第三章 全球变化研究方法
对《全球变化》课程教学的几点认识
学 术 论 坛211科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONDOI：10.16661/ki.1672-3791.2017.28.211对《全球变化》课程教学的几点认识①柳艺博(南京信息工程大学应用气象学院 江苏南京 210044)摘 要：伴随以全球变暖为标志的全球变化问题成为关乎人类可持续发展的热点议题,越来越多的高等学校开设了《全球变化》课程。
本文在介绍全球变化的科学内涵、全球变化的重要性以及全球变化课程的主要内容基础上,从教学内容、教学理念、教学手段、教学方法等方面提出全球变化课程教学中的几点认识。
该文对于推动高校相关专业开展全球变化课程教学具有一定的借鉴意义。
关键词：全球变化 课程教学 能动性中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1672-3791(2017)10(a)-0211-02①作者简介：柳艺博(1982，8—),男,汉族,河北石家庄人,博士,讲师,研究方向:资源环境遥感和全球变化生态。
自1983年“全球变化”概念首次提出以来,全球变化研究发展迅速,在30多年间取得了巨大的研究进展。
人类全球变化的认识无论从广度还是深度上都有根本性的变化。
以全球变暖为标志的全球变化问题已成为关乎人类可持续发展的国际热点议题,越来越多的高等学校开设了《全球变化》课程。
全球变化相关课程正在由专业选修课向学科前沿课、学科交叉课以及专业核心课程和通识课程发展,课程内容、教学大纲、教学方法等都在不断的更新完善。
本文在介绍全球变化的科学内涵、重要性基础上谈了对《全球变化》课程教学几点思考,以期为高校全球变化教学提供参考。
1 全球变化的科学内涵全球变化被界定为由自然和人为因素引起的、影响地球系统功能的全球尺度的变化[1]。
全球变化跨越了不同的时间尺度,在空间上既包括发生在全球尺度上的系统性变化,也包括由局地尺度上相同类型的变化累加而成的累积性变化。
气候变化是全球变化最重要的表现之一,但全球变化不仅仅是全球气候变化或者全球变暖,其内涵比气候变化丰富的多[2]。
全球变化研究进展和趋势
全球变化研究进展和趋势一、概述全球变化研究，作为一个跨学科的研究领域，涵盖了地球系统科学的多个方面，包括气候变化、生物多样性变化、土地利用覆盖变化、海平面上升等。
这些变化在全球范围内发生，对人类社会和自然环境产生深远影响。
近年来，随着科学技术的进步和全球变化问题的日益突出，全球变化研究取得了显著进展，对理解地球系统的运行机制、预测未来变化趋势以及制定应对策略具有重要意义。
在气候变化方面，全球变暖已经成为不争的事实。
科学家们通过观测数据和模型模拟，揭示了温室气体排放对全球气候系统的影响，预测了未来气候变化的可能趋势。
同时，极端气候事件的频发和加剧也对人类社会和生态系统造成了严重挑战。
减缓气候变化和适应极端气候事件成为全球变化研究的重点之一。
生物多样性变化方面，人类活动对自然生态系统造成了严重破坏，导致物种灭绝速度加快、生态系统功能退化等问题。
全球变化研究通过监测生物多样性的动态变化，评估人类活动对生物多样性的影响，提出保护生物多样性的有效措施。
土地利用覆盖变化是全球变化的重要组成部分。
随着城市化进程的加速和人口增长，土地利用覆盖变化对全球生态系统服务功能和碳循环等产生了重要影响。
全球变化研究通过遥感技术和地面观测等手段，监测土地利用覆盖变化的动态过程，评估其对全球变化的影响。
海平面上升是全球变化研究的另一个重要方面。
海洋热膨胀和冰川融化等因素导致海平面不断上升，对沿海地区的社会经济系统和生态系统造成威胁。
全球变化研究通过监测海平面上升的速度和趋势，预测未来海平面上升的可能情景，为沿海地区应对海平面上升提供科学依据。
总体而言，全球变化研究在多个方面取得了显著进展，但仍面临诸多挑战。
未来，随着科学技术的不断进步和全球变化问题的日益严重，全球变化研究将继续深入发展，为人类社会和自然环境的可持续发展提供有力支撑。
1. 全球变化定义与背景全球变化，作为一个跨学科的研究领域，主要关注地球系统各个组成部分（包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈以及人类圈）在长时间尺度下的相互作用及其引发的全球尺度的环境变化。
地球环境全球变化
内容：
• 生物多样性的生态系统功能； • 生物多样性的产生、减少及其维护； • 生物多样性的编目与监测。
5.中国的全球变化研究
我国的全球变化研究对下列两个方面的科学问题进行了重 点研究：
• 首先是具有全球意义的、同时又是我国急需解决的区域 性生存环境问题；
• 其次是全球变化对我国的气候、环境和经济发展的影响。 我国科学家近一二十年在古季风环境变化、大气温室气体 排放监测、全球气候变化对我国和陆地生态系统的可能影响、 中国土地利用和土地覆盖变化历史、区域气候变化的模拟和预 报、全球气候变化问题对策研究等许多方面所开展的工作和成 就都对国际全球变化研究作出了贡献 。
2.国际地圈一生物圈计划(IGBP)
IGBP主要以生物地球化学循环于系统及其与物 理气候子系统的相互作用为主要研究对象，其科学 目标是：了解和阐述控制整个地球系统的关键的物 理、化学和生物相互作用过程；了解和阐述支持生 命的独特环境；了解和阐述出现在地球系统中受人 类活动影响的重大全球变化。特别是那些时间尺度 为几十年至几百年，对生物团影响最大，对人类活 动最为敏感，具有可预测性的重大全球变化问题。
指在过去某一时期形成并一直保存至今的各种自然体。 它们记录了当时的环境状况，如古沙丘、黄土与古土壤、冰 芯、树木年轮等。
过去全球变化的主要信息源与可提取信息
