国际地圈生物圈计划

IGBP

IGBP (INTERNATIONAL GEOSPHERE-BIOSPHERE PROGRAMME)——国际地圈生物圈计划（全球变化的研究）是上世纪80年代，由国际科学联盟理事会（ICSU）发起并组织的重大国际科学计划。IGBP是超级国际科学计划，其科学目标主要集中在研究主导整个地球系统的相互作用的物理、化学和生物学过程，特别着重研究那些时间尺度约为几十年到几百年，对人类活动最为敏感的相互作用过程和重大变化。计划的最终目标是提高人类对重大全球变化的预测能力。

组织简介

1、网址

http://www.igbp.net/

2、成立日期

1986年

3、总部地址

瑞典斯德哥尔摩

4、性质

国际间科学组织

5、宗旨

促进有关全球变化领域的研究，协调全球及区域范围内关于全球生物、化学及物理变化过程以及他们与人类交互方面的研究。

6、职能与任务

IGBP致力于研究快速变化时期的地球体系，为在快速环境变化下人类社会的可持续发展道路提供重要的科学建议和指导。

7、会员情况

由国际科学联盟（ICSU）所属的国家成员、联盟会员和协会会员参加。现有49个国家成员，若干ICSU下属联盟和协会成员。还有联合国有关科学组织和重大国际科学计划的联络员和观察员参加。

8、组织机构简介

该计划由ICSU于1986年组建成立。其主要决策者为科学委员会，下设秘书处，以及12个国际计划办公室。此外，还设有科学咨询委员会。

9、合作与活动

每年召开一次国家成员大会，参加者200人左右，均为知名科学家和科学组织的负责人。每年召开二次科学委员会会议，每两年召开一次科学咨询委员会会议，并组织下属开展学术活动。出版物有：《全球变化IGBP通讯》、《全球变化IGBP报告》等。我国参加组织经过： 1986年5月24日在北京正式成立中国IGBP全国委员会。1987年我国以中国IGBP全国委员会名义参加IGBP。

科学目标

该计划的主要科学目标是：描述和认识控制整个地球系统相互作用的物理、化学和生物学过程；描述和理解支持生命的独特环境；描述和理解发生在该系统中的变化以及人类活动对它们的影响方式。其应用目标是发展预报理论，预测地球系统在未来十至百年时间尺度上的变化，为国家和国际政策的制定提供科学基础。该计划具有高度综合和学科交叉的研究特点，标志着地球科学和宏观生物学的研究跨入了一个新的深度和广度。

计划组成

IGBP由8个核心研究计划和3个支撑计划所组成。3个支撑计划为全球分析、解释与建模（Global Analysis，Interpretation and Model，GAIM），全球变化分析、研究和培训系统（Global Change System for Analysis Research and Training，START），IGBP数据与信息系统（IGBP Data and Information Systems，IGBP－DIS）。8个核心研究计划分别为：

（1）国际全球大气化学计划（International Global Atmospheric Chemistry Project，IGAC）

该计划由IGBP及国际气象和大气科学学会所属的大气化学和全球污染委员会共同支持，它的目标是认识全球大气化学组成、陆地和海洋生物圈过程以及人类活动对它的影响，从而达到在全球尺度上预测自然和人为因素对大气化学组成的影响的目的（孙成权等，1996）。

（2）全球海洋通量联合研究计划（Joint Global Ocean Flux Study, JGOFS）

该计划于1990年3月正式确定并开始实施，主要侧重海洋内部以及海洋边界在海洋生物和化学、海洋循环和相关物理因素以及人为活动的影响下的碳交换过程。它主要分析和预测区域至全球尺度大气－洋面－洋底系统碳的季节和年际变化，为解释气候变化的成因服务。

（3）过去的全球变化研究计划（Past Global Changes, PAGES）

PAGES的实施计划形成于1991年3月，它通过对历史资料和自然记录(如保存在树木年轮、湖泊和海洋沉积物、珊瑚、冰芯中的自然信息)的研究，并借助于有效的现代物理、化学分析技术恢复过去环境的变化并区分自然因素和人为因素的影响，以此为依据，检验未来全球变化预测模型。PAGES计划目前集中于研究两个时间阶段，一是最近2000年的地球历史；二是晚第四纪的最后几十万年的冰期、间冰期旋回。

