面向“未来地球”计划的陆地表层格局研究

面向“未来地球”计划的陆地表层格局研究

吴绍洪1,2，赵艳1,2，汤秋鸿1,2，郑景云1,2，高江波1,2，梁涛1,2，葛全胜1,2

（1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101;

2.中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室，北京100101）

摘要：未来地球计划是目前国际上关于全球环境变化前沿研究的综合科学计划，集国际科学理事会(ICSU)所领导的四大科学计划为一体，旨在将自然科学与社会科学结合在一起，并加强决策支持和研究交流，寻求地球系统可持续途径，全球环境变化研究与人类学、社会学合作构建综合集成平台，推进科学研究为社会经济可持续发展服务。本文剖析陆地表层格局特点，分析陆地表层格局的国内外关注焦点及其研究理念的转变与应用领域的拓展。分析表明：陆地表层是未来地球计划关注的重点之一，陆地表层要素与过程相互作用并在人类活动驱动下形成的格局，可作为未来地球计划进一步研究的区域基础框架。未来，陆地表层格局研究应力求方法论的突破，为自然地理学综合研究的发展提供支撑。

关键词：未来地球计划；陆地表层格局；全球环境变化；可持续发展

1引言

地球系统是由大气圈、水圈、陆圈和生物圈通过相互作用而形成的有机整体(钱学森,1991;黄秉维,1996;Ernst,2000;NASA,2000;陈泮勤,2003; Ola et al,2013;)。陆地表层是陆圈子系统的主体，由众多要素通过一系列物理、化学、生物过程及其相互作用而形成的一个多要素、多过程、多尺度耦合的动态综合体，是人类赖以生存和发展的环境(伍光和等,2008)。这一动态综合体在时空尺度变化上同时存在水平分异、立体交叉和多级嵌套，共同形成陆地表层格局(郑度等,2005)。近百年来，随着人口增长、社会发展和科技进步，人类活动对环境的影响逐步加重，陆地表层格局变化的效应在21世纪更加明显。在全球环境变化影响不断增强、社会发展与环境保护矛盾日益突出的背景下，国际科学理事会(ICSU)、国际社会科学理事会(ISSC)等机构发起了为期10年的“未来地球(Future Earth)”计划(2014-2023)，并推动其成为应对全球环境变化、推进全球可持续发展的科学联盟，综合自然、社会和人类学科，通过理解多尺度环境变化、自然和人为驱动与人类福祉的相互作用，构建以解决问题为导向的可持续发展之路(Future Earth,2013;秦大河,2014)。

本文剖析陆地表层格局特点，分析陆地表层格局的国内外关注焦点及其研究理念的转变与应用领域的拓展，探讨陆地表层格局研究与未来地球计划的共通之处，力求为进一步开展自然地理学综合研究开拓思路。

2陆地表层格局的特点

2.1整体性

陆地表层格局研究探究陆地表层的要素变化规律及其相互作用过程与机理，揭示变化的动态规律，一直是自然地理学的核心研究内容(黄秉维,

第34卷第1期2015年1月地理科学进展

Progress in Geography V ol.34,No.1

Jan.2015

收稿日期：2014-12；修订日期：2015-01。

基金项目：中国科学院战略性先导科技专项课题（XDA05090307）；全球变化研究国家重大科学研究计划课题（2012CB955403）；国家科技支撑计划课题（2012BAC19B10）。

作者简介：吴绍洪(1961-)，男，广东潮州人，研究员，博导，主要研究方向为自然地理学综合研究，E-mail:wush@https://www.360docs.net/doc/5010828749.html,。

通讯作者：葛全胜(1963-)，男，安徽安庆人，研究员，博导，主要研究方向为全球气候变化，E-mail:geqs@https://www.360docs.net/doc/5010828749.html,

。

10-17页

第1期吴绍洪等：面向“未来地球”计划的陆地表层格局研究

1996;Gregory,2000;郑度,2001;葛全胜等,2005;刘燕华等,2005;Clifford,2009;吴绍洪等,2010;傅伯杰,2014)。陆地表层的整体性是自然地理的基本规律，其基础是自然地理各组成要素综合交融，各自然地理过程紧密联系与相互影响，使得某一要素的变化可能引起整体格局的变化。例如，过去60年中国气候总体增暖引发了温度带总体北移和气候区划格局变化，也引起了水资源、自然生态系统(如植物物候提前)、农业生产(如柑橘、水稻等作物种植北扩)等一系列变化(郑景云等,2010;第二次气候变化国家评估报告编委会,2011;严登华等, 2013;Tao et al,2013;Ge et al,2014)。

