全球变化科学进展与未来趋势，本文主要内容关键词为：进展论文,趋势论文,未来论文,科学论文,全球论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1全球变化的科学进展
全球变化科学(Global Change Science)是20世纪80年代开始的一个新兴科学领域。它的科学目标是描述和理解人类赖以生存的地球环境系统的运转机制、它的变化规律以及人类活动对地球环境的影响，从而提高对未来环境变化及其对人类社会发展影响的预测和评估能力。
十多年来，在几个大型国际计划（IGBP、WCRP和IHDP）的推动下，包括中国在内的众多科学家投入了全球变化的研究，并取得了一系列重要进展，认识到：
(1)地球是一个包括许多子系统的一个大地球系统，这些子系统有着非常复杂的非线性的相互联系，任何一个子系统发生变化，其它子系统都将发生相互制约的改变。
(2)人类活动已成为推动地球系统变化的一种强迫力。这种强迫力在十年到百年尺度的变化上已与自然界相当或过之。人类方方面面的活动（如农业、工业、社会和经济活动等）是彼此关联的，其影响散布到地球各种子系统，它们这些有相互作用的影响又会发生反馈作用，从而影响人类活动。一个明显的例子就是人类活动引起全球臭氧总量的减少，臭氧总量减少一方面对气候有影响，另一方面会使到达地面的紫外辐射增强，这对人体健康和植物生长都有害。
(3)地球系统状态是不断变化的，它有一种以上不同的比较稳定状态（即变化小），如系统受到的扰动超过某种阈值，它就由一种稳态变到另一种稳态，即发生了突变。突变对人类生活环境有重大影响。突变可以由自然过程引起，过去曾发生过。更重要的是人类活动如超过了某种阈值也可以引起突变。图1是1000多年来北半球平均温度变化曲线，可以看出在过去的千余年里温度一直在微小的变化（稳态）中略有下降，但在20世纪的后半期温度发生剧烈上升（突变），也就是大家知道的全球变暖。这是人类向大气释放大量二氧化碳以及其它的温室气体引起的，全球变暖引起显著的环境影响，以致成了国际上的政治问题。
(4)由于人类活动可以对地球有如此重大影响，诺贝尔奖获得者Crutzen提出从人类出现之时开始，为地球史上一新纪元称人类纪(Anthropocene Era)。
(5)生物过程与物理和化学过程有着强烈的相互联系，从而产生了全球环境，生物过程在全球环境中的作用远比过去想象的重要。如它是地球表面（海、陆）与大气之间的物质交换过程中一种重要的媒介：它对大气成分（如温室气体）变化有重要作用，它还对地球系统中水循环起重要作用，这些都是引起气候变化的重要因子。
2 90年代以来研究方向的变化
90年代以来，全球变化研究进入了一个新的时期，其研究方向发生了重大调整，主要表现在以下几方面：
(1)从认识地球系统基本规律的纯基础研究为主，扩展到与人类社会可持续发展密切相关的一系列生存环境实际问题的研究。
面对人口、资源和环境等重大问题的严重压力，各国政府和民众最关心的是诸如干旱化和淡化资源、粮食和食品供应、能源以及环境变化对人类健康的影响等问题。他们要求科学家把地球环境变化规律的认识转化为可以解决上述种种问题的有用的知识和技术。
同时，所谓全球变化并不是全球一致的变化。恰恰相反，地球上的不同地区，具有各种不同的物理、化学和生物学特征。所谓全球变化正是由千姿百态的区域变化构成的。由于各个国家所处的地理位置、生态和社会条件的不同，全球变化对各国的影响也是不同的。作为制定国家或地区可持续发展战略的基础，人们不再仅仅关心全球平均温度升度多少度，而是更加关注自己的国家和地区将发生哪些变化？因此，全球变化的区域响应的研究成为重点研究领域之一。
(2)从研究人类活动对环境变化的影响，扩展到研究人类如何适应全球环境的变化。