信息源
赋存圈层
主要类型
物理
可提取信息
化学
生物
人类文化
岩石圈：
沉积物与 地貌形态
湖泊沉积
纹 层 、 韵 律 层 、 粒 同 位 素 、 常 量 和 微 孢粉、大化石、昆虫、 文化层
人工地貌
冰芯
冰雪累积量、尘埃 同位素、化学元素、有机气体、有机物、孢
全球变化
“全球变化”包含全球议题的完整范围以及自然和人为因素诱发的地球环境变化之间的相互作用。
中国工程院院士丁一汇认为，全球变化是指全球环境的变化，包括气候、生态系统、海洋、水资源、土地利用和土地生产力等的变化。
这些变化通过对社会经济和生态系统的深远而复杂的影响，正改变着并将继续改变地球维持整个生命系统的能力。
美国《1990年全球变化研究法案》把“全球变化”定义为“可能会改变生命赖以存在的地球承受力的全球环境变化（包括气候变化、土地生产力、海洋或其它水资源、大气化学及生态系统）。
”这个定义与研究全球变化的欧盟委员会欧洲网络当中的定义很相似：“全球变化”研究试图理解完整的地球体系以便：（ⅰ）识别、解释和预测自然因素和人为因素引起的全球环境变化；（ⅱ）评估这些变化对自然和人类潜在的区域性及局部性影响；（ⅲ）为技术的适当发展、经济及社会压力的缓解提供科学依据。
在上文中，“全球变化”包含了气候变化、大气中的物理和化学变化（如臭氧层耗损、对流层污染）、土地利用和地面覆盖物变化、海洋环境和冰盖的变化、生物地球化学循环的变化，以及这些变化对自然平衡（生态系统）、自然资源（淡水、森林资源、农作物、海洋资源）及社会经济平衡（可持续发展、工业发展、人类健康、生活质量）的影响。
因此，在一个长的时间范围内，促进环境变化的自然因素和人为因素的重要性已经得到认同。
人为因素引起的变化在过去、现在和将来自然变化的大背景中可以得到最好的理解。
在这里，了解什么是“全球性”是很重要的，其中包括两部分内容：全球系统变化和由大气污染引起的累积全球气候变化。
从系统意义上讲，“全球性”指的是整个空间范围，它包括了诸如由大气污染引起的全球气候变化。
从累积意义上讲，“全球性”指的是局部变化的地区性的或大量的累积。
如果一种变化是发生在世界范围内，或者体现了整个环境现象或全球资源变化非常重要的一部分，那么这种变化就被认为是全球的。
这两种类型的变化有着紧密的联系，比如说，植被的燃烧能引起（1）通过像二氧化碳的释放和反照率的改变等机制引起的系统变化；（2）通过影响土壤和生物多样性而引起的累积变化。
全球变化与全球变化研究
大气化学成分的演变等。 几千年至几十万年：冰期和间冰期的交替，以及与此 相关联的大气成分、土壤的发育、 生物种类区域分布的相应变化等。
几十年至几百年： 气候变化、大气化学成分变化、地表
干燥度或酸度变化，以及地球和海洋
生物系统的变化等。
几天至几个季度： 天气现象、洋流中的旋涡，极区海
冰覆盖的季节增长和融化，地面径 流和风化以及植物生长的年循环等， 受制于日射年循环的时间尺度。
几秒到几小时： 陆地、海洋、冰、大气和生物群落
之间的质量、动量和能量通量全部 由时间尺度小于一天的过程所支配。
几十年至几百年的中等时间尺度变化是全球变化研究
的重点，在此时间尺度内的自然变化对人类有着重要 的影响，而人类活动对全球过程的影响也最为显著。
年际尺度的异常扰动也是全球变化研究特别关注的
问题。
不同尺度之间存在密切的联系：较长时间尺度的变化
是较短尺度变化的背景，较短尺度的变化有时是较长 尺度过程的表现。
（3）人类的作用
由于人类活动影响的加剧，全球变化过程正以前所未 有的速度加快进行，人类已经成为导致全球变化的营
力之一。开展全球变化研究是人类社会所面临的挑战，
和社会科学的发展，提高人类应付全球变化的能力。
定义：
全球环境（包括气候、土地生产力、海洋和 其他水资源、大气化学及生态系统等）中的、能 改变地球承载生命的能力的变化。
（1）全球观点与全球尺度
全球观点：就是从地球系统的思想出发把地球看作 一个整体，研究地球系统随时间的变化，集中研究 那些把系统中所有部分紧密地联系在一起的、并导
致系统发生变化的过程和机制，而不是孤立地研究
地球的不同组分和它的环境。
全球变化之全球变化科学导论(大气所考博真题知识点归纳)
全球变化之全球变化科学导论(大气所考博真题知识点归纳)XXX《全球变化科学导论》要点总结第一篇全球变化研究的基本问题第一章全球变化科学产生的背景及其研究内容及意义1、什么是全球变化？其产生背景？答：全球变化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的物理的、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。
即全球变化科学是研究作为整体的地球系统的运行机制、变化规律和控制变化的机理（自然的和人为的），并预测其未来变化的科学。
它研究的首先是一个行星尺度的问题——将大气圈、水圈（含冰雪圈）、岩石圈和生物圈看成是有机联系的全球系统，把太阳和地球内部作为两个主要的自然驱动器，人类活动作为第三种驱动机制。
发生在该系统中的全球变化是在上述驱动力的推动下，通过物理、化学和生物学过程相互作用的结果。
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。
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、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）由于强烈的人类活动和社会经济的飞速发展，目前在环球范围内产生以下十大情况问题，急需国际社会合作共同解决。
主要有大气污染、温室气体排放和气候变暖、臭氧层破坏、土地退化、水资源匮乏和水体污染、海洋环境恶化、森林锐减、物种濒危、垃圾成灾、人口增长过快。