（4）全球变化与陆地生态系统（Global Change and Terrestrial Ecosystems, GCTE）GCTE旨在分析全球尺度上大气成分、气候、人类活动和其他环境变化对陆地生态系统结构和功能的影响，预测未来全球变化可能带来的农业、林业、土壤和生态系统复杂性的改变。近期的工作主要围绕以下5个方面展开集成研究：①全球大气化学是如何发生作用的?在痕量气体的生消中，生物过程起着什么作用?②全球变化是怎样影响陆地生态系统的?③土地利用、海面升高和气候变化如何改变海岸生态系统，其后果是什么?④海洋生物地球化学过程是如何影响和响应气候变化的?⑤过去发生过什么重大的气候和环境变化，原因何在?

（5）水文循环的生物学方面（Biospheric Aspects of the Hydrological Cycle, BAHC）

BAHC主要是研究植被在地表和大气水文过程中的作用。它的两个主要目的是：①通过野外测量，确定生物圈对水文循环的控制，发展从小块植被到大气环流模式（GCM）网格单元尺度上的土壤－植被－大气系统中能量和水通量模式；②建立能用于描述和验证生物圈和地球物理系统间相互作用模拟结果的适当数据库。到2002年底，BAHC的中心任务是为新的陆地－大气界面行动的展开以及由IGBP，IHDP和WCRP联合发起的新的有关水问题的联合计划服务。

（6）海岸带的海陆相互作用（Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone, LOICZ）

LOICZ侧重模拟和预测10年尺度上海岸带对全球气候变化的响应，为沿海地区的长期可持续发展、经济和社会政策服务。研究内容包括：①外力或边界条件的变化对近海通量的影响；②海岸生物地貌学与海平面上升；③碳通量与痕量气体的排放；④全球变化对海洋系统的经济和社会影响。

（7）全球海洋生态系统动力学（Global Ocean Ecosystem Dynamics,GLOBEC）

GLOBEC于1995年确定，主要目标是认识全球海洋生态系统及其亚系统的结构和功能，提高海洋生态系统对全球变化响应的预测能力。与传统的为渔业服务的种群动态研究不同，它侧重于分析生态系统内部的相互作用。

（8）土地利用与土地覆盖变化（Land Use and Land Cover Change, LUCC）

进入90年代以来，全球环境变化研究领域逐渐加强了对LUCC的研究。这主要与该领域具有全球影响的两大组织IGBP和IHDP的推动有关。这两个组织自1990年起开始积极筹划全球性综合研究计划，于1995年共同拟定并发表了《土地利用/土地覆被变化科学研究计划》，提出3个研究重点：

土地利用变化的机制。通过区域性个例的比较研究，分析影响土地使用者或管理者改变土地利用和管理方式的自然和社会经济方面的主要驱动因子，建立区域性的土地利用/土地覆被变化的经验模型；

土地覆被的变化机制。主要通过遥感图像分析，了解过去20年内土地覆被的空间变化过程，并将其与驱动因子联系起来，建立解释土地覆被时空变化和推断未来10~20年的土地覆被变化的经验诊断模型；

建立区域和全球尺度的模型。建立宏观尺度的，包括与土地利用有关的各经济部门在内的土地利用—土地覆盖变化动态模型，根据驱动因子的变化来推断土地覆盖未来（50～100年）的变化趋势，为制定相应对策和全球环境变化研究任务提供可靠的科学依据。在未来50～100年的土地覆盖变化中，人类的土地利用活动将起到最主要的作用。因此，对自然和社会经济各种因素作用下的土地使用者和管理者的行为分析，是建立土地利用和土地覆盖变化模型的重要组成部分。这类分析通过区域性个例研究进行，为全球性模型的建立提供依据，并对后者进行验证。

研究进展

IGBP在空间上以大气圈、水圈、岩石圈和生物圈等地球圈层以及它们之间的界面过程为研究重点，在时间上不仅包括对过去和现代的考察，而且还通过对地球系统的模拟和分析，探讨对未来的可预测性。