自人类出现以后，逐步形成人与环境相互作用的关系(Crutzen et al,2000)。特别是近现代，人类在利用自然环境过程中对其施加了胁迫甚至破坏，给人类利用和适应自然环境造成了新问题。如在全球尺度上，过去几十年，人类活动和气候变化的共同影响导致了土地荒漠化、生物多样性减少、森林植被破坏、水资源危机、环境污染等一系列新问题(吴绍洪等,2009;IPCC,2014)。在中国，自然演变与强烈的人类活动叠加，同样导致陆地表层发生巨大变化；工业化和城镇化过程带来的经济地理格局变化，改变了人口、城市、自然资源供需的格局，进而改变了陆地表层格局，而陆地表层格局变化又反过来影响国家的资源环境开发利用布局，同样体现在整体相互作用的变化上。

2.2复杂性

陆地表层要素除了自身特性、要素间相互作用规律外，还受到人类活动的影响，产生了巨大的复杂性。主要体现在：

(1)要素变化及相互作用过程大多呈非线性。如过去百年，全球温室气体浓度持续增加所引起的地表气温上升已成共识，然而，由于地球系统各圈层内部的复杂过程以及圈层间的相互作用，导致“碳失汇”问题的出现，尤其对陆地生态系统而言，因其受到大气CO2施肥作用、氮沉降、气候变化、土地利用变化和生态系统管理与恢复等多重因素的综合作用，碳汇过程表现为显著的非线性，位置和强度也存在很大不确定性(Houghton,2002;Frank et al,2010)。

(2)自然区域之间的分界是渐变、交错的。自然地理过渡带是各种自然过程和格局剧烈变化的区域(李双成等,2008)，地表过程驱动—反馈的相互作用导致该区呈现出异质性和复杂性。对自然地理界线的精确定位是非常困难的，比如温度带之间的界线就是模糊过渡的。

因此，陆地表层在经典三维空间形成的格局上，随时间的推移产生变化，同时再叠加上人类活动因素的影响，这种“时—空—人”耦合多维性使其研究具有巨大的复杂性。

2.3研究难点

陆地表层的整体性和复杂性，决定了其研究具有巨大难度。一是要求具备能够综合表征时—空—人多维的海量数据，以及对其特征与变化的精确表征方法(包括定量化、数理表述等)(杨勤业等, 1996;葛全胜等,2007;Noel,2012)。二是对其非线性过程，需要以现代数学、物理、化学、生物和系统科学理论为基础，通过考察、观测、实验、试验等手段，综合应用数理解析及空间、信息技术等，才能表述其相互作用规律，定量模拟其作用结果，揭示、解决其中的不确定性(宋长青等,2005;蔡运龙,2010)。三是对区域差异的区分，需要从模糊时空过渡区间寻找最大差异的分界，同样需要从理论方法到技术手段的创新。

3全球环境变化背景下的陆地表层格局研究

3.1国内外关注的焦点

陆地表层格局变化是地球系统科学研究的重点之一，许多重大国际性科研计划，包括全球变化研究的四大科学计划(WCRP、IGBP、IHDP、DIVER-SITAS)、人与生物圈(MAB)、地球系统科学联盟(ES-SP)科学计划等均以陆地表层为主要研究对象，强调在地表环境演变和人类活动影响下陆地表层环境变化及其引起的资源、生态、污染等问题的研究。而许多国际公约(如UNFCCC)也是着重促进人类社会的可持续发展。此外，诸如美国国家生态观测网络(NEON)、澳大利亚陆地生态系统研究网络(TERN)、德国的陆地环境观测网络(TERENO)等国家尺度观测研究网络，也以生态地理区域格局作为研究基础，进行生态过程的观测与实验，进而集成陆地表层格局的时空耦合规律。

由于科学技术进步，许多新技术不断应用到陆地表层格局研究的数据采集、数理模拟、统计分析等。比如，高光谱影像、雷达影像以及多源影像融

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地理科学进展第34卷

合技术，高分辨率遥感影像等用于数据源采集；气候变化预估方面，从增量情景发展到特别排放情景和典型浓度情景；生物地球化学模型、陆面生物物理模型、动态植被模型、水文水资源模型等已广泛应用于陆地表层格局的模拟；不同模型中运用的统计方法也日渐丰富，常见的包括广义统计回归模型、人工神经网络、决策树分析等。

