本教材系统介绍了全球变化科学产生的背景及研究的主要问题和方法、全球环境演变中的渐变与突变、厄尔尼诺和温盐环流对全球气候变化的影响、温室效应与全球变暖、人类文明发展与全球变化的关系、世界人口增长与资源能源开发带来的环境问题、国际和中国应对气候变化的主要公约、低碳发展和减排行动峰会、应对资源环境问题对策等。本教材对全球变化中的每一重大事件或现象都尽可能从观测事实、过程、机理和未来预测四个方面科学地加以说明,注重引导和培养高校各专业学生用宏观思维和多学科交叉手段去分析国际国内复杂的人类活动与全球环境变化互动影响问题。
本教材第二版是教育部研究生工作办公室**的研究生教学用书,此次第三版补充和修订后也适用于高校通识课程和本科生教学。 全球变化科学导论-(第三版)_朱诚谢志仁李枫_科学出版社_

**篇 全球变化研究的基本问题
第1 章 全球变化科学产生的背景及其研究内容和意义
1.1 全球变化科学产生的背景
1.1.1 全球变化科学���生的过程
全球变化(global change) 作为一个科学术语和一门交叉学科, 是随着全球环境问
题的出现和人类对其认识程度的不断深化而提出并发展起来的。全球变化科学的精髓是
系统地球观, 强调将地球的各个组成部分作为统一的整体来加以考察和研究, 将大气
圈、水圈、岩石圈和生物圈之间的相互作用和地球上物理的、化学的和生物的基本过程
之间的相互作用, 以及人类与地球之间的相互作用联系起来进行综合集成研究。在全球
变化科学领域内, 不仅有地球科学内部各分支学科之间的交叉, 有自然科学内部地球科
学、信息科学、宏观生态学、自然灾害学、环境科学等学科之间的融合, 也涉及自然科
学与社会科学之间的渗透。全球变化科学的诞生和迅速发展反映出现代科学发展的高度
交叉与综合。
全球变化是一组规模**的大型国际科学计划的代名词, 它包括1979 年开始的以
研究物理气候过程为主要内容的“世界气候研究计划” ( WCRP) , 1984 年开始的以研
究地球系统中生物地球化学过程为主要内容的“国际地圈生物圈计划” (IGBP) , 1995
年开始的以研究人类与地球环境变化相互关系为主要内容的“国际全球环境变化人文因
素研究计划” (IHDP) , 1992 年开始的以地球上生物多样性问题为主要内容的“生物多
样性计划” (DIVERSITAS) , 以及其他一系列相关的国际计划。目前全球变化已成为
发展*迅速、*活跃的前沿科学领域之一, 在全球范围内, 数以万计的科学家正进行着
数百个国际合作研究项目。
以IGBP 为代表的全球变化研究的酝酿始于20 世纪80 年代初。1982 年, 在国际科
学理事会(International Council of Scientific Unions , ICSU) 第19 届全会举办的纪念
国际地球物理年25 周年大会上, G.D.Garland **提出了物理过程与生物过程相互作
用的观点, 并将其与自然界尚未揭开的“奥秘” 联系起来。1983 年美国**研究委员
会( United States National Research Council , NRC) 在麻省理工学院伍兹霍尔研究所
召开“国际地圈生物圈计划讨论会” 。同年, 美国**航空和宇宙航行局( National
Aeronautics and Space Administration , NASA) 成立地球系统科学委员会(Earth Sys-
tem Science Committee , ESSC) , 提出要将地球上相互作用的各组成部分作为一个统一
的整体来进行回顾, 并为全球性的地球研究提出战略性规划。1984 年ICSU 第20 届大
会组织了一次广泛的讨论会, 正式开始了对全球变化研究的讨论。1986 年ICSU 第21
届大会后很快组成了一个由19 人组成的国际地圈-生物圈计划(又称为全球变化研究,
IGBP) 科学委员会, 在J.J.McCarthy 教授领导下, 经过**率工作, 于ICSU 第22
届大会上提出了全球变化研究的计划大纲, 1990 年在ICSU 第23 届大会上提出执行计
划并获得通过。IGBP 的组织机构如图1-1 所示。
