计划(International Global Atmospheric Chemistry Project,IGAC)
该计划由IGBP及国际气象和大气科学学会所属的大气化学和全球污染委员会共同支持,它的目标是认识全球大气化学组成、陆地和海洋生物圈过程以及人类活动对它的影响,从而达到在全球尺度上预测自然和人为因素对大气化学组成的影响的目的(孙成权等,1996)。

(2)全球海洋通量联合研究计划(Joint Global Ocean Flux Study, JGOFS)
该计划于1990年3月正式确定并开始实施,主要侧重海洋内部以及海洋边界在海洋生物和化学、海洋循环和相关物理因素以及人为活动的影响下的碳交换过程。它主要分析和预测区域至全球尺度大气-洋面-洋底系统碳的季节和年际变化,为解释气候变化的成因服务。

(3)过去的全球变化研究计划(Past Global Changes, PAGES)
PAGES的实施计划形成于1991年3月,它通过对历史资料和自然记录(如保存在树木年轮、湖泊和海洋沉积物、珊瑚、冰芯中的自然信息)的研究,并借助于有效的现代物理、化学分析技术恢复过去环境的变化并区分自然因素和人为因素的影响,以此为依据,检验未来全球变化预测模型。PAGES计划目前集中于研究两个时间阶段,一是最近2000年的地球历史;二是晚第四纪的最后几十万年的冰期、间冰期旋回。

(4)全球变化与陆地生态系统(Global Change and Terrestrial Ecosystems, GCTE)GCTE旨在分析全球尺度上大气成分、气候、人类活动和其他环境变化对陆地生态系统结构和功能的影响,预测未来全球变化可能带来的农业、林业、土壤和生态系统复杂性的改变。近期的工作主要围绕以下5个方面展开集成研究:①全球大气化学是如何发生作用的?在痕量气体的生消中,生物过程起着什么作用?②全球变化是怎样影响陆地生态系统的?③土地利用、海面升高和气候变化如何改变海岸生态系统,其后果是什么?④海洋生物地球化学过程是如何影响和响应气候变化的?⑤过去发生过什么重大的气候和环境变化,原因何在?

(5)水文循环的生物学方面(Biospheric Aspects of the Hydrological, BAHC)
BAHC主要是研究植被在地表和大气水文过程中的作用。它的两个主要目的是:①通过野外测量,确定生物圈对水文循环的控制,发展从小块植被到大气环流模式(GCM)网格单元尺度上的土壤-植被-大气系统中能量和水通量模式;②建立能用于描述和验证生物圈和地球物理系统间相互作用模拟结果的适当数据库。到2002年底,BAHC的中心任务是为新的陆地-大气界面行动的展开以及由IGBP,IHDP和WCRP联合发起的新的有关水问题的联合计划服务。

(6)海岸带的海陆相互作用(Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone, LOICZ)
LOICZ侧重模拟和预测10年尺度上海岸带对全球气候变化的响应,为沿海地区的长期可持续发展、经济和社会政策服务。研究内容包括:①外力或边界条件的变化对近海通量的影响;②海岸生物地貌学与海平面上升;③碳通量与痕量气体的排放;④全球变化对海洋系统的经济和社会影响。

(7)全球海洋生态系统动力学(Global Ocean Ecosystem Dynamics,GLOBEC)
GLOBEC于1995年确定,主要目标是认识全球海洋生态系统及其亚系统的结构和功能,提高海洋生态系统对全球变化响应的预测能力。与传统的为渔业服务的种群动态研究不同,它侧重于分析生态系统内部的相互作用。

(8)土地利用与土地覆盖变化(Land Use and Land Cover Change, LUCC)
进入90年代以来,全球环境变化研究领域逐渐加强了对LUCC的研究。这主要与该领域具有全球影响的两大组织IGBP和IHDP的推动有关。这两个组织自1990年起开始积极筹划全球性综合研究计划,于1995年共同拟定并发表了《土地利用/土地覆被变化科学研究计划》,提出3个研究重点:

土地利用变化的机制。通过区域性个例的比较研究,分析影响土地使用者或管理者改变土地利用和管理方式的自然和社会经济方面的主要驱动因子,建立区域性的土地利用/土地覆被变化的经验模型;

土地覆被的变化机制。主要通过遥感图像分析,了解过去20年内土地覆被的空间变化过程,并将其与驱动因子联系起来,建立解释土地覆被时空变化和推断未来10~20年的土地覆被变化的经验诊断模型;

建立区域和全球尺度的模型。建立宏观尺度的,包括与土地利用有关的各经济部门在内的土地利用―土地覆盖变化动态模型,根据驱动因子的变化来推断土地覆盖未来(50~100年)的变化趋势,为制定相应对策和全球环境变化研究任务提供可靠的科学依据。在未来50~100年的土地覆盖变化中,人类的土地利用活动将起到最主要的作用。因此,对自然和社会经济各种因素作用下的土地使用者和管理者的行为分析,是建立土地利用和土地覆盖变化模型的重要组成部分。这类分析通过区域性个例研究进行,为全球性模型的建立提供依据,并对后者进行验证。


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