3.2研究理念的转变

(1)归纳到演绎。长期以来，归纳法在自然地理科学思维中占有重要地位(莫斯,1984)。由于全球环境变化深入研究，不仅揭示过去的变化规律，同时也需要对全球环境未来变化趋势进行预估。目前陆地表层格局研究在传统模式的基础上，更多地从系统整体出发，注意发展从归纳的现实出发进行演绎，使分析与综合、归纳与演绎互相补充、辩证统一，即“在分析的基础上综合，在综合的指导下分析；自上而下演绎方法和自下而上归纳方法结合”的综合研究方法(蔡运龙,2010)。

(2)静态到动态。在全球变化受到广泛关注之前，陆地表层格局被普遍认为是一个区域的“正常”状态，其表征需要长时间序列的数据来消除偶然现象，而且越长周期越能代表“正常”状态(黄秉维, 1981)。进人20世纪下半叶，全球环境问题逐步凸显，人类社会发展面临许多重大资源、环境、发展和政治问题，如：经济健康，环境退化，种族冲突，人类健康，全球气候变化，资源、资本与信息的高速传输与全球化，教育差异等等。特别是，气候变化的深入研究使自然地理学家认识到，陆地表层格局呈现动态变化规律，从静态格局研究向动态格局研究发展(刘纪远等,2009;傅伯杰,2014)。

(3)定性到定量。由于现代科学技术特别是观测分析手段、数理分析、实验分析、空间分析、信息技术、模拟技术等的迅速发展，使得陆地表层格局研究能够突破以往经验性、描述性的自然地理研究传统，在方法上更重视纵向知识的横向对比，促进了陆地表层中要素之间的因果联系与相互作用过程的定量研究，使其能够更好地、更直接地解决社会发展和经济建设中的环境问题(黄鼎成等,1992; Arbogarst,2007;NRC,2010)。

(4)观测到模拟。陆地表层的野外调查、观测、监测和实验分析手段日臻完善，对地遥测、地理信息系统、地理数据库等现代观测和分析手段广泛应用于陆地表层格局研究(Clifford et al,2010)，对陆地表层变化的信息获取实现了大范围的覆盖，获得了全球高时空精度的监测资料(Boyd,2009)。地面气象、生态、环境台站观测在过去50~100年间积累了大量的实测资料，促使陆地表层研究从对地理环境变化的文字描述和定性分析转向抽象概括、定性与定量相结合(葛全胜等,2012)。由于对陆地表层格局定量化描述取得进展及对自然地理过程相互作用的理解不断深入，陆地表层格局研究已从对格局的描述到深入探讨影响格局变化的过程，从简单的地理因素之间的因果关系进入复杂的自然地理系统结构的研究(Tang et al,2008)。

对地球系统的深入研究发现，单一学科的内容无法满足对地球表层要素与过程的相互联系的刻画，因此诞生了陆面模式(Schellnhuber,1999)。陆地表层格局与模拟研究的长期积累为陆面模式的发展、应用、评估、改进和完善提供了陆地表层变化实况，并且在陆地生物物理、化学过程和人文过程定量描述的翔实程度上独具优势，是地球系统科学不可或缺的组成部分和重要的学科贡献(Pitman, 2005)。当前的陆面模式已初步集成了地表观测、对地观测和统计分析等资料，能够初步模拟陆地表层各自然地理要素之间及自然因素与人为因素作用下的物质和能量相互转化的宏观过程(Tang et al, 2007)，并解决陆地表层格局变化模拟和预估等实际问题。

综上，现代科学技术在自然地理要素和过程研究中的广泛应用，促使部门地理学得到了长足的进步，研究较为成熟。半个多世纪以来，大量观测数据的积累、数理模式在地理学中广泛应用，使地理学综合研究在方法论上有了飞跃的发展，对陆地表层格局研究起了重要的推动作用，使其能够逐步进行动态变化定量化刻画和未来趋势模拟预估。

3.3研究的应用

当前中国面临着复杂环境变化问题，首要任务是弄清陆地表层格局的时空变化特征与机制，为此，要建立考虑多要素的陆地表层格局综合分析与模拟平台，为应对综合环境风险、制定环境变化适应战略、制定土地管理与调控政策等与区域可持续发展密切相关的科学实践问题提供科技支撑。

(1)全球环境变化适应。中国经济社会快速发展的同时带来的生态破坏和污染问题对陆地表层环境产生了深刻的影响(陶澍等,1996,1998)。人为造成的温室气体增加引起气候变化，使得粮食安全

