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中国生态大讲堂 |
| 全球变化研究的成就与中国的研究概要 |
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关键字：全球变化
时间: 2003-10-10 点击率: 79281 |
| 摘 要： 全球环境问题的产生是由全球变化引起的。因此，20世纪80年代以来全球变化（global change）研究以各种不同的方式，从不同的学科角度进行了大量的研究工作，逐步形成了以研究全球环境变化为对象的一门新兴科学――全球变化科学（Global Change Science）。可持续发展是推动全球变化科学发展的动力，也是全球变化科学研究的核心问题，引起了国际社会的广泛关注。 |
全球变化研究的成就与中国的研究概要
一、全球变化研究的成就
全球环境问题的产生是由全球变化引起的。因此，20世纪80年代以来全球变化（global change）研究以各种不同的方式，从不同的学科角度进行了大量的研究工作，逐步形成了以研究全球环境变化为对象的一门新兴科学――全球变化科学（Global Change Science）。可持续发展是推动全球变化科学发展的动力，也是全球变化科学研究的核心问题，引起了国际社会的广泛关注。
全球变化科学以IGBP、IHDP、WCRP和DIVERSITAS为支撑，以地球系统为对象，将大气圈、水圈、岩石圈和生物圈（包括人类）作为一个整体，探讨由一系列相互作用过程联系起来的、复杂的、非线性的多重耦合系统（地球系统）的运行机制（陈宜瑜，2001）。2001年7月10~13日的全球变化科学大会上，IGBP、IHDP、WCRP和DIVERSITAS通过了“阿姆斯丹全球变化宣言”，倡议建立地球科学联盟，开展全球可持续能力的联合研究计划，并就全球变化问题达成了以下共识。
地球是一个独立的自调节系统，包括物理、化学、生物和人类诸组分。各组分之间的相互作用与反馈非常复杂，并且具有多尺度的时空变化。对地球系统动力学的认识在近几年得到了很大提高，这为评估人类所引起变化的影响与后果提供了合理的基础。
除了温室气体排放及气候变化，人类活动以多种方式影响着地球的环境。由人类引起的地球陆地表面、海洋、海岸带、大气层以及生物多样性、水循环、生物地化循环的变率远超过自然变率，并且其中的一些变化正在加强，这一点已得到确认。
全球变化不能简单地用因果关系理解，人类驱动的变化以复杂的方式对地球系统产生多重影响，这些影响之间以及这些影响与局地和区域尺度的变化以多模式相互作用，这很难理解而且更难进行预测。
地球系统动力学往往以临界状态和突变来描述。人类活动会在不经意间触发地球系统动力学的变化，对地球环境与居民产生严重的后果。人类活动对地球系统由一种状态向另一种状态的转变具有潜在作用，这种影响将被证明是不可逆转的。在地球环境中人类驱动的突变的概率虽然尚未量化但不容忽视。
就一些关键的环境参数而言地球系统已经超出了过去至少50万年中发生的自然变率的范围。目前地球系统中同时存在的各种变化的数量与发生频率都是空前的，地球正在以一前所未有的状态运行。
到目前为止，国际全球变化研究从其组织框架、计划制定到实施已形成了一套有机的完整的框架体系，整体推动着全球变化研究的深入开展。全球变化研究已成为迄今国际科学界和政治界极为关注、参与的科研人员多、涉及的学科领域广、国际合作最为密切、跨学科综合研究的要求高、影响广泛的跨世纪重大研究主题。
另外，IGBP正计划与WCRP和IHDP合作共同启动3个新的联合项目，即全球碳循环、水资源以及全球变化与食物和纤维。其它一些重要的与社会紧密关联的议题，例如人类健康与生态系统产品和服务，也正在考虑之中。
二、中国全球变化研究概要
作为全球变化研究的积极倡导者和参加者，中国科学家早在20世纪80年代初就参与了全球变化科学重大国际计划的研究，并且实施了一批全球变化重大研究项目，为国际全球变化研究作出了巨大贡献，也为我国在环境问题上的宏观决策、参与UNFCCC谈判等的国际合作提供了科学依据和技术支持。
（1） 中国全球变化研究的基础
