环境地球化学中科院第三章全球变化1

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1、第三章全球变化近十年来，全球气候异常，土地荒漠化日趋严重，淡水资源短缺，生物物种减少，特别是温室效应诱发的全球增暖和臭氧层破坏等一系列重大而紧迫的环境问题困扰着人类社会。从科学上看，全球性环境问题是地球系统整体性行为的结果，涉及到地球系统各层圈的相互作用，生命系统与无生命系统的相互作用，以及地球系统中三大基本过程的相互作用，最终影响到地球可居住性这样一个重大战略性问题。第一节、全球变化学的概念一、定义全球变化学是研究地球系统整体行为的一门科学。它的主要目的是了解地球系统是如何工作、如何运转的；研究地球

2、系统过去、现在和未来的变化规律和控制这些变化的原因和机制，从而建立全球变化预测的科学基础，并为地球系统的管理提供科学依据。今天，全球环境问题的严重性主要在于人类本身对环境的影响已经接近并超过自然变化的强度和速度，正在并将继续对未来人类生存环境产生长远的影响。这些重大的全球环境问题已经远远超过了单一学科的范围，迫切要求从整体上来研究地球环境和生命系统的变化，从而提出了地球系统的概念，它是由大气圈、水圈、陆圈和生物圈组成的一个整体。观测技术的发展，特别是卫星遥感技术的发展，提供了对整个地球系统的行为进行监

3、测的能力；计算机技术的发展，为处理大量的地球系统的信息，发展复杂的地球系统的数值模式提供了工具。技术的发展加上自然科学各分支学科自身的进步，到了今天才有可能从整体上、从学科间的相互作用来研究地球系统和它的变化。全球变化学的理论基础是地球系统科学（earthsystemscience），它是研究地球系统各组成部分之间的相互作用，发生在地球系统内的物理、化学和生物过程之间的相互作用，以及人与地球系统之间的相互作用的一支新兴学科。它以整个地球为研究对象，但并不是一门凌驾于所有地球科学、环境科学和宏观生物学

4、之上的“超级学科”，而是以学科之间的交叉地带作为其主要研究领域的一门交叉学科。从90年代开始，全球变化将开始一系列的核心计划，成为未来10－20年世界科学最活跃的一个研究领域。估计可能在学科之间的交叉地带产生许多新的思想和理论，并在物理、化学和生物过程相互作用的基本理论方面有新的突破。同时，由于交叉、综合、相互作用过程研究的需要，可能在学科研究方法上产生重要的变革。另一方面，全球变化的研究又具有十分明确的应用目标，它的研究成果直接用于自然资源的合理开发利用，农林牧副鱼的合理布局，水、土、气污染的控制以

5、及全球环境问题上的重大决策，为保护和改善几代人的生存环境作出贡献，具有全局性的战略意义。二、全球变化研究计划概述全球变化研究是本世纪80年代以来国际科学界所组织的意义深远、规模最大的一项合作研究计划，涉及地球科学、宏观生物学、天体科学、遥感技术等众多的自然科学和社会科学学科领域，具有高度综合和交叉学科研究的特点以及跨世纪的影响，代表了当今世界科学的发展趋势，吸引了全世界众多的科学团体和科学家的积极参与。世界气候研究计划（WCRP）国际地圈－生物圈计划（IGBP）全球环境变化中的人类因素计划（HD

6、P）WCRP着重研究气候系统中物理方面的问题，IGBP则着重研究地球系统中的生物地球化学问题。1．世界气候研究计划（WCRP）WCRP目的是扩充人类对气候机制的认识,探索气候的可预报性及人类对气候的影响程度,它包括对全球大气、海洋、海冰与陆冰以及地表的研究。WCRP1热带海洋和全球大气2世界大洋环流实验3全球能量与水循环实验4平流层过程及其在气候中的作用5北极气候系统科学6全球气候变率及其可预测性IGBP于1983年提出，经过可行性论证和计划制定阶段，于1991年正式实施。其目标是描述和了解控制地球系

7、统及其演化的相互作用的物理、化学和生物过程，研究人类活动在其中所起的作用。其中心的目标是为定量的评估整个地球的生物地球化学循环和预报全球环境变化建立科学基础。其应用目标是增强人类对未来几十年至百年重大全球变化的预测能力，为国家一级的资源管理、环境战略，即环境与发展问题的决策服务。2．国际地圈生物圈计划（IGBP）IGBP1国际全球大气化学（IGAC）计划2全球海洋通量联合研究（JGOFS）计划3过去的全球变化计划（PAGES）计划4全球变化与陆地生态系统（GCTE）5水循环的生物学计划（BAHC）6海

8、岸带陆地─海洋相互作用（LOICZ）8土地利用/土地覆盖变化9数据信息系统10全球变化的分析、研究和培训系统IGBPIGBP与IHDP共同的核心计划7全球分析、解释与建模（GAIM）过去的全球变化计划（PAGES）计划PAGES的研究是IGBP已确定的核心计划之一。对历史资料和自然记录如发现于树轮、湖泊和海洋沉积物、珊瑚、冰芯中的自然信息的研究,以及借助于有效的现代物理、化学分析技术,使我们有能力恢复遥远的过去的地面温度的变化、大气和海洋化学、火山事件和