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第1期吴绍洪等：面向“未来地球”计划的陆地表层格局研究

压力增加、土地荒漠化、风沙活动加剧、流行病增多等。资源环境已经从发展的条件演变为制约国家安全的一个关键因素，人与环境关系内涵发生了重大改变。针对由于人类经济社会发展导致的某些地表要素变化不可逆，需要在可持续发展框架下因地制宜加以规划，在揭示陆地表层格局变化驱动力的基础上，从区域层面提出全球环境变化的适应策略(第二次气候变化国家评估报告编委会,2011)。

(2)综合风险防范。近20年来，应对重大自然灾害的经验使得风险防范领域的学者认识到，规避灾害风险比抢险救灾具有更重要的意义。国际上风险社会的理念已被广泛地接受，使得自然灾害风险规避的内容拓展到全球环境变化领域。对风险的研究和防范不再仅限于单一领域，而是多各领域、多学科的综合风险防范。此项工作具有显著的区域特征，需要从区域的角度去进行研究和管理，而陆地表层格局是综合风险防范重要的科学基础，发挥了重要的作用。IPCC《管理极端事件和灾害风险推进气候变化适应特别报告》(SREX)指出，全球极端气候事件已经并将继续发生变化，与天气和气候灾害有关的经济损失已经并将可能增加，这需要有效管理不断变化的极端气候和灾害风险，灾害风险区划就是管理的方式之一(IPCC,2012)。

(3)土地利用优化调控。人类活动对地球环境变化的影响最直接体现在土地利用变化上，如森林砍伐、城市化、坡地开垦等。不同土地利用方式组合而形成了特定的地域功能，如在自然资源和生态环境系统中、在人类生产和生活活动中所履行的综合职能和发挥的作用(樊杰,2014)。土地利用/覆被变化(LUCC)不仅对人类赖以生存的地球环境有重要影响，同时又通过影响地域功能而与人类福祉密切关联(Grimm et al,2008;Buyantuyev et al,2010。主体功能区划在识别地域功能类型的基础上，优化空间组织，寻求最优功能区划方案，旨在通过人口资源环境相均衡、经济社会生态效益相统一，以实现土地利用优化调控和区域协调发展的目标。

4“未来地球”计划与陆地表层格局研究

4.1寻找可持续发展途径

近年来，可持续发展理念深入人心，强调保护地球生态系统，支持现在和将来的人类福祉(Griggs et al,2013)。“未来地球”计划的整体框架建立在社会—环境相互作用和其中蕴含的全球可持续性上，强调全球环境变化和可持续性(刘源鑫等,2013)，通过理解多尺度环境变化、自然和人文驱动与人类福祉的相互作用，致力于为人类应对全球环境变化提供科学知识、技术手段、评估方法、预测模型等，将自然科学与社会科学结合在一起，并加强决策支持和研究交流，寻求地球系统可持续途径。

4.2建立科学融合平台

“未来地球”计划将通过回答：全球环境变化的原因和机制；人类发展对物种多样性、粮食安全、生态安全、水资源安全等的影响；增强环境恢复力以降低环境变化风险、保障未来地球繁荣发展的转变思路等科学问题，以实现其“发展和传递面向全球环境变化所带来挑战的全球和区域尺度所需知识，有效应对全球变化，满足经济和社会”的总体目标，使之成为全球环境变化研究与人类学、社会学合作的综合集成平台(Future Earth,2014)。

4.3实现科学为社会经济服务

为体现科学对社会经济发展的服务，“未来地球”计划设计了以下3个综合研究主题，(Future Earth, 2013)：

(1)动态星球(Dynamic Planet)。从自然现象和人类活动中理解地球如何变化。重点强调观测、理解、解释和预测地球环境—社会系统发展趋势、驱动因素与过程以及它们的相互作用，明晰全球化发展阈值并合理预测评估风险。基于现有研究基础，特别关注不同尺度上社会—环境相互作用。

(2)全球可持续发展(Global Sustainable Devel-opment)。为解决当前困扰人类发展的重点问题提供科学的解决对策，保障满足人类发展所需的食物、水、生物多样性、健康、能源、材料的供给和其他环境功能与服务的有效管理。强调人类活动和环境变化对人类社会健康和福祉的影响，增强全球环境变化和社会发展相互作用的理解。

(3)可持续发展转变(Transformations towards Sustainability)。理解可持续性转变的过程和思路，对可持续发展如何与人类价值观、新兴技术和经济发展途径相关进行评价，对跨部门和地区治理全球环境的策略进行评估。

