全球变化科学研究与自然资源管理

全球变化研究以地球系统科学为理论基础。1983年美国物理科学、数学和资源学国家研究会主席H.Friedman提出了为了解地球环境及其生命系统的变化，应开展一项跨学科综合研究工作的主张。同年11月，美国国家航空航天局（NASA）任命一个地球系统科学委员会。从此，地球整体性的观点被确立，地球系统科学应运而生。1984年在加拿大渥太华举行的国际科学联合会（ICUS）大会上，一致同意为探索物理世界和生命世界的相互作用，制定“国际地圈—生物圈计划”（IGBP），拉开了全球变化研究的序幕。

全球变化研究以国际地圈—生物圈计划（IGBP）、全球变化人文计划（IHDP）、世界气候研究计划（WCRP）和国际生物多样性计划（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。其研究内容主要集中于相互关联的环节，即观测研究、过程研究、预测研究、数据与信息管理研究、影响分析研究、对策研究与政策评估研究等。

（一）全球变化的观测研究

综合性多尺度全球观测系统是全球变化研究的基础，这些观测系统将提供监测和检测全球变化的许多方面的途径，并将提供模式校准、验证和进一步发展所需的长时间范围的全球数据集。现有的观测系统有全球性的，如世界天气监视网（WWW）、全球大气监视网（GAW）、全球环境监测系统（GEMS）、全球联合海洋服务系统（IGOSS）和全球海平面观测系统（GLOSS）等；有区域性的，如世界气象组织（WMO）的本年大气污染监测网络（BAPMON）等；有国家级的，如美国长期生态研究网络（LTER）、中国生态系统研究网络（CERN）等。由于这些观测系统是为非常有限的专门研究目的而设计的，因而不能完全满足全球变化研究对整个地球系统进行综合性、多尺度、长期连续观测的需要。为认识、监测和预测全球变化，全球变化的所有研究计划都需要现代全球观测系统的支持。为了协调有关国家开展的全球变化观测活动，目前国际上正在发展3个相互联系的全球观测系统，即全球气候观测系统（GCOS）、全球海洋观测系统（GOOS）和全球陆地观测系统（GTOS），以观测和检测气候、海洋和陆地生态系统的变化。

（二）全球变化的过程研究

全球变化的过程研究目的在于揭示全球变化的内在机理，改进我们对影响地球系统过程的物理、化学、地质、生态和社会及其全球和区域尺度变化趋势的认识，从而为预测未来的全球变化奠定基础。这一研究可以归结为以下五类过程：①气候与水文过程。WCRP及IGBP的核心计划BAHC、LOICZ等即开展这方面的研究。②大气化学和生物地球化学过程。IGBP的许多核心计划即开展这方面的研究。③生态系统过程。IGBP计划的核心计划GCTE、GLOBEC以及DIVERSITAS计划等即开展这方面的研究。④固体地球过程。固体地球的一些地质过程与全球变化有关，IGBP的核心计划PAGES等即开展这方面的研究。⑤人类对地球的影响过程。人类活动已成为一种改变地球系统状况的重要地质营力，人类活动能极大地影响全球变化，也明显地受全球变化的影响。IHDP计划及其核心计划LUCC即进行这方面的研究。

（三）全球变化的预测研究

全球变化的预测研究，就是在对重要的全球变化过程深入了解的基础上，开展对地球系统过程的数值模拟研究，发展和建立具有预测能力的数值模式，从而对所研究的地球系统过程进行客观、定量和自动化的数值预测，以预测未来数十至数百年时间尺度上的全球变化，从而减缓或适应全球变化的影响。

全球变化研究方面涉及的模式有大气环流模式（GCMs）、大洋环流模式（OGCM）、海洋生态系统动力学模式、海—气耦合模式（预测ENSO事件等海—气相互作用）等。IGBP的全球分析、解释与建模（GAIM）正在建立：①生态群落模式。根据气候和自然环境参数，预测生态群落的空间格局，尤其是大陆尺度至全球尺度生态群落的分布。②植被动力学模式。预测通过演替和自然扰动植被的组成和结构的变化，以及预测植被对气候变化的瞬时响应。③陆地生物地球化学模式（TBMs）。预测生态系统中水、能量、碳和养分的通量和储量。像植被动力学模式一样，TBMs能模拟数十至数百年时间尺度上植被的变化，包括植被对气候变化的瞬时响应。

（四）全球变化的数据与信息管理研究

全球变化研究将需要并产生大量的、复杂的、极其多样性的数据和信息，以证实、了解、模拟和评估全球变化。因此，全球尺度各种数据集的获取、接收、处理、汇编存档和有效使用决定着全球变化研究的成败。IGBP、WCRP、IHDP、DIVERSITAS等计划及其核心计划、全球变化的有关观测系统都将建立自己的数据与信息系统（DIS），并已开始付诸实施。全球变化的数据与信息管理研究面临的挑战，一方面是数据与信息的处理、存档和促进使用，另一方面是将来自不同学科、不同来源的数据综合起来。主要涉及以下四个方面：①数据管理与交换政策；②数据的兼容性与标准；③数据与信息系统的建设与维护；④国际数据信息活动的协调。在国家层面上，也在建立全球变化的数据与信息系统。如美国成立了全球变化信息局（GCRIO），负责开发全球变化的数据与信息系统（GCDIS）。GCDIS的功能包括为各个数据与信息集确定优先性次序，选定和开发这些数据集，以及将这些数据集和必要的相关服务结合进GCDIS。正在开发中的地球观测系统的数据与信息系统（EOSDIS）是GCDIS的一个组成部分，它已开始通过其分布式主动存贮中心（DAACS）提供的数据集。

