21世纪人类正面临着全球环境和社会可持续发展的巨大挑战。一方面人类受到不断变化的地球系统的严峻挑战；另一方面人类活动正以前所未有的幅度和速度影响着地球系统。现在人类活动正从各种尺度（局部的、区域的、全球的）改变和开发利用地球的物理、化学、生物环境。要了解人类是怎样与地球相互作用，以及人类是如何影响地球环境，就需要对地球系统有全面的了解。详细掌握地球各种作用相互影响的过程的知识，对于实现国家未来繁荣和人类发展也是必不可少的。因此，目前世界地球科学研究正从传统的地学向建立地球系统科学新的知识体系转变，地球系统已成为地球科学解决全球环境和资源问题的科学基础。研究地球系统的过程、相互作用及其动力学逐步成为地球科学研究的核心领域。当今资源和生态方面的问题已危及到了国家的安全和经济社会的可持续发展。探索利用地球系统科学的生态系统的原理和方法来管理自然环境和资源，已成为时代的需要。这就要求国土资源工作要加强地球系统科学研究，建立新的资源管理知识体系，我们在这方面的差距还相当大，加大这方面的基础性、前沿性研究，势在必行。
重大环境问题促进地球系统科学发展
地球系统是指由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈（包括人类本身）组成的一个地球整体。它包括了自地心到地球外层空间的十分广阔的范围，是一个复杂的非线性系统，其间存在着地球系统各组成部分之间的相互作用，主要是物理、化学和生物三大基本过程之间的相互作用以及人与地球系统之间的相互作用。地球系统科学的观点认为，全球变化是地球的各个组成部分——地核、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物圈（包括人类社会）——之间相互作用与反馈的结果，对这些相互作用和反馈过程的科学认识需要将地球作为一个统一的动力学系统来研究。因此，要解决当代资源环境重大科学问题就需要把地球作为一个相互作用的各个组成部分或子系统组成的连续的、统一的有机整体——地球系统，并运用一般系统论的原理研究地球系统的整体行为。
从1983年美国宇航局首次提出“地球系统科学”概念到现在短短的20年中，地球系统科学已成为国际地学界和各国地学发展的主要科学目标。美国国家科学基金会地学部最近一份战略报告中明确指出：“地学的科学挑战在于了解和预测地球系统内物理子系统、生物子系统和人类子系统的基本过程及其相互作用”。日本最近拟实施的“预测地球变化”计划强调要对地球系统各种过程进行研究、观测和模拟。英国在“1994-2000年地球科学战略”中也提出它的战略目标是要了解关于地球系统过程的知识和认识。
今天，人类面临的环境问题的严重性在于它们所涉及的是人类与人类本身生命支撑系统之间的关系等一系列重大问题。越来越多的证据表明，这种关系正日趋紧张。人类自身的活动正在威胁着我们所赖以生存的环境系统。它不再只是局部的或区域的问题，而是跨越国界的全球性问题。这也是一个历史性的问题，虽然它产生于工业革命，但是，它真正引起世人的关注仅仅是最近几十年的事情。这些重大的环境问题就科学内容而言已远远超过了单一学科的范围，往往涉及大气、海洋、土壤、生物等各类环境因子，又与物理、化学和生物过程密切关联。只有从地球系统的整体研究才有可能弄清这些问题产生的原因，寻求解决的办法。理解地球系统及其子系统的变化规律，预测其未来变化趋势，才能减轻地球系统变化所产生的不利影响，减轻自然灾害及其造成的损失，提高人类对地球系统变化的适应能力，达到地球科学研究的最终目标。当前，地球系统研究更具有针对性，更加强调解决人类社会经济可持续发展面临的主要挑战，以服务于社会发展。