4.4陆地表层格局研究与“未来地球”计划的共性

陆地表层的环境变化是特定地域上地表过程的方式和强度在人为或自然因素作用下发生改变的结果。自然环境和人类活动特征均表现为空间

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地理科学进展第34卷

异质性，而通过陆地表层格局的研究，自然界“杂乱无章”的表象得以系统化，呈现出清晰的地理地带性规律(郑度等,2008)，对全球环境变化问题的认识水平和解决途径在很大程度上取决于对其地域分异规律的了解和研究深度，研究这些异质性环境下的陆地表层格局也是地理学研究的前沿。

“未来地球”计划与陆地表层格局研究有诸多共性(表1)。“未来地球”计划强调采用自然科学与社会科学相融合的方法，进行面向地球环境管理决策的多学科交叉合作研究，以期将地球整体性研究与可持续发展研究结合起来。陆地表层格局作为全球环境变化、自然和人文驱动及其与人类福祉相互作用结果的表现，呈现自然环境演化过程及其与人类社会经济活动的相互作用机制，是全球/区域可持续发展的科学基础，因而自然成为“未来地球”计划的重要内容和基础。

5陆地表层格局研究未来展望

陆地表层格局研究与未来地球计划在对象、主题和目标上有共同和相似之处。在未来地球计划的框架下，陆地表层格局研究将与未来地球计划的理念、目标和研究内容结合。

5.1重要科学问题

(1)陆地表层格局变化的成因机理、特征、影响与适应。辨识陆地表层格局变化快速驱动因素，归因变化的自然与人文驱动，评估变化趋势的可控、可缓及其程度。

(2)陆地表层格局的时空动态。陆地表层格局变化的幅度与速率，陆地表层格局时空特征与演化机制。

(3)陆地表层格局模拟。陆面模式地表过程参数化方案，自然—人文因素作用的敏感性，陆地表层现象的数理表述，未来发展趋势的预估。

5.2未来展望

陆地表层格局研究将通过理解要素过程作用机理，以揭示格局动态变化规律，达到模拟预估未来发展趋势的目的。核心工作是在方法论上实现“定量—综合—模拟”，最终支撑国家—部门—地方的社会经济可持续发展(图1)。重点研究方向包括：

(1)陆地表层要素相互作用机制

陆地表层因素相互作用机制将从自然现象和人类活动中理解地球如何变化。今后研究方向为：综合研究中国陆地表层要素的时空变化特征，分析其主要模态及趋势、周期、转折等特征；评估要素间的制约与影响程度，阐明其协同性和差异性；辨识、检测和评估陆地表层要素时空变化特征中相关的自然驱动因子的信号，明确起主导作用的自然因子；揭示人类活动对陆地表层要素变化、互相作用的驱动机制。

(2)地域系统研究的理论与方法

地域系统研究的理论与方法将直接为全球可持续发展服务。在明确陆地表层要素变化及其相互作用过程的基础上，辨识其变化与作用的时空分异特征，以及自然—人类系统对格局形成作用的区域差异；在长时间序列中分辨相对稳定的时段，建立不同时段的陆地表层格局方案，表征格局动态变化幅度与速率；采用自上而下与自下而上相结合的方式揭示陆地表层演变与发展规律。基于地域空间系统研究，针对全球环境变化和人类福祉间的相互作用，为解决阻碍可持续发展的问题提供科学对策，以实现对自然资源和生态环境的有效管理和调控。发展表达陆地表层格局的方法体系，开展从定性到定量的综合集成研究，应用现代先进技术实现理论突破。

(3)基于陆面模型的要素—过程—格局综合

为实现陆面模型的要素—过程—格局综合，应建立陆地表层变化影响与适应、情景预估、资源利

表1“未来地球”计划与陆地表层格局研究共性

Tab.1Commonality between Future Earth and research on land surface

pattern 注：引自Future Earth,2013。

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第1期吴绍洪等：面向“未来地球”计划的陆地表层格局研究

用与调控的综合模拟平台，指导自然—社会经济系统向可持续发展转变。综合集成代用资料、实地观测和遥感数据中的陆地表层变化特征信息，建立时空一体的全球环境变化资料分析体系；综合分析影响陆地表层要素变化的关键自然及人文过程，阐明陆地表层要素特征分布格局及其时空变化；基于陆地表层要素变化、过程作用、格局动态的研究基础，发展考虑气候变化、土地利用/覆盖变化和社会经济活动变化影响的陆地表层格局模拟与预测开放性模式，揭示陆地表层格局中物质/能量流动与转化机制。构筑用于陆地表层变化影响与适应、情景预估、资源利用与调控的科学研究平台，支撑自然—社会经济系统向可持续发展转变。参考文献(References)

蔡运龙.2010.当代自然地理学态势[J].地理研究,29(1):1-10.[Cai Y L.2010.New perspectives on physical geogra-phy[J].Geographical Research,29(1):1-10.]