（3）从人类社会文明发展看，全球变化科学的产生是历史进程的必然。
（4）从历史发展角度看，全球变化研究有其科学思想的代表。
01-方修琦-北京师大-全球变化课程与教材
动态的人地关系
COUPLED ENVIRONMENT SYSTEM
LAND USE
UTILIZATION
•BioGeochemistry (soil fertility, OM levels, Fluxes) •BioDiversity (Species, community, Landscape, Genetic, Functional) •BioPhysics (albedo, Energy exchange, Structure)
全球变暖与变暖停滞
2.4 培养科学思维和创新意识
• 认识问题的角度 与研究论证过程 • 从对数据、曲线 、地图的分析解 读中获得结论 • 确定性与不确定 性，学术争论
图1 1873-2012年中国区域地表气温年 平均距平变化（相对于1971-2000年） 其中T13序列（1909-2010年）基于 Cao et al（2013），TD序列(18732012年）基于唐国利等（2005）， WTG序列（1909-2010）基于王绍武 等（1998）。
– 人类活动作为与太阳和地球内能并列的、能引发地球 系统变化的驱动力——第三驱动因素
地球系统概念孕育于地理学
洪堡（1769－1859）：地球是一 个不可分割的有机整体，一个 由各部分组成的活的整体。
– “局部只能从它与整体的关系去 分析，作为世界现象的一部分区 研究它。” – “毫无疑问，气候一词首先是指 大气的特性，这一特性取决于海 洋与陆地的直接相互作用。
（古地理学） 现代景观遗存
系统/圈层 空间/空间尺度
宇宙 生物圈 地球 生态系统
部门地理
地理要素：
区 域 地 理
有机组织
群落
因子
过程
全球变化第三章
4、导致全球变化的因素的分类（三类） 1）周期变化的因素 如太阳活动、地球轨道参数的变化。发生特点： 它们的作用是连续变化的，可导致全球环境的周 期性变化。 2）非可逆性变化的因素 如太阳长期演化、板块运动。发生特点：它们的 作用是连续性的，可能导致环境的非可逆性变化。 3）随机发生的因素 如火山活动、小行星碰撞。发生特点：发生的时 间是不确定的，但发生的频率服从一定的统计规 律，其作用的过程是暂时的，但所导致的全球变 化即可能是短期的扰动，也可能是长期的不可逆 的变化。
第二节百万年以上尺度全球变化的驱动力
三、板块运动导致的海陆分布与地貌格局演化及其环境效应
1、海陆分布变化 海陆反射率差异 热力性质差异
第二节百万年以上尺度全球变化的驱动力
三、板块运动导致的海陆分布与地貌格局演化及其环境效应
2、高海拔的山地或高原的隆起 积雪、冰川反射率 热力作用 动力作用（机械阻挡） 侵蚀风化过程的改变影响地球化学循环过程
第三节万年至数十万年尺度全球变化驱动力
一、地球轨道参数的周期性变化 二、地球系统内部对轨道参数变化的反馈 三、构造运动和火山活动驱动力
一、地球轨道参数的周期性变化 地球轨道的偏心率、地轴的倾斜度（黄赤交 角）和岁差（春分点的移动）等地球轨道参 数都是随时间变化而变化的，它们的变化均 会改变地球接受太阳辐射的季节和地区分布， 进而导致以冰期、间冰期交替为特征的全球 变化。
年际、年代际、百年际至亿年际的频谱，各 种时间尺度的变化过程相互交织，形成多种 多样的变化方式和不同幅度的变率。
衡阳盆地夏季降水特征时间尺度
《子波气候诊断技术的研究》
介绍了子波气候诊断新技术及其应用方法， 包括有关应用多类子波的Fortran语言程序、C 语言程序、Math card和Matlab高级语言程序， 以及结合国家有关重大科研课题的实例等。
全球变化的国际研究计划
全球变化的国际研究计划全球变化的国际研究计划：推动全球可持续发展的前沿和实践引言全球变化是当前世界面临的重大挑战之一，其涉及的范畴广泛，包括气候变化、生物多样性丧失、土地退化、水资源匮乏等。
针对这些问题，全球变化的国际研究计划应运而生。
本文将从该计划的背景、目标、实施策略以及对可持续发展的影响等角度逐步展开阐述。
背景全球变化是由人类活动导致的环境变化，给生态系统、经济和社会带来了巨大的挑战。
不同国家面对的挑战不尽相同，但共同面临的是需要全球协作应对的问题。
为此，全球变化的国际研究计划应运而生，旨在通过跨国合作促进对全球变化的深入研究，为决策者提供科学依据。
目标全球变化的国际研究计划的主要目标是加强全球合作，深入研究全球变化和其对人类社会和自然环境的影响，为实现可持续发展提供科学支持和政策建议。
同时，该计划还致力于提高公众对全球变化问题的意识和理解，推动社会的环境责任意识。
实施策略全球变化的国际研究计划采取以下策略来推动其目标的实现：1. 跨学科合作：该计划鼓励不同领域、不同国家的科学家、政策制定者和社会各界加强合作，建立跨学科研究团队，共同解决全球变化问题。
通过整合各领域的专业知识和视角，推动全球变化研究更加全面深入。
2. 数据共享与整合：全球变化的研究需要大量的数据支持。
该计划鼓励国家和地区共享各自收集的数据，建立统一的数据平台，以便科学家们能够更好地利用这些数据进行研究和模型建立。
同时，通过整合各个国家和地区的数据，使得对全球变化的研究能够更加全面和准确。
3. 宣传与教育：全球变化的国际研究计划非常重视宣传和教育工作。
通过举办学术研讨会、发布科普文章和开展社区活动等方式，向公众传播全球变化的相关知识，提高公众的环境保护意识。
4. 政策建议：该计划与政府和国际组织合作，为决策者提供科学依据和政策建议。
通过与政府的合作，研究者可以更好地了解政策制定的需求，并将科学研究成果转化为政策行动，推动可持续发展。
张兰生全球变化.
