地球系統(tǒng)與全球變化

地球系統(tǒng)與全球變化地球系統(tǒng)全球變化和全球變化研究全球變化研究的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢20世紀(jì)80年代開始形成的新興科學(xué)領(lǐng)域1984年第一次全球變化國際會議,加拿大當(dāng)前發(fā)展最為迅速,最為活躍的前沿科學(xué)領(lǐng)域之一四大國際計劃,數(shù)百個研究項目,數(shù)以萬計的科學(xué)家,每年數(shù)拾億美元的投入21世紀(jì)人類社會可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)投資全球水計劃,碳循環(huán),食物系統(tǒng),臭氧層,土地退化和荒漠化什么是全球變化?

以對地球系統(tǒng)的認(rèn)識為基礎(chǔ)，整體研究地球系統(tǒng)在不同時間尺度上的變化規(guī)律。特別是對現(xiàn)有體系產(chǎn)生巨大影響的過程/變化，及其機制/規(guī)律。研究全球變化的兩個核心內(nèi)容：人類對全球環(huán)境變化的影響；地球系統(tǒng)的變化對人類社會的影響全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)-----全球變化研究的對象全球變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是氣候變化地球系統(tǒng)的許多變化同氣候變化有關(guān)聯(lián)但是,地球系統(tǒng)的某些變化,自然的或人為的,并不總是由氣候變化引起;相反,它們可以影響氣候或影響其它環(huán)境變化.地球系統(tǒng)地球圈層的劃分能量和物質(zhì)交換的3個過程不同時間尺度的全球變化驅(qū)動力的研究固體地球分層莫霍界面在地下的平均深度

約33千米古登堡界面在地下的深度

約2900千米地殼平均厚度 17千米大陸部分地殼的平均厚度 33千米海洋部分地殼的平均厚度 6千米地幔的范圍 5－70千米以下到2900千米上、下地幔的分界 980千米地核的范圍

地下2900千米至地心一般把地殼和上地幔合稱為巖石圈“人類紀(jì)”和“人類圈”概念的提出,將進(jìn)一步強化人類在地球環(huán)境變化,包括氣候變化中的作用.大氣圈水圈巖石圈冰凍圈生物圈人類圈地球系統(tǒng)結(jié)構(gòu)全球變化和全球變化研究全球變化的科學(xué)內(nèi)涵全球觀點和尺度時間過程人類的作用全球變化的研究內(nèi)容全球變化的過程和驅(qū)動力全球變化在時間和空間上的表現(xiàn)方式全球變化的影響和人類的響應(yīng)信息的獲取、處理和分析技術(shù)全球變化研究的意義促進(jìn)地球科學(xué)的發(fā)展人類社會科學(xué)發(fā)展的理論基礎(chǔ)之一改變?nèi)祟愑^念，促進(jìn)相關(guān)學(xué)科發(fā)展全球變化研究的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢早期認(rèn)識宗教信仰和神話樸素的世界經(jīng)驗認(rèn)識科學(xué)研究的起步、發(fā)展和興起均變論、相對比定律(瓦爾特相律

)、部分相關(guān)法則大冰期理論、米蘭柯維奇理論（1920s)魏格納大陸漂移，1912（板塊構(gòu)造）溫室效應(yīng)，1903人口問題，1798，我國馬寅初的《新人口論》人類史（社會科學(xué)）對民族習(xí)性的討論新的證據(jù)不斷被發(fā)現(xiàn)，假設(shè)一步步變?yōu)槔碚摱豢茖W(xué)界所接受。同時隨著人類社會的發(fā)展，新的問題又不斷被發(fā)現(xiàn)，全球化、合作化逐漸被認(rèn)可，并迅速發(fā)展起來。古代自然哲學(xué)對地球系統(tǒng)的認(rèn)識古代希臘的貢獻(xiàn)基本的生存和社會需要：農(nóng)牧業(yè)和航海重視自然、重視現(xiàn)實、追求理性從整體上對自然現(xiàn)象作直觀的觀察，以自然界的統(tǒng)一性為前提。在對大量自然現(xiàn)象繼續(xù)分析和分類的基礎(chǔ)上，力圖對整個世界進(jìn)行總結(jié)和概括，為自然科學(xué)的形成提供了事實和方法。方法論：觀察、思辨，缺少實驗。<<逸周書>>： 24節(jié)氣72候的自然歷。<<呂氏春秋.十二紀(jì)>>： 孟春紀(jì)第一；仲春紀(jì)第二；季春紀(jì)第三； 孟夏紀(jì)第四；仲夏紀(jì)第五；季夏紀(jì)第六； 孟秋紀(jì)第七；仲秋紀(jì)第八；季秋紀(jì)第九； 孟冬紀(jì)第十；仲冬紀(jì)第十一；季冬紀(jì)第十二