陈泮勤.2003.地球系统科学的发展与展望[J].地球科学进

展,18(6):974-979.[Chen P Q.2003.Earth system sci-ence:progress and prospect[J].Advances in Earth Scienc-es,18(6):974-979.]

第二次气候变化国家评估报告编委会.2011.第二次气候变

化国家评估报告[R].北京:科学出版社.[Editorial board for the second national assessment report on cli-mate change[R].2011.The second national assessment re-port on climate change.Beijing,China:Science Press.]樊杰.2014.人地系统可持续过程、格局的前沿探索[J].地理

学报,69(8):1060-1068.[Fan J.2014.Frontier approach of the sustainable process and pattern of human-environ-ment system[J].Acta Geographica Sinica,69(8):1060-

1068.]

傅伯杰.2014.地理学综合研究的途径与方法:格局与过程

耦合[J].地理学报,69(8):1052-1059.[Fu B J.2014.The integrated studies of geography:coupling of patterns and processes[J].Acta Geographica Sinica,69(8):1052-1059.]葛全胜,方修琦,张雪芹,等.2005.20世纪下半叶中国地理

环境的巨大变化:关于全球环境变化区域研究的思考[J].地理研究,24(3):345-358.[Ge Q S,Fang X Q,Zhang X Q,et al.2005.Remarkable environmental changes in China during the past 50years:a case study on regional research of global environmental change[J].Geographical Research,24(3):345-358.]

葛全胜,王芳,陈泮勤,等.2007.全球变化研究进展和趋势

[J].地球科学进展,22(4):417-427.[Ge Q S,Wang F,Chen P Q,et al.2007.Review on global change research [J].Advances in Earth Science,22(4):417-427.]

葛全胜,郑景云,郝志新,等.2012.过去2000年中国气候变

化的若干重要特征[J].中国科学:地球科学,42(6):934-942.[Ge Q S,Zheng J Y ,Hao Z X,et al.2012.General characteristics of climate changes during the past 2000years in China[J].Science China:Earth Sciences,42(6):934-942.]

黄秉维.1981.国际地理学研究动向[J].地理科学,1(1):2-10.[Huang B W.1981.Some trends of geographic re-search[J].Scientia Geographica Sinica,1(1):2-10.]

黄秉维.1996.论地球系统科学与可持续发展战略科学基础

[J].地理学报,51(4):350-354.[Huang B W.1996.On earth system science and sustainable development strategy [J].Acta Geographica Sinica,51(4):350-354.]

黄鼎成,陆亚洲,王毅.1992.我国社会发展科技工作中心议

题:协调人与自然的关系[J].中国人口·资源与环境,2(3):6-10.[Huang D C,Lu Y Z,Wang Y .1992.The cen-tral subject of discussion about our social development and scientific and technological cause:coordinate the

re-

图1陆地表层格局研究框架

Fig.1Research framework for land surface pattern

15

地理科学进展第34卷

lationships between man and nature[J].China Population, Resource and Environment,2(3):6-10.]

李双成,赵志强,高江波.2008.基于空间小波变换的生态地理界线识别与定位[J].生态学报,28(9):4313-4322.[Li S C,Zhao Z Q,Gao J B.2008.Identifying eco-geographi-cal boundary using spatial wavelet transform[J].Acta Ecologica Sinica,28(9):4313-4322.]

刘纪远,邓祥征.2009.LUCC时空过程研究的方法进展[J].

科学通报,54(21):3251-3258.[Liu J Y,Deng X Z.2009.

Progress of the research methodologies on the temporal and spatial process of LUCC[J].Chinese Science Bulle-tin,54(21):3251-3258.]

刘燕华,郑度,葛全胜,等.2005.关于开展中国综合区划研究若干问题的认识[J].地理研究,24(3):321-329.[Liu Y H,Zheng D,Ge Q S,et al.2005.Problems on the re-search of comprehensive regionalization in China[J].Geo-graphical Research,24(3):321-329.]

刘源鑫,赵文武.2013.未来地球:全球可持续性研究计划[J].生态学报,33(23):7610-7613.[Liu Y X,Zhao W W.

2013.Future Earth:global sustainability research plan[J].

Acta Ecologica Sinica,33(23):7610-7613.]

莫斯R P,李德美.1984.地理研究的科学方法[J].地理译报,

(1):54-58.[Moss R P,Li D M.1984.Scientific method

for geographical study[J].Progress in Geography,(1):54-

58.]