二、全球变化研究的主要内容
2、全球环境变化在时间上和空间上的 表现形式
从时间过程上看，全球环境变化表现为一个 时期环境的状态或其特征值较另一时期有明显不 同。 全球变化在不同地区均会有所反映，但不同 地区响应全球变化的方式可以各不相向，可以存 在着彼此不同的过程。
二、全球变化研究的主要内容
3、全球变化的影响和人类的响应
国际地圈-生物圈计划 (International Geosphere-Biosphere Program)
1、四大圈层是一个有机联系的整体。 2、全球变化是地球系统各圈层、三大基本过程、 人与环境相互作用的结果。 3、人类活动是地球系统变化的第三驱动力。 4、研究思路:全球变化、观测、模拟与预测。 5、着重开展过程研究，建立十年到百年地球 系统运作概念模型。
第二节 全球变化与全球变化研究
一、全球变化（Global Change）的科 学内涵
全球变化 地表环境的变化自地球诞生以来一直 延续至今从不停止。现今发生在地球表面 的全球变化包括地球环境中所有的自然和 人为引起的变化，可以定义为全球环境(包 括气候、土地生产力、海洋和其他水资源、 大气化学及生态系统等)中的、能改变地球 承载生命的能力的变化。
人类生态系统是一个构建在固体地球系统、 物理气候系统和自然生态系统之上，并作 为水循环、生物地球化学循环和地球岩石 圈循环过程的一个中间环节的系统，是地 球系统的一个重要组成部分。
三、地球系统的物质和能量转化
地球系统中物质和能量的转换与交换是通过一系列的过程 来实现的。这些过程按其性质可分为物理过程、化学过程 和生物过程三种类型。地球系统的过程是地球系统中由物 理、化学或生物学规律所支配的那些现象的集合。以全球 碳循环为列。
全球变化
课程主要内容地球系统、全球气候变化、主要过程和驱动力、人类活动和全球变化、全球变化与生物反应、生物入侵与全球变化、陆地/水生生态系统与全球变化的相互作用、生物地球化学循环、陆地植被的遥感分析、气候变化的适应对策绪论全球变化的概念、生态学的概念、主要生态环境问题“全球变化”是指可能改变地球承载生物能力的全球环境(特别是人类生存环境)变化，涉及到岩石圈、大气圈、水圈和生物圈从狭义上来讲, 全球变化主要是指大气的变化导致全球气候环境的变化。
具体表征是大气臭氧层的损耗、全球气候变暖、酸雨等主要问题“全球变化科学”是20世纪80年代开始的一个新兴科学领域。
其目标是描述和理解人类赖以生存的地球环境系统运转的机制、变化规律以及人类活动对地球环境的影响，从而提高对未来环境变化及其对人类社会发展影响的预测和评估能力。
20世纪后几十年全球变化研究发展的趋势之一是走向全球范围内的国际合作。
选择地球圈层中范围广泛、难度高的科学问题开展多学科的合作研究和各地点的联动，统一测试技术和精度要求。
它的贡献是不仅初步解决了一些多年探索未果的科学问题，而且创造了全世界科学家共同进行深入科学研究的新起点。
全球变化的国际研究计划生物多样性计划、世界气候研究计划、全球变化人文因素计划、国际地圈生物圈计划“生态学”(oikologie)一词是1865年由勒特(Reiter)合并两个希腊字oikos(房屋、住所)和logs(研究) 构成，1866年德国动物学家赫克尔(Ernst Heinrich Haeckel)初次把生态学定义为“研究动物与其有机及无机环境之间相互关系的科学”，特别是动物与其他生物之间的有益和有害关系。
从此，揭开了生态学发展的序幕。
如今，由于生态与人类生存与发展的紧密相关而产生了多个生态学的研究热点，如生物多样性、全球气候变化、受损生态系统的恢复与重建以及可持续发展研究等。
“生态学”是研究生物与其环境(包括非生物环境和生物环境)之间的相互关系的科学。
生态气候学和全球变化的研究方法
生态气候学和全球变化的研究方法随着全球变暖的加剧，人们对生态气候学和全球变化的研究越来越重视。
生态气候学是研究生态系统与气候交互作用的学科，而全球变化则是指地球上物理、化学和生物系统变化的过程。
在这篇文章中，我们将探讨生态气候学和全球变化的研究方法。
1. 气候模型气候模型是生态气候学和全球变化研究中最重要的工具之一。
它们是计算机程序，可以预测未来气候变化的可能性。
气候模型基于气象学、物理学、地质学和化学等学科的知识，以及大量的观测数据和计算机算法。
运用气候模型，我们可以模拟不同的气候情况，如温室气体排放量的变化、温度的变化、降雨的变化等，进而推断其影响及可能的结果。
2. 野外观测野外观测是生态气候学和全球变化研究的另一种重要方法。
野外观测是通过对生态系统和大气物理和化学特征进行测量，了解生态气候学和全球变化研究所需要的数据。
例如，测量土壤中的温度、湿度、pH值，以及大气中含有温室气体的浓度，以便预测未来的气候变化情况。
野外观测数据还可以用于检验气候模型的准确性，从而改进模型预测结果。
3. 遥感技术遥感技术也是生态气候学和全球变化研究的重要手段之一。
这项技术利用卫星或其他遥感设备在不接近或接触地表的情况下，对大面积的生态系统进行较为准确的测量和观察。
例如，通过对卫星图像的分析和处理，可以检测出生物群落和土地覆盖变化，在某种程度上反映了生态系统的健康状况。
遥感技术还可以用于监测海洋的溶解氧含量、海表温度和盐度等参数，以及大气中的温室气体浓度等。