当代重大环境问题主要是人类不合理开发利用地球资源所造成的，其影响程度已接近自然变化，并正在继续加剧，从而可能对未来人类的生存环境产生长远的不可逆转的后果。近百年来，以全球变暖为主要特征，全球的气候与环境发生了重大的变化：水资源短缺，生态系统退化，土壤侵蚀加剧，生物多样性锐减，臭氧层耗损、大气化学成份改变，渔业产量下降等，而这些变化主要是由人类活动所造成。由于全球变化的幅度已超出了地球本身自然变化的范围，对人类的生存和社会经济的发展构成了严重的威胁。根据政府间气候变化委员会第三次评估报告的预测，未来全球将以更快的速度持续变暖。未来100年全球还将升温1．4-5．8℃，将给全球环境带来更严重的影响。假如这种态势不能得到有效遏制，地球最终将成为一个不适合人类和其它生命生存的星球。2004年美国五角大楼给美国总统布什提供了一份秘密报告，题目是《全球变化将会毁掉美国》，其核心内容是，在未来的20年里，气候变化将导致全球性的灾难，引发全球性的骚乱和核战争，会有数百万人死于全球变暖引起的战争和自然灾害中，到2020年，欧洲的主要城市将被海水淹没，英国将变成“西伯利亚”气候。因而气候变暖对世界的威胁超过了目前令美国不安的恐怖活动。气候变化不再是科学争论，而是关系到美国的国家安全。现在，连美国军方都在研究地球系统变化对国家安全的威胁，足见研究全球系统变化的意义。
地球系统科学已经解答和需要解答的问题
地球系统科学是研究地球系统在复杂的相互作用中运转的机制，地球系统变化的规律和控制这些变化的机理，从而建立全球环境变化预测的科学基础，并为对地球系统的科学管理提供依据。因此，地球系统科学是为迎接人类面临的基本生存环境问题，即全球变化挑战而兴起的基础科学，也是当今人们利用、保护环境和资源的理论基础，或知识体系。
在过去的10年，对地球系统的研究取得了重大突破，其中最为重要的成果之一，就是我们认识到地球系统已超越了至少过去50万年的自然变化范围。目前，全球环境系统正在同时发生的这些变化，其变化的幅度和速率在我们人类的历史上，甚至可能对整个地球的历史来说，都是前所未有的。目前正在发生的这些变化，实际上是人与自然之间关系的变化。它们虽然发生的时间不长，但是其影响却很深远。而且，有很多变化正在加速进行。这些变化对全球环境产生关联效应，它们还难以被发觉，通常无法预测，很多时候会突然发生。由于是人类活动造成了这些全球环境变化，因此，我们人类社会最起码要有所反应，要有针对性和有创造性地采取响应和适应策略。虽然，目前已经对有些变化采取了应对措施，但是对于绝大部分变化来说还没有这样做。如果这种状况持续下去，我们的地球最终将会变为一个不适合人类和其他生命生存的星球。
对地球系统的研究还取得了另一个重大的突破，测示出了一个甚至在20年前几乎没有预测到的、影响深远的一系列发现：地球内部的缓慢作用与海洋和大气系统的较快运动之间，存在令人惊奇的耦合关系。另外，有一些标志表明，大洋盆地外形的微细变化深深地影响着大洋的环流；构造作用的波动会造成二氧化碳循环混乱；火山爆发的频度和地震机制与地幔流体的动力学相关联；海洋和地幔间的流体循环肯定影响着火山活动的特性，甚至可能是板块构造活动的媒体。因此，搞不清这些复杂的相互作用，对全球性的各种现象就不可能实现高准确度的预测。近年来，由于人们揭示和掌握了厄尔尼诺与异常气候之间关系等各种现象之间的部分相互作用，使人们对厄尔尼诺现象的预测获得了成功。
过去10年间全球变化领域所取得的研究成果，越来越深刻地揭示了地球系统的复杂性和相互作用的本质，以及人类活动影响该系统的方式。虽然全球变化研究已经开展了大量的令人感到振奋的科学研究工作，并且取得了丰硕成果。但是，至今我们还不能确定临界阈值在哪里，我们不了解日益加剧的人类活动将是否、何时和如何推动地球系统走向并跨越临界阈值，进入地球的另一种环境状态中。我们也不知道，地球系统应该具有什么样的特征和运行模式才是一个强健的系统，能够使我们安全地实现地球的可持续发展。
目前，全球变化领域的科学研究工作已经为我们提高对地球系统的认识做出很多贡献，但是，仍然还有大量的工作要做。能否保证我们未来的可持续发展，这是一个迫在眉睫的挑战。我们有能力迎接这个挑战，但是，我们必须采取一种新的、更具活力的、综合的地球系统科学研究方法。人们希望科学研究能够提供必要的知识基础，使人类社会有能力对全球变化的问题进行充分的讨论和思考，并最终拿出解决的办法。