钱学森.1991.谈地理科学的内容及研究方法[J].地理学报, 46(3):257-265.[Qian X S.1991.Discussion on research themes and methods of geography[J].Acta Geographica Sinica,46(3):257-265.]

秦大河.2014.气候变化科学与人类可持续发展[J].地理科学进展,33(7):874-883.[Qin D H.2014.Climate change science and sustainable development[J].Progress in Ge-ography,33(7):874-883.]

宋长青,冷疏影.2005.21世纪中国地理学综合研究的主要领域[J].地理学报,60(4):546-552.[Song C Q,Leng S Y.2005.Some important scientific problems of integra-tive study of Chinese geography in5to10years[J].Acta Geographica Sinica,60(4):546-552.]

陶澍,曹军.1996.山地土壤表层水溶性有机物淋溶动力学模拟研究[J].中国环境科学,16(6):410-414.[Tao S, Cao J.1996.Leachation kinetics of water soluble organic carbon from surface horizon of upland soil[J].China En-vironmenal Science,16(6):410-414.]

陶澍,陈静生,邓宝山,等.1998.中国东部主要河流河水腐殖酸的起源、含量及地域分异规律[J].环境科学学报,8

(3):286-294.[Tao S,Chen J S,Deng B S,et al.1998.

Contents of stream humic substances in the east of China [J].Acta Scientiae Circumstantiae,8(3):286-294.]

吴绍洪,尹云鹤,樊杰,等.2010.地域系统研究的开拓与发展[J].地理研究,29(9):1538-1545.[Wu S H,Yin Y H, Fan J,et al.Retrospect and prospect of regionalization system of China.2010[J].Geographical Research,29(9): 1538-1545.]吴绍洪,赵宗慈.2009.气候变化和水的最新科学认知[J].气候变化研究进展,5(3):125-133.[Wu S H,Zhao Z C.

2009.Updated understanding of climate and water[J].Ad-vances in Climate Change Research,5(3):125-133.]

伍光和,王乃昂,胡双熙,等.2008.自然地理学[M].北京:高等教育出版社.[Wu G H,Wang N A,Hu S X,et al.

2008.Physical geography[M].Beijing,China:Higher Ed-ucation Press.]

严登华,袁喆,杨志勇,等.2013.1961年以来海河流域干旱时空变化特征分析[J].水科学进展,24(1):34-41.[Yan

D H,Yuan J,Yang Z Y,et al.2013.Spatial and temporal

changes in drought since1961in Haihe River basin[J].

Advances in Water Science,24(1):34-41.]

杨勤业,郑度.1996.关于陆地系统科学的若干认识[J].地理研究,15(4):10-15.[Yang Q Y,Zheng D.1996.Review on land system science[J].Geographical Research,15(4):10-

15.]

郑度,陈述彭.2001.地理学研究进展与前沿领域[J].地球科学进展,16(5):599-606.[Zheng D,Chen S P.2001.Prog-ress and disciplinary frontiers of geographical research [J].Advances in Earth Sciences,16(5):599-606.]

郑度,葛全胜,张雪芹,等.2005.中国区划工作的回顾与展望[J].地理研究,24(3):330-344.[Zheng D,Ge Q S, Zhang X Q,et al.2005.Regionalization in China:retro-spect and prospect[J].Geographical Research,24(3):330-344.]

郑度,欧阳,周成虎.2008.对自然地理区划方法的认识与思考[J].地理学报,63(6):565-573.[Zheng D,Ou Y,Zhou

C H.2008.Understanding of and thinking over geograph-

ical regionalization methodology[J].Acta Geographica Si-nica,63(6):565-573.]

郑景云,邵雪梅,郝志新,等.2010.过去2000年中国气候变化研究[J].地理研究,29(9):1561-1570.[Zheng J Y, Shao X M Hao Z X,et al.2010.An overview of research on climate change in China during the past2000years[J].

Geographical Research,29(9):1561-1570.] Arbogarst.2007.Discovering physical geography[M].New York,NY:Jonh Wiley&Sons.

Boyd D S.2009.Remote sensing in physical geography:a twenty-first-century perspective[J].Progress in Physical Geography,33(4):451-456.

Buyantuyev A,Wu J.2010.Urban heat islands and landscape heterogeneity:linking spatiotemporal variations in sur-face temperatures to land-cover and socioeconomic pat-terns[J].Landscape Ecology.25:17-33.

Clifford N.2009.Globalization:a physical geography perspec-tive[J].Progress in Physical Geography,33(1):5-16. Clifford N,French S,Valentine G.2010.Key methods in geog-raphy[M].2nd ed..London,UK:Sage:568.