4. 数据分析数据分析是生态气候学和全球变化研究的必要手段，它可以帮助我们理解野外观测和遥感技术获取的大量数据。
数据分析方法包括统计学、几率分析、时间序列分析等。
数据分析还可以用于将不同来源的数据整合在一起，以便对生态系统和气候变化进行更深入的研究。
5. 统计建模统计建模与数据分析密不可分，也是生态气候学和全球变化研究的重要方法。
它可以帮助我们建立生态系统的数量/质量关系，探寻生态系统响应对气候变化的变化情况。
全球变化复习资料
全球变化复习资料全球变化复习资料第⼀章地球系统科学与全球变化研究⼀、全球变化（global change）指由⾃然和认为因素引起的、影响地球系统功能的全球尺度的变化，所谓地球系统，由位于地球表⾯的⼤⽓、陆地、海洋等⼦系统徐成，发⽣在它们之间的各种相互作⽤。
相互影响的物理、化学、⽣物与⼈类过程实现了物质和能量的转化，因⽽为地球上的⽣命提供了条件。
⼆、全球变化研究的意义（1）全球变化研究是⼈类社会实现可持续发展的科学基础其所取得的科学认识是对可持续发展的重要贡献，为⼈类社会的可持续发展提供科学的背景和依据，未来的可持续发展必须与未来环境的变化有机结合，可持续性是⼈类适应全球变化的准则，⼈类对环境的适应必须符合可持续性。
（2）深化对地球系统的认识，发展地球系统科学地球系统科学是全球变化研究的科学基础，并且全球研究表现出强烈的学科交叉的特点，构成了新的学科⽣长点，对所有的传统地理科学学科都是机遇，也是挑战。
全球变化的兴起为地理学的发展提供了新的机遇。
（3）改变⼈类的观念、促进应⽤基础科学和有关社会科学的发展例如对资源的有限性的认识，必将促进⼈类⽣产和⼩费观念的变⾰，促进资源、环境、灾害等有关的应⽤基础学科的发展。
三、全球变化的科学内涵（1）以地球系统为基础将地球作为⼀个整体⽽不是孤⽴地研究地球的不同组分和它的环境，即从全球尺度进⾏研究。
（2）已发⽣在各种事件尺度上的动态变化为核⼼从100-109的时间尺度均可辨认出地球系统的变化，可以利⽤五个不同的时段来定义：①⼏百万年到⼏⼗亿年：地球结构的演变、⽣命的演化、与此有关的现代⼤⽓化学成分的演变均是由⼏百万年或⼏⼗亿年的尺度决定的。
②⼏千到⼏⼗万年（轨道及亚轨道周期尺度）：⼿轨道参数周期性变化所驱动的全球⽓候的冰期和间冰期的交替以及与此有关的⼤⽓成分、⼟壤发育、⽣物种类区域分布的响应变化。
③⼏⼗到⼏百年（年代与世纪尺度）：这⼀尺度的中⼼课题是物理⽓候系统及其对⽣命有机体以及⽣物化学循环、⼤⽓化学成分变化、地表⼲燥度、海洋⽣物系统的变化，均是此时间尺度上的重要问题。
全球变化
1.冰期—间冰期之间的转化机制：地球轨道参数的变化引起的太阳辐射的改变。
（1）冰盖与海冰反馈；北半球冰盖随冰期- 间冰期的转换而发生大幅度的往复进退，这一过程既是对全球温度变化的响应，同时也对全球温度变化起到强烈的正反馈作用，冰盖的扩张与收缩影响到全球海平面的升降。
（2）大气温室气体的反馈与气溶胶反馈；南极冰芯记录显示，温室气体CO2 和CH4的含量在冰期时减少，在间冰期时增大，呈现与温度变化相同的趋势。
这种强相关暗示存在着大气通过温室气体的变化影响温度的反馈作用，使得变冷或变暖的程度加大。
（3）大洋传送带的变化；大气水汽传输与海洋盐分传输之间存在密切的关系。
当水汽从一个大的流域盆地输出到另一个流域时，盐分仍留在原来的流域盆地。
以此方式产生的盐分累积必定最终由全球海洋范围内的高盐度水体与低盐度水体的相互交换所抵消。
（4）火山活动的作用；在第四纪历史上，火山活动的强度有过较大的变化，有可能对冰期- 间冰期的气候变化产生影响。
对深海岩芯的研究表明，近2MaBP以来的第四纪期间是火山活动显著加强的时期。
在解释末次冰期- 间冰期旋回气候变化的阶段性和一些主要事件时，火山活动的影响受到重视。
2.全球变化通过三个途径对人类构成影响：（1）直接对人类的健康产生影响（2）全球变化事件也可能对某些社会事件的发生产生影响（3）通过资源和灾害的变化改变自然系统的承载力。
3.地球系统：由大气圈，水圈，岩石圈，冰冻圈和生物圈（包括人类圈）所组成的作为整体的行星地球。
它是由一系列相互作用过程（包括系统各圈层之间的相互作用，物理，化学和生物三大基本过程的相互作用以及人与地球的相互作用）联系起来的复杂的非线性多重耦合系统。
4.沃克环流：在东赤道太平洋冷水域的上空大气强烈下沉，西赤道太平洋印度尼西亚海洋大陆上空大气对流强烈，大气以上升为主，这样就形成一个闭合的东西向环流圈，称为沃克环流。
5.季风环流：大陆和海洋之间的广大地区，以一年为周期、随着季节变化而方向相反的风系，称为季风。
全球变化与环境科学的研究方法和成果
全球变化与环境科学的研究方法和成果全球变化是指地球各个领域（大气、水文、生态和冰雪）中的各种变化，以及它们之间的相互作用。
这些变化是由自然和人为因素引起的，而其中最重要的人为因素就是人类的活动，例如工业生产和能源消耗。
环境科学是一门跨学科的学科，涵盖了物理、化学、生物学和地理学等多个领域。
它的目标是通过研究环境污染、气候变化和能源消耗等问题，提出可持续发展的解决方案。
本文将阐述全球变化与环境科学的研究方法和成果。
一、全球变化的研究方法1. 模拟实验法模拟实验法是全球变化研究中最常用的方法之一。
它可以通过对大气、水和生态环境的模拟，来研究全球变化对环境的影响。
例如，科学家们可以将二氧化碳加入大气环境，以模拟全球变暖对气候的影响。