（五）全球变化的影响（后果）分析研究

人类社会极大地依赖于地球系统。气候格局与人类的适应性决定支持生命的食物、淡水和其他自然资源的可利用性。人类社会一方面要对付较短时间尺度的气候格局的异常变化对人类社会的严重影响，另一方面也要适应和减缓出现的数十至数百年时间尺度的较长期气候变化。全球变化的影响（后果）分析研究主要是研究全球变化对生态系统多样性与生物多样性的影响，对全球农业、林业、渔业生产潜力等人类生存环境和人类生命支持系统的影响等，以及这些系统适应和减缓全球变化的影响的潜力和机理，从而改变各种不利的影响。(www.xing528.com)

全球变化的影响（后果）分析研究有助于人类全面了解全球变化的环境和社会影响，从而制定减缓和适应全球变化的影响的策略，以实现环境的可持续利用和社会的可持续发展。

（六）全球变化的对策研究与政策评估研究

全球变化研究的最终目标是在弄清全球变化的形成原因、预测未来若干年的全球变化的基础上，提出人类适应和减缓全球变化的影响的对策，从而为人类的可持续发展服务。

从1972年在斯德哥尔摩召开的联合国人类环境会议至1992年在里约热内卢召开的联合国环境与发展大会，人类逐步认识到了人类生存环境的变化以及人类自身在全球环境变化中所起的作用，进而在寻找减缓全球环境变化的策略。从此，各个层次上的全球变化的对策研究与政策评估研究全面展开。

国际上于1988年由WMO/UNEP联合成立了政府间气候变化专门委员会（IPCC）。该委员会主要领导国际上对气候变化问题的科学评估，下设3个工作组。第一工作组为“气候和温室气体”工作组，任务是评估对气候系统的科学认识现状，包括作为人类活动结果的可能变化；第二工作组为“影响和对策”工作组，任务是评估全球变化的潜在影响、适应和减缓全球变化的对策；第三工作组为“社会和经济问题”工作组，任务是评估综合性问题，包括气候变化和选定的排放方案的经济意义等。IPCC于1990年和1992年分别出版了第一次评估报告及其补充报告，又于1995年完成了第二次评估报告。这些评估报告建立了科学地认识全球变化的共同基础，从而为各国政府协商《联合国气候变化框架公约》《21世纪议程》《关于损耗臭氧层物质的蒙特利尔公约》《生物多样性公约》《国际荒漠化公约》等国际上一致行动适应和对付全球变化的国际公约提供了政策依据。

区域和国家级层面上的全球变化对策研究与政策评估研究也十分活跃，美国就将全球变化的对策研究与政策评估研究作为一个重要的研究方面予以资助。这方面的研究将为有关国家、区域制定环境政策提供重要的科学依据。全球变化的对策研究与政策评估研究将向着建立定量化的评价模型和综合评价框架的方向发展。

（七）全球变化的过程和驱动力

全球变化的原因是维系地球系统的物质与能量的平衡关系发生了变化。这种变化的驱动力可能来自驱动地球系统运动的地球外力、地球内力和人类活动，也可能来自地球系统内部各子系统之间的相互作用。根据全球变化驱动力的不同，可把全球变化区分为自然变化和人为变化两种类型。地球系统在各个时间尺度上均存在自然变化，导致这种变化的营力来自地球系统之外或产生于地球系统的自组织过程中。人为变化主要是人为因素作用于地球系统所引起的，它包括由于人类土地利用所导致的土地覆被的变化以及由于人类对自然资源开发利用活动所引起的地球系统的状态和功能的改变。人类活动所引起的地球系统的变化随着人类的发展和进步而变得日益显著，而今人类活动所导致的全球变化在一定程度上已达到与自然变化相同量级的规模。全球变化是自然变化和人为变化的叠加。

全球变化是通过一系列的过程来实现的，表现为地球系统中某些关键性过程的变异，并通过这些过程的变异引起一系列的反馈过程，最终导致全球变化。当前所关注的主要过程包括气候和水文循环过程、生态系统和生物地球化学循环过程、固体地球过程和人类对地球的影响过程等。

（八）全球变化在时间和空间上的表现形式

全球变化是地球系统状态随时间的整体改变或部分调整，并最终表现为全球环境特征的改变，其变化是可以检测或可以感知的。从时间上看，全球变化表现为一个时期环境的状态或其特征值较另一个时期有明显的不同。全球变化的时间过程可以由均值、周期、趋势、相对变率等许多参数来表征，其基本方式有两种，即围绕一个平衡状态的起伏波动以及在短时期内由一种环境状态取代另一种环境状态的突变。

全球变化在不同地区有不同程度的反映，这种表现是区域分异格局的重新调整。一种区域分异格局对应于一种环境状态，当全球环境状态发生变化时，区域分异的格局也相应地发生变化。