Crutzen P J,Stoermer E F.2000.The'anthropocene'[Z].IGBP Newsletter,(41):17-18.

Ernst W G.2000.Earth systems[M].Cambridge,UK:Cam-bridge University Press.

16

第1期吴绍洪等：面向“未来地球”计划的陆地表层格局研究

Frank D C,Esper J,Raible C C,et al.2010.Ensemble recon-struction constraints on the global carbon cycle sensitivi-ty to climate[J].Nature,463:527-530.

Future Earth.2013.Future Earth initial design report[R/OL].

2013[2014-12-05].https://www.360docs.net/doc/5010828749.html,/media/fu-ture-earth-initial-design-report.

Future Earth.2014.Future Earth2025Vision[R/OL].2014 [2014-12-05].https://www.360docs.net/doc/5010828749.html,/media/future-earth-2025-vision.

Ge Q S,Wang H J,Rutishauser T,et al.2015.Phenological re-sponse to climate change in China:a meta-analysis[J].

Global Change Biology,21(1):265-274.

Gregory K J.2000.The changing nature of physical geography [M].London,UK:Arnold.

Griggs D,Stafford-Smith M,Gaffney O,et al.2013.Policy: sustainable development goals for people and planet[J].

Nature,495:305-307．

Grimm N B,Faeth S H,Golubiewski N E,et al.2008.Global change and the ecology of cities[J].Science,319:756-760.

Houghton R A.2002.Terrestrial carbon sinks:uncertain expla-nations[J].Biologist,49(4):155-160.

IPCC.2012.Managing the risks of extreme events and disas-ters to advance climate change adaptation(SREX)[R].

Cambridge,UK:Cambridge University Press:582. IPCC.2014.Climate change2014:impacts,adaptation,and vulnerability:part A[R].Cambridge,UK:Cambridge Uni-versity Press:1132.NASA.2000.Review of NASA's earth science enterprise re-search strategy for2000-2010[M/OL].2000[2014-12-05].

https://www.360docs.net/doc/5010828749.html,/openbook.php?record_id=9960. NRC(National Research Council).2010.Understanding the changing planet:strategic directions for the geographical sciences[M].Washington,D C:the National Academies Press.

Noel C.2012.Progressing physical geography[J].Progress in Physical Geography,36:298-304.

Ola U,Eva L.2013.Rendering global change problematic:the constitutive effects of earth system research in the IGBP and the IHDP[J].Environmental Politics,23(2):339-356. Pitman A J.2005.On the role of geography in earth system sci-ence[J].Geoforum,36:137-148.

Schellnhuber H J.1999.'Earth System'analysis and the sec-ond copernican revolution.Nature,402:C19-C23.

Tang Q H,Oki T,Kanae S,et al.2007.The influence of precip-itation variability and partial irrigation within grid cells on a hydrological simulation[J].Journal of Hydrometeo-rology,8(3):499-512.

Tang Q H,Oki T,Kanae S,et al.2008.Hydrological cycles change in the Yellow River basin during the last half of the20th century[J].Journal of Climate,21(8):1790-1806. Tao F L,Zhang Z,Shi W J,et al.2013.Single rice growth peri-od was prolonged by cultivars shifts but yield was dam-aged by climate change during1981-2009in China,and late rice was just opposite[J].Global Change Biology,19

(10):3200-3209.

Land surface pattern study under the framework of Future Earth

WU Shaohong,ZHAO Yan,TANG Qiuhong,ZHENG Jingyun,GAO Jiangbo,

LIANG Tao,GE Quansheng

(Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation,Institute of Geographic Sciences and Natural Resources

Research,CAS,Beijing100101,China)

Abstract:Future Earth is a global platform for international scientific collaboration,which enables integrated re-search on grand challenges and transformations to sustainability,strengthens global partnerships between re-searchers,funders,and users of research,and communicates science to society and society to science.It com-bines IGBP,IHDP,WCRP,and DIVERSITAS.Its objectives are:to provide the knowledge required for societies in the world to face risks posed by global environmental change and to seize opportunities in a transition to glob-al sustainability.It aims at scientific integration and co-production of knowledge.Analysis on characteristics of land surface pattern and its research progress shows that land surface is one of the main areas that Future Earth focuses https://www.360docs.net/doc/5010828749.html,nd surface pattern,formed by interaction of physical factors and different processes,may be taken as a fundamental regional frame for study of Future Earth.The prospective research of land surface pattern should make effort to improve the methodology to support progress of integrated research in physical geography. Key words:Future Earth;land surface pattern;global environmental change;sustainable development

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