中国全球变化的研究方向^*

陈宜瑜

　　关键词：全球变化；全球变化研究；集成研究；研究方向；可持续发展；中国
　　中图分类号：X21　　文献标识码：C　　文章编号：1001-8166(1999)0319-05

　　90年代以来，国际社会特别是国际科学界已广泛地认识到人类正面临着重要而急迫的全球环境问题，全球变化研究成为当今人类社会共同关注的研究“热点”。
　　从科学的角度来看，全球环境问题的产生是地球大气圈、水圈、岩石圈、生物圈相互作用并与人类活动相互影响的结果。因此，与其说全球变化研究是科技界为迎接全球环境为主体的挑战而作出的科学行为，不如说是当代人类为维持自身生存和可持续发展而必须为之的任务。今天，我们集聚在此探讨中国全球变化的研究方向，探讨CNC-IGBP的工作计划以及如何在中国开展全球变化研究，这是人类社会关注全球环境问题统一行动的缩影，是中国社会各界保护地球、维持人类可持续发展行为的表现，更是保证我们全球变化研究事业得以成功开展的社会背景的具体表现。
　　下面我提出中国全球变化研究方向的若干设想就教于各位，以期为奠定21世纪的中国全球变化研究基本框架提供参考。这些设想参照了当今国际前沿的思想、参照了国内部分学者，包括与会的有关专家的意见，还考虑了我们已有的基础和中国科技体制改革大背景，但它需要与会各位专家的修正和补充，需要社会各界朋友的问疑和评议。我希望经过在座诸位的努力，此次会议提出的“中国全球变化研究方向”是经得住推敲的、科学的，是符合中国国情并具有前瞻性的。

