全球变化研究进展和趋势

第22卷第4期2007年4月地球科学进展A DVAN CE S I N E AR T H S C I E N C EV o l.22　N o.4A pr.，2007文章编号：1001-8166（2007）04-0417-11全球变化研究进展和趋势*葛全胜1，王　芳1，陈泮勤2，田砚宇1，程邦波1（1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京　100101；2.中国科学院资源环境科学与技术局，北京　100864）摘　要：概述了国际全球变化研究计划（E SSP、I G B P、W C R P、I H D P、D I V E R S I T A S）新近的研究战略调整和研究重点，在对国际全球变化研究成果综合分析的基础上，总结了全球变化研究的阶段性理论进展，归纳了全球变化研究的特点和趋势。

关　键　词：全球变化；地球系统科学；进展和趋势中图分类号：X21 文献标识码：A 随着全球环境问题的日益突出和全球变化趋势的发展，从地球系统科学的角度审视全球变化，促进人类社会的可持续发展已经日益受到人们的关注。

当前以I G B P、W C R P、I H D P、D I V E R S I T A S和E SSP为代表的国际全球变化研究组织和计划的活动正在蓬勃开展，全球变化研究已取得重要的阶段性进展，世界主要国家在新的科技战略布局中也都重视全球变化领域的研究，全球变化研究方兴未艾，呈现出明显的发展特点和趋势。

1　全球变化研究计划新进展1.1　地球系统科学联盟（E SS P）的新发展2001年由全球环境变化四大科学计划W C R P、I G B P、I H D P和D I V E R S T RA S联合组建的E SSP有力的促进了地球系统科学系列重大研究计划的交叉与合作，促进了地球系统的综合集成研究，增进了人们对复杂地球系统的认识和理解。

E SSP开展的工作主要集中在以下方面：启动联合研究计划、开展区域性活动、进行地球系统分析模拟以及组织召开全球变化开放科学大会。

1.1.1　启动联合研究计划E SSP成立之初设立了4项有关碳、食物、水和人类健康问题的联合计划，目前4项联合计划均已启动（表1）。

上述每项计划都是与人类生存和可持续性发展密切相关的关键性问题，计划的开展均采取综合集成、跨学科交叉的研究方法。

E SSP设立4项联合研究计划的主要目的是综合研究地球系统变化及其对全球可持续性的影响，建立与社会直接相关的研究议程。

1.1.2　关注区域问题的研究E SSP特别重视与地方科学团体进行合作，开展大量的区域研究工作。

1992年成功发起了S T AR T （全球变化分析、研究和培训系统计划），致力于加强全球变化研究的能力建设，特别注重发挥发展中国家的作用，现已建立东亚、东南亚、南亚、非洲、地中海等区域网络系统。

随后E SSP又启动了一系列全球变化区域集成研究计划，如以南美洲亚马孙流域热带雨林破坏及其环境影响评价为核心的L B A （亚马孙大尺度生物圈大气圈实验）、以非洲干旱为核心的区域集成研究项目A MM A（非洲干旱区域研究项目）、以人类活动与季风气候的相互作用及其与全球变化的联系为核心的M A I R S（季风亚洲区域集成研究项目），都是区域研究的成功范例，也为今*　收稿日期：2007-03-06；修回日期：2007-03-16.*基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目“C N C- I GB P活动开展及全球变化决策咨询”（编号：K Z CX2- Y W-314）；和“我国减缓气候变化的碳汇管理与适应气候变化的对策研究”（编号：K Z CX2-Y W-305）；科技部国际科技合作重点项目“中德全球环境变化联合研究”（编号：2005 D F A20010）资助.　作者简介：葛全胜（1963-），男，安徽安庆人，研究员，主要从事全球变化及历史地理研究. E- m a i l：g eqs ＠i g s n r r. a c. c n*通讯作者：王芳（1979-），女，山西阳泉人，硕士，主要从事全球变化相关研究. E-m a i l：w angf＠i gs n r r. a c. c n表1　E SS P联合研究计划T a b l e1　J o i n t p r o j ec t s of E SS P计划名称主要研究目标启动年份项目办公室所在地负责人G C P理解控制碳循环的根本机制与反馈，解释当前的碳源和碳汇格局，发展未来碳循环动力学2001澳大利亚、日本、中国和欧洲M i ke R aupach博士，G C P科学委员会主席，澳大利亚联邦科学与工业研究组织G ECA F S制定解决全球环境变化对食物供应影响的战略，分析食物系统适应G E C所引发的环境与社会效应2001英国N ER C生态与水文中心J o hn I ng r am教授，G ECA F S执行官员，N ER C生态与水文中心G W SP在地球系统研究框架内，理解地球系统变化与水系统之间在局地到全球尺度上的相互作用与反馈，进而服务于可持续的水系统管理2001德国波恩大学E ri c C r a s w e l l教授，G W SP执行官员G EC H H理解全球变化（包括大气组成变化、水循环、食物与织物生产生态系统、城市化、生物多样性变化等）与人类健康的关系2006尚未成立 注：G C P（全球碳计划）、G ECA F S（全球环境变化与食物系统）、G W SP（全球水系统计划）、G EC H H（全球环境变化与人类健康）后全球变化研究奠定了开展区域研究的基础。

