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清华教授:地球系统功能退化,我们该咋办?

2017年01月11日 13:30 来源于 财新网
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人类活动具备了与地质力量相当的改变地球环境的能力

  撰文 | 宫鹏(清华大学地球系统科学系)

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  1.全球环境变化危及人类持续发展

  近二百年来,许多地球系统功能变化是负面的,其中全球变暖全球生态系统功能退化与丧失是全球变化的突出标志。这些全球环境的负面变化正在降低地球的宜居性,危及人类健康和社会的可持续发展。

  造成地球系统功能负面变化的主要原因是18世纪以来的化石燃料大量使用、人口快速增长和人均物质消费量增加、伴随农地和城市扩张的森林和湿地面积减少、以及1950年以来化肥和农药的大量使用等人类活动。由于人类活动具备了与地质力量相当的改变地球环境的能力,有人提出我们进入了新的地质时期——人类世!

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  ►中国城市1990~2010发展速度分布图 

  来源:《科学通报》

  诚然,今天没有比人类对生物圈更大的影响。生物物种灭绝的速度比地球生命演化史上背景灭绝速度要快1000倍以上,超过地球史上任何一次生物大灭绝的速度。人类文明面临有史以来最大的考验,即全人类能否共同应对当下日益严峻的全球环境变化挑战从而保持社会的可持续发展。

  2.全球变化研究需重构科学体系

  全球变化指由自然和人文因素引起的地球系统功能的全球尺度的变化。这些变化主要包括大气与海洋环流、水循环、生物地球化学循环、以及生态系统服务功能等的变化。对全球变化现象及其规律的认识需要重构科学体系,建立教学科研机构。

  因此地球系统科学应运而生。它以地球大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、以及人类活动之间的相互作用机制为对象,采用物理学、化学和生物学的手段研究关键物质元素和能量在各圈层之间的循环与转化,并对它们进行监测和定量模拟,来理解和预测全球变化过程。

  地球系统科学既继承了行星科学、地质学、气象学、海洋学等以研究自然力为主的传统地学学科,又发扬了地理学和生态学等集成自然和生命系统过程的地学学科优势。而它与这些传统地学学科的最大区别在于其把全球作为一个系统,采用综合的系统观测、多学科交叉、和定量化的手段来研究。它特别关注不同组成部分间的物质和能量交换过程。多学科交叉的直接结果就是推动了生物地球化学和生物地球物理学的诞生和发展。他们是地球系统科学的核心基础学科。

  从上世纪90年代开始,欧美大学纷纷设立地球系统科学研究机构。例如,加州大学欧文分校于1991年设立了地球系统科学系,而斯坦福大学2007年设立了环境地球系统科学系,后更名为地球系统科学系。两个系都避开固体地球过程,聚焦于地球大气、海洋、陆地气候和生态系统过程的教学和研究。而在传统学科以全球变化的特定方面为研究对象的人数则以万计。

  3.中国全球变化研究渐入佳境

  在我国,早在20世纪80年代,任美锷、刘东生、叶笃正、施雅风、杨怀仁、秦大河等地学家以海平面、冰川、黄土、东亚季风等为对象研究第四纪以来的气候和环境变化。

  曾庆存等老一辈气象学家用计算机模拟气候变化,为我国全球变化领域培养了许多学科带头人。叶笃正、安芷生、秦大河等院士带领我国科学家走向世界,参与国际地圈与生物圈计划、联合国政府间气候变化专门委员会、未来地球等国际计划,建立了广泛的国际合作基础。

  而陈述彭等老一辈地理学家推动利用遥感和地理信息系统技术参与发展地球系统科学。南京大学于2000年成立了国际地球系统科学研究所,聚焦于地球观测与陆地生态系统碳循环研究与研究生教学。我国2007年之前的全球变化研究,多集中在传统地学学科,虽然参与人员多,但是比较分散,国家研究投入也比较低。

  2007年,徐冠华院士组织国内相关学者通过近一年的研讨,提出我国全球变化研究急需加强的四个方面,即人类活动与全球变化的关系、地球系统模拟、地球系统观测与数据同化和全球变化经济学。倡议突破国界做全球研究,突出学科交叉和定量化,加强数据共享,增设国家基础研究方向,推动高校利用综合学科优势开展全球变化研究。2010年以来,我国全球变化研究进入蓬勃发展期

  4.中国全球变化研究的机遇与挑战

  中国政府有解决全球变化问题的决心,科研教学机构不断设立,而且有持续的国家项目支持,我国全球变化研究获得空前机遇。同时,国家和社会对我国全球变化研究者提出了更高要求。其中之一就是降低对全球变化认识、监测和模拟方面的不确定性。

  例如到2100年将全球平均升温控制在2摄氏度,甚至在1.5摄氏度以下,我国能源结构、农业生产布局、近海岸居民生产生活需要做出那些调整?全球环境变化对我国“一带一路”战略实施会产生什么影响?我国发展清洁能源会给当地气候、环境、和社会经济发展带来什么影响?未来气候变化和海平面上升会对我国公民健康和其他福祉造成什么影响?

  此外,如何向国家和社会及时有效地传达并解读关于全球变化研究的科学发现,使政府和个人做出正确决策?这些都是需要进一步努力解决的问题。

  然而,我国开展全球变化研究也面临很多挑战。最大的挑战来自人才缺乏和缺少灵活的交叉人才评价和激励机制。全球变化问题复杂,需要很多具备交叉能力的科研人才。但是这方面的人才十分缺乏,有必要从全球吸引优秀人才。尤其是给予不懂汉语的学者更多帮助,需要国家对他们倾斜支持。

  而且这个行业从事不同学科的交叉人才有不同的市场竞争力,例如计算机等工科人才在市场上能够享受较高待遇。为了保留人才,全球变化研究的机构需要提高这类人才的待遇。

  《知识分子》是由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,致力于关注科学、人文、思想

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