人类社会如何应对全球环境变化的挑战，如何适应未来可能出现的环境变化以及如何有效地利用这种变化的环境，即人类如何合理地管理“地球生命支撑系统”，以满足人类对可持续发展的追求，是21世纪初地球系统研究必须回答的问题。为此，2003年，IGBP计划正式进入第2个发展阶段。在这个阶段，全球变化科学研究在方法上强调综合与集成，在研究内容上强调跨学科以及全球可持续性，在能力建设上强调知识储备，基础建设和公众宣传。此外，该计划还强调有关全球变化研究共识，认识到全球变化必须围绕社会可持续发展中重大的环境问题，开展对地球系统的进一步研究。这对减少未来环境预测的不确定性，促进未来社会可持续发展具有不可估量的价值。
中国亟须加强全球环境变化研究
全球环境变化对我国社会经济发展的影响及对我国生态与环境的影响是显著的，多方面的和深刻的。在全球变化的影响下，我国的自然生态系统正在改变。如气候不断变暖，冰川退化、森林减少、草原退化、荒漠化面积不断增加，生物多样性减少，北方干旱化趋势增加等。中国的气候、生态、环境已发生了显著、深刻的变化。近百年来我国平均地面温度上升了0．6-0．7℃，海平面平均上升了10-20厘米，冰川面积减少了约25％，过去50年北方年降雨量减少10％，干旱化加剧，极端的天气气候事件如旱涝灾害发生的风险近20年来呈上升趋势，近50年山地灾害发生频率增加，由此造成的气象灾害损失目前达到了GDP的3-6％，是世界上经济损失最严重的国家。例如中科院植物研究所植被数量生态学开放研究实验室，对我国的气候与植被的关系进行了综合研究，使用了年均温度增加4℃，年降水量增、减少10％或所有参数不变三个可能的变化方案，模拟结果显示，我国森林植被各地带由南向北推移3至5个纬度，森林面积南增北减，但总面积减少。温带草原对全球变化反应敏感，面积有所增加，大部分由森林演变而来。温带荒漠化扩大三分之一，荒漠化进程显著。青藏高原与我国西部高山的高寒植被将大部分消失。我国面临全球气候变化的压力不断增大。国内相关研究表明，按目前的全球变暖趋势持续下去，30年后我国主要农作物（稻米、小麦、玉米）将减产5-10％，病虫害发生频率和危害程度将明显增加；水资源的短缺有加剧趋势，预计本世纪30年代，即使采取严格的节水措施，黄河流域仍将缺水200亿吨；传染病的种类和影响范围将明显扩大，一些已经绝迹的传染病又有死灰复燃的可能；我国未来海平面还将继续上升，到2030年中国沿海海平面上升幅度为1-16厘米，预计到21世纪末将达到30-70厘米。这将使许多海岸区遭受洪水泛滥的机会增大、遭受风暴影响的程度和严重性加剧，气候突变事件发生概率增加，并可能在大范围地区造成灾难性的后果。总之，全球变化对国民经济有重大影响，特别是对水资源、农业、能源、交通、人体健康等，极端天气－气候事件加剧等都与全球变化有密切的关系，了解和正确认识这些变化及未来的趋势涉及到许多重要科学问题的研究。
另一方面，在履行有关全球环境条约和外交谈判中，全球变化研究的成果可以提供科学支撑和对策，以减轻国际上日益增加的对我国的压力，维护我国的根本利益。因而全球变化的研究不但具有重大的科学意义，而且具有重大的实际应用意义。目前，我国大部分污染排放名列世界前茅且居高不下。除二氧化碳位居第二外，其他各类温室气体和气溶胶的排放均位列首位，占全球排放量的很大份额。这种状况一方面给我国生态环境带来严重影响，同时也面临着巨大的国际公约履约的压力。
今后，国际上要求发展中国家特别是像我国这样的发展中大国采取保护气候措施的压力将显著增加，我国将面临越来越多的国际履约问题。中国作为世界上第二大二氧化碳排放国和一个负责任的大国，以及从自身可持续发展的目标着眼都应做出理智的选择，采取综合的对策和积极的行动，充分利用国际上应对全球变化的机遇，在全球环境保护的进程中争取主动，实现生产和消费模式的全方位变革，以保证可持续发展目标的实现。