自1986年中国正式立项研究全球变化问题以来，在CNC-IGBP的努力下，先后组建了8个工作组(即：PAGES、GCTE、BAHC、LOICZ、GLOBEC、RS/DSS、气候系统研究、青藏高原研究工作组)。其中，前5个工作组与IGBP核心计划直接对应，后3个工作组反映了我国的学科优势)，并定期召开CNC-IGBP工作年会。特别是自2000年11月第四届CNC-IGBP第一次会议以来，CNC-IGBP及各所属工作组全面开展了各项工作，进行换届组建、调整机构及组织成员，制订并执行新的工作计划，与IGBP总部及相关组织取得了更密切的联系，积极组团参加2001年7月在荷兰阿姆斯特丹举行的“全球变化科学大会”，宣传我国在全球变化研究方面的成就，听取新的IGBP工作计划并参与签署“阿姆斯特丹全球变化宣言”。
近10年来，我国陆续建成了一批可供全球变化研究的国家重点实验室或部门开放研究实验室，在技术条件方面对实验观测、分析测试、计算模拟等仪器设备进行了更新添置，并引进了一些新技术。许多全球变化研究的重大项目正是依托这些实验室的技术保障而作出了很好的工作。
在全球变化所涉及的科学领域中，中国科学院野外台站、中国气象局、国家海洋局和国家环保局的观测台站网络、林业部的森林生态系统定位研究站，可作为有关项目的观测研究基地。特别是中国科学院的“中国生态系统研究网络”(CERN)，其规模、结构、功能均引起了国外专家的瞩目，达到了国际先进水平，己在全球变化研究中发挥了重要的、不可替代的作用。
（2）与全球变化研究有关的研究（行动）计划
随着环境问题的日益突出，全球变化研究已成为世界各国政府和社会公众广泛关注的规模最大的国际科学活动。自1986年以来，中国在全球变化研究领域己有了较大规模的投入，大批全球变化重大研究项目相继展开，推动了中国全球变化研究的深入发展。
2001年1月，国家自然科学基金委员会通过了《中国西部环境和生态科学研究计划》(以下简称“计划”)实施规划书。该“计划”以陆地表层系统的物理、化学、生物、人文过程及其相互作用为主要研究对象，以各种时间和空间尺度上物质和能量传输过程的耦合与嵌套，以及这些过程在人类干预下从自然状态偏离的机理为核心，以中国西部特殊地理环境为“区域操作平台”，资助、协调和集成相关领域的研究项目，从而提高我国解决西部环境、生态和可持续发展中重大科学问题的能力。该“计划”强调过程研究，强调难点和前沿科学问题的研究，鼓励科学家开展不同尺度各种环境过程的耦合研究以及时间和空间高分辨率的研究。此外，充分利用已有的数据收集和观测系统，建立西部环境和生态科学数据库，是实现本计划预定目标的重要基础性工作。
2002年国家自然科学基金委员会又组织实施了“全球变化及其区域响应科学研究计划”。其宗旨在于，通过组织和支持对围绕全球变化及其区域响应的基础性、战略性和前瞻性科学问题的研究，揭示我国对全球变化的响应与影响，剖析环境变化的自然和人文因素，为我国典型区域在全球变化背景下的合理发展提供对策和决策依据。该计划将以东亚大陆及近海海域若干全球变化的敏感区域为对象, 以碳氮循环、水循环和季风环境演化为核心, 研究亚洲季风区海-陆-气相互作用及人类活动对区域环境变化影响的机理, 获取该区域环境对全球变化的响应方式、响应途径、作用过程、动力机制及未来变化趋势, 从而为我国在水安全、食物安全及国际公约中的国家立场等方面提供科学依据。本计划拟在今后10-15年分步实施。中长期的实施框架将围绕“海洋环境的变异及其对全球变化的响应”、“东亚季风环境的演化及其与全球变化的关系”、“海－陆－气相互作用与水分循环和全球变化的关系”、“关键区域生态过程与生态安全及其对全球变化的响应与反馈”和“全球变化及区域响应中的若干物理、数学问题”五大研究主题展开。“十五”期间优先研究的科学问题包括：
1) 海洋环流年际和年代际变化；
2) 海洋淡水、热量、沉积物和其它物质输送和收支；
3) 海洋环境演变的地质记录；
4) 陆海相互作用与海平面变动；
5) 季风环境的形成与重大转型事件的时代和原因；
6) 季风环境在不同时间尺度上的演化历史及其驱动机制；
7) 季风区地质作用和生态过程对碳循环的影响；
8) 季风环境时空格局演化的定量化研究与数值模拟；
9) 全球变化与海－气耦合过程的相互作用；
10) 全球变化与陆－气耦合过程的相互作用；