IGBP 的研究分为1987~1990 年的制定计划阶段, 20 世纪90 年代初至21 世纪前
10 年的计划实施阶段, 当时计划将进行长达20 年的持续观测。IGBP 的**阶段于
2003 年结束, 并以出版一套系统全面、集成了IGBP 和相关研究的系列丛书为标志。
IGBP 的第二阶段(2004~2013 年) 是在**阶段研究和综合的基础上, 以强化科学计
划形式而开始的。截至2005 年底, IGBP 在阶段I 完成了6 个核心计划, 即BAHC
(1991~2003 年) 、IGBP-DIS ( 1993~2001 年) 、GCTE ( 1992~2003 年) 、JGOFS
(1988~2003 年) 、GAIM (1993~2004 年) 、LUCC (1994~2005 年) (详见后文及图
1-4) 。为适应更综合的地球系统科学研究的挑战, IGBP 于2006 年以来又制定了一系列
新的核心计划(详见2.2 节) 。
以下是**届IGBP 国际组织成员表(表1-1) , 当时我国叶笃正院士是成员之一。
进入21 世纪以来, 由ICSU 指定的近年IGBP 成员组成见表1-2 和表1-3 。
1.1.2 全球变化科学应运而生的背景
全球变化科学是在时代发展、科学进步、人类活动的强烈影响和社会需要的背景下
产生的, 主要表现在以下几个方面。
1.硬件条件
对地观测技术的发展, 特别是卫星遥感技术提供了对整个地球系统行为进行长期、
立体监测的能力。在20 世纪末, 全球国际性应用的探测器和预测预报系统已有约1000
个高空站、10 000 个气象站、3000 个飞行器、7000 艘充气船、500 个浮标、长期立体
动态信息库, 还有全球海洋观测系统、全球陆地观测系统、全球气候观测系统。
2.社会需求
由于强烈的人类活动和社会经济的飞速发展, 目前在全球范围内产生以下十大环境
问题, 急需国际社会合作共同解决。①
(1) 大气污染: 近两个世纪以来, 特别是过去100 年以来, 人类活动对大气成分的
影响急剧上升。人类燃烧煤和石油向大气排放的SO2 约为160 × 109 t , 比自然界大气的
SO2 高2 倍, 有的地区高出10 倍以上; 化石燃烧和生物质燃烧排放出比自然界本身更
多的NOx , 在大范围造成光化学烟雾(陈泮勤等, 2004) 。世界卫生组织( WHO) 估
计每年约有240 万人因吸入微细空气颗粒物PM2.5 而过早死亡(UNEP GEO4 Report ,
2008) 。
(2) 温室气体排放和气候变暖: 工业革命以来, 人类对大气环境的影响已经超过了
人类历史上的任何时期。由于人类活动所产生的全球温室气体排放在1970~2004 年增
加了70 % , 2005 年大气CO2 浓度值已经远远超出了根据冰芯记录得到的0.42 MaB.P.
以来浓度的自然变化范围(180~330ppm ② ) 。人类的农业活动则要对CH4 和N2 O 浓度
增加负主要责任: 全球大气中CH4 浓度从工业革命前的715ppb③ 增加到了20 世纪90
年代初的1732ppb , 2005 年更达到了1774ppb , 远远超过了过去65 万年来自然因素引
起的变化范围(320~790ppb) ; N2 O 浓度从工业革命前的270ppb 增加到了2005 年的
319ppb 。
(3) 臭氧层破坏: 平流层臭氧已经受到人造CFCs 所释放氯的严重破坏, 其中*引
人注目的是10 月南极地区。在20 世纪90 年代, 南北两个半球的中纬度地区均出现了
臭氧逐年减少的现象( Kump et al., 2010) 。而有限的观测资料证实, 北半球8km 以
下大气中的臭氧正以每年大约1 % 的速度增加, 南半球则未发现这种趋势。自1750 年,
对流层臭氧总量估计增加了36 % , 相反平流层中的臭氧大约减少了几个百分点。通常
认为, 臭氧变化对全球平均辐射强迫的贡献约为- 0.15 ± 0.10W/m2 ( IPCC/ TEAP
Special Report , 2005) 。
(4) 土地退化: 每年全球5 × 104~7 × 104 km2 耕地变为沙漠, 另有21 × 104 km2
