地球系统科学 大气所东亚区域气候 环境重点试验室.pdf

第一章、地球系统科学 第一章、地球系统科学 主讲：马柱国 中科院大气物理所 东亚区域气候－环境重点实验室 Email: mazg@ 地球系统是全球变化科学研究的对象； 地球系统科学包含了全球变化科学研 究的主要内容；是人类社会可持续发 展的科学基础。 如何认识一个系统 如何认识一个系统 物质组成 系统各部分中的过程 系统各部分之间的相互作用－反馈 主要内容 一、地球系统科学概念的发展 二、地球系统的圈层结构、物质组成 及其基本性质 三、人类圈的概念及其发展 四、地球系统各部分的相互作用 一、 地球系统概念的发展 一、 地球系统概念的发展 （1）近代和现代地球科学体系的形成和发展 文艺复兴：哥白尼提出日心说，一方面打破了地球中心的概念，更重要的是，他暗含了自 然界并无所谓中心，只是从数学简单性角度把太阳作为中心。 科学方法论：归纳法和演绎法 现代基础学科的发展：数学、物理学、化学 牛顿发表的巨著《自然哲学的数学原理》 社会需求和发展的推动：矿藏、远程贸易、新产品开发…… 战争的需要 探险活动 现代科学分支的产生：地质学、地理学、气象学、海洋学、植物学、天文学…… 学科分支间的交叉：海洋地质学、海洋生物学、海洋物理学、海洋化学…… 技术的对科学发展的支撑和相互促进：观测仪器、实/试验仪器、通信设备和网络…… （2）地球系统科学思想的产生 科学发展的需要：学科发展带动交叉和综合，并带动新学科 的产生。 科学方法论的准备：控制论、系统论、信息论、协同论…… 社会发展中面临全球环境问题，如全球增暖、臭氧洞、土地 利用等，单一学科的知识无法解决。 技术发展的支撑：计算机、卫星、高精仪器、观测网络…… （FGGE ，EOS ，GCM ，GIS ） 1959年： 地球物理年 第一次把地球环境作为一个整体对它的各个部分 进行多学科、多现象的同时科学观测 初步认识到地球上的种种现象是相互关联的 国际合作 1960s－1970s： 海气相互作用研究受到高度重视 遥相关研究 1970s末期： “气候系统”概念和研究体系的形成 平均－变率－多时空尺度－系统 五圈 更加强调物理系统及其过程 1980s： “地球系统”科学概念的提出 五圈 物理过程＋化学过程＋生物过程 人类活动的地位、作用和与其他部分的相互关系 地球系统的定义 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。－全球变化科学研究的对象 地球系统科学的定义 地球系统科学：把地球系统作为一个整体， 研究其各圈层之间的物理、化学和生物过程之间的相 互作用并与人类活动结合起来，借以了解现状和过去 并预见未来的一门学科。目的是为全球环境变化预测 建立科学基础，并为地球系统的和人类社会的可持续 发展提供科学依据。地球系统科学研究的空间范围从 地心到地球外层空间，时间度从几百年到几百万年。 二、地球系统的圈层结构、物 二、地球系统的圈层结构、物 质组成及其基本性质 质组成及其基本性质 1. 大气圈 2. 水圈 3. 生物圈 4. 冰雪圈 5. 陆圈（岩石圈、地心和地核） 6. 人类圈