11) 全球变化对我国及周边区域水分循环的影响；
12) 多圈层相互作用模式发展和模拟；
13) 氮磷碳生源要素在土/水/气系统及其界面间的生物地球化学过程；
14) 海洋碳氮硫磷的生物地球化学及海气界面过程；
15) 关键地区生态系统对全球变化的适应与响应机制；
16) 关键地区陆地生态系统生产力的时空格局、发展趋势；
17) 区域生态环境变化的人文因素影响；
18) 数据的非线性时空分布理论与分析研究；
19) 地球系统科学中非线性动力学问题；
20) 地球系统多圈层不同尺度的相互作用研究；
21) 全球变化预测方法和理论研究及其区域响应敏感性分析研究。
国家科技部2001年与全球变化研究有关的国家重点基础研究主要支持重点放在海洋环境、城市环境和水环境上，具体包括以下4个方向：
我国近海、河口海岸带海陆相互作用及环境效应；
异常富营养化湖泊(水库)污染机制与控制；
长江流域水环境的演化规律、调控原理；
我国东南沿海地区环境污染机制和调控原理。
全球碳循环和碳收支是当前气候变化和区域可持续发展研究的核心之一，也是IGBP、IHDP和WCRP的联合科学研究计划之一。为了减缓全球环境变化的不确定性，为了地球系统的可持续管理和区域社会经济的可持续发展，为了更好地为中国参与UNFCCC的外交谈判提供必要的科学依据，中国科学院于2001年启动了一项重大项目“中国陆地和近海生态系统碳收支研究”。
2002年，科技部批准了26个项目列入2002年度国家重点基础研究发展规划(“973”计划)， 其中包括了与碳循环研究有关的“中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究”项目。该项目将联合中国科学院内有关研究所和国家相关部门科研机构的科学家进行合作研究，重点研究中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制的一系列重大科学问题，包括：陆地生态系统碳源/汇时空格局形成的生物地理学机制；碳循环的调控机理和人为因素的驱动机制；碳循环生物过程对气候变化的响应和适应机制；土地利用与土地覆被变化对陆地生态系统碳库储量/碳循环过程的影响等。研究工作计划采用自上而下的遥感反演模型和自下而上的过程模型有机结合的途径，解决尺度转换问题，减少碳源/汇评价中的不确定性，评价中国陆地生态系统碳源/汇的历史过程、现实状况、未来趋势及其碳汇潜力，为国家的生态环境建设和气候变化公约谈判的外交活动提供科学依据。
(3)我国在全球变化研究领域的贡献
中国在全球变化领域作出了国际性贡献。研究范围已涉及到古环境、陆地生态系统、生物圈在水循环中的作用、全球大气化学、全球海洋通量、全球能量与水循环试验、全球气候变异与预测以及海洋生态系统动力学等方面，作出了一批具有国际影响的研究成果。
提出东亚季风系统和季风区域的概念，并利用黄土古土壤序列、第三纪风尘堆积、湖泊、海洋、岩溶记录、冰芯及历史记录等，建立了季风区域环境演化序列。
围绕青藏高原的气候环境变化研究成为国际关注的学术热点，特别是高原冰芯研究以及高原上空夏季臭氧异常低值中心的发现等研究在国际上有重要影响。
在全国尺度的气候植被分类，区域蒸散模式与自然植被NPP与碳储量的空间格局，土壤有机碳储量，生态系统的碳密度与收支等方面，特别是对湿地生态系统的CH4及相关痕量气体的通量观测和产生及排放问题有了一定的探索，取得了重要研究成果。
在大气水循环、流域水循环、水循环的生物过程、社会经济与水循环、农业与水承载力等与农业有关的诸多水问题方面取得了重大进展，特别是对西部流域水循环中的水与生态问题作出了突破性进展，为西部大开发乃至全国经济的发展作出了巨大贡献。
我国科学家已从积极参与国家计划逐步转向由我国主持在世界上开展了一系列大型全球性科学实验，为国际全球变化研究作出了显著贡献。一批以中国科学家为主导的在我国特殊区域开展的陆地样带一中国东北样带(NECT)、国际环球环境大断面(PEP-II)、南海季风试验（SCSMEX）、淮河流域能量和水分循环试验(HUBEX)、第2次青藏高原试验(TIPEX)等大型科学试验和国际上第一个陆架海洋通量项目一一东海陆架边缘海洋通量实验与近海海洋生态系统动力学研究，受到国际学术界的极大重视。