鉴于全球变化对人类生存和社会发展的影响深刻，这就要求人们通过改变其价值、信念、行为来对日益加强的全球环境变化的认识作出响应。为迎接上述全球性环境变化问题的挑战，国际科学界确立了全球变化研究计划。该计划旨在描述和了解控制地球系统及其演化的相互作用的物理、化学和生物过程，以及人类活动在其中所起的作用，定量估计整个地球的生物地球化学循环，为预报全球环境变化建立科学基础，增强人类对未来几十年至几百年重大全球变化的预测能力。其总的目标，就是逐步提高对包括气候在内的地球环境演变规律的认识，对未来环境发展趋势提出预测意见，为全球环境问题的宏观决策提供科学依据，为各国政府资源开发利用、环境保护和治理等方面政策的制定提供科学技术支撑，最终为世界和国家一级的环境与发展问题的决策服务。
中国地球系统科学与世界先进水平存在较大差距
过去10年，我国实施了一批全球变化研究项目，取得了大量具有国际影响的研究成果，尤其是在东亚季风环境系统的领域，已经走到了世界先进行列，提高了我国在国际全球变化研究领域的“显示度”，为国际全球变化研究做出了重要贡献，然而，整体水平与国际相比，仍然存在着一定的差距。表现在尚未形成适合国情的完善的生态与环境科技体系，未能满足国家需求，和国际先进水平相比还存在相当的差距。20年来，我国生态与环境科研基本处于被动跟踪状态，缺乏基于国情的重大生态、环境问题的基础、应用研究和关键技术开发，科研与发展相脱离，研究赶不上问题的发展速度，对新的环境问题缺少应对理论和技术储备，生态与环境科研不能有效地渗透到社会经济的各个环节，使环境保护战略缺少强有力的科学指导，技术方向难以进一步明确。这与我国的生态与环境问题的严重性以及国际大国的地位极不相符。主要问题表现在：（1）缺乏系统的基础观测数据资料，这既包括现代过程的观测资料，还包括过去气候和环境变化过程的记录数据；对于季风环境系统中大气、海洋、陆地以及人类活动的相互作用研究和综合集成研究不够深入。缺乏较完善的气候预测系统和气候系统模式。（2）生态与环境重大科学问题缺少原创性的研究。（3）缺少大跨度学科交叉系统综合研究和全球视野。（4）长期、连续、动态的基础数据积累不够。 （5）缺少具有自主知识产权的技术集成和环保成套装备。（6）对国家决策的科技支撑薄弱。
基于被动跟踪状态，缺乏较完善的生态与环境科技体系?熏我国地球系统科学研究与国际先进发达国家的差距正在处于拉大的趋势，主要表现在：
1． 许多有关地球系统研究国际前沿和热点问题在中国尚未提到日程上。
当前国际地球系统科学进入新阶段，瞄准新的高点，但国际上正在讨论和将要研究的重大前沿问题，国内很少研究。例如2003年4月，欧、美地球物理学会在法国尼斯（Nice）联合举行万人大会，讨论的热点如“显生宙的大气历史”，“地球与类地行星的岩浆发生与演化”，“大气圈与生物圈的交换：从源到汇的全面探讨”，“地幔构造与成分：地球物理与地球化学模型的协调”等，均属地球系统科学的范畴，却都是我国未进行研究的题目。
2． 重大国际计划的学术总结，往往不见我国参与。
一些有关地球系统研究国际合作计划，在实际观测和数据采集中我国曾积极参加，大力投入。但到进行学术总结时，我国学者的参与却大幅度下降。我们可以在研究计划的外圈为产生数据出力，却进入不了核心，在材料“组装”和理论探讨中却发挥不了作用。出现这些差距的原因是我国地球科学家视野狭窄，立足本国、面向全球研究的论文不多见；许多研究论文仍然停留在描述性为主的传统阶段；对地球系统科学中关键问题的理论探讨基本上仍未提到日程上来，因此使我们的研究只满足于向国际学术界输出“原料”。
3． 国土资源科学和技术发展水平与世界先进水平相比正在形成“时代”差距。
纵观世界发达国家在国土资源领域开展的研究工作，很大的一个特点是以高新技术为先导部署重大科技工作，而且已完成技术装备的现代化。根据《中国现代化报告2004》，与发达国家相比，我国现代化水平与国外的差距虽然在缩小，但仍排列在世界第60位。据此，估计我国国土资源工作现代化水平也不会高于此数。
我国国土资源科学研究处在一个非常特殊的历史阶段，在技术装备现代化还未完成的条件下，现在又面临着信息化的挑战，与发达国家在技术上正在形成“时代差”。这种差距不是战术性的，而是战略性的。根据美国地球科学发展战略部署，到2020年前后美国将在新的地学知识体系指导下，构建出真正能够反映时代特色，与高新技术发展和资源需求相适应的新的资源科技体系。
