地球系统科学发展方向与趋势

首先从人类面临全球性的重大问题、地球系统的全球化和地球系统科学与传统地球科学三个方面介绍了地球系统科学提出的背景；在此基础上，阐述了地球系统科学国内外研究现状；然后详细介绍了地球系统科学的概念与研究方法，主要内容有研究思路、基本概念、地球系统过程、全球-区域信息获取、海量信息处理和分析及系统模型等；第三构建了地球系统科学理论基础，主要内容包括：地球系统的连续动态系统、离散动态系统、地球系统的随机性、地球系统的自组织和地球系统的简单巨系统与复杂巨系统；然后重点介绍了地球系统科学子系统与各圈层相互作用的动力学模型与效应；第四，概述了地球系统的数字表达---数字地球和地球系统科学是可持续发展战略科学基础。最后，简述了中国开展地球系统科学研究的方向和面临的主要科学问题。     

区域土地利用变化驱动力研究前景展望

区域土地利用变化驱动力研究旨在从典型区域角度揭示土地利用变化背后的真正动因及其作用机理，进而动态模拟、预测区域土地利用变化过程。土地利用系统的自组织性及其内驱动因子作用的复杂性，决定了其研究必须与某一特定区域相联系，以便确定合适的可定量指标来体现外生驱动因子的驱动效果。系统地识别土地利用系统在不同控制状态下的驱动因子及其多种时空尺度效应，建立具有综合模拟的区域土地利用变化动态模型，能减少土地利用系统通常受临界值域和突变所左右的局面。区域土地利用变化驱动因子识别、区域土地利用变化驱动机制分析、区域土地利用变化驱动过程模拟等的研究现状表明，为更好地理解区域土地利用变化的机制和原因，测度现有及未来土地利用变化的速率、过程和地点，支持政府相关决策的制定与实施，促使区域土地利用变化向有利于人类的方向发展,区域土地利用变化驱动力分析应优先考虑以下研究领域：①驱动力因子识别及其作用效应的尺度依赖性；②驱动力因子的贡献量化及其在具体区域的非均一分布；③驱动力因子作用过程的自然反馈机制模型化。 [HT5H]关〓键〓词：[HT5K]     

九十年代固体地球科学及超大型矿床研究若干进展

90年代，国内外地学工作者将现代科学的新方法、新技术应用于地球科学研究中，通过深海钻探、高温高压技术与地球物理手段等多种方法综合研究，致使在：地球的核-幔组分；CO2的起源、全球变化及其与成矿的关系；岩石圈的演化与缺氧事件、生物灭绝、海底扩张及成矿的相关性等诸多固体地球科学研究领域，均取得了若干最新的认识和重要进展。本文还对超大型矿床及分散元素成矿机制等的研究新进展分别作了阐述，并提出在华南和西南地区要重视晋宁期和喜山期成矿作用的研究。     

地理学研究进展与前沿领域

现代地理学涵盖自然地理学、人文地理学和地理信息科学，其发展趋势是：相邻学科的交叉、渗透与融合，加强地理学内部的综合研究，地理过程的微观研究进一步深化，结合实践拓宽应用研究领域，实验与研究手段的现代化，理论思维模式的转变。地理学应在陆地表层过程与格局、全球环境变化及其区域响应、自然资源保障与生态环境建设、区域可持续发展及人地系统的机理与调控、地理信息科学和数字地球战略等前沿领域开拓创新，为促进地球系统科学的发展、协调人地关系等做出积极的贡献。     

地球系统动力学模式和模拟研究的进展

概述地球系统动力学模式的由来及国内外目前的研究和模拟进展。地球系统动力学模式是描述全球气候以及生态和环境系统的整体耦合演变的数学表达。利用他作大规模数值模拟,以便认识和预测全球和区域的气候和生态环境变化,有效应对防灾减灾和规划可持续发展等。目前国内外尚未完全研制出可供实用的地球系统模式,还须二三年时间。     

英国全球环境研究的国家战略——英国全球环境变化政府机构间委员会专家组报告(摘要)

英国全球环境研究的国家战略——英国全球环境变化政府机构间委员会专家组报告（摘要）１理论基础与活动范围英国全球环境研究（ＧＥＲ）致力于地球系统各种过程问题的调研。其综合目标是：识别、解释、预言人为活动导致的全球环境的变化和自然变率的来龙去脉；评估这些变...     