<<史記.貨殖列轉(zhuǎn)>>： ……太陰在卯，穰；明歲衰惡。

至午，旱；明歲美。

至酉，穰；明歲衰惡。

至子，大旱；明歲美，有水。

至卯，積著率歲倍……逐月概括了各月可能出現(xiàn)的異常和災(zāi)害。描述了黃河流域一帶的年景變化，反映了氣候變化周期。墨子沈括：現(xiàn)在已知的第一個從古生物化石推斷氣候變化的科學(xué)家天人合一：人類活動與自然相協(xié)調(diào)陰陽矛盾及其轉(zhuǎn)化的樸素辯證思想：自然界的季節(jié)和年際變化古代中國的貢獻(xiàn)地球系統(tǒng)概念的發(fā)展文藝復(fù)興：哥白尼提出日心說，一方面打破了地球中心的概念，更重要的是，他暗含了自然界并無所謂中心，只是從數(shù)學(xué)簡單性角度把太陽作為中心?？茖W(xué)方法論：歸納法和演繹法現(xiàn)代基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展：數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)

牛頓發(fā)表的巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》社會需求和發(fā)展的推動：礦藏、遠(yuǎn)程貿(mào)易、新產(chǎn)品開發(fā)……戰(zhàn)爭的需要探險活動現(xiàn)代科學(xué)分支的產(chǎn)生：地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、氣象學(xué)、海洋學(xué)、植物學(xué)、天文學(xué)……學(xué)科分支間的交叉：海洋地質(zhì)學(xué)、海洋生物學(xué)、海洋物理學(xué)、海洋化學(xué)……技術(shù)的對科學(xué)發(fā)展的支撐和相互促進(jìn)：觀測儀器、實/試驗儀器、通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)……近代和現(xiàn)代地球科學(xué)體系的形成和發(fā)展大氣污染現(xiàn)象加劇酸雨地域的擴展“厄爾尼諾”節(jié)奏加快臭氧層破壞速度加快城市”熱島效應(yīng)”工業(yè)生活廢物的增加地面沉降海平面上升冰川消退土壤資源退化水土流失土地沙漠化生物的變化物種滅絕加劇森林面積銳減海洋生態(tài)危機赤潮氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響氣候變暖對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響人口的急劇增長全球變化研究的一些國際、國內(nèi)計劃國際地圈—生物圈計劃（IGBP）國際地圈生物圈計劃（IGBP）是在1986年的國際科學(xué)聯(lián)合會理事會第21屆大會上成立的。IGBP成立的目的是通過描述地球上相互作用的物理、化學(xué)和生物學(xué)過程，了解地球上正在發(fā)生的環(huán)境變化，以及這些變化對人類生活的影響，提出有效的解決方案，管理人類和其他生命所依賴的復(fù)雜的地球系統(tǒng)。

