专题：遥感与全球变化研究——编者按

全球变化,包括气候变化以及在地球内外多圈层交互作用下发生的其他环境变化.全球变化给人类和其他地球生命带来了机遇,有其积极的一面,但同时也带来了更多的挑战和负面影响.目前这种影响已经涉及地球系统的主要过程和人类活动的各个方面.例如森林的过度砍伐导致生物多样性下降,全球变暖已经导致海平面上升,同时也增加了极端气候事件和自然灾害发生的频率.全球变化在改变自然环境的同时对经济社会发展也产生了深刻影响,妥善应对全球变化的挑战是人类实现可持续发展的重要保障.     

国际湖沼学会2009年学术讨论会通知

淡水资源是人类最宝贵的资源,不仅是所有生命赖以生存的物质,也是决定社会经济发展的主要因素之一.随着全球人口的增加和社会经济的快速发展,淡水资源短缺的现象日益严重,而富营养化、有机物污染、生物入侵、土地利用变化等因素使淡水生态系统不断退化,进一步加剧了淡水资源的紧缺,甚至威胁到人类的健康与生存.同时,全球变化,尤其是气候变暖,不仅影响到降雨和淡水资源的分布,还影响到淡水生态系统和水环境的变迁,因此如何应对全球变化所带来的影响成为未来水环境保护与治理必须考虑的重要内容.     

中国酝酿“气候应对立法”

11月1日,世界各地150名多商界领袖聚首香港,出席“气候变化商界首脑峰会”,探讨新兴低碳经济发展。一天之前的10月31日,联合国秘书长潘基文在南京大学发表演讲,肯定了中国在应对全球气候挑战共同保护地球所做出的贡献。他指出,他球应对气候变化有赖于中国的领导力。     

深入探索全球变化机制——国家自然科学基金委重大研究计划的战略研究

全球变化作为历史上第一个由科学界提出的全球性政治问题,强有力地推动着学科发展.同时,国际主流意识在全球变暖问题上几十年来的巨大变化和当前面对的剧烈争论,反映出全球变化理论认识上的不成熟性.当前,我国全球变化研究已获得国家重大科学研究计划的支持,国家自然科学基金委可以集中力量支持变化机制基础理论的深入探索,从地球系统科学的高度、在更大的时空范围内研究变化机理,力争在基础理论上有所突破.全球变化的机制,主要涉及温室气体的气候效应、CO2与生源要素循环和气候系统中的水循环三大基础科学问题.建议我国针对基础问题,结合本身特色,聚集力量采取以下举措:(1)开展长期观测—科学和技术的结合;(2)穿越时空尺度—不同过程的辨识;(3)促进学科交叉—发展比较行星学等学科;(4)设置大型计划—发挥我国自然条件的优势.藉以揭示地球系统的运行机制,促使我国的相应学科尽早实现从跟踪到创新、从"原料输出型"到"深加工型"的转变.     

“年”后话地球——地质科学为社会

人类在走过了几千年的文明历程后,再一次反省与自己的终极家园——地球的关系。当联合国教科文组织和国际地科联共同发起了国际地球年的纪念活动时,其初衷十分明朗：就是要向地球人宣传地学,提高地球科学在全球的认知度。那么,我们从前的、原有的认知度不够吗？这是地球年形成的又一个共识：尽管人类的可持续发展与地球科学关系越来越密切,地球科学却并没有得到足够的重视。对比如水的缺乏、气候环境的变化、自然灾害的预防、     

“人造火山喷发”为地球降温

人类向大气中排放越来越多的二氧化碳等温室气体,造成全球气候变暖。虽然人类早已经意识到这个问题,各国也在呼吁减少碳排放,但在全球经济发展的大浪潮中,“碳减排”似乎并没有立竿见影的效果。甚至有一种观点直接指出,如果靠牺牲经济发展来达到减少碳排放,那是根本行不通的。为了抑制全球气候变暖,除了减少碳排放,是否还有其他方法呢？     

