地球系統功能退化該咋辦？人類文明面臨有史以來最大考驗

?中國城市1990~2010發展速度分布圖

　　1、全球環境變化危及人類持續發展

　　近二百年來，許多地球系統功能變化是負面的，其中全球變暖和全球生態系統功能退化與喪失是全球變化的突出標誌。這些全球環境的負面變化正在降低地球的宜居性，危及人類健康和社會的可持續發展。

　　造成地球系統功能負面變化的主要原因是18世紀以來的化石燃料大量使用、人口快速增長和人均物質消費量增加、伴隨農地和城市擴張的森林和濕地面積減少、以及1950年以來化肥和農藥的大量使用等人類活動。由於人類活動具備了與地質力量相當的改變地球環境的能力，有人提出我們進入了新的地質時期——人類世！誠然，今天沒有比人類對生物圈更大的影響。生物物種滅絕的速度比地球生命演化史上背景滅絕速度要快1000倍以上，超過地球史上任何一次生物大滅絕的速度。人類文明面臨有史以來最大的考驗，即全人類能否共同應對當下日益嚴峻的全球環境變化挑戰從而保持社會的可持續發展。

　　2、全球變化研究需重構科學體系

　　在科學研究的話語中，全球變化是指由自然和人文因素引起的地球系統功能的全球尺度的變化。這些變化主要包括大氣與海洋環流、水循環、生物地球化學循環、以及生態系統服務功能等的變化。

　　對全球變化現象及其內在規律的認識需要重構科學體系，建立相應的教學科研機構。不僅如此，解決全球變化問題，需要包括政府、企業、非政府組織以及每個公民個人在內的全社會的智慧和行動。

　　在科學層面，地球系統科學應運而生。它以地球大氣圈、水圈、生物圈、岩石圈、以及人類活動之間的相互作用機製為對象，採用物理學、化學和生物學的手段研究關鍵物質元素和能量在各圈層之間的循環與轉化，並對它們進行監測和定量模擬，以期達到對全球變化過程的理解和預測的目的。地球系統科學既繼承了行星科學、地質學、氣象學、海洋學等以研究自然力為主的傳統地學學科，又發揚了地理學和生態學等集成自然和生命系統過程的地學學科優勢。而它與這些傳統地學學科的最大區別在於其把全球作為一個系統，採用綜合的系統觀測、多學科交叉、和定量化的手段來研究。它特別關注不同組成部分間的物質和能量交換過程。多學科交叉的直接結果就是推動了生物地球化學和生物地球物理學的誕生和發展。他們是地球系統科學的核心基礎學科。從上世紀90年代開始，歐美大學紛紛設立地球系統科學研究機構。例如，加州大學歐文分校於1991年設立了地球系統科學系，而斯坦福大學2007年設立了環境地球系統科學系，後更名為地球系統科學系。兩個系都避開固體地球過程，聚焦於地球大氣、海洋、陸地氣候和生態系統過程的教學和研究。而在傳統學科以全球變化的特定方面為研究對象的人數則以萬計。

　　3、中國全球變化研究漸入佳境

　　在我國，早在20世紀80年代，任美鍔、劉東生、葉篤正、施雅風、楊懷仁、秦大河等地學家以海平面、冰川、黃土、東亞季風等為對象研究第四紀以來的氣候和環境變化。曾慶存等老一輩氣象學家用計算機模擬氣候變化，為我國全球變化領域培養了許多學科帶頭人。葉篤正、安芷生、秦大河等院士帶領我國科學家走向世界，參與國際地圈與生物圈計劃、聯合國政府間氣候變化專門委員會、未來地球等國際計劃，建立了廣泛的國際合作基礎。而陳述彭等老一輩地理學家推動利用遙感和地理信息系統技術參與發展地球系統科學。南京大學於2000年成立了國際地球系統科學研究所，聚焦於地球觀測與陸地生態系統碳循環研究與研究生教學。我國2007年之前的全球變化研究，多集中在傳統地學學科，雖然參與人員多，但是比較分散，國家研究投入也比較低。