面对这种形势，必须增强忧患意识，要求我们不能再按一般发展的时序关系去思考，不能再重复发达国家走过的道路，必须走跨越式发展的道路。要充分利用当代信息技术所具有的广泛扩散性、渗透性与共享性，充分利用国家信息化建设初步形成的技术物质基础，以信息化迅速改造传统工作，大力发展具有自主知识产权和具有战略地位的关键性技术装备，构建国土资源现代化探测调查技术支撑体系。
过去10年国际地学、环境／生态学领域的著名研究机构，成果产出及其影响反映了该领域过去的发展状况和未来研究的竞争态势。在该领域的研究中，中国在拥有著名科学家的数量、著名科学机构的数量、著名机构的科学产出以及成果方面，与美国等先进国家有着较大的差距。过去20年国际地学领域有重要影响的246名著名科学家主要分布在以美国为主的10个西方发达国家，其中美国占70％，环境／生态学领域有重要影响的246名著名科学家主要分布在以美国为主的19个国家中，其中美国占67％。我国没一位科学家进入地球科学领域、环境生态领域中的前250名位置。美国科学信息研究所（ISI）（2001）根据全球近500万名科学家所发表文章在1981-1999年近20年中被同行引用的次数，按21个领域筛选出各领域前250名科学家，地学（Geosciences）领域共有248名科学家，其中2名科学家的工作单位及其国别不表，其它246名科学家分布在10个国家109个机构中，其中，美国机构65个，英国13个，法国12个，瑞士4个，加拿大4个，澳大利亚4个，荷兰2个，日本2个，德国2个，比利时1个，我国一个也没有。
抓住机遇，推动地球系统科学发展
党的“十六大”提出了2020年前全面建设小康社会的奋斗目标，把“可持续发展能力不断增强，生态与环境得到改善，资源利用率显著提高，促进人与自然的和谐，推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展之路”列为全面建设小康社会的四大目标之一。未来15年，是我国社会经济发展的重要战略机遇期，这对我国生态与环境保护和建设提出了严峻挑战。为了实现可持续发展这一基本战略和全面建设小康社会的宏伟目标，必须通过科学技术的进步，从根本上转变生产模式和消费模式，使社会、经济和环境相互协调。
生态与环境科技的发展应以可持续发展理论为指导，以解决我国生态与环境中的重大问题和改善生态与环境质量为基本出发点，以转变不可持续的发展方式为主线，把生态与环境保护融入社会经济发展的各个环节。通过自主创新与综合集成研究，建立与全面建设小康社会和适合我国国情的生态与环境科学理论和技术体系，为提高资源利用率和利用效益，降低污染物排放量，减少环境健康风险，提高生态与环境宏观决策水平，增强可持续发展能力，实现生态系统良性循环，适应全球变化的趋势，逐步建立循环经济导向的可持续发展模式提供科技支撑，并造就一批具有国际影响的生态与环境领域的科研队伍。
未来10年，我国可持续发展将面临一系列严峻挑战，既要处理好人口、资源、环境等领域长期积累的问题，又要解决在发展过程中出现的新问题。其中国家发展的需求和地球科学研究重大跨越的时代背景，为响应国际全球变化研究科学管理和维护地球生命支撑系统的研究目标，满足人类社会对可持续发展的追求，我国理当顺应国际全球变化科学和可持续发展科学的最新研究方向，在中国积极开展全球变化和可持续发展研究。特别是地球系统研究对中国未来发展具有现实意义，对地球系统的未来恐怕会产生独特的影响。这是一片承受着巨大压力，但又充满无限希望的土地。它人口众多，经济持续快速发展，而这些正是引起全球变化的其中两个因素。这片土地的历史是那么辉煌，文化是那么灿烂，人民又是那么生气勃勃。中国自古以来就被视为一个富于进取心和改革意识的国家，它已经成为亚洲发展的动力源泉，而亚洲地区在确定人类与环境之间关系的问题上，最终很可能要起决定性的作用。相信在地球系统科学的征途上，中国的学术界将在国内迎来新的春天，为国际地球系统科学发展做出新的贡献。因此，我国应当不失时机、及早部署，为此建议：
