地球系统与全球变化

地球系统与全球变化地球系统全球变化和全球变化研究全球变化研究的历史、现状和发展趋势20世纪80年代开始形成的新兴科学领域1984年第一次全球变化国际会议,加拿大当前发展最为迅速,最为活跃的前沿科学领域之一四大国际计划,数百个研究项目,数以万计的科学家,每年数拾亿美元的投入21世纪人类社会可持续发展的科学投资全球水计划,碳循环,食物系统,臭氧层,土地退化和荒漠化什么是全球变化?

以对地球系统的认识为基础，整体研究地球系统在不同时间尺度上的变化规律。特别是对现有体系产生巨大影响的过程/变化，及其机制/规律。研究全球变化的两个核心内容：人类对全球环境变化的影响；地球系统的变化对人类社会的影响全球变化与地球系统科学-----全球变化研究的对象全球变化远远不只是气候变化地球系统的许多变化同气候变化有关联但是,地球系统的某些变化,自然的或人为的,并不总是由气候变化引起;相反,它们可以影响气候或影响其它环境变化.地球系统地球圈层的划分能量和物质交换的3个过程不同时间尺度的全球变化驱动力的研究固体地球分层莫霍界面在地下的平均深度

约33千米古登堡界面在地下的深度

约2900千米地壳平均厚度 17千米大陆部分地壳的平均厚度 33千米海洋部分地壳的平均厚度 6千米地幔的范围 5－70千米以下到2900千米上、下地幔的分界 980千米地核的范围

地下2900千米至地心一般把地壳和上地幔合称为岩石圈“人类纪”和“人类圈”概念的提出,将进一步强化人类在地球环境变化,包括气候变化中的作用.大气圈水圈岩石圈冰冻圈生物圈人类圈地球系统结构全球变化和全球变化研究全球变化的科学内涵全球观点和尺度时间过程人类的作用全球变化的研究内容全球变化的过程和驱动力全球变化在时间和空间上的表现方式全球变化的影响和人类的响应信息的获取、处理和分析技术全球变化研究的意义促进地球科学的发展人类社会科学发展的理论基础之一改变人类观念，促进相关学科发展全球变化研究的历史、现状和发展趋势早期认识宗教信仰和神话朴素的世界经验认识科学研究的起步、发展和兴起均变论、相对比定律(瓦尔特相律

)、部分相关法则大冰期理论、米兰柯维奇理论（1920s)魏格纳大陆漂移，1912（板块构造）温室效应，1903人口问题，1798，我国马寅初的《新人口论》人类史（社会科学）对民族习性的讨论新的证据不断被发现，假设一步步变为理论而被科学界所接受。同时随着人类社会的发展，新的问题又不断被发现，全球化、合作化逐渐被认可，并迅速发展起来。古代自然哲学对地球系统的认识古代希腊的贡献基本的生存和社会需要：农牧业和航海重视自然、重视现实、追求理性从整体上对自然现象作直观的观察，以自然界的统一性为前提。在对大量自然现象继续分析和分类的基础上，力图对整个世界进行总结和概括，为自然科学的形成提供了事实和方法。方法论：观察、思辨，缺少实验。<<逸周书>>： 24节气72候的自然历。<<吕氏春秋.十二纪>>： 孟春纪第一；仲春纪第二；季春纪第三； 孟夏纪第四；仲夏纪第五；季夏纪第六； 孟秋纪第七；仲秋纪第八；季秋纪第九； 孟冬纪第十；仲冬纪第十一；季冬纪第十二

<<史记.货殖列转>>： ……太阴在卯，穰；明岁衰恶。

至午，旱；明岁美。

至酉，穰；明岁衰恶。

至子，大旱；明岁美，有水。

至卯，积著率岁倍……逐月概括了各月可能出现的异常和灾害。描述了黄河流域一带的年景变化，反映了气候变化周期。墨子沈括：现在已知的第一个从古生物化石推断气候变化的科学家天人合一：人类活动与自然相协调阴阳矛盾及其转化的朴素辩证思想：自然界的季节和年际变化古代中国的贡献地球系统概念的发展文艺复兴：哥白尼提出日心说，一方面打破了地球中心的概念，更重要的是，他暗含了自然界并无所谓中心，只是从数学简单性角度把太阳作为中心。科学方法论：归纳法和演绎法现代基础学科的发展：数学、物理学、化学