地球系统关键过程研究

PAGES（古全球变化研究）计划是为研究地质历史上发生的气候与环境变化及其原因而开展的。基于过去的代用资料，该计划研究证明：地球正在变暖，现在大气的温室气体含量高于几十万年前，全球平均温度比过去1000年前高得多；地球系统的演变经常出现非线性的动态过程，微小平滑的驱动因子变化可引发突然的大规模的环境变化。

IGAC（国际全球大气化学计划）是为了解全球大气化学调节作用以及生物过程在产生和消耗微量气体中的作用而组织的，其研究成果主要有：①燃烧过程向大气排放的固体、液体物质对全球环境有明显的影响；②自前工业时代以来，伴随着OH浓度的减小，大气的氧化能力维持相对稳定状态；③由于来自大陆的远距离输送，像臭氧、气溶胶及其原始物质等都呈复合层状结构存在于海洋上空；④气溶胶对环境的直接或间接辐射驱动作用已逐渐显露出来。

在陆地研究中，GCTE（全球变化与陆地生态系统）通过对生态生理学、覆被和干扰动态的组合研究以及对未来100年的土地利用变化构想，说明现代的陆地碳“汇”不是永久的特征，在21世纪的某段时间，它可能会停止增长、减少，甚至消失；LUCC（土地利用与土地覆被变化计划）改变了我们对土地利用变化及其驱动力的认识。近1000年来，由于人口的压力，大量土地转变为农业用地，各种景观类型也发生了明显的改变，它们影响着生物多样性、地球反射率以及水和生物地球化学循环。

海洋是地球系统的一个重要部分，JGOFS（联合全球海洋通量研究计划）主要研究地球生物化学以及海洋生态系统中较低的营养级，其研究进展表现为：①全球海气CO2通量的精确估算；②人为碳在全球海洋中的分布、传输和储存量的确定以及全球碳循环模型的更新；③大尺度气候模式（如厄尔尼诺-南方涛动以及大气海洋间的CO2通量的年间变动等）之间联系的辨识；④对海洋生物在碳循环中作用的探讨。

跨计划的集成研究

在IGBPⅠ中，IGBP就与其它研究计划建立了良好的合作关系，如与WCRP合作的BAHC（水循环的生物圈方面）和GEWX（全球能量和水循环试验）以及利用古资料来预测长期气候变化的“CLI-VAR/PAGES”交叉研究。另如为提高对于土地利用和土地覆被变化动态过程的理解及研究它们同全球环境变化的关系，IGBP与IHDP合作设立了LUCC（土地利用与土地覆被变化计划）。

研究发展趋势

目前IGBP计划已进入一个新的发展时期，重新设计的研究计划框架突破了原先设计的核心研究计划界限，按照地球系统的结构，可分为3类研究计划：①分别针对海洋、陆地和大气研究设立了3个研究计划；②分别针对海气、陆气和海陆界面研究设立了3个研究计划；③针对地球系统的整体动态研究设立了PAGES，针对全球变化的分析、解释与建模设立了GAIM（全球分析释用与模拟）。此外，还与IHDP，WCRP和DIVERSITAS组成了ESSP（地球系统科学伙伴），合作组建了全球可持续性联合计划，其中包括GCP（全球碳计划）、GWP（全球水计划）、GECAFS（全球环境变化与食物系统计划），其研究方向也发生了相应变动。

更高层次上的集成研究

全球变化研究的对象地球系统是一个巨系统，因此，全球变化问题也是一个非常复杂问题，因此必须强调集成研究。集成的关键是通过对主体各个方面的研究成果进行综合，以获取新的概念，并将原有认识水平提高到一个新的高度。集成研究一直是IGBP研究的主要方法和目标，IGBP最先在其内部子计划GCTE进行集成研究，后来在LUCC、PAGES、LOICZ（沿海区域陆地海洋交互作用）等计划进行集成研究并取得了较好的效果，如人们对LUCC集成研究对景观变化的驱动力加以社会化解释。在IGBPⅡ中，集成研究将成为各计划发展越来越明显的趋势。首先，许多研究方向都集中于地球系统的主要界面上；其次，研究内容和手段横跨其它子计划的研究计划和项目；最后，注重跨计划的集成研究，如四大计划共同发起的碳循环、水资源、全球环境变化与食物研究联合计划。