气候变化与持久性有机污染物全球循环

作为全球变化的主要表现之一,气候变暖对人类赖以生存的地球环境已经产生了不可磨灭的影响.其中,气候变暖如何影响污染物传播引起了科学家的广泛关注.持久性有机污染物(POPs)是可以进行全球传输的污染物.揭示气候变暖对POPs全球循环的影响机制对于准确理解POPs循环的过程和相关政策的制定具有重要的指导意义.本文综述了此领域近十年来的主要研究工作,总结了气候变暖对POPs排放、迁移、储存、降解和毒性的影响,简述了相关模型的特点和主要应用,并指出目前研究中存在的问题以及未来研究的主要方向.在气候变暖条件下,POPs全球循环的变化主要体现在以下几个方面:(1)全球变暖直接促进了POPs的二次排放,升温将导致POPs从土壤和海洋中挥发出来,而冰川融化、冻土退化则可以将POPs二次释放进入淡水生态系统;(2)全球极端气候(干旱和洪水)通过剧烈的地表侵蚀过程,将土壤所负载的POPs重新释放进入环境,进而改变了POPs的全球分布;(3)气候变暖条件下大气与海洋环流的变化将显著改变全球POPs的迁移路径;(4)气候变暖改变了海洋生物生产力,进而改变了海洋对POPs的储存能力;(5)部分地区水生及陆地食物链结构在气候变暖的情景下发生了明显变化,这种变化可以导致POPs在生态系统中毒性的放大;(6)尽管气候变暖在促使POPs再挥发的同时也加速着其降解的过程,但是总体上气候变暖增加了环境中POPs的总量;(7)各种模型的耦合应用对未来气候变暖情景下POPs环境行为的反馈与响应进行了预测,这些工作有助于政策和法律制定者在POPs控制措施中全面考虑气候变暖对POPs环境载荷的影响.在未来,气候变暖与全球变化的其他表现协同影响POPs的循环将是下一步的研究重点,POPs与碳循环、水循环互相关联耦合,其相互作用机制将是生态系统对气候变化适应性研究的一个新方向.     

湖泊沉积物DNA在气候环境变化和生态系统响应研究中的应用

随着气候与生态问题的不断涌现,气候环境变化与生态系统响应研究的重要性日益凸显,而传统方法逐渐难以满足深入研究的需要.现代分子生物技术的快速发展使针对湖泊沉积物的DNA分析逐渐被引入相关研究中,有效弥补了传统研究方法的不足,为研究者提供了理解过去气候和环境变化、生态系统响应的新视角.湖泊沉积物中的DNA蕴藏着丰富的生物群落演变信息,不仅是重建古气候、古环境变化历史的有力工具,更有助于研究生态系统的长期演化过程及内部机制,探讨气候环境变化及人类活动对生态系统的影响.本文分析了保存在湖泊沉积物中DNA的特点,着重介绍湖泊沉积物DNA分析在气候环境变化及生态系统响应研究中的应用,并对该技术目前存在的挑战、可能的解决方案及未来发展潜力进行了总结与展望.     

重力聚点的地球重力学性质与J2项的关系

重力聚点的概念是基于匀质椭球、水准椭球以及参数椭球各自表面重力随纬度的变化曲线在同一个纬度出现相聚的现象于2000年提出,并且当时给出了地球整体密度变化与重力聚点的关系,但是对于三种椭球表面重力曲线为什么在同一纬度相聚的原因、实际地球是否存在重力聚点以及重力聚点的地球动力学性质的阐述等方面都存在不完备性,使得重力聚点这一概念从提出至今仅停留在几何意义或数学性质上.本文将地球动力形状因子J2项作为变量,研究了地球表面重力随J2的变化规律.研究表明:该规律与“重力聚点定理”所述内容一致,从而将重力聚点与J2联系起来.由于J2的增加或减小,会导致地球表面重力在全球范围内以重力聚点(地心纬度φ=±35.264°)为分界线从北极向南极呈现出“负-正-负”或“正-负-正”的变化规律,全球地震的总体分布以及某些大地震的发生可能与此现象有关.     