1． 加强地球系统科学的核心理论研究，但不能只是追随国外走向，我国的地球科学长期以现象和记录为对象，难以进入国际地球系统合作研究的核心。只有在取得高质量记录的同时，有目的地开展现代过程观测与试验，积极推进理论模型的数值模拟工作，才能从现象描述推进到机理探索，切实开展核心理论研究。另外，必须分析我国独特的自然条件，根据实际的研究力量和科学积累，选择有突破前景的重大课题，通过记录、模型与观测三结合，实现既有本国特色又与国际接轨的全国和长期性的大型研究计划。建议实施“中国宏观自然环境格局及其演变趋势”项目，把青藏高原、季风气候、边缘海盆等一系列既具中国特点，又是全球重大环境特色的内在联系、形成机理与演变方向，进行系统研究，而不只是分别参与国际合作；这一操作一旦实现，必将在基础理论和实际应用两方面取得突破性成果。此外前新生代的全球变化，国外主要依靠稳定同位素分析推测大气与海水的演化，而我国具有澄江、热河等化石群特殊保存条件的优势，应当通过古生物宝库与地层的地球化学分析相结合，探索古代“冰室期”与“暖室期”转换以及生命演化等重大问题，力争有重大突破。
2．要瞄准地球系统科学的核心问题，开展追踪过程、探索机理的研究。
我国应采取强有力的措施，组织微生物学、有机地球化学等方面的力量，在地球微生物学、演化基因组学等方面参加国际新前沿的研究。鉴于目前该交叉领域在国际尚属起步阶段，我国应一方面促进两大学科的联合交流、讨论，另一方面建立相应的新型实验室和研究机构，并及早招募力量，着手筹建。
3．组织中国的“地球系统科学”系列，出版反映科学前沿的综述文集或专辑，举办地球系统科学讲座，推动国内的学科交叉。
4． 集中财力大力建设国家地球系统科学科技基础条件平台，为地球系统科学科技人员提供完全或部分共享的地球系统科学科技信息。
随着全球环境问题的日益严重，人类生存环境的自然变化与因人类活动而引起的环境变化问题已受到国际学术界的普遍关注。这是因为对环境变化历史过程的研究不仅是深刻认识现代全球环境问题的基础，同时也是预测未来环境变化趋势的重要参数。因此，全球变化研究计划把历史环境演变规律的研究作为其核心计划之一[102]。
人类赖以生存的地球环境是由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈组成的一个相互作用的整体。这些圈层之间存在着极为密切的联系，其要素变化既存在一定程度的协同性和不同程度的差异性，又存在一定程度的稳定性和脆弱性；同时在不同的区域还会以不同的规律特征和不同的形式表现出来。因此，需要在深入总结环境各要素自身变化基本规律与特点的基础上，对各环境要素的共同特征进行揭示，以便寻找出自然环境演变过程中各主要要素的内在联系和驱动因子。
历史时期地理环境演变是我国历史地理研究的传统优势领域。数十年来已开展了大量研究工作，对各环境要素都有不同程度的研究，包括历史气候、地貌、植被、动物群落、河湖水系、海平面、沙漠和自然灾害等，其最具代表性的著作是20世纪80年代初出版的《中国自然地理·历史自然地理》一书[28]。气候要素是历史地理研究的各自然要素中研究最为活跃和深入的，在国际上占有显著地位。这一领域由竺可桢等先生开创，后经几代人的努力，已取得了长足的进展，积累了相当丰厚的资料与研究成果，其它环境要素虽然也开展了不少研究工作，但与气候要素相比，无论是在深度、广度还是精度上，都有较大的差距。这给我国区域环境演变序列的重建与比较研究带来许多困难。
近年来，随着全球变化研究的不断深入，历史环境变迁研究已从单一要素的描述性研究转向高分辨率的量化集成研究，这已成为现今国际环境变迁研究的主流趋势。有鉴于此，笔者认为对我国历史时期自然环境演变规律的研究应着重开展以下几个方面的工作：①利用历史文献、考古资料、自然剖面、树轮、冰芯、湖芯、石笋等记录，提取高分辨率信息；②重建我国不同时空尺度高分辨率的环境演变序列；③探讨典型地区（如环境敏感区、生态脆弱带、生态过渡带及经济发达区等）自然环境及各要素的历史演变规律；④环境演变与人类活动相互影响和各环境要素相互作用的机理与模式。等等。