1　国际研究趋势
1.1　全球变化研究的总趋势
　　经过十多年的发展，国际全球变化研究已向更深入的方向发展，主要体现在：
　　(1) 从所关注的实际问题看，已从一般性全球变化问题向既具有区域性特点又有全球意义的环境问题发展；
　　(2) 在研究深度上，从一般性的理解描述向全球变化的预测和最佳响应方向发展；
　　(3) 在研究方式上，从多学科的介入、联合和渗透向更高层次的综合集成发展；
　　(4) 在组织形式上，由于WCRP、IGBP和IHDP计划的形成，从而使这三大计划的连接和融合更加得到重视。因此，本次会议明确提出将上述3个计划的中国国家委员会融为一体，建立新的全球变化国家委员会；
　　(5) 在理论研究与实际应用的结合上，更加强调研究成果的转化，强调尽快将全球变化研究的最新成果用于决策部门和为地区社会经济发展服务，使研究计划能最大限度地得到政府和公众的认同和支持，从而保证计划的持续推进和最终目标的实现。
1.2　未来的工作重点——更高层次上的综合集成
　　当前国际科学界面临着严峻挑战：人类究竟在多大程度上认识了地球的本性?IGBP将通过高层次的综合集成，为迎接这一挑战提供关于地球本质的更好认识，并准确回答在可能面临的环境灾害面前，地球是脆弱和易受冲击的呢?还是强劲并具有适应能力的呢?
　　(1) 关于集成研究。IGBP主席Moore III先生在IGBP科学咨询委员会第5次会议(SAC-V)(1998年9月于肯尼亚内罗毕举行)上指出：过去3年来，IGBP取得了对人类社会及科研活动有重大影响的进展，提出了“集成”(synthesis)的概念，并成功地进行了实践。IGBP认为“集成”不是“综述”(review)，两者间有着本质差别。“集成”是将不同的甚至相反的思想和观点、群体的或个体的行为、不同类型的要素和力量，整合成统一的或协调一致的整体(行动)，以达成一个明确的目标［特别是指将不同的或相反的思想和观点整合成一种理论(系统)］；“综述”则指针对一个主题或一个问题所进行的一般意义上的考察或评估。“综述”和“总结”(summary)是集成过程中的重要组成部分，但“集成”的关键是通过对所有主题的各个方面的研究结果进行综合以获取新的概念，并使(原有)认识水平提高到一个新的高度。因此，“分析”(analysis)和“解释”(Interpretation)是“集成”过程中关键的组成部分。IGBP指出，“集成”研究中的一个重要方法是“自上而下(top down)”和“自下而上(bottom up)”的方法的交叉运用。作为集成的一个案例，IGBP的核心计划GCTE的经验表明，集成更多的体现了预测性和前瞻性，而“综述”则侧重对现有工作的检查、评述及从中引出的结论。
　　GCTE对陆地碳循环的集成就是一个很好的例子。在此问题中，集成充分体现了在主题领域中的研究，并对重大争论提出了极富挑战性的问题。它针对最新的有关大气中二氧化碳浓度升高对整个生态系统的影响、气候变化对生态群区的影响以及为满足人口快速增长的需要带来的一系列问题，提出了以下极富挑战性的科学问题：从长远的观点看，陆地生态系统是否是大气二氧化碳的汇?集成现有的研究结果，GCTE认为，在下世纪初陆地生态系统很可能成为大气二氧化碳的一个净源。加之，京都会议协定和出于政治上的考虑，这一估计正使得科学界加大对陆地碳汇特点研究的投入，特别是有关未来这个汇的大小和真实性、可靠性的研究。
　　借鉴GCTE的经验，IGBP的其他4个核心计划BAHC、JGOFS、IGAC和PAGES将在未来2年内在计划层次上进行综合集成、评述和讨论。这些活动将在互联网上展开，其讨论结果将在IGBP的《News Letter》上刊出。与上述活动平行但滞后半年，IGBP将对更为广泛的全球变化问题进行综合集成。这些问题包括生物地球化学循环与地球系统的功能等，GAIM将在这方面发挥核心作用。