地球自转的天文地球动力学效应研究(Ⅰ)--引力位和重力的变化

详细讨论了地球自转的天文地球动力学效应，地极移动和日长变化导致地球引力位系数产生时变特性并引起重力的摄动，根据理论力学的基本概念，导出了由于地球自转变化引起的地球引力位系数变化、重力摄动、垂线偏差和地球形变的表达式，并定量地研究了极移和日长变化对测站重力观测值和地球形变的影响，建议在高精度的空间大地测量中要顾及到地球自转变化引起的一系列效应。     

太阳、气候、饥荒与民族大迁移

古气候研究表明 ,近 40 0 0a以来有 4个全球气候变冷时期 ,即在公元前2 0 0 0年、公元前 80 0年、公元 40 0年及公元 1 6 0 0年左右的几个世纪———这种准周期性与太阳活动的周期性变化有关 .全球温度变化影响了地区降水形式 :在气候变冷期 ,欧洲北部变得更潮湿 ,而中低纬度地区变得更干旱 .这两种变化形式都不利于农业生产 .历史记载表明 ,历史上民族大迁移是由于庄稼歉收和大面积饥荒 ,而不是逃离战争 ,公元 2和 3世纪的日尔曼部落的大迁移就是一个例子 .化石燃料的燃烧引起二氧化碳的加速排放 ,这终将会导致全球变暖 ,不过历史记载表明 ,总体来说 ,全球变暖对人类是一个福音 .反之 ,全球变冷会导致农业减产、饥荒和民族大迁移 .也许当前最重要的任务不是用计算机来模拟温室效应对全球气候的影响 ,而是进行水利和农业研究以确保不断增长的人口的食物供应 .     

外强迫因子变化在2003年夏季旱涝预测中的作用

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟实验室研发的全球海洋－大气－陆面过程气候系统耦合模式（IAP/LASG GOALS 40），对比分析了考虑和不考虑气候的外强迫因子（太阳活动、温室气体及硫酸盐气溶胶）变化对2003年夏季中国区域的短期气候预测的影响.结果发现，由于外强迫因子变化的影响，模式模拟的中国区域2003年夏季降水距平的分布比不考虑这种变化时更接近实况，它有效地改善了无外强迫变化时模式模拟预测的中国区域降水不真实偏大的缺点，使一些地区的模拟降水量值减小，范围扩大，位置北抬.更重要的是，由于考虑了外强迫的变化，GOALS耦合模式很好地模拟出了2003年夏季淮河流域较大的降水正距平区，同时相应的500 hPa环流场的模拟也有较大的改进.     

地球自转与El Nino--波动理论

考虑地球自转速率随时间的变化,应用描写低纬的地球流体(大气和海洋)的浅水模式方程组,分析了地球自转速率变化对低纬大气和海洋波动的影响.研究指出:地球自转速率的变化不但会直接影响纬向风和洋流的变化,而且通过Kelvin波的传播导致海平面和海温的变化,从而导致El Nino现象的产生.所以,地球自转速率的变化是影响全球气候变化的重要因素之一.     

氧循环与宜居地球

氧是影响地球宜居性的重要因素,其与复杂生命体的形成和演化有着千丝万缕的联系.研究全球氧循环有助于我们了解地球系统的演化过程,剖析地质历史时期地球宜居性的形成,从而帮助我们预估地球系统的未来变化.近几十年来,氧循环的研究在地质学、地球化学、地球生物学、海洋科学和大气科学等领域取得了重大进展,这丰富了我们对地球系统的认识.然而,这一系列的研究工作都是在各自领域独自开展的,由此导致我们对氧循环这一关键科学问题的理解较为片面,对地球科学各个圈层之间的相互作用缺乏完整的认识.本文提出了地球系统五大圈层相互耦合的理论框架,阐明了氧循环在地球系统科学中起到的纽带作用,全面总结了多时间尺度上氧循环的研究,特别关注了大氧化事件、大灭绝事件以及大气氧含量和物种进化之间的潜在联系.深入理解地质历史时期氧循环与生物多样性之间可能的联系,对探索地球宜居性的历史演化和未来具有深远的意义.自从进入人类世以来,地球系统在人类活动的强迫下已逐渐偏离其既定轨迹,氧循环也因此产生了强烈的响应.我们认为如果不及早干预,人类活动对氧循环的干扰可能会大大降低地球的宜居性.     