同时，E SSP不断加强与政府间全球变化研究网络的联系，包括I A I（美洲间全球变化研究所）、A P N（亚太全球变化研究网络）、E NR I C H（欧洲全球变化研究网络）等，通过与跨政府间全球变化研究网络的合作，E SSP在跨国家的地区性重要区域的全球变化研究方面发挥了重要作用［1］。

1.1.3　开展地球系统分析模拟E SSP业务工作的核心是同化来自I G B P、I H D P、W C R P和D I V E R S I T A S4大全球变化计划不同领域的数据和信息，把地球系统作为一个整体开展深层次的分析和模拟工作①。

（1）推动I G B P-A I M E S（地球系统综合分析与模拟计划）和W C R P-W G C M（W C R P耦合模拟工作组）的综合研究。

目前在A I M E S和W G C M合作基础上，通过综合集成的方法与手段，E SSP正在积极开展地球系统模拟工作。

A I M E S是I G B P最新推出的一项计划，主要开展地球系统数据分析、模式分析与模拟等工作。

W G C M主要开展气候耦合模式的开发与评价、采用耦合模式研究十年至百年尺度自然气候变率及其可预报性、预测气候系统对自然作用和人类活动变化的响应以及发展数据同化手段。

E SSP将通过综合集成A I M E S和W G C M的研究成果，开展地球系统层次的分析与模拟，以期提高对地球系统的新认识。

（2）在地球系统的分析与模拟中集成人类因素和生物多样性变化因素。

目前E SSP正在开展一些集成人类因素的分析模拟计划与研究倡议，其中包括T O G（奥斯陆小组）的工作和由G C P发起的有关碳循环模型开发的研究倡议。

T O G是由I G B P和I H D P共同实施的一个研究网络，主要致力于自然—社会科学集成的方法学和理论方面的研究；G C P发起的有关碳循环模型开发的研究倡议主要目标是发展新的综合集成碳循环模型，在碳循环模型的分析与模拟中充分考虑生物物理过程与能源系统动力学、土地利用变化以及制度/政治变化等之间的关系。

生物多样性变化也将是E SSP在下一步地球系统分析模拟工作中予以重点考虑的方面。

1.1.4　组织召开开放科学大会全球变化开放科学大会是E SSP学术交流活动中最重要的一项内容，旨在推动全球变化领域的学科交叉和集成研究，计划每5年召开一次。

E SSP第一次开放科学大会于2001年7月在阿姆斯特丹成功举办，主题为“一个变化星球的挑战”；E SSP第二次开放科学大会于2006年11月在北京召开，主题为“全球环境变化：区域挑战”。

第二次开放科学大会进一步巩固和完善了E SSP的研究框架，会议期间新启动了2项科学计划和研究项目即G EC H H和M A I R S，拓展了全球环境变化研究的深度和广度。

第二次开放科学大会全体报告共14个，分组报告共1431个，报告主题和研究内容方面，仍继续关注区域问题研究，其中非洲、亚洲等区域为重点关注地区。

同时，全球变化研究与可持续发展紧密关联，注重考虑与人类生活密切相关的环境安全、风险管理、灾害预防、政策制定、人类健康、土地安全、水资源安全等自然和社会的综合问题。

1.2　世界气候研究计划（W C R P）新发展为了应对新的科学挑战和迎接新的机遇，W C R P于2005年提出了新的“地球系统的协调观测814 地球科学进展 第22卷①h t t p：//w w w. e ss p.o r g/e n/a bout-u s.h t m l；h tt p：//w w w.e ss p.o r g/e n/i n t eg r a t ed- r eg i onal-s t ud i es.h t m l；h t t p：//w w w.e ss p.o r g /e n/e s-m ode ll i ng. h t m l和预报”C O P E S战略计划。

这是W C R P在2005—2015年的战略框架，其目标是促进对地球系统变率和变化的分析与预测，使成果能够在更广泛的实际运用中得到体现，为社会提供直接相关的、有益的和有效的产品和服务［2］。

1.2.1　提出未来10年的挑战和机遇（1）无缝隙预测问题。

目前对于连续预测问题有一种新观点，即应该减小短期预测和长期气候预估之间的区别，实现不同时间尺度上气候事件的无缝隙预测。

短期气候和天气会对长期气候行为有重要的影响；较长时间尺度气候变化的区域影响主要会通过较小尺度特征的变化（包括一些极端事件）来反映。

基于上述认识，气候模式应当采用尽可能高的分辨率来运行，即能连续反映短时间尺度气候事件。

（2）更广泛的气候/地球系统预测。

在气候/地球系统的预测模式中，耦合不同地球系统分量，将会产生不同的气候行为结果，因此需要发展综合集成的、考虑地球系统不同分量的气候/地球系统预测模式。

（3）可预报性问题。

导致预测结果不确定性原因主要包括初值的影响、边界条件的影响、气候系统变化的非线性过程以及模式精确性等［3］。

需要减少预报中的不确定性，因为不确定性往往导致预测的失败，这对减少气候/地球系统预测中的不确定性、增加可预报性提出了新的挑战，需要建立新的理论和观测方法。