与全球可持续发展相适应

全球变化领域提出“可持续发展科学”的社会和科学背景：一是环境问题日益严峻的发展趋势；二是当前政策、决策制定者对自然科学信息的迫切需求；三是当代自然科学和社会科学相结合的潮流。可持续发展与全球变化密切相关，二者的适应问题在全球变化研究中必须被高度重视。关注可持续发展的关键问题，将人们对地球环境变化规律的认识转化为人类解决环境问题的有用的知识和技术，帮助人类调节自身的生产和生活，合理地安排和组织“有序的人类活动”，缓减全球环境变化的危害，最终实现人类社会可持续发展的长远目标。从理论研究走向实际应用

全球变化研究的根本目标是，在弄清全球变化的形成原因、预测未来全球变化的基础上，提出人类适应或缓减全球变化的对策，为人类可持续发展服务。未来研究更加强调研究成果的转化，强调尽快将全球变化研究的最新成果用于决策部门并为地区社会经济发展服务，建立定量的模型和综合评估框架，利用有效的科学信息提出实际的解决方法，产生地方性的产品，满足管理的需要，使研究计划最大限度的得到政府和公众的认同和支持，以保证计划的持续推进和最终目标的实现。全球问题与区域问题结合更加明确

全球变化在不同的地区会表现出不同的物理、化学和生物学特征，因而对各个国家的影响也不同。全球变化的区域响应研究会成为重点研究领域之一。全球环境变化的问题应主要通过区域研究来解决，区域性研究必须体现全球性问题。其中亚洲将成为全球变化研究的中心。

研究热点问题

大气化学和生物地球化学过程

其涉及的计划大致有IGAC、SOLAS（海洋表层与大气低层计划）、陆地-大气计划。IGACⅡ未来研究包括大区域与全球尺度上的气候热点与空气质量等主题：①大气化学成分在改变气候变化中的作用；②在地球系统范围内，大气化学成分的区域释放、沉积、大范围输送以及转化对对流层中大气的化学组成与大气质量的影响。

SOLAS是研究海洋和大气之间的关键生物地球化学、物理过程的相互作用和反馈的重要计划，未来的焦点问题是：①海洋-大气之间的生物地球化学耦合；②定性了解大气-海洋物质（气体，干湿微粒）、动力、能量交换过程的变动，精确计算区域或全球通量；③大气-海洋间的气体通量，特别是它们在时间和空间上的变动以及它们对于全球变化的敏感性。

陆地-大气系统计划的研究主题主要包括：①相互作用的物理、化学和生物过程是如何在陆地-大气系统中传送和转变能量和物质的；②地球系统动态过程的含义；③人类活动是怎样影响陆地-大气系统的（反之亦然）。

生态系统过程研究

就陆地系统来说，未来的研究建立在LUCC与GCTE计划之上，研究的问题大致有：①陆地人类环境系统变化的驱动力与动态过程；②陆地人类环境系统是怎样影响环境供给资源与服务的；③陆地人-地系统的脆弱性特征与动态过程。

对海洋生态系统来说，IGBPⅡ的海洋研究由GLOBEC（全球海洋生态系统动力学）和OCEANS（海洋生物地球化学和生态系统分析）组成。GLOBEC解决的主要问题有：①大尺度的自然环境过程怎样引起海洋生态系统的大范围变化；②海洋系统中结构和动态过程之间的关系；③应用耦合的物理、生物和化学模型以及相应的观测系统，研究全球变化对鱼群变动的影响；④变化的海洋生态系统怎样影响地球系统。OCEANS解决的主要问题有：①全球变化如何影响海洋生物化学循环和生态系统动态过程；②这些影响怎样改变基本循环和生态系统动态机制的关系；③地球系统对这些变化的反馈机制。