牛顿发表的巨著《自然哲学的数学原理》社会需求和发展的推动：矿藏、远程贸易、新产品开发……战争的需要探险活动现代科学分支的产生：地质学、地理学、气象学、海洋学、植物学、天文学……学科分支间的交叉：海洋地质学、海洋生物学、海洋物理学、海洋化学……技术的对科学发展的支撑和相互促进：观测仪器、实/试验仪器、通信设备和网络……近代和现代地球科学体系的形成和发展大气污染现象加剧酸雨地域的扩展“厄尔尼诺”节奏加快臭氧层破坏速度加快城市”热岛效应”工业生活废物的增加地面沉降海平面上升冰川消退土壤资源退化水土流失土地沙漠化生物的变化物种灭绝加剧森林面积锐减海洋生态危机赤潮气候变化对生态系统的影响气候变暖对农业生产的影响人口的急剧增长全球变化研究的一些国际、国内计划国际地圈—生物圈计划（IGBP）国际地圈生物圈计划（IGBP）是在1986年的国际科学联合会理事会第21届大会上成立的。IGBP成立的目的是通过描述地球上相互作用的物理、化学和生物学过程，了解地球上正在发生的环境变化，以及这些变化对人类生活的影响，提出有效的解决方案，管理人类和其他生命所依赖的复杂的地球系统。

全球环境变化的人文因素计划（IHDP）全球环境变化中的人类因素计划（IHDP）最初由国际社会科学理事会（InternationalSocialScienceCouncil，ISSC）在1990年发起，当时以人类因素计划（HumanDimensionsProgramme，HDP）命名，1996年2月，国际科学联合会理事会（ICSU）与ISSC合作，共同资助这一计划工作，并将计划名称更改为IHDP，在德国政府的大力支持下，秘书处同时迁址到波恩。IHDP是一项非政府的、跨学科的国际科学计划，主要围绕科学研究、能力建设和网络建设三个目标，推动、协调与全球环境变化和人类作用有关的自然科学和社会科学的研究活动，以描述、分析和认识人类因素在全球环境变化中的作用，更好地规范人类对地球系统的改造活动，实现人类和环境的协调发展。在长期的合作研究中，IHDP与IGBP、WCRP、DIVERSITAS建立了紧密的联系，并与其他计划共同发起了START、GCP、JWP、GECAFS等项目，并正在规划“全球环境变化与人类健康项目（GECHH）”。同时IHDP还与各国的研究机构以及政府间组织开展了大量的合作，如APN、IAI等。生物多样性计划（DIVERSITAS）DIVERSITAS是在1991年由ICSU、SCOPE（环境问题科学委员会，ScientificCommitteeonProblemsoftheEnvironment）、IUBS（国际生物科学联合会，InternationalUnionofBiologicalSciences）、IUMS（国际微生物学会联合会（InternationalUnionofMicrobiologicalSocieties）以及UNESCO-MAB（联合国教科文组织人类与生物圈项目）发起，是全球环境变化研究领域的四大国际计划（IGBP、IHDP、WCRP和DIVERSITAS）之一，ICSU是这四大计划的共同发起人，这些项目目前已经组成地球系统科学联盟（ESSP）。DIVERSITAS作为全球环境变化研究领域的一项国际性项目，其主要任务是联合生物学、生态学和社会科学，开展与人类社会相关的研究，推动生物多样性科学的集成化发展；为更好地认识生物多样性减少问题提供科学基础，并为生物多样性保护和可持续利用的政策制订提供建议。世界气候研究计划（WCRP）世界气候研究计划（WCRP）成立于1980年，是由ICSU和世界气象组织（WMO）共同发起的，同时也得到来自联合国教科文组织的政府间海洋委员会（IOC）的资助。WCRP的目标是发展有关自然气候系统和气候过程的基础研究，以确定气候在多大程度上可以预测，以及人类活动对气候影响的程度。WCRP开展针对全球大气、海洋、地表、海冰和陆地冰等对理解地球自然气候系统有贡献的深入研究，尤其关注可以为气候及其变率等热点问题提供科学的定量回答的研究，如建立可以预测全球和区域的气候变率、极端时间发生频率和程度的变化等的研究基地。目前WCRP的主要研究计划包括：全球能量与水循环试验（GEWEX）、气候变率及其可预报性（CLIVAR）、气候与冰冻圈（CliC）、平流层过程及其在气候中的作用（SPARC）、气候系统观测与预测试验计划（COPE）等。IGBP-WCRP-IHDP-DIVERSITA的联合，建立地球系统科学伙伴关系(ESSP)以四大研究计划为主的国际全球环境变化研究已经在各自所关注的领域或者相互交叉的领域开展了大量工作，并已经在全球环境变化的内容与机制、人类的作用与响应等领域取得了重大的认识。但总体而言，这些计划还只是关注某个领域或某些相联系的领域的科学问题，还不能够对作为复杂巨系统的地球开展更系统、全面和深入的观测和研究。为了更好地提高对地球系统运行规律的认识，推动全球变化的集成交叉研究，以多学科研究为基础解决全球环境与发展问题，2001年7月，IGBP、IHDP、WCRP和DIVERSITAS四大计划在阿姆斯特丹召开的全球变化科学大会上，组成了地球系统科学联盟（ESSP）。地球系统科学联盟（ESSP）的科学工作主要依托全球环境变化研究的四大计划进行，侧重于各个计划之间以及自然科学与社会科学、科学团体与产业和政府部门之间的交叉联合。自2001年以来，ESSP不断完善其工作框架，丰富其业务内容，目前已经初步形成了包含科学研究、分析与模拟、能力建设和协调合作等多种功能的业务体系，具体包括联合计划、地球系统分析与模拟工作、区域集成研究与能力发展、科学联络与学术交流共四项任务（见图4-1）。ESSP的科学目标主要是通过联合研究计划、专门工作组、以及科学会议等方式实现，ESSP利用专题研究活动、特殊区域研究、科学会议等措施将科学家和不同的研究工作整合起来，通过不同观点的碰撞、不同方法的集成，提高对地球系统全面认识的能力。这些业务单元的业务开展主要由各自的科学领导机构（如联合计划的科学指导委员会）负责指导，科学家独立地开展相关科学研究工作，各业务单元的科学领导机构人员来自各个方面，也包括ESSP的专家（主要来自四大计划）。另外，通过密切的科学联络和主题明确的科学会议，ESSP也加强了其内部业务的协调以及与其他科学团体、产业和政府部门的沟通与合作。21世纪

