清华教授：地球系统功能退化，我们该咋办？

►中国城市1990~2010发展速度分布图  

来源:《科学通报》

撰文 | 宫鹏（清华大学地球系统科学系）

责编 | 李晓明

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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，其中全球变暖和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！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。

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全球变化研究需重构科学体系

在科学研究的话语中，全球变化是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内在规律的认识需要重构科学体系，建立相应的教学科研机构。不仅如此，解决全球变化问题，需要包括政府、企业、非政府组织以及每个公民个人在内的全社会的智慧和行动。

在科学层面，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，以期达到对全球变化过程的理解和预测的目的。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。

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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。于是，北京师范大学于2008年成立了全球变化与地球系统科学研究院。清华大学于2009年成立地球系统科学研究中心，2010年成立跨计算机、环境、能源、经济多学科的全球变化研究院。2012年，由北京师范大学和清华大学牵头联合北京大学、南京大学等国内优势单位成立全球变化协同创新中心。2016年，复旦大学成立大气科学研究院，中国地质大学（武汉）设立大气科学学科，均为培养本科生做出准备。2016年12月30日，清华大学成立地球系统科学系，开始为招收培养地球系统科学本科生做准备。2010年科技部设立全球变化研究重大科学研究计划，该计划于2016年变成“全球变化及应对”重点专项。同时，国家自然科学基金委也加大了对全球变化研究的支持力度。可以说，2010年以来，我国全球变化研究进入蓬勃发展期。

在政策层面，2015年，联合国通过了通往2030年的“后2015可持续发展目标”，并就减缓气候变化达成协议。反映了各国应对全球环境变化的决心。但是如何实现这些目标需要全人类的智慧和行动。中国是世界上人口最多，1978-2015年间新增城市人口约占世界同期增量的26%。近年导致全球变暖的温室气体年排放量最高（占全球2015年全球总排放量30%），而且是空气污染、水污染、土壤污染异常严重的国家。因此，我们理应为实现世界可持续发展目标做出重要贡献。近年来，我国逐步担负起应对全球气候变化的重任，在应对气候变化、消灭贫穷与饥饿、人人享有健康方面制定了一系列政策和行动措施，为2030年实现世界可持续发展目标提供了保障。

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中国全球变化研究的机遇与挑战

综上所述，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。此外，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。在人才培养方面，多数学生对开展交叉学科研究没有思想准备或缺乏兴趣。因此，需要及早发现培养优秀学生，建立更有效的激励措施。这就要求全球变化研究方向在招生名额上具有更多的灵活性，学习年限上更多的弹性，在激励办法上更多的选项。对全球变化研究人员的评估和奖励也有特殊性。开展全球变化研究，需要学者们跨出自己长期习惯的领域在其他学科开展研究寻求合作。这个过程，有探索，有磨合，需要更多时间，同时还有被原学科边缘化的风险。因此，他们在自己的单位和社会上都需要额外的支持，这种支持既包括对新职员适当延长评估年限，还包括给予长期稳定的经费和交叉学科研究生培养名额支持。评议来自不同学科的全球变化研究者，必须兼顾他们自身学科特点和开展交叉研究的成效。短期内要解决上述困难需要用人单位建立更灵活的管理制度。

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