上述工作成为国际全球变化研究计划的重要组成部分，同时提供了中国地区的观测资料，为进一步开展区域响应研究提供了科学积累和人才储备，加之拥有一批先进设备，为我国开展大型科学研究创造了必要的条件。
三、中国全球变化研究未来展望
面对全球环境变化的挑战、面对人类社会可持续发展的共同需求，全球变化科学的研究方向已从认识地球系统基本规律的纯基础研究为主，转向应用研究为主，并特别关注全球变化的区域响应，提出了人类社会对全球变化的适应问题，同时倡导集成研究的方法与途径。与此相对应，结合我国目前已经和正在开展的全球变化研究项目，我国全球变化研究有望在如下几个方面取得突破，这将在国际全球变化研究领域取得与我国国际地位相适应的成绩，并对国际全球变化研究作出巨大贡献。
（1）中国陆地和近海生态系统碳循环研究
系统研究中国陆地和近海生态系统碳收支时空格局、碳循环过程和模型、生态系统的碳增汇、减排技术，阐明中国主要陆地和近海生态系统碳循环的系列科学问题，为全球变化背景下中国社会经济可持续发展和可持续管理提供科学依据，为我国参与UNFCCC的外交谈判提供精确可信的知识与技术支撑。
（2）东亚季风区海-陆-气相互作用及人类活动对区域环境变化影响的机理研究
探讨该区域环境对全球变化的响应方式、响应途径、作用过程、动力机制及未来变化趋势，从而为我国在水安全、食物安全及国际公约中的国家立场等方面提供科学依据。
（3）水-生态-农业-社会经济区域耦合系统的模式集成
在自然变化背景下，在社会经济系统控制下，气候系统-流域系统-生态系统-社会经济系统之间，以及水-生态-农业-社会经济之间存在着极为复杂的关系。为此针对中国与农业有关的水问题，建立水-生态-农业-社会经济耦合的基础理论，研制并集成有关模式，以期实现水循环与水资源的高效利用，并通过工程节水、农艺节水和管理节水等技术的有机结合，提高灌溉水利用和提高农田水利用效率。
（4）基于各种代用资料重建中国历史环境变化及人与环境的相互作用集成研究
集成多种代用资料及多学科研究成果，虚拟再现华夏故土与华夏文明的独特演变过程，科学认识并构建华夏文明发展过程中人口、资源、环境、发展的人地关系耦合模型。以史为鉴，为规范人类社会的可持续发展提供科学依据与知识库群，为全球变暖背景下国家发展重大战略决策提供科学指导。
（5）未来10-50年我国西部社会经济发展对全球变化影响、响应与适应性研究
在西部过去气候环境变化研究基础上，进行未来10~50年西部气候环境预测研究，寻找西部社会经济发展(农林牧、水资源管理、能源体系以及宏观经济布局)趋利避害的途径；通过研究西部生态环境演变规律与水土资源持续利用的途径，为国家的宏观战略决策服务；通过加强西部生态环境监测和典型示范区建设，为生态恢复和农业可持续发展提供实用技术和示范样板。
（6）保障我国社会经济可持续发展的重大环境事件预测和影响评估
预测并评估包括沙尘暴、三峡大坝建设、南水北调等在内的对我国社会经济可持续发展有重大影响的环境事件的环境效应，为我国社会经济的可持续发展提供科学指导。
（7）综合描述生存环境变化过程中水、土、气、生相互作用及其人类活动影响的环境系统集成模式的开发
发展能与国际全球环境变化研究模式相互嵌套的具有中国特色的环境系统集成模式，为全球变化研究者提供方便实用的集成模型，为政策决策者提供应对全球变化的国家战略方案，为公众提供全球环境变化问题的浅显生动的科普图谱。
（8）全国性的、统一的全球变化学术团体的整合
与地球系统科学联盟相对应，联合我国全球变化研究各方面(包括单个的研究者和学术团体、研究手段、研究方法、院部委和财团资助等)的资源与力量，建立我国的全球变化研究集成研究综合性团体。
（9）全球环境变化实时预警响应网络系统的建立
考虑到我国脆弱、多元的自然生态环境格局，以及全球变化的突变性、不确定性和极端(突发)事件的可能性，需建立健全全球环境变化实时预警与响应的全国性网络系统，为我国国家安全和社会经济可持续发展提供必要的战略信息资源和生境。
摘自《全球变化与陆地生态系统碳循环和碳蓄积》，于贵瑞主编
北京：气象出版社，2003年5月第1版
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