耕地完全丧失生产能力。地球陆地的1/3 处于干燥地区, 全球约10 亿人生活在受沙
漠化威胁的地区。联合国环境规划署称, 今后20 年内每年为控制沙漠化至少要耗资

序言
第三版前言
**篇 全球变化研究的基本问题
第1章 全球变化科学产生的背景及其研究内容和意义
1.1 全球变化科学产生的背景
1.2 全球变化研究的主要内容及意义
思考题
第2章 全球变化科学的*新进展
2.1 地球系统科学联盟的建立
2.2 国际地圈-生物圈计划的进展
2.3 世界气候研究计划的进展
2.4 国际全球环境变化人文因素计划的进展
2.5 生物多样性计划的进展
2.6 全球变化研究进展的特点和趋势
思考题
第3章 全球变化的主要特征与过程
3.1 全球变化的时空谱特征
3.2 全球变化的驱动力
3.3 全球变化的三大循环过程
3.4 冰期-间冰期与米兰柯维奇理论
思考题
第4章 史前时代与工业革命以来全球环境的比较
4.1 史前时代的全球环境
4.2 工业革命以来的全球环境
思考题
第二篇 全球变化研究的主要方法
第5章 过去全球变化的重建
5.1 古生物学记录
5.2 黄土堆积与古土壤信息载体
5.3 深海沉积物氧同位素记录
5.4 冰岩芯记录
5.5 石笋记录
5.6 环境考古
5.7 其他记录
思考题
第6章 遥感与地理信息系统在全球变化研究中的应用
6.1 遥感技术与全球变化研究
6.2 地理信息系统与全球变化研究
6.3 地理信息技术在全球变化研究中的应用实例
思考题
第7章 全球变化的综合研究方法
7.1 全球模式
7.2 社会经济模式
思考题
第三篇 以自然为主的环境演变
第8章 自然环境突变事件
8.1 天体撞击事件
8.2 气候突变事件
8.3 其他突变事件
思考题
第9章 全球冰雪圈变化
9.1 全球冰雪圈状况
9.2 冰川与全球变化
思考题
第10章 全球海面变化
10.1 海面变化的基本概念
10.2 海面在历史时期和近期的变化
10.3 未来海面变化趋势及其对人类的影响
思考题
第11章 ENSO与温盐环流
11.1 厄尔尼诺
11.2 南方涛动
11.3 温盐环流
11.4 ENSO及THC对全球气候变化的影响
思考题
第12章 青藏高原隆升及其环境效应
12.1 青藏高原隆升过程
12.2 青藏高原隆升的环境效应
思考题
第13章 臭氧层的破坏及其环境效应
13.1 紫外辐射及其生物效应
13.2 臭氧损耗及其对人类生存环境的影响
思考题
第四篇 人类活动与全球变化
第14章 温室效应与全球变暖
14.1 气候变化的观测事实及其影响
14.2 地球大气组成的变化与温室效应
14.3 人类活动对气候变化的影响
思考题
第15章 世界人口与资源环境问题
15.1 人口问题
15.2 植被破坏
15.3 生物多样性锐减
15.4 土地资源问题
15.5 水资源短缺和水污染问题
15.6 能源与矿产资源存在的问题
15.7 大气污染和固体废物
15.8 海洋环境污染
15.9 全球变化对人类健康的影响
15.10 战争对人类、环境和全球变化的影响
15.11 中国的主要资源与环境问题
思考题
第16章 国际应对气候变化的主要公约及减排行动峰会
16.1 《联合国气候变化框架公约》
16.2 《京都议定书》
16.3 “巴厘路线图”
16.4 哥本哈根世界气候大会
思考题
第17章 世界温室气体排放权交易体系与低碳发展
17.1 世界碳排放权交易体系
17.2 低碳经济
思考题
参考文献
附录:全球变化研究专业术语中外文对照
彩版

本教材系统介绍了全球变化科学产生的背景及研究的主要问题和方法、全球环境演变中的渐变与突变、厄尔尼诺和温盐环流对全球气候变化的影响、温室效应与全球变暖、人类文明发展与全球变化的关系、世界人口增长与资源能源开发带来的环境问题、国际和中国应对气候变化的主要公约、低碳发展和减排行动峰会、应对资源环境问题对策等。本教材对全球变化中的每一重大事件或现象都尽可能从观测事实、过程、机理和未来预测四个方面科学地加以说明,注重引导和培养高校各专业学生用宏观思维和多学科交叉手段去分析国际国内复杂的人类活动与全球环境变化互动影响问题。本教材第二版是教育部研究生工作办公室**的研究生教学用书,此次第三版补充和修订后也适用于高校通识课程和本科生教学。