近几十年来，全球环境变化的速率和强度是人类历史上少见的。例如，近千年来地球表面温度在经历了几个世纪的缓慢降温过程之后，于20年代出现了迅速增温，20世纪是近千年来最暖的一个世纪，90年代又是20世纪最暖的10年。初步预测，21世纪全球增暖的速率将超过过去10ka来自然的温度变化速率，对生存环境产生不可忽视的影响；当前生存环境的恶化也达到了前所未有的程度，大范围水、土、气的污染，生物多样性的减少、土地的退化、沙漠化和水资源严重短缺等已经成为人类社会可持续发展的障碍。而对这样的形势，人类将采取什么措施？一个十分重要的问题是：人类社会现有的农业、林业、畜牧业的体系，水资源管理体系，能源体系以及经济的宏观布局等，都是根据过去积累的气候和环境状况的信息和知识制定出来的。这些体系在全球变化的条件下是否还能适用？如何调整这些体系以适应已经发生和未来将可能发生的变化，以达到趋利避害的目的，就是人类对全球变化的适应问题。科学地评估全球变化对人类社会的影响是制定适应对策的科学基础。
近百年来全球环境变化的加速和恶化，在很大程度上是由人类自己的行为造成的。工业化、城市化、不合理的水土资源利用等是环境恶化的主要原因。人类必须调整自身的行为，包括生活方式、生产方式和科学技术活动，才能使环境朝着有利于人类的方向发展。合理地组织“有序的人类活动”，改善环境条件是人类适应全球变化的一个重要途径。
(3)在更高层次上进行地球系统的综合集成研究。
以研究地球系统中生物地球化学过程为主要内容的IGBP，以研究物理气候过程为主要内容的WCRP和以研究人类与地球环境变化相互关系为主要内容的IHDP这三大国际计划之间的界限愈来愈模糊，正在酝酿横跨三大计划的新的研究项目，诸如全球碳、全球水和粮食系统等把物理、生物、化学过程联系起来，把自然过程与社会过程结合起来研究的新的大型国际计划。
3 21世纪全球变化科学的发展战略
(1)随着人类步入21世纪，科学技术的发展、社会文明的进步和经济的繁荣，为全球变化科学的发展提供了物质基础。
在21世纪，人类将通过空间遥感监测系统、地面观测系统和信息系统组成地球环境监测体系，实现对地球环境及时和长期、立体、动态和高分辨的监测，为认识地球环境的整体行为、预测其未来的变化提供信息来源和观测依据。同时还在酝酿成立全球古气候观测系统(GPOS)，建立古气候系列资料，此外，通过迅速发展的计算机和信息技术的支持，可以实施对海量的地球环境信息的传输、储存和处理。
(2)发展包括大气、海洋、陆地和生物圈，合理地描写物理、化学和生物过程及它们之间相互作用的地球系统的数学模型，建立起客观和定量地研究地球环境变化机理和预测的工具。
相对于1961到1990年的北半球温度距平（℃）
图1 1000多年来北半球平均温度变化曲线图
在这样的技术支撑下，全球变化科学将可能产生一次新的飞跃，主要有3个相互紧密联系的方面：
(1)对地球系统的认识进一步深化，有可能在一系列更深层次的基本科学问题上取得突破。例如对地球基本元素（如碳、氮）的循环过程及其稳定性的认识，对地球生物圈的性质及其与非生物过程相互作用的认识以及地球系统变化的类型（如突变、强信号等）的认识等；
(2)对全球环境未来变化的预测能力有显著提高。在深化对地球系统基本性质认识的基础上，在观测系统、信息和计算机技术的支撑下，将发展能够求解描写地球系统变化的主要过程及其相互关系的数学模型和数学方法，改进生态系统与大气的耦合、海洋与大气的藕合，并逐步引入社会和自然过程的耦合，实现对整个地球环境系统的模拟试验，把地球“放进实验室”，开展全球和区域环境变化的客观定量预测。
(3)初步建立起人类社会对全球变化的适应理论和全球的可持续发展。针对未来全球变化中某些有明确结论的重大环境问题，通过示范区观测、实验和生态建设及有序人类活动的虚似试验，促进社会科学同自然科学的逐步结合发展新一代环境工程学。所谓“新一代环境工程学”，就是在人的积极参与下，以当地的气候、土壤和水文等自然条件为依据，根据社会经济发展的需要，组织有序人类活动。实施的生态环境建设工程，它们将达到生态效益、社会效益和经济效益的高度统一，实现人类社会可持续发展的长远目标。为此国际上正酝酿“全球可持续发展的全球科学”计划(Global Science for Global Sustainability)，此计划初步将以碳循环、食物系统和水资源三者为核心问题。