此外，他们还可以模拟冰川融化、陆地沙漠化和食物链变化等。
2. 观测实验法观测实验法是另一种常用的研究方法。
它可以通过对自然环境的准确观测来发现并了解全球变化的影响。
例如，科学家们可以通过卫星、雷达和气象站等设备，观测到极端天气事件的频率和强度变化，以及对生态系统的影响。
3. 统计分析法统计分析法是通过对历史数据的比较和分析来研究全球变化趋势。
例如，科学家们可以通过分析当地的气象站数据来了解当地的气候变化情况。
此外，他们还可以通过分析历史的温度、降雨量和氧化物浓度的数据，来预测未来的变化模式。
二、环境科学的研究成果1. 气候变化气候变化是全球变化中最重要的问题之一。
气候变化会影响农业生产、海洋生态系统、气象灾害和健康等方面。
目前，环境科学家们通过模拟实验法和观测实验法研究全球变暖的趋势，以及对人类和自然环境的影响。
他们还通过统计分析法预测未来气候变化的趋势，并提出了减缓全球变暖的解决方案。
2. 能源消耗能源是影响全球变化的另一个主要因素。
环境科学家们已经研究出了各种替代能源，例如太阳能、风能和生物质能源。
这些新型能源不仅可以减少对化石燃料的依赖，还可以减少温室气体的排放，从而减缓全球变暖的速度。
全球变化研究进展和趋势
第22卷第4期2007年4月地球科学进展A DVAN CE S I N E AR T H S C I E N C EV o l.22 N o.4A pr.，2007文章编号：1001-8166（2007）04-0417-11全球变化研究进展和趋势*葛全胜1，王 芳1，陈泮勤2，田砚宇1，程邦波1（1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；2.中国科学院资源环境科学与技术局，北京 100864）摘 要：概述了国际全球变化研究计划（E SSP、I G B P、W C R P、I H D P、D I V E R S I T A S）新近的研究战略调整和研究重点，在对国际全球变化研究成果综合分析的基础上，总结了全球变化研究的阶段性理论进展，归纳了全球变化研究的特点和趋势。
关 键 词：全球变化；地球系统科学；进展和趋势中图分类号：X21 文献标识码：A 随着全球环境问题的日益突出和全球变化趋势的发展，从地球系统科学的角度审视全球变化，促进人类社会的可持续发展已经日益受到人们的关注。
当前以I G B P、W C R P、I H D P、D I V E R S I T A S和E SSP为代表的国际全球变化研究组织和计划的活动正在蓬勃开展，全球变化研究已取得重要的阶段性进展，世界主要国家在新的科技战略布局中也都重视全球变化领域的研究，全球变化研究方兴未艾，呈现出明显的发展特点和趋势。
1 全球变化研究计划新进展1.1 地球系统科学联盟（E SS P）的新发展2001年由全球环境变化四大科学计划W C R P、I G B P、I H D P和D I V E R S T RA S联合组建的E SSP有力的促进了地球系统科学系列重大研究计划的交叉与合作，促进了地球系统的综合集成研究，增进了人们对复杂地球系统的认识和理解。
E SSP开展的工作主要集中在以下方面：启动联合研究计划、开展区域性活动、进行地球系统分析模拟以及组织召开全球变化开放科学大会。
第3节全球变化研究的历史、现状和趋势
A.彭克〔1858～1945〕等的四次冰期模式〔1909〕，证明全球性的气候变化曾发生 过屡次。
…………
漂砾上的冰臼
世界第四纪冰期的传统划分比照方案
地质时 代
气候期
阿尔卑斯
欧洲
全新世 冰后期 冰后期 冰后期
提出海陆变迁的思想，并引发出延续数百年的海陆变迁说和洪水说的辩论。 …………
我国
追求天人和谐、与自然共生、主动地适应环境为特色的人地关系思想是中国古代 地理学思想的精髓。
在环境演变方面，我国古代学者做过多方面的观察与研究，有些方面对现今的研 究仍具有借鉴意义。
在环境变化规律及人与环境的关系方面，战国末期的?吕氏春秋?中对气候异常的特 点及对人类的影响就有规律性的概括，如：“孟春行夏令，风雨不时，草木早槁， 国乃有恐。行秋令，民大疫，疾风暴雨数至，藜莠蓬蒿并兴。行冬令，水潦为败， 霜雪大挚，首种不入。〞
第3节 全球变化研究的历史、现状和趋势
1、早期的认识
1〕有关全球变化的远古神话和宗教信仰
远古时代，西方圣经上记载的有40天大雨洪水 印度古代传说中将连续12年的大雨洪水 中国古代“女蜗补天〞的神话和大禹治水的故事 “羿射九日〞的神话 …………
真实性难以考证，但至少反映了人类对远古历史所流传下来的朦胧记忆 或对环境变化所持的信念。
科学的Байду номын сангаас展为全球变化研究提供了原理与技术上的保障。
首先是地学的分支学科经过充分开展而由分化转向综合，产生地球系统的概念， 这一概念构成了全球变化的出发点。
其次是对不同时间尺度上的环境演变的过程及成因机制的认识不断深入，对一些 影响全球变化的重要过程已有了较为深刻的认识。
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[教学目的与要求]
1.了解对过去全球变化各种研究方法的基本原理 2.理解如何利用各种代用指标恢复古环境
3了解全球变化动态监测的手段与内容