全球变化研究方向的调整加深地球系统整体行为的研究加強为可持续发展服务的全球变化问题的研究重视区域对全球变化贡献的研究

什么是区域集成研究把区域作为地球系统的一个完整单元(holisticentity)来研究,必须是跨越学科边界的研究,包括自然科学与社会科学之间的边界.区域研究要为定量的认识区域和全球之间的联系,以及这些联系的变化的后果作出贡献.区域研究要为区域的可持续发展提供科学支持.要综合运用场地观测试验、遥感监测和数值模拟等研究手段进行集成研究.要把区域变化的过去、现在和未来的研究结合起来进行集成研究.相对比定律(瓦尔特相律

)

只有那些目前可以观察到是相互毗邻的相和相区，才能原生地重叠在一起;即在垂向上整合叠置的相是在侧向上相邻的沉积环境中形成的。

居维叶，G.GeorgesCuvier(1769～1832)法国动物学家，比较解剖学和古生物学的奠基人。1769年8月23日生于法国东部的蒙贝利亚尔，1832年5月13日卒于巴黎。他提出了“器官相关法则”，认为动物的身体是一个统一的整体，身体各部分结构都有相应的联系。如牛、羊等反刍动物既有磨碎粗糙植物纤维的牙齿，就有相应的嚼肌、上下颌骨和关节，相应的消化道以及相应的适于抵御和逃避敌害的洞角和肢体构造；虎、狼等肉食动物则具有与捕捉猎物相应的各种运动、消化方面的构造和机能等。他不仅研究现生的动物种类，还将当时已知的绝灭种类的化石遗骸归入同一个动物系统进行比