　　(2) 集成研究的具体作法。集成研究围绕着以下5个方面展开：
　　^.全球大气化学是如何发生作用的?在痕量气体的生消中，生物过程起着什么作用?
　　^.全球变化是怎样影响陆地生态系统的?
　　^.土地利用、海面升高和气候变化如何改变海岸生态系统，其后果是什么?
　　^.海洋生物地球化学过程是如何影响和响应气候变化的?
　　^.过去发生过什么重大的气候和环境变化，原因何在?
　　其中，GAIM提出了4个研究方向，包括：
　　^.什么控制着地球系统主要的生物地球化学要素的分离?什么类型和过程使得C、N、P、S、Fe以及其他重要的生源要素被分离?
　　^.生态系统的变化是怎样与物理气候系统相互作用的?主导过程是什么?气候变化如何影响海洋及陆地生态系统，这些过程的潜在气候影响是什么?
　　^.大气中辐射和化学性质活跃的气候组分是如何与物理气候系统相互作用的?什么控制着CO₂、CH₄、N₂O、NOx、NMHC及CO的源和汇?它们的浓度变化是如何影响气候变化的?
　　^.在给定物理与生物地球化学循环耦合系统的理解基础上，未来自然与人类活动相互作用的特点是什么?
　　IGBP集成的另一个可供采纳的思路是其核心计划LUCC的科学会议提出的一系列研究领域。这些研究领域重点强调人类社会在地球系统中所起的作用，提出应加强IGBP与IHDP之间的联系。它包括以下研究方向：
　　^.地球主要元素循环的特征?在受到扰动时，它是呈现强健(robust)和缓冲(buffered)呢?还是脆弱和易变的?
　　^.地球生物圈的主要特征?脆弱还是强健的?生物圈是怎样与人类活动及环境相互作用的?
　　^.过程的空间特征?(局地区域、全球尺度上)地球变化的类型和相互作用?
　　上述两条思路所提出的研究方向并非互相排斥，而是互补的，从而为如何进行集成提供了一个基本框架。
　　IGBP的集成会议将在2000年或2001年初召开，这次会议将为科学家提供一个极好的机会来讨论集成的成果。
1.3　新的研究方向
　　GCTE通过集成，提出了以下8个新的研究方向：
　　(1) 自然与社会科学的集成。在不远的将来，需要加强合作，以推动自然与社会科学的集成，提高正在进行的全球变化影响的综合评估能力。
　　(2) 持续发展与全球变化。持续发展与全球变化密切相关，全球变化将制约着未来持续发展战略的制定。因此，我们怎样才能有效地将那些与研究和应用有关的活动与政策和资源管理所需的有效产品有机地结合起来。
　　(3) 变化速率。地球各圈层一直在不断地变化着，但人类活动引起的全球变化比自然活动造成的某些变化更为剧烈，从而带来一系列严重问题。为确保自然生态过程不造成破坏性扰动，我们必须研究全球变化的安全速率，人类应进行什么样的努力才能减缓全球变化并使其达到预定的安全速率。
　　(4) 全球变化驱动力的相互影响。全球变化各要素不是相互独立而是相互影响的，我们应该研究如何用更好、更有效的方法研究陆地生态系统的相互作用以及全球变化驱动力的综合影响，而不仅仅考虑驱动力—响应—影响这一线性链。
　　(5) 气候情景。尽管在模拟气候过程的能力方面已有较大改进，但在气候变化对生态系统的影响方面仍知之甚少。能否提高气候预测能力以获得真实的区域尺度的自然情景和极端事件的发生频率。
　　(6) 生理学与植被结构之间的相互作用。发展并研究生理学与植被结构相互作用的新的集成研究方法，从而获得在多个时空尺度上认识全球变化相互作用及其对生态系统影响的整体图像。
　　(7) 宏观过程。许多动力扰动和人类活动对陆地生态系统的直接影响是宏观尺度的。我们能否提高对它们的认识，以帮助资源管理者充分理解并重视全球变化，从而提高对斑块尺度和全球尺度上全球变化影响的认识。
　　(8) 生态系统复杂性与恢复。如何定量认识生态系统复杂性、生物多样性与生态系统恢复之间的关系，以及全球变化对上述关系影响的途径。