球形地球模型的地震位错理论及其应用

地震位错理论是研究地震断层滑动与地球物理场变化之间关系的理论,是震源机制、地球内部构造、地震预测等基本地球物理问题与大地测量、地球物理观测数据之间的联系纽带。被广泛使用的半无限空间介质模型的位错理论,由于其几何模型的限制,在地震变形和地球动力学等应用研究中会导致一定程度的误差。此外,现代大地测量技术可以在全球和区域尺度上精确地观测地震变形,亟需一个适用于全球地震变形研究的地震位错理论。为此,本团队基于球形地球模型,经过多年系统性研究,建立了地震位错理论新体系。所构建的球形地球模型的地震位错理论,促进了全球地震变形和地球动力学变化的研究,是近年来地球物理学领域取得的重要理论进展之一。本文简要地介绍了国内球形地球模型地震位错理论的发展及其应用研究。首先,介绍了弹性球形地球模型、三维不均匀地球模型和黏弹地球模型的位错理论;其次,介绍球形地球模型的位错理论在地球动力学变化研究、断层与地下介质结构反演和地震大地测量学研究方面的相关应用;最后,对球形地球模型的位错理论的发展方向作出展望。      

GNSS测站坐标非线性变化影响机制的研究

对影响地球参考框架稳定度与精确度的地球动力学因素进行深入研究,能更好地促进毫米级地球参考架的建立.而研究GNSS测站坐标的非线性变化及其相关机制,是实现毫米级地球参考框架的前提,也为提升GNSS坐标精度、研究地球物理因素等提供参考.首先研究了GNSS测站坐标非线性变化的影响机制与理论改正模型,给出了季节性温度效应、地表物质负荷效应、GNSS周年性系统误差和高阶电离层延迟这四种因素的研究进展,并提出了在机制和模型研究方面一些改进的方向.然后通过以高阶电离层延迟对GNSS测站坐标时间序列的影响为例,进行分组实验,研究了高阶电离层延迟对GNSS测站坐标非线性变化的影响,并进一步将影响进行了量化.研究结果有助于对测站坐标非线性变化的机制做出更精确合理的解释,同时也有助于削弱与限制高阶电离层延迟对建立高精度地球参考框架的影响;为我国北斗地球参考框架的建立与维持提供了可靠的理论基础,具有一定的参考价值.     

全球MS≥8.0地震和中国大陆MS≥7.0地震发生与地球自转速率变化的关系

利用1963—2017年间中国大陆地区29次M_S≥7.0地震和全球范围内42次M_S≥8.0地震资料,根据地球自转速率季节性变化计算了它们的相位角,分析了它们的相位角分布,利用统计检验方法对它们与地球自转季节性变化之间的关系进行了检验。结果是:中国大陆地区M_S≥7.0地震,约81%的地震发生在地球自转速度季节性变化加速初期和高值点附近-减速初期,在α=0.001显著性水平下通过显著性检验。全球范围发生的M_S≥8.0地震,约68%的地震发生在地球自转速度季节性变化低值点附近,在α=0.001显著性水平下通过显著性检验。      

青藏高原现代湖泊变化与考察初步报告

青藏高原广布的湖泊敏感地记录着气候与环境变化过程的信息．因它在地球中、低纬度地区最少受人类活动干扰,环境的演化变迁忠实地反映了纯自然过程,因此继南、北极之后,青藏高原正在成为研究全球变化的新的热点地区．青藏高原上的湖泊绝大部分为封闭湖盆,湖泊水位的变化直接记录着流域内的水量平衡变化过程．可敏感反映气候的变化．湖泊水化学性质记录了湖泊自身的演化历史,湖泊沉积物则包含着丰富的湖泊物理、化学、生物的沉积过程信息,这些过程与气候、环境演变又有着密切的关系．为了探讨湖泊沉积物和湖泊水体中的物理、化学、生物…     

断块构造的垂直运动对海平面变化的影响

全球气候变暖固然是导至海平面上升的重要原因，但地球体积变化、构造作用和均衡作用等引起洋盆体积最终导致海平面变化，也是不容忽视的因素。本文以华南沿海地区为例，初步探讨断块构造的现代垂直运动对海平面变化的影响，以供更大范围人的研究参考。     

气候变化的天文理论

地球气候变化在１０～１００ｋａ（千年）的时间尺度上表现出规则的周期性,它们主要受轨道日射变化控制,并能被很精确地计算到几百万年。根据Ｍｉｌａｎｋｏｖｉｔｃｈ创立的天文理论,轨道变化是通过改变日射的季节分布和纬度分布来影响气候的。黄赤夹角４１ｋａ的周期改变日射的纬度分布,而气候岁差以１９ｋａ和２３ｋａ的两个周期改变日射的季节分布。作为对轨道日射变化的响应,全球气候在１０～１００ｋａ的时间尺度上按照气