土壤圈在全球变化中的意义与研究内容

土壤圈是地圈系统的组成部分，它处于地圈系统，即气圈、水圈、生物与岩石圈的交界面，是最活跃、最富生命力的圈层、土壤圈的物质循环是全球变化中物质循环的重要内容，因此，研究土壤圈及其物质循环的结构与功能，对全球变化，特别对全球土壤变化有密切关系。土壤圈在全球土壤变化中的研究内容包括：土壤圈与地圈各圈支的物质循环；水土资源的时空变化；土壤肥力变化与农业持续发展，区域治理与环境建设等，这些都是全球土壤变化，     

全球变化科学的进展

全球变化科学对揭示和理解人类赖以生存的地球系统运转的机制、变化规律及人类活动对地球表层环境系统的影响具有重要的意义。从深海氧同位素曲线的建立与米兰科维奇理论的发展、高分辨率冰芯记录的研究、短周期气候变化、突变事件的发现、南北半球古气候对比的研究以及我国学者对过去全球变化研究的贡献等角度论述了地球环境变化历史的研究进展；并在对温室效应和全球气候变暖、臭氧洞、土地利用和土地覆盖的变化以及水资源等研究和现代观测资料分析的基础上，阐述了人类活动对地球环境的影响；提出了当前全球变化科学研究的发展趋势以及在新世纪全球变化科学所面临的挑战。     

土壤圈在全球变化中的意义与研究内容

土壤圈是地圈系统的重要组成部分，它处于地圈系统，即气圈、水圈、生物圈与岩石圈的交界面，是最活跃、最富生命力的圈层。土壤圈的物质循环是全球变化中物质循环的重要内容，因此，研究土壤圈及其物质循环的结构与功能，对全球变化，特别对全球土壤变化有密切关系。土壤圈在全球土壤变化中的研究内容包括：土壤圈与地圈各圈层的物质循环；水土资源的时空变化；土壤肥力变化与农业持续发展，区域治理与环境建设等，这些都是全球土壤变化，特别是中国全球变化的主题，应引起高度重视。     

国际地球科学发展态势

从学科发展的角度综述了20世纪80年代以来地球科学研究在思维方式、研究对象的时空尺度、研究内容、研究形式、组织形式、信息交流、方法手段等方面所发生的深刻变化，指出地球科学已经进入地球系统科学时代和为人类社会经济可持续发展服务的时代。进入21世纪，地球科学研究的主要趋向、热点与重点问题是：①突出地球系统科学，关注全球变化与地球各圈层相互作用及其变化的研究，以及人类活动引发的重大环境变化研究；②突出地球演化的动力过程研究，关注地球内部深层过程与岩石圈动力学、气候系统动力学与气候预测、生态系统动力学与生态环境的保护和建设；③突出地球信息科学，关注数字地球、3S（GIS、DIS和GPS）一体化和地球科学定量化的研究趋势；④突出地球管理科学，关注减灾防灾、环境保护治理、资源合理开发利用以及碳循环、水资源、食物与纤维、能源战略等问题；⑤突出地球科学跨学科研究进展与创新，关注经济社会发展对地球科学的影响与需求，重视地球科学在自然科学内部与其他学科的交叉融合以及高新技术在地球科学中的应用。     

全球变化与人类活动的相互作用--我国下阶段全球变化研究工作的重点

全球环境变化与可持续发展是当今人类社会面临的两大重要挑战。IGBPⅡ在探索地球系统变化规律的同时,力图将全球变化与可持续发展更紧密地结合,为人类社会的可持续发展提供科学背景和依据。根据国际全球变化研究发展的动向与我国的具体情况,今后我国全球变化与人类活动相互作用研究的重点应放在那些兼备显著区域特色和国际影响力的重大科学问题上。其中值得着重解决的10个科学问题包括：水循环与水问题、人类活动与区域碳循环过程、季风亚洲的人类活动与气候集成、土地利用/土地覆盖变化与陆地生态系统变化、人类活动与大气气溶胶、边缘海及海陆过渡带与人类活动、全球变化的影响与适应性、过去环境变化与中华文明、建设全面小康社会与温室气体减排国际谈判的科学支持、全球变化与人类活动相互作用研究基础信息平台建设。     