4了解全球变化模拟的类型，原理 [重点与难点] 各种研究方法的基本原理 [教学时数] 6学时 [教学方法与手段] 研究性讲授，利用多媒体展示教学内容；
黄土沉积特征
• 第四纪黄土沉积以黄土层和古土壤层交互沉积为特征。黄土层的 形成反映风尘堆积作用过程，而古土壤层的形成反映成土作用过 程。当风尘堆积作用大于成土作用时形成黄土层，反之，形成古 土壤层。 • 黄土沉积与寒冷的冰期相对应，古土壤与相对温暖的间冰期相对 应。 • 我国黄土主要分布在干旱荒漠区的外缘，表明黄土沉积时期当地 属于干寒草原环境，而古土壤发育时期则对应温暖的森林草原环 境。 • 黄土与古土壤层的交替变化是第四纪冰期---间冰期环境周期性变 化的反映。 • 根据黄土层的风化程度和古土壤发育程度的差别，推断环境在不 同时期的差别。 • 黄土—古土壤序列是目前已知的唯一能与深海氧同位素记录对比 的陆上沉积。两者有很好的对应关系。
• [参考书目]
• 朱诚,谢志仁,申洪源. 全球变化科学导论(An Introduction to Global Change Science). 南京: 南京大学出版社,2003.
• [课堂训练、作业思考题]
• 课堂训练：用多媒体手段指导学生利用图书馆资料及网 络资源，查阅相关书籍及期刊文献，了解现在全球变化 研究中目前的最新进展 • 作业思考题 • 1．反映全球变化的记录有哪些?如何利用这些指标重建 过去的全球环境变化？
The location of Dagang section in Zhenjiang 镇江大港剖面位置图
Magnetic susceptibility curve of the Xiashu loess in Zhenjiang and comparison with MIS 镇江下蜀黄土磁化率记录与深海氧同位素阶段的对比
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南极东方站冰芯记160kaB．P．以来的气温变化
青藏高原古里雅冰芯记录的末次间冰期以来 的气候变化
Section 4 Tree Ring Records 第四节 树木年轮记录
整个剖面有机碳含量曲线的峰值与古土壤层对应良好, 反映古土壤层形成于温暖湿润,生物繁茂的时期.
• 5、全氧化铁含量
• 当风尘堆积在次生改造过程中,不稳定成分风化分解淋洗掉,铁被 分解出来或富集起来. • 全氧化铁的含量包含有原生和次生成分.它在剖面中的变化趋势 曲线与磁化率曲线具有相同的变化趋势,即Fe2O3/FeO比值与成壤 强度正相关. 6、黄土剖面中10Be浓度 宇宙射线作用于大气圈物质产生10Be,它通过大气降水沉降于地表. 如果10Be沉降通量恒定,则冰期时黄土以较大速率堆积的话,黄土 中10Be的浓度降低;间冰期时黄土堆积速度小, 10Be的浓度必定很 高. 7、黄土地层中生物遗存----孢粉与陆生腹足类蜗牛化石 根据黄土剖面不同层位若干花粉属种的植物生态学特点可以推断 古植被、古气候. 陆生腹足类蜗牛化石对生态环境变化特别是湿度变化敏感。古土 壤层中多见间齿螺组合，其现生种分布到长江流域，故其化石组 合反映比较湿润的环境，而黄土中多见中华蜗牛，其现生种分布 于黄河流域和我国西部，化石组合反映的就是干旱寒冷环境。
Section 2 The Deep—Sea δ18O Records 第二节 深海氧同位素记录
• 氧同位素与温度变化
目前能够比较准确地反映古温度变化细节的证据,是深 海沉积物中浮游有孔虫化石氧同位素的变化.
Section 3 Ice Corn Records 第三节 冰岩芯记录
• 反映过去气候变化的一个尤为有价值的资料来源是冰芯中的记录，尤其是格陵兰和 南极大陆冰芯中的记录。这些冰芯有数千米厚，它是随着多年降雪的产生，每年积 累的雪最终会转换成冰，形成—个年层。近顶层的冰是最近形成的，近底层的冰可 能是上万年前落在表面的雪。因此，对不同层次的冰的分析可以得出关于过去不同 时期盛行的气候条件。从这些地区取得的冰芯中获得的主要记录是氧同位素比率 δ18O 。 当水汽从海面蒸发时，含18O的重分子水不易蒸发，而在水汽凝结时H2 18O较H2 16O 更易于凝结，使剩余在水汽中的H2 18O比重进一步减小，因而陆地水体中的18O／16O 值均小于标准大洋水汽中的18O／16O值，离海洋蒸发源越远，水体中的18O／16O值越 小， δ18O的负值越大。 蒸发和凝结作用均与温度有关，分析测试表明温度每降低1℃， δ18O在格陵兰地区降 低0.70‰。，在南极地区降低0.75‰，在青藏高原北部降低0.65‰，根据这种关系， 可由冰芯中的δ18O推断温度变化。
黄土高原：兰州、西峰、洛川、宝鸡四个地 布容正极 区代表性的黄土剖面对比
性带和松 山负极性 带，二者 的界线 (B/M) 松山负极 性带与高 斯正极性 带的界线 (M/G)
松山负极性带 中存在贾拉米 洛正极性亚时 (J)、奥尔都维 正极性亚时(O) 和留尼旺正极 性亚时(R)
对比发现：四个剖面都存在B/M界线（古地磁界线），都有S0----S5古土壤层和L1---L15黄 土层沉积。表明中国黄土沉积的连续性与完整性，为第四纪时期古气候变迁历史的重建提 供了宝贵材料。
• 黄土是一种以风尘组分为主的堆积,我国境 内的黄土堆积主要与冬季风环流的搬运密 切相关.所以,黄土被当作反映东亚季风变化 的标志.