全球環(huán)境變化的人文因素計劃（IHDP）全球環(huán)境變化中的人類因素計劃（IHDP）最初由國際社會科學(xué)理事會（InternationalSocialScienceCouncil，ISSC）在1990年發(fā)起，當(dāng)時以人類因素計劃（HumanDimensionsProgramme，HDP）命名，1996年2月，國際科學(xué)聯(lián)合會理事會（ICSU）與ISSC合作，共同資助這一計劃工作，并將計劃名稱更改為IHDP，在德國政府的大力支持下，秘書處同時遷址到波恩。IHDP是一項非政府的、跨學(xué)科的國際科學(xué)計劃，主要圍繞科學(xué)研究、能力建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)三個目標(biāo)，推動、協(xié)調(diào)與全球環(huán)境變化和人類作用有關(guān)的自然科學(xué)和社會科學(xué)的研究活動，以描述、分析和認(rèn)識人類因素在全球環(huán)境變化中的作用，更好地規(guī)范人類對地球系統(tǒng)的改造活動，實現(xiàn)人類和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。在長期的合作研究中，IHDP與IGBP、WCRP、DIVERSITAS建立了緊密的聯(lián)系，并與其他計劃共同發(fā)起了START、GCP、JWP、GECAFS等項目，并正在規(guī)劃“全球環(huán)境變化與人類健康項目（GECHH）”。同時IHDP還與各國的研究機構(gòu)以及政府間組織開展了大量的合作，如APN、IAI等。生物多樣性計劃（DIVERSITAS）DIVERSITAS是在1991年由ICSU、SCOPE（環(huán)境問題科學(xué)委員會，ScientificCommitteeonProblemsoftheEnvironment）、IUBS（國際生物科學(xué)聯(lián)合會，InternationalUnionofBiologicalSciences）、IUMS（國際微生物學(xué)會聯(lián)合會（InternationalUnionofMicrobiologicalSocieties）以及UNESCO-MAB（聯(lián)合國教科文組織人類與生物圈項目）發(fā)起，是全球環(huán)境變化研究領(lǐng)域的四大國際計劃（IGBP、IHDP、WCRP和DIVERSITAS）之一，ICSU是這四大計劃的共同發(fā)起人，這些項目目前已經(jīng)組成地球系統(tǒng)科學(xué)聯(lián)盟（ESSP）。DIVERSITAS作為全球環(huán)境變化研究領(lǐng)域的一項國際性項目，其主要任務(wù)是聯(lián)合生物學(xué)、生態(tài)學(xué)和社會科學(xué)，開展與人類社會相關(guān)的研究，推動生物多樣性科學(xué)的集成化發(fā)展；為更好地認(rèn)識生物多樣性減少問題提供科學(xué)基礎(chǔ)，并為生物多樣性保護(hù)和可持續(xù)利用的政策制訂提供建議。世界氣候研究計劃（WCRP）世界氣候研究計劃（WCRP）成立于1980年，是由ICSU和世界氣象組織（WMO）共同發(fā)起的，同時也得到來自聯(lián)合國教科文組織的政府間海洋委員會（IOC）的資助。WCRP的目標(biāo)是發(fā)展有關(guān)自然氣候系統(tǒng)和氣候過程的基礎(chǔ)研究，以確定氣候在多大程度上可以預(yù)測，以及人類活動對氣候影響的程度。WCRP開展針對全球大氣、海洋、地表、海冰和陸地冰等對理解地球自然氣候系統(tǒng)有貢獻(xiàn)的深入研究，尤其關(guān)注可以為氣候及其變率等熱點問題提供科學(xué)的定量回答的研究，如建立可以預(yù)測全球和區(qū)域的氣候變率、極端時間發(fā)生頻率和程度的變化等的研究基地。目前WCRP的主要研究計劃包括：全球能量與水循環(huán)試驗（GEWEX）、氣候變率及其可預(yù)報性（CLIVAR）、氣候與冰凍圈（CliC）、平流層過程及其在氣候中的作用（SPARC）、氣候系統(tǒng)觀測與預(yù)測試驗計劃（COPE）等。IGBP-WCRP-IHDP-DIVERSITA的聯(lián)合，建立地球系統(tǒng)科學(xué)伙伴關(guān)系(ESSP)以四大研究計劃為主的國際全球環(huán)境變化研究已經(jīng)在各自所關(guān)注的領(lǐng)域或者相互交叉的領(lǐng)域開展了大量工作，并已經(jīng)在全球環(huán)境變化的內(nèi)容與機制、人類的作用與響應(yīng)等領(lǐng)域取得了重大的認(rèn)識。但總體而言，這些計劃還只是關(guān)注某個領(lǐng)域或某些相聯(lián)系的領(lǐng)域的科學(xué)問題，還不能夠?qū)ψ鳛閺?fù)雜巨系統(tǒng)的地球開展更系統(tǒng)、全面和深入的觀測和研究。為了更好地提高對地球系統(tǒng)運行規(guī)律的認(rèn)識，推動全球變化的集成交叉研究，以多學(xué)科研究為基礎(chǔ)解決全球環(huán)境與發(fā)展問題，2001年7月，IGBP、IHDP、WCRP和DIVERSITAS四大計劃在阿姆斯特丹召開的全球變化科學(xué)大會上，組成了地球系統(tǒng)科學(xué)聯(lián)盟（ESSP）。地球系統(tǒng)科學(xué)聯(lián)盟（ESSP）的科學(xué)工作主要依托全球環(huán)境變化研究的四大計劃進(jìn)行，側(cè)重于各個計劃之間以及自然科學(xué)與社會科學(xué)、科學(xué)團(tuán)體與產(chǎn)業(yè)和政府部門之間的交叉聯(lián)合。自2001年以來，ESSP不斷完善其工作框架，豐富其業(yè)務(wù)內(nèi)容，目前已經(jīng)初步形成了包含科學(xué)研究、分析與模擬、能力建設(shè)和協(xié)調(diào)合作等多種功能的業(yè)務(wù)體系，具體包括聯(lián)合計劃、地球系統(tǒng)分析與模擬工作、區(qū)域集成研究與能力發(fā)展、科學(xué)聯(lián)絡(luò)與學(xué)術(shù)交流共四項任務(wù)（見圖4-1）。ESSP的科學(xué)目標(biāo)主要是通過聯(lián)合研究計劃、專門工作組、以及科學(xué)會議等方式實現(xiàn)，ESSP利用專題研究活動、特殊區(qū)域研究、科學(xué)會議等措施將科學(xué)家和不同的研究工作整合起來，通過不同觀點的碰撞、不同方法的集成，提高對地球系統(tǒng)全面認(rèn)識的能力。這些業(yè)務(wù)單元的業(yè)務(wù)開展主要由各自的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)（如聯(lián)合計劃的科學(xué)指導(dǎo)委員會）負(fù)責(zé)指導(dǎo)，科學(xué)家獨立地開展相關(guān)科學(xué)研究工作，各業(yè)務(wù)單元的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)人員來自各個方面，也包括ESSP的專家（主要來自四大計劃）。另外，通過密切的科學(xué)聯(lián)絡(luò)和主題明確的科學(xué)會議，ESSP也加強了其內(nèi)部業(yè)務(wù)的協(xié)調(diào)以及與其他科學(xué)團(tuán)體、產(chǎn)業(yè)和政府部門的溝通與合作。21世紀(jì)

