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 科学计划
全球生态系统与全球变化综合观测系统

为了在更大尺度上揭示生态系统的演变规律,减少生态系统管理的不确定性,长期的生态系统联网研究和监测是一种有效的方法。80年代以来世界上建立了多个生态系统研究网络。在国家尺度上的有:美国的长期生态研究网络(LTER)、英国的环境变化研究监测网络(ECN)、加拿大的生态监测与分析网络(EMAN)、中国生态系统研究网络(CERN);在区域尺度上有:泛美全球变化研究所(IAI)、亚太全球变化研究网络(APN)和欧洲全球变化研究网络(EN-RICH);在全球尺度上有:全球环境监测系统(GEMS)、全球陆地观测系统(GTOS)、全球气候观测系统(GCOS)和全球海洋观测系统(GOOS)(于贵瑞,2002)。1999年由GCOS、GTOS、GOOS、WCRP、IGBP、ICSU、FAO、UNEP、IOC(Intergovernmental Oceanographic Commission)、WMO、UNESCO、IGFA(International Group of Funding Agencies)、CEOS(Committee On Earth Observation Satellites)参与建议组建全球综合观测协作体(Integrated Observing Strategy Partnership, IGOS-P)。

(1) 全球环境监测系统(GEMS)
GEMS(Global Environment Monitoring System)最初的目的是增强参加国对环境的监测与评估能力、增加环境数据信息的有效性与可比性、在选定领域进行全球或区域性的评估,并且在全球水平上编报环境信息。1992年联合国环境与发展大会(UNCED)后,依据《21世纪议程》,为了可持续发展的需要,又增加了下列目标:增强与联合国内专门机构的合作、促进部门数据(包括社会-经济数据)的收集、向地区或国家的权威机构提供集成使用部门数据进行决策分析的工具和方法、对具有国际重要性的问题提供预警。GEMS主要集中于陆地生态系统监测和环境污染监测,具体分为大气、食物、热量和水分等的监测。

(2) 全球陆地观测系统(GTOS)
全球变化是一个非常艰巨而独特的研究问题。迄今,全球的陆地生态系统正经历着环境状况的急剧变化,无论是变化的强度还是地理范围,其规模都是空前的。人类社会要改变、适应并利用这些快速的变化,就必须具备有关陆地生态系统承受全球变化增强而变化的基础知识。由于我们缺乏使气候发生变化的物理环境、陆地生态系统过程和社会经济等方面的数据,没有可靠的评估生态系统变化的基线,没有全球预警机制提醒我们所需的预防或弥补措施的变化以及不能确认今天所采取的自然资源公约、政策和计划是否足以迎接明天的挑战,这些问题促使了1992年的地球首脑会议及其它一些国际生态学会议的召开,并且进一步突出了对国际环境条件和变化趋势的具体的、可靠的数据的需求。于是在1996年,由WMO、UNEP、FAO、UNESCO和ICSU共同创建了GTOS(Global Terrestrial Observing System)。GTOS的目标是:
 检验并阐明陆地生态系统特征、组成及格局变化;
 验证用来预测生态系统变化的模型。
自1996年以来,GTOS已经在回答以下五个关键问题上做了很多有益的工作:
 土地利用变化和退化对可持续发展有什么影响?按2050年人口为1.2×1010,陆地是否能生产足够的粮食来养活这些人口?
 什么时候对淡水的需求将超过供给,在什么地方?超过多少?
 气候变化如何影响陆地生态系统?
 生物资源丧失会不会对生态系统和人类进步造成不可逆的破坏?哪些资源正在丧失?分布在哪里?
 何时何地有毒物质会对人类和环境健康以及生态系统的排毒能力产生威胁?
GTOS是为维持可持续发展而开展的一项对陆地生态系统进行观测、模拟和分析的计划。其任务是协助研究人员和政策制定者获取有关陆地生态系统的信息,以使他们能够阐明并管理全球或区域尺度的环境变化。
GTOS的核心是建立了陆地生态系统监测系统(Terrestrial Ecosystem Monitoring System,TEMS)。TEMS的站点分布如图1.2。该系统以一个五层数据采样策略为基础,即由地球上主要环境梯度的大尺度研究、农业和生态研究中心、实验站和大约10000个采样点的网格系统组成。对于1到3层,大部分所需的基础设施已经就位,但是对于一些现存的生态系统监测点,尤其是发展中国家的,还需要进行升级,以弥补存在的较大差距。

(3) 全球气候观测系统(GCOS)
  GCOS(Global Climate Observing System)建立于1992年,目的是确保获得与气候相关的观测和信息,并为所有的潜在用户服务。它由WMO、UNESCO、UNEP、ICSU共同发起。GCOS是一个长期的系统,能够为监测气候系统、探测气候变化、评估气候变化的影响、模拟和预测气候系统提供所需的综合观测。它主要研究对象是整个气候系统,包括各种物理的、化学的、生物的过程,以及大气的、海洋的、水文的、冰层的和陆地的过程。
GCOS的目标是:进行气候系统监测、气候变化的检测和响应监测,尤其是陆地生态系统和平均海平面;收集用于国家经济发展决策的气候数据;改进对气候系统的理解、模拟及预测的研究;发展一个以气候预报为目标的综合性观测系统。
GCOS的优先领域有以下几个方面:季节性的到年际间的气候预报;尽可能早地查明气候趋势以及由人类活动引起的气候变化;减少在长期气候预报中的主要不确定性;改善用于影响分析的数据。

(4) 全球海洋观测系统(GOOS)
海洋过程是没有国界并且普遍存在的,而目前许多急需解决的与海洋有关的问题往往在一个区域上又很难解决,需要以全球为基础来进行。为满足许多国家渴望改进对海洋的管理的愿望,改进气候预报,有必要建立一个观测系统对海洋的物理、化学和生物学方面进行综合观测。1991年由UNESCO的IOC、WMO、 UNEP和ICSU建立了全球海洋观测系统(Global Ocean Observing System,GOOS)。其主要目的是:在连续性的基础上,详细说明所需的海洋观测数据,以满足海洋环境用户的需要;开发实施收集、获取、交换这些数据的国际性协调策略;推动这些数据的使用和产品的发展,拓宽它们在保护海洋环境中的应用;依据GOOS的框架,帮助不发达国家提高他们获取并使用海洋数据的能力;调整GOOS的运行,确保其在更广泛的全球性观测和环境管理策略中的完整性。

(5) 通量观测网络(FLUXNET)
FLUXNET是一个全球性的微气象通量观测站点网络,主要测量陆地生态系统与大气圈的CO2、水气和能量交换通量。目前有150多个长期连续的观测站点。研究的植被包括温带针叶林、阔叶林(落叶和常绿)、热带林和北方林、作物、草地、灌丛、湿地和冻原。站点分布在五大洲,纬度分布从北纬70°到南纬30°。FLUXNET的目的是认识在一定的时间和空间尺度上控制CO2、水气和能量通量的机制,同时,为了验证由NASA、TERRA卫星的传感器产生的对净第一性生产力、蒸发和能量吸收的估算,也提供地面信息。FLUXNET的另一个目的是为FLUXNET调查人员和公众提供月或年的热量、水气、CO2通量等信息。
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CERN-English.pdf

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