全球变化的区域适应研究：挑战与研究对策

全球变化的适应研究不仅将成为今后一个时期内科学研究的重点,而且会成为国际社会关注的焦点。全球变化的适应可理解为人类社会面对预期或实际发生的全球变化的系统功能、过程或结构所产生的影响而采取的一种有目的的响应行为,其核心是趋利避害。对全球变化的适应是人类应对全球变化策略的明智选择,中国经济的快速发展面临全球变化影响的挑战,建议积极开展全球变化的适应研究。     

全球变化过程的数学模拟和定量预测

本文首先介绍了全球变化过程数学模拟问题的由来、主要研究内容和重要意义,进一步讨论了全球变化过程综合模拟的数学模型及其已经取得的进展和系统分析的可能应用,然后介绍了过去全球变化过程的数学模拟以及已有的部分区域性工作基础和几种数学方法的可能应用。作者综述了GCM模型的应用现状和存在问题,并讨论了全球变化过程的定最预测,分析了若干新技术的可能应用,提出了对开展此项工作的看法和建议。     

对地球系统科学的几点认识

地球系统科学将是２１世纪地球科学的主旋律,它被定义为：“将地球作为一个整体来伯全部知识;对地球的气圈、水圈、生物圈和岩石中的各种作用及各层圈间相互作用时间进行的研究”。此种学术思想可追溯到１００多年前,见於文字也有近二十年。它对当代地学的发展起了重要的推动作用,有四个特点：地球现象的远距离相互联系、影响;内动力和外动力研究一体化;地质作用和生物作用研究一体化;一类活动作为地球系统的一部分。当前地球系统科学的发展也提出了一些新问题,主要的是：在学术思路上对与岩石圈有关的地质作用有所忽视;观察研究系统不全面;还未深人到资源形成和小环境的研究中。近年来的观测试验表明,发生在岩石圈的各种地质作用正积极参与垒球各圈层间的物质能量交换。对它们的忽视,可能正是目前一些生物地球化学循环模型无法平衡的原因。     

大规模高性能地球系统建模及模拟集成框架的研究

完整的地球系统包含大量的物理元素,这些元素相互作用影响,导致我们整个地球不断变化,甚至会产生地球灾害。高性能计算机的出现为这个复杂系统的研究开辟了新的道路——高性能计算模拟。文中详细介绍并分析了地球系统建模及模拟研究从最初单个物理模型的模拟到多个物理模型紧耦合模拟,再到软件框架集成模拟这一整个发展历程。重点介绍了三个由美国多个研究团队开发的建模框架:日地系统建模框架(SWMF),地表系统建模框架(ESMF),固体地球系统建模框架(GeoFramework)。然而这些基于特殊领域的框架仍存在一些缺陷,尤其是三个框架中的物理模型无法互操作,无法集成,从而无法实现从太阳到地核这一跨越整个地球空间的完整地球系统的建模及模拟。为了解决这些问题,文中提出了采用近年来新提出的适用于大规模高性能科学计算的标准组件规范CCA构建整个地球系统的模拟及分布式协同工作平台——分布式高性能地球系统建模集成框架(DHEMF)。DHEMF以其特有的面向服务基于组件的特性,使其能够解决地球系统模型(组件)的建模、集成、应用、管理、互操作等复杂问题,并最终实现完整地球系统的模拟及预报。     

试论工程地质作用的时间尺度问题

地球系统科学对全球变化进程的研究中特别关切对人类有意义的时间尺度上的作用与发展.对几十年到几百年的时间尺度上的工程地质作用进行了探讨.岩石风化作用既是地壳固体物质形态转变的重要途径,也是产生块体运动灾害的必要前提条件,其类型和强度受区域气温及降雨条件的控制;水的侵蚀作用的区域性规律受地貌成因和气候条件的制约,它对陆地环境的最大冲击是对海洋、湖泊及水库岸滩带的侵蚀和改造;流水的溶蚀作用可在几十年内对可溶岩类地区产生影响.人类活动可对自然地质作用的强度、频率和速率产生重要的影响,如酸沉积物是人类活动的间接产物,会对人类环境产生多方面的效应.探索地质作用对长期运行或永久性工程的负效应尤为迫切,需要开展及时的研究.     