全球變化研究方向的調(diào)整加深地球系統(tǒng)整體行為的研究加強為可持續(xù)發(fā)展服務(wù)的全球變化問題的研究重視區(qū)域?qū)θ蜃兓暙I(xiàn)的研究

什么是區(qū)域集成研究把區(qū)域作為地球系統(tǒng)的一個完整單元(holisticentity)來研究,必須是跨越學(xué)科邊界的研究,包括自然科學(xué)與社會科學(xué)之間的邊界.區(qū)域研究要為定量的認(rèn)識區(qū)域和全球之間的聯(lián)系,以及這些聯(lián)系的變化的后果作出貢獻(xiàn).區(qū)域研究要為區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支持.要綜合運用場地觀測試驗、遙感監(jiān)測和數(shù)值模擬等研究手段進(jìn)行集成研究.要把區(qū)域變化的過去、現(xiàn)在和未來的研究結(jié)合起來進(jìn)行集成研究.相對比定律(瓦爾特相律

)

只有那些目前可以觀察到是相互毗鄰的相和相區(qū)，才能原生地重疊在一起;即在垂向上整合疊置的相是在側(cè)向上相鄰的沉積環(huán)境中形成的。

居維葉，G.GeorgesCuvier(1769～1832)法國動物學(xué)家，比較解剖學(xué)和古生物學(xué)的奠基人。1769年8月23日生于法國東部的蒙貝利亞爾，1832年5月13日卒于巴黎。他提出了“器官相關(guān)法則”，認(rèn)為動物的身體是一個統(tǒng)一的整體，身體各部分結(jié)構(gòu)都有相應(yīng)的聯(lián)系。如牛、羊等反芻動物既有磨碎粗糙植物纖維的牙齒，就有相應(yīng)的嚼肌、上下頜骨和關(guān)節(jié)，相應(yīng)的消化道以及相應(yīng)的適于抵御和逃避敵害的洞角和肢體構(gòu)造；虎、狼等肉食動物則具有與捕捉獵物相應(yīng)的各種運動、消化方面的構(gòu)造和機能等。他不僅研究現(xiàn)生的動物種類，還將當(dāng)時已知的絕滅種類的化石遺骸歸入同一個動物系統(tǒng)進(jìn)行比