3.3 历史时期土地利用／土地覆被变化研究
国际全球变化研究经过近20年的发展，已逐步形成了一门以研究全球变化为对象的新兴学科——全球变化科学。土地利用／土地覆被变化(LUCC)是这一科学研究中的核心内容之一。就全球尺度而言，人类土地利用活动正在以惊人的速度改变着地球表面土地覆被的格局，这是人类与自然环境长期相互作用的结果。而这种格局的变化不仅影响了人类赖以生存的自然资源，引发了社会、经济领域的可持续发展问题，而且还对环境过程（如气候变化、生态系统过程、生物地球化学循环和生物多样性等）造成深刻的影响。土地利用／土地覆被变化作为全球变化的主要驱动力之一，已逐步为学术界所公认[103]。
土地利用／土地覆被变化(LUCC)是人类活动与自然界长期相互作用的结果。现今的土地覆被格局并非自古就是如此，而是人类活动对自然环境不断实施影响而积渐所至，有着悠久的历史根源，这为历史地理学提出了新的研究课题。20世纪90年代中期，由IGBP和IHDP联合发起的LUCC研究中，特别将“过去300年中，人类活动是如何改变土地复被”以及“在不同历史阶段、不同地理单元，土地利用变化的主要人文因素是什么”列为重点问题，并强调：必须利用各种手段恢复过去土地利用／土地覆被变化的详细历史[104,105]。我国开展此项研究工作具有得天独厚的条件，因为中国不仅拥有漫长的农业发展史，更重要的是拥有极其丰富的历史文献资料，这是其他国家都无法比拟的。中国历史地理学在这一研究领域中拥有不可替代的地位，能够发挥作用，而且应该发挥作用。
在当前与未来一段时间内，应着重关注过去数百年时间段（如300年或500年）的变化研究，重点研究的问题有：①历史时期土地利用／土地覆被变化史实重建；②历史文献资料和代用资料的量化评估与转换；③土地利用／土地覆被变化的驱动力辨识；④土地利用／土地覆被变化对区域环境变化的影响等。
3.4 适应研究与不同地域适应模型建立
对未来人类社会而言，如何适应全球变化是人类社会能否持续发展面临的关键问题。IGBP在新构建的研究框架中认为，未来的全球变化研究必须为人类社会的可持续作出贡献。为此，IGBP、WCRP、IHDP正在酝酿建立若干个与人类社会可持续发展紧密相关的联合研究计划。目前以全球碳循环、食物系统、水循环为主要内容的联合研究计划正在建立之中。这预示着，继全球变化的基础研究之后，人类社会的适应性研究将成为今后国际科学界关注的另一个重大问题。我国全球变化研究推动与组织者之一叶笃正先生近年来也积极倡导全球变化的适应研究，他认为：继全球变化基础研究之后，适应性研究将成为一个独立的重大问题[106]。我国IGBP委员会也已把对全球变化的适应研究作为未来全球变化研究的主要方向。
人类社会对环境变化的适应从本质上讲就是人类根据自然环境的天然特性来改造自己，以得到人类与自然环境相互作用系统的相对稳定。自然环境制约人类活动，人类活动又反过来影响或改变自然环境的面貌，这已是尽人皆知的事实。然而，在这种相互影响、相互制约的变化进程中，人类社会是如何调整自己的生产和生活方式，以适应自然环境的变化？人类活动的种种调整是否得当有效？不同地域类型的人群其适应模式又有何差异？我国劳动人民在长期的社会实践中给我们留下了许多宝贵经验与历史教训。譬如通过主动性的人口迁徙来缓解自然系统的承载压力，通过引进和推广新技术、新物种等来提高自然系统的承载能力，通过提高生产力水平以扩张人类的适应能力等等。历史地理学在未来一个时期里应积极开展这方面研究工作，为当今人类适应未来全球变化提供历史借鉴。
历史地理在开展此项研究时，应着重关注通过对业已发生的历史个例的分析与总结，寻找历史时期人类对重大历史环境变化事件响应的不同方式所能承受的环境“阈值”，包括农业生产系统中不同响应方式（如生产技术调整与改进、耕作制度调整、生产方式变革等）承受重大环境变化事件的“阈值”，社会经济系统中不同响应方式（如消费结构调整、食品市场波动、赈灾储备措施调整、政策响应等）承受重大环境变化事件的“阈值”；总结人类对重大环境变化事件的响应机理与适应模式，包括人类响应重大异常环境事件的决策过程、人类活动对不同时空尺度环境变化事件的响应时滞和人类对重大环境变化事件的适应模式及其现实意义等。