青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究进展

青藏高原地区特殊的大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈等多圈层相互作用过程及其变化,不仅对青藏高原及其周边地区的气候格局和变化有重要影响,而且对东亚、北半球乃至全球的环流形势和异常产生深远影响。为此,全球变化研究重大科学研究计划于2010年9月启动了"青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究"项目,旨在开展青藏高原环境、地表过程、生态系统对全球变化的响应及其对周边地区人类生存环境影响的综合交叉研究,以揭示青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响机制,提出前瞻性的应对气候变化与异常的策略,减少其导致的区域自然灾害的损失。项目实施近3年来,开展了青藏高原首次"星—机—地"综合立体协同观测试验和大规模地气相互作用综合观测试验。在遥感结合地面观测估算青藏高原地表特征参数和能量通量方法,高原地区上对流层和下平流层结构,高原季风与东亚季风和南亚季风之间的内在联系,中国及青藏高原地区太阳辐射和风速的年代际变化趋势,青藏高原春季感热源减弱及其对亚洲夏季风和中国东部降水的影响,以及极高海拔地区土地覆被格局等方面取得了一些突出进展。     

Climate Change and Silk Road Civilization Evolution in Arid Central Asia: Progress and Issues

Arid central Asia is one of the regions most sensitive to global climate change, as well as the region with dramatically hydrological changes and fragile ecosystems. The region includes the main body of the ancient Silk Road, which played a key role in the cultural exchange and the rise and fall of Silk Road civilization. Scientific assessment of the risks faced by the sustainable development of human society in the arid central Asia under the background of global warming is a major scientific issue that has received much attention. The study of the relationship between cultural exchange, development of Silk Road civilization and climate change can provide a scientific basis for understanding the evolution rules of human-land relationship on different timescales in this area. This study summarized the research progress in the history of cultural exchanges, the rise and fall of Silk Road civilization, climate change during the Holocene, forcing mechanisms of climate and hydrological change on different timescales, as well as the process and rule of human-environment interaction. On this basis, we proposed that the study of the temporal and spatial patterns of Holocene climate change and the evolution of Silk Road civilization in arid central Asia, as well as the research on the interaction mechanisms between human and environment, are obviously insufficient. Solving the problems of regional imbalance of climate change and cultural evolution in arid central Asia and strengthening the cross-disciplinary study of geoscience and archaeology are effective ways to promote the study of climate change and changes of Silk Road civilization, which has important scientific and practical significance for understanding the evolution of human-land relations in the region, coping with the challenges of climate change, and serving the “One Belt, One Road” strategy.     

亚洲中部干旱区气候变化与丝路文明变迁研究:进展与问题

亚洲中部干旱区是对全球气候变化响应最为敏感的地区之一,也是水文变化剧烈和生态环境脆弱的地区。该地区包括了古丝绸之路的主体,在东西方交流和丝路文明兴衰历史中发挥了关键的作用。科学评估全球增温背景下亚洲中部干旱区人类社会可持续发展面临的风险,是广受关注的重大科学问题。东西方交流和丝路文明发展历史及其与气候环境变化关系的研究,可为认识该地区不同时间尺度人地关系演变的规律提供科学依据。通过总结东西方交流与丝路文明兴衰历史、亚洲中部干旱区全新世气候变化过程、多时间尺度气候一水文变化机制以及人与环境相互作用的过程与规律等领域的研究进展,提出目前亚洲中部干旱区全新世气候环境变化时空格局和丝路文明演化的过程,以及人与环境相互作用机制的研究存在明显不足。破解亚洲中部干旱区气候变化和文化演化研究区域不均衡问题,加强地学与考古学等多学科交叉研究,是推进气候变化与丝路文明变迁研究的有效途径。这对理解该地区人地关系演化规律、应对气候变化带来的挑战、服务国家“一带一路”倡议具有重要的科学价值和现实意义。