2　中国全球变化研究进展
　　经初步评估，中国全球变化研究在以下几个方面取得了进展，其中部分进展属国际先进水平，在国际上占有一定的地位。
2.1　古环境、古气候研究
　　利用冰心、黄土沉积、湖泊沉积、孢粉、树木年轮和历史文献重建了过去100万年、1万年，以及300年来的中国环境要素演化序列，受到国际学术界广泛关注。PAGES 1998年度研究报告中，我国学者安芷生、王绍武、姚檀栋等的研究成果已被正式采用。
　　此外，过去几年里，刘东生院士领导的PEP-Ⅱ办公室，孙鸿烈院士主持的“青藏高原”研究，中国科学院地理研究所、国家气候中心、复旦大学、北京大学、北京师范大学关于历史时期气候序列重建、土地利用及气候变化影响的评价、重大历史环境事件的成因等研究，以及通过各种代用资料建立的古环境、古气候数据库目前也逐渐为国际所认可和重视。
2.2　极端环境事件的预测和防治研究
　　1998年，我国长江流域、三江平原遭受了几十年不遇的洪涝灾害。我国学者在洪涝灾害的预测、监测、灾害损失评估等方面进行了大量卓有成效的研究。这既为国家防汛指挥部门防灾、抗灾提供了依据和保障，也大大促进了我国极端环境事件的预测和防治研究。国家气象局关于突发天气事件和长周期天气过程的研究，中国科学院地面卫星站、遥感所对于环境事件的实时监测研究达到了国际先进水平。
2.3　全球变化适应研究
　　适应研究是当今国际全球变化研究特别关注的前沿领域，也是《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)谈判各方立论和商谈的重要基础，由于缺少先进的、综合的全球和区域模式，我国开展适应研究的条件相对较差。近年来我国学者结合国情，通过自然科学和社会科学的交叉、历史资料的重新挖掘，走出了一条开展适应研究的新路。
2.4　关于驱动力研究
　　继提出季风驱动的生态系统概念后，我国学者在季风系统的动力过程，东亚地区气候模拟，以及古季风北界、季风对于华北平原的土地覆盖的影响、青藏高原的作用等方面的研究取得了一定进展。
　　其中，通过对中国北部3个有代表性观测站点(分别位于温带针叶林区、温带草地和半沙漠地区)的资料分析所建立的中国生态过渡带气候生态系统模型已逐步完善，部分研究结论已为国际全球变化研究领域所接纳。
2.5　痕量气体源、汇监测和机理研究
　　青藏高原上空臭氧监测、四川双流稻田甲烷监测、中国部分大城市上空大气质量研究，以及工业能源使用对农业生态系统、森林生态系统C、N、S、P的影响等方面均取得了一批具有国际水平的成果。
2.6　极地研究
　　以秦大河为代表的一批关于极地的环境演变序列、极地与全球气候变化的关系等方面的研究成果已得到国际学术界的认可。
2.7　资料收集和共享
　　中国科学院地球科学网络数据库正在上网运行，中国生态研究网络(CERN)的数据收集工作也取得了一定的进展。
　　此外，在过去的几年内，中国在全球变化研究的其他方面也取得了可喜的进步(如区域可持续发展研究、水循环研究、滨海环境和资源研究、海洋动力学过程研究等方面取得了进展)，其中部分研究成果处于国际领先水平。