黄土地层序列及其年代
• 黄土层: 一般为灰黄色,质地均一,无明显结 构. • 古土壤层: 为红色,有明显的土壤结构和土壤 发育层次. • 研究中以L代表黄土层,以S代表古土壤层
磁化率 μ = M/H M 代表磁介质单位体积内所有分子（或原子）的磁矩之矢量和 H 代表磁场强度。 μ<0，M 与 H 反向，是抗磁性物质 μ>0 为顺磁性物质。 有些物质被磁化后，即使撤掉外磁场，其磁性不再消退。称铁磁性物质。 • 1.磁化率μ的含义：在有磁性材料存在的情况下，合磁场的B与外磁场的B（不含磁性 材料被磁化所产生的附加磁场）的比值，就叫这个材料的磁化率。 2.μ的意义（作用）：μ越大的材料越容易被外磁场磁化。所以磁化率是表示磁性材料 能够被外磁场磁化的容易程度的物理量。 古地磁是主要的测年手段。几条重要的古地磁界线如：B/M、贾拉米洛极性亚时、奥 尔都维极性亚时、M/G界线，在宝鸡黄土---古土壤序列中得到明确的测定。郑洪波\ 简介.doc
指导学生利用图书资料及网络资源，查阅相关研究方法的文献
进行阅读。
[主要内容]
• • • • • • • • • • Section 1 Loess—paleosoil Records 第一节 黄土—古土壤记录 Section 2 The Deep—Sea δ18O Records 第二节 深海氧同位素记录 Section 3 Ice Corn Records 第三节 冰岩芯记录 Section 4 Tree Ring Records 第四节 树木年轮记录 Section 5 Sporopollen and Phytolith Records 第五节 孢粉及植物硅酸体记录(Sporo-孢子，芽孢)
对我国来说，上世纪60年代，刘东生等发现黄土高原马兰黄土的粒度分布表现出 由西北向东南逐渐减小的趋势，这种分布与现代西北季风和现代沙尘暴天气的移 动路径完全吻合，推论黄土是来自于西北荒漠的风尘堆积物。 黄土剖面粒度大小与西北季风的强弱直接相关。
黄土高原南部洛川剖面：粗粉砂含量高，粘土含量低，属于粘土质粉砂
重要的气候代用指标
从黄土----古土壤序列中提取的具有指示古气候、古环 境变化的重要指标有： 1、粒度 2、磁化率 3、CaCO3含量 4、有机碳含量（TOC---总量）和δ13C 5、全氧化铁含量 6、黄土剖面中10Be浓度 7、黄土地层中生物遗存 1、粒度：是用来反映黄土粗细程度的指标，粒度的 大小差别反映风力搬运强度的差别。
刘家坡剖面：粗粉砂含量低，粘土含量高，属于粉砂粘土质
•
2、磁化率(susceptibility ) (magnetic susceptibility kappameter )
是物质被磁化难易程度的一种量度。磁化率值的变化与气候变化尤其是降水量的变化 有一定的关系。所以黄土---古土壤序列中磁化率的变化被作为夏季风变化的指标。
• 3 CaCO3含量
为易溶盐类，在次生风化改造过程中变化非常明显， 可以当作探索大气降水或湿润程度的指标。研究发现 规律是CaCO3在黄土层中含量高，而在古土壤层中含 量低。表明在黄土沉积时期，为干旱少雨的环境， CaCO3在土层中淋溶少，沉积多，故含量高。在古土 壤沉积时期，环境湿润多雨，大量CaCO3被淋溶殆尽， 故含量低。 CaCO3在古土壤剖面中淀积深度的变化，也可作为衡 量气候湿润程度的指标，这对于推断黄土地区过去的 全球变化具有重要意义
• 4、有机碳含量（TOC---总量）和δ13C
黄土中有机碳含量（TOC---总量）和δ13C与其堆积 之后生物气候环境有密切关系，所以它可以作为气 候变化的代用指标。 例如：渭南剖面 有机碳的平均含量：0.26% 古土壤层中含量较高,在0.3%~0.64%
黄土层中的含量明显低,在0.04%~0.45%
黄土成因研究简史
• 1930’初期,杨钟健等开始中国黄土研究,将华北晚更新世黄土确 定为典型的风力堆积物,定名为马兰黄土(刘东生等,1985) • 1980’以前,主要研究了第四纪黄土的分布成因和地层划分.对晚 更新世黄土的系统研究较少. • 1980’以后,刘东生、安芷生、李吉均等引入新的手段与方法， 在黄土和古土壤的年代测定、地层划分、形成环境等方面进行 大量研究。 • 取得成果： • 晚更新世黄土地层中含有最后一个间冰期---冰期旋回中环境变 迁的多种信息。 • 发现晚更新世黄土中夹有古土壤层 • 从马兰黄土中存在的古土壤层中获取了大量的环境变化信息与 测年数据，并建立了多种气候代用指标。