　　2007年，徐冠華院士組織國內相關學者通過近一年的研討，提出我國全球變化研究急需加強的四個方面，即人類活動與全球變化的關係、地球系統模擬、地球系統觀測與數據同化和全球變化經濟學。倡議突破國界做全球研究，突出學科交叉和定量化，加強數據共享，增設國家基礎研究方向，推動高校利用綜合學科優勢開展全球變化研究。於是，北京師範大學於2008年成立了全球變化與地球系統科學研究院。清華大學於2009年成立地球系統科學研究中心，2010年成立跨計算機、環境、能源、經濟多學科的全球變化研究院。2012年，由北京師範大學和清華大學牽頭聯合北京大學、南京大學等國內優勢單位成立全球變化協同創新中心。2016年，復旦大學成立大氣科學研究院，中國地質大學（武漢）設立大氣科學學科，均為培養本科生做出準備。2016年12月30日，清華大學成立地球系統科學系，開始為招收培養地球系統科學本科生做準備。2010年科技部設立全球變化研究重大科學研究計劃，該計劃於2016年變成「全球變化及應對」重點專項。同時，國家自然科學基金委也加大了對全球變化研究的支持力度。可以說，2010年以來，我國全球變化研究進入蓬勃發展期。

　　在政策層面，2015年，聯合國通過了通往2030年的「後2015可持續發展目標」，並就減緩氣候變化達成協議。反映了各國應對全球環境變化的決心。但是如何實現這些目標需要全人類的智慧和行動。中國是世界上人口最多，1978-2015年間新增城市人口約佔世界同期增量的26%。近年導致全球變暖的溫室氣體年排放量最高（佔全球2015年全球總排放量30%），而且是空氣污染、水污染、土壤污染異常嚴重的國家。因此，我們理應為實現世界可持續發展目標做出重要貢獻。近年來，我國逐步擔負起應對全球氣候變化的重任，在應對氣候變化、消滅貧窮與飢餓、人人享有健康方面制定了一系列政策和行動措施，為2030年實現世界可持續發展目標提供了保障。

　　4、中國全球變化研究的機遇與挑戰

　　綜上所述，中國政府有解決全球變化問題的決心，科研教學機構不斷設立，而且有持續的國家項目支持，我國全球變化研究獲得空前機遇。同時，國家和社會對我國全球變化研究者提出了更高要求。其中之一就是降低對全球變化認識、監測和模擬方面的不確定性。例如到2100年將全球平均升溫控制在2攝氏度，甚至在1.5攝氏度以下，我國能源結構、農業生產布局、近海岸居民生產生活需要做出那些調整？全球環境變化對我國「一帶一路」戰略實施會產生什麼影響？我國發展清潔能源會給當地氣候、環境、和社會經濟發展帶來什麼影響？未來氣候變化和海平面上升會對我國公民健康和其他福祉造成什麼影響？此外，如何向國家和社會及時有效地傳達並解讀關於全球變化研究的科學發現，使政府和個人做出正確決策？這些都是需要進一步努力解決的問題。

　　然而，我國開展全球變化研究也面臨很多挑戰。最大的挑戰來自人才缺乏和缺少靈活的交叉人才評價和激勵機制。全球變化問題複雜，需要很多具備交叉能力的科研人才。但是這方面的人才十分缺乏，有必要從全球吸引優秀人才。尤其是給予不懂漢語的學者更多幫助，需要國家對他們傾斜支持。此外，這個行業從事不同學科的交叉人才有不同的市場競爭力，例如計算機等工科人才在市場上能夠享受較高待遇。為了保留人才，全球變化研究的機構需要提高這類人才的待遇。在人才培養方面，多數學生對開展交叉學科研究沒有思想準備或缺乏興趣。因此，需要及早發現培養優秀學生，建立更有效的激勵措施。這就要求全球變化研究方向在招生名額上具有更多的靈活性，學習年限上更多的彈性，在激勵辦法上更多的選項。對全球變化研究人員的評估和獎勵也有特殊性。開展全球變化研究，需要學者們跨出自己長期習慣的領域在其他學科開展研究尋求合作。這個過程，有探索，有磨合，需要更多時間，同時還有被原學科邊緣化的風險。因此，他們在自己的單位和社會上都需要額外的支持，這種支持既包括對新職員適當延長評估年限，還包括給予長期穩定的經費和交叉學科研究生培養名額支持。評議來自不同學科的全球變化研究者，必須兼顧他們自身學科特點和開展交叉研究的成效。短期內要解決上述困難需要用人單位建立更靈活的管理制度。