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NASEM:美国全球变化研究计划取得重大成就

编号:NO.I00016071703        发布时间:2017-03-19 09:58:57

根据《1990年全球变化研究法案》(Global Change Research Act of 1990),美国全球变化研究计划(U.S. Global Change Research Program,USGCRP)得以建立,为13个参与全球变化研究的机构和部门提供战略规划与协调行动,发布介绍研究机构相关研究成果的集成与评估产品,从而推动全球环境变化科学的发展。2017年2月15日,美国国家科学、工程及医药学会(National Academies of Sciences,Engineering, and Medicine,NASEM)发布题为《美国全球变化研究计划的成就》(Accomplishments of the U.S. Global Change Research Program)的报告,回顾了USGCRP令人瞩目的成就。报告指出,USGCRP在推动全球环境变化科学和提高全球环境变化对社会的影响认识方面取得了重大成就,主要涉及四方面:开发全球观测系统、地球系统建模、碳循环科学,以及将人文因素纳入全球变化研究。本文对USGCRP在推动全球变化研究方面的主要成就以及未来发展面临的机遇与挑战进行简要介绍,以供读者参考。

1  认识全球变化的主要成就

1.1  开发全球观测系统

地球系统科学是将整个行星地球作为实验室的观测科学。除了一些早期的全球过程数据集,例如在夏威夷岛冒纳罗亚(Mauna Loa)测量的大气CO2浓度数据,在20世纪80年代后期没有可以利用的真正意义上的全球数据集,几乎没有足够长时间序列的全球观测数据集来衡量全球变化。

USGCRP的主要贡献之一就是汇集了从全球尺度到特定水域和社区尺度的空间分辨率的数据集。与美国国家航空航天局(NASA)地球观测系统(Earth Observing System,EOS)合作,EOS也是由国会于1990年发起的,USGCRP制定了目标和相关的关键测量,旨在应用空间观测手段提高全球变化认识。

全球空间观测系统的早期成就之一就是极大地提高了对土地覆盖变化的理解。例如,陆地卫星数据与新的分析方法相结合,生成了首个一致的、可复制的亚马逊流域热带雨林损失的测量数据。如今,计算陆地全球过程的能力,例如生长季度长度的变化,只能使用由USGCRP发起的全球卫星数据记录才能完成。

随着全球地球观测空间的扩大,一些USGCRP参与机构和其他机构规划并实施了空中、地面和海洋观测系统。在西太平洋的热带海洋与全球大气计划(Tropical Ocean-Global Atmosphere,TOGA)的阵列、海洋Argo浮标观测面积的扩大、针对陆地CO2通量开发的AmeriFlux,以及在全国范围内创建一致的温度观测档案等都是最好的例子。

通过综合观测的跨机构工作小组,USGCRP继续协调不断增多的大型观测组合,包括卫星和原位观测。目前有30多个仪器在近地轨道上运行,可以测量或者计算一系列广泛的变量,包括风速和环流模式、大气CO2和气溶胶浓度、土地覆盖变化、冰原、云属性、海洋盐度、海冰和生物圈的陆地与海洋净初级生产力。

1.2  地球系统建模

精确代表地球范围内的自然、化学和生物过程的地球系统模型是理解全球变化和生成决策者所需信息不可或缺的工具。大多数模型在1990年只关注地球系统的大气组成,粗略代表云和辐射过程,几乎没有代表海洋与陆地表面的相互作用。这些模型有利于研究大尺度的变化响应,例如温室气体的增加,不适用于研究小尺度的特征,例如热带风暴、飓风或者精确定义的冷暖气流。

由USGCRP部分参与机构进行的重大投资解决了许多类似的局限性。现在的模型代表了更高分辨率的多个相互作用的组成部分,可以模拟实际的历史条件,应用卫星和原位观测加以比较。这一进步对于增进科学认识、更准确地预测短期风险、绘制沿海洪水风险地图和其他许多实际应用都十分重要。

认识到协调国家各种分散的建模行动的需要,USGCRP于2011年设立了综合建模跨机构小组(Interagency Group on Integrative Modeling,IGIM)。USGCRP参与机构也在国际建模工作中发挥了作用,特别是成立于1995年的耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project,CMIP)。

1.3  碳循环科学

由于碳在地球气候中发挥主要调节者的作用,并且是控制全球海洋酸度的关键因素,因此,碳循环研究一直都是USGCRP参与机构的关注焦点。为了评估和预测变化,需要理解并量化大气碳通量(源)、陆地与海洋生态系统的碳沉降(汇)。

USGCRP参与机构支持战略规划活动,促进并协调有关全球碳源和碳汇的核心观测与过程研究。1998年,碳循环跨机构工作组(Carbon Cycle Interagency Working Group,CCIWG)正式成立,以协调美国12个政府机构和部门的行动,目前引领美国碳循环科学计划的发展。

过去的25年,部分由USGCRP组织和支持的研究极大地提高了人类对所涉及过程的理解,例如,土壤碳的分解随着气候变暖而增强的潜力,以及在变暖的海洋中影响CO2吸收的过程。这一研究的重要组成部分是密集的、跨机构协调现场活动,从而将原位、空中和卫星观测联合起来。

1.4  将人文因素纳入全球变化研究

社会驱动力塑造了全球的土地与能源利用以及城市化——包括个人、组织和社区的行为——被认为是全球变化研究各方面的根本。通过协调活动,USGCRP在全球变化研究中结合自然科学和社会科学,以及鼓励成员机构支持基础的社会科学方面做出了重要贡献。

社会科学对于USGCRP为支持决策付诸的行动也很重要,特别是区域尺度。区域决策支持中心由内政部(气候科学中心)、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)(区域综合科学和评估计划、区域气候中心)、美国农业部(气候中心)组建,每一个都针对发起机构的具体职责。这些中心充当了支撑决策的试验平台,有效地为应用型的人类维度研究提供了平台。

尽管在推动人类维度研究方面正取得进展,但是挑战仍然存在,特别是USGCRP许多参与机构缺乏社会科学的专业知识和持续的社会科学数据资源。在将社会科学整合到USGCRP取得进一步进展时,需要克服这些挑战,以提供国家有效管理当前和可能的全球环境变化后果的所需信息。

2  未来发展面临的机遇与挑战

通过与权威专家的协作和跨机构的合作关系,USGCRP自成立以来成功地推动了全球变化科学,增进了全球变化如何影响当今社会和未来社会的认识。在未来的几十年,随着全球变化的影响变得日益明显,USGCRP将需要在面临全球变化加速的情况下,扩充探索保护国家利益选择的知识库。

面对日益增加的气候变化和其他全球变化影响,报告建议USGCRP在现有成就的基础上,通过支持、扩大和协调地球系统观测,以及维持发现驱动和应用启发研究并重的计划,以支持美国在地方、区域、国家和全球尺度的需求。USGCRP需要将社会科学纳入其工作中以取得进一步的进展,为高效地管理全球变化现有的和可能的后果提供信息。


原文来源:https://www.nap.edu/catalog/24670https://www.nap.edu/catalog/24670/accomplishments-of-the-us-global-change-research-program
原文题目:Accomplishments of the U.S. Global Change Research Program
编译者:曾静静

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