水文过程

研究水文过程的计划主要有BAHC（水循环的生物圈计划）和LOICZ。BAHC计划未来的研究方向主要有：①小尺度能量、水分和碳通量研究网络；②地下过程作用的评价；③SVAT（土壤-植被-大气传输模型）的选择、评价和发展；④气候变化对不同类型生物群落水文过程的影响分析；⑤陆地大气在区域和全球模式中的相互作用描述；⑥山地生态水文学。

LOICZ计划未来研究问题是：①阈值在维持生态系统状态、气候与人类作用力的强度、频率以及可预测性上的作用；②这些阈值是什么，变化和扰动超越阈值的概率是多少；③如何实现变化尺度的集成。固体地球过程

PAGESⅡ未来将支撑以下5个焦点，①PANASH（北半球和南半球的古环境）研究，它包括3个陆地的PEP（极地-赤道-极地）南北切面以及它们在半球内部的相互联系，主要集中于气候过程，例如ENSO和季风；②IMAGES（国际近海全球变化研究）；③CLIVAR/PAGES的交叉研究；④极地计划；⑤过去的生态系统过程与人类环境的相互作用，主要评价历史上气候与社会之间的相互关系。

地球系统的整体行为

GAIM未来研究问题大致有：①与生物圈发展演化有关的最重要的部分是什么；②地球系统中最主要的成分（阈值、瓶颈、开关）；③全球变化下的最脆弱区有哪些；④自然与社会之间的作用是怎样孕育突发和极端的事件的；⑤系统建立的模型应达到什么级别的复杂性和解决方法；⑥分析和预测可能的不规则事件的最好技术。

全球碳循环

全球碳循环研究的主要目标是完整表述全球碳循环，包括它的生物、物理和人文影响因子以及它们之间的作用与反馈过程。未来的研究主要集中在：①现今碳源与汇的时间和空间模式；②年际到千年尺度碳循环的动力控制与反馈；③未来全球碳循环的动态机制。

全球环境变化与食物系统研究

食物与人类的生存息息相关，未来研究包括：①当食物需求改变时食物的供应方式及其易变性在不同地区和不同社会人群中如何受全球变化的影响；②不同社会和不同食物生产者如何使其食物系统与全球环境和需求变化相适应；③适应这些变化的环境和社会经济影响是什么。

全球水资源研究

全球水系统对于人类社会的延续非常重要，目前世界上许多地区已出现水资源不足或水质变坏的现象。因此未来的研究应是：①全球变化对局地和区域水系统的影响；②水循环变化对全球水循环和地球系统的反馈，特别是局地和区域的积累作用以及关键阈值及其变化；③实施水系统可持续发展的重要举措；④人类影响全球水系统的主要机制。

研究展望

过去10年，我国全球变化科学家不但积极参与IGBP的合作研究，而且还根据本国的优势，对全球变化的许多问题进行了深入的探讨，并取得了可喜的成绩。其发展大致经历3个阶段：1986～1990年是中国国际地圈生物圈计划研究的初期，围绕主要科学问题如古环境、气候和海平面变化以及地气相互作用方面开展了有计划、有组织的研究；1991～1995年中国全球变化研究有了较大发展，研究范围扩展到陆地生态系统，全球气候变化预测、影响和对策，中国生存环境变化以及生物多样性保护和持续利用等领域；1996～2000年其研究近一步与社会可持续发展相结合，成功实施了一批以中国科学家领衔的国际研究计划，为国际全球变化研究做出了显著贡献，如中国被誉为世界上对国际“海洋-大气耦合响应试验”贡献最大的两个国家之一。

未来我国全球变化研究将注重以下方面：中国陆地和近海生态系统碳循环研究；东亚季风区海、陆、气以及人类活动对区域环境变化影响的机理；水-生态-农业社会经济区域耦合系统的模式的集成；基于各种代用资料重建中国历史环境变化及人与环境相互作用的集成研究；未来10～50年我国西部经济发展对全球环境的影响；保障我国经济可持续发展的重大环境事件的预测和影响评估；全球环境变化实时预警响应网络系统的建立等。

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