3　中国全球变化研究方向
　　由于全球变化研究涵盖了大气、海洋、地理、地质、地球物理、环境、生物、生态、能源、人口、经济、社会等学科，因而仅对中国全球变化研究的方向予以提纲挈领地论述，所涉及的具体领域或任务也只是举例性的，是不全面的。
3.1　全球变化与可持续发展适应研究
　　全球变化可能会干扰我国北方森林的自然演替、造成积雪减少以至部分消失和淡水供应的短缺，气候增暖将导致海平面上升并进而威胁到我国沿海地区的生产和生活。更为重要的是，全球变化将引发人类社会人文方面的一系列变化，如人口迁移和重新分布、生活方式的变化、经济系统的重构，等等，并最终影响到一个区域、一个国家，乃至全球可持续发展的模式、措施、目标和进程。
　　另一方面，科学研究表明：人类活动已经给我们的地球生态系统造成了显著的影响，人类通过自身的社会、经济行为正在扰动或改变着自然界的各种自然过程。
　　从本质上来说，当今全球变化的问题已超出了纯粹科学的范畴，而更多地涉及到人类社会的政治、经济、文化、宗教等诸多方面。因此，任何有关可持续发展方面的研究、思考和实践，必须结合并融入全球变化的研究中。
3.2　全球变化与国家安全研究
　　最近，部分青年学者提出了一个很值得关注的问题——全球变化中的中国国家安全问题，这与陈运泰院士等关于“地球科学对国家利益和国家安全具有重要意义”的观点不谋而合。
　　全球变化将可能在两个方面构成对我国国家安全的潜在威胁。一方面是来自在全球变化大背景下我国与发达国家之间以及与周边国家之间存在的利益冲突；另一方面是来自国内因资源和环境问题所引发的地区间的冲突。
　　从国际上来看，全球变化对我国国家安全的影响包括两层含义：一是作为发展中国家，我国对环境与发展问题的处理在今后相当长一段时间内会与发达国家的利益相左。1997年在东京UNFCCC谈判桌上，发达国家联合起来要求我国承诺消减二氧化碳的排放量即是一个最好的例证。二是全球环境变化会引发我国与周边国家的矛盾和冲突。例如，我国的越境酸雨、领海资源利用及流域水资源利用等，都潜伏着发生冲突的危险。
　　从国内来看，全球变化会引发地区或区域间的矛盾和冲突，表现为不同地区或利益集团为了自身生存和发展的需要而争夺日益稀缺的资源。黄河干流自1972年出现自然断流现象以来，断流频率越来越高、断流河段越来越长、断流天数越来越多。鉴于黄河沿岸居民对黄河水的依赖，黄河水的断流业已威胁到部分地区人民群众的生存和发展。在有些地方，因争夺水源已多次发生区域性冲突甚至械斗。
　　同时，全球变化还会通过引发或加剧自然灾害威胁到我国的国家安全。虽然在全国军民的共同努力下，我们战胜了1998年百年一遇的长江流域大洪水，保住了大部分堤岸的安全，并使损失降到了最小，但必须看到的是，引发我国各类自然灾害的潜在威胁并没有消失，特大自然灾害随时都有再次爆发的可能。一旦引发成为大灾，对灾民的安置、救济以及灾区的重建等若出现大的疏漏都将严重威胁到国家的安定与发展。
　　鉴于全球变化和国家安全之间的复杂关系，进行跨学科、多角度、综合性、协同研究已成为我国科学界的当务之急。
3.3　地球系统演化关键过程和机理研究
　　全球变化研究的目标是更好地理解和把握地球系统是如何演化的，因此，我们必须强化地球系统演化的一些关键过程和机理的研究。
　　(1) 过去1万年、2 000年时间尺度上人与环境变化作用过程及关键事件成因研究。
　　^.环境变化的时空特征，特别是关键气候环境变化事件及成因；
　　^.环境变化的影响；
　　^.人类社会对环境变化的响应与适应过程研究。
　　(2) 过去300年土地利用和土地覆盖变化的过程和驱动力问题。
　　^.土地利用和土地覆盖变化的作用辨识与评价，包括物理、生物、化学、人文因素的作用过程和强度；
　　^.土地利用是怎样变化的?特别是全球或区域尺度上历史时期土地利用变化过程与速率
　　^.人文因素如何影响土地利用，包括人口总量、密度、技术、富裕程度、政策与政治结构、经济发展、所有权、价值观等的作用。
　　(3) 大气中痕量气体的“温室效应问题”
　　^.与人类活动有关的温室气候的排放量、浓度的变化；
　　^.全球大气化学成分是如何控制的；
　　^.陆地生物圈的源汇作用过程问题。
　　(4) 气溶胶的“阳伞效应”和云对辐射的制约问题
　　^.与人类活动有关的硫酸盐、硫酸二脂等气溶胶和火山气溶胶的“阳伞效应”问题；
　　^.云辐射作用问题，包括云高、云量、云状、云厚变化对辐射的吸收和反射作用及参数化等。
　　(5) 海洋中的物理过程和生物地球化学过程(WOCE、TOGA、JGOFS)。
　　^.物理过程，包括热量的储存、海洋环流、变率、热容量和热惯性、厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)事件；
　　^.生物地球化学过程，包括源汇作用(生物泵)、通量交换(气、海、海底)、生态系统结构变化及影响。
　　(6) 生物在全球水循环中的作用(BAHC、GEWEX)。
　　^.地球系统中水分是怎样循环的，大气过程、陆面过程、海洋过程如何；
　　^.植物生理过程对水循环的影响；
　　^.水环境引起的物理、化学变化以及能量的重新分配；
　　^.区域水资源如何变化?大尺度水文模式、耦合模式的建立与模拟。
3.4　相互作用研究
　　(1)自然系统和社会系统相互作用研究。
　　^.流域治理问题；
　　^.重要或敏感区域可持续发展问题(如青藏高原、北方农牧交错带等)；
　　^.农业生态问题；
　　^.森林生态问题。
　　(2)自然系统内部子系统的相互作用研究。
　　^.陆气相互作用，包括陆气耦合过程及陆面过程参数化等；
　　^.海气相互作用，包括海气耦合过程，海洋对气候的调节等；
　　^.陆海相互作用，包括陆地物质特别是营养元素对海洋的输入及影响等。
3.5　预测研究
　　回答未来十年到百年范围内全球将发生什么样的变化，在很长时间内仍将是全球变化研究所应关注的重要课题。目前建议努力的方向是：
　　^.全球变化的可预测性研究；
　　^.全球变化的预测理论和方法研究；
　　^.全球变化信息的综合分析研究；
　　^.全球环境变化早期强信号捕捉和监测研究；
　　^.全球及区域环境系统模式研究。
3.6　数据收集和共享
　　区域和全球尺度上相应研究计划的基础数据和衍生数据的收集与整编，为实现数据共享，改善资源的可集成性、可操作性和分布访问能力，从而最终为全球变化研究的集成、保证决策支持系统分析结果的时效性提供必要的数据基础。目前有以下几方面工作：
　　^.区域研究计划与全球变化研究核心计划间的信息交流；
　　^.为使区域研究纳入国际计划，核心计划在区域专题研讨会和区域工作科学家间进行充分的讨论；
　　^.向核心计划提供其尚不了解的区域性的专门知识；
　　^.在区域研究网络中加强培训与能力建设。

*本文是作者在1999年5月4日在兰州召开的国际地圈生物圈计划中国全国委员会(CNC-IGBP)1999年度工作会议上的报告。

作者简介：陈宜瑜，男，1999年4月出生,中国科学院副院长,院士,研究员,国际地圈生物圈计划中国全国委员会(CNC-IGBP)主席。

作者单位:中国科学院，北京　100864