3.5 历史时期人地关系地域系统研究
人地关系是一个既涉及自然过程又涉及社会过程的综合概念，是现代地理学、现代历史地理学研究的永恒主题和理论基础。
20世纪80年代以来，随着全球环境问题的日益严重，环境与发展已成为当今国际社会普遍关注的重大问题。由此而兴起的全球环境变化与可持续发展研究，也成为当今科学界最重要的全球性研究主题。这两大问题均与人地关系息息相关。其目的在于：通过科学研究正确认识人与自然环境的辩证关系，探求人与自然环境相互作用的机理与过程，提出人与自然环境协调、永续发展的模式。人类如何可持续地维持地球生命支撑系统将成为未来全球变化研究和可持续发展研究的终极目标。
人与自然关系的内涵是随着人类社会的发展而发生变化的。在我国封建社会的早期，先哲们就总结概括了一些人地关系的学说思想，如孔子的“畏天命”、孟子的“天人合一”、荀子的“制天命”、董仲舒的“天人感应”等。其中“天人合一”的人地观，自先秦至明清一直为历代大多数哲学家所宣扬，是中国传统哲学的一个独特观点[107]。诸如孟子在两千多年前述及的“不违农时，谷不可胜食也。数罟不入污池，鱼鳖不可胜食也。斧斤以时入山林，材木不可胜用也”等人与自然界和谐、永续发展的论点，对现今人地关系的思辨仍具有深远的现实意义和理论价值，是值得我们总结和借鉴的。
中国人地关系问题是一个古老而深邃的哲学命题，绝非历史地理学或现代地理学所能覆盖得了的，许多哲学社会科学和其它自然科学的学科也都在探寻这一问题。然而，以地域空间为单元来研究历史时期人地关系的空间结构特征、地域分异规律及其形成机理与变化过程等，则只有历史地理学一家。笔者相信，通过对历史时期人地关系的深入研究，必将推动历史地理学的飞跃发展，同时也将为全球变化与可持续发展研究做出重要贡献。
3.6 华夏故土嬗变集成研究及其图谱编制
在人类文明中，中华文明自成一系、源远流长、连绵不断，它是中华民族在特定地域范围内长期生存与发展，适应自然环境、利用自然资源并改造生存环境，创造物质与精神财富的总和。中华大地是中华民族产生、繁衍、发展、壮大的特定地域，它不仅具有复杂多样的地理环境，也有独特的环境变迁与社会变迁历史。中华文明伴随着华夏故土的演化而发展，并不断改变着其演化进程与格局。中华文明的形成方式和发展进程可能代表了世界文明演进过程中的一种特殊形式，而这种特殊形式与华夏故土地理环境的演化密切相关[54]。开展中华文明与华夏故土之间相互联系的过程研究，是认识人类与环境关系的关键科学问题，开展这一研究将是中国历史地理学对人类文明发展作出的重大贡献。
近数十年来，随着科学技术的快速发展，我国学者对中华文明与华夏故土变迁的考古学、地理学与历史学等方面的研究均取得了丰硕的成果。从人类起源到人类文明演进，从农业起源到土地利用变化，从政区、疆域沿革到人口分布与迁徙，从科学技术的发展到城市文明的兴起，从自然灾变到重大历史事件，从气候变化到地貌过程，从生物群落演替到河湖水系迁徙，从海岸线的迁移到沙漠化、荒漠化的扩张，从支撑中华文明形成与发展的华夏故土的整体性研究到二者之间的相互联系与相互作用等，都开展了大量的研究工作，取得了一系列突破性的研究成果，并积累了丰富的历史文献资料、文物考古资料和自然记录资料，初步建立了不同时空尺度自然环境变迁与文明发展的演化序列，这为我们研究编制5000年华夏文明与华夏故土变迁的图谱奠定了坚实基础。
应用高新技术展示中华文明的源远流长和博大精深，有效集成中华民族及其生存环境的时空变迁，合理复原华夏文明与故土的演变过程，深入认识支撑中华文明长期连续发展的地理环境特征，科学地辨识华夏故土与文明的相互关系，建立权威的中华版图演变和民族地域融合可视化模型，为21世纪中国以至全球的人类与环境的可持续发展提供借鉴。其主要领域包括：作为故土的疆域与政区及其自然环境要素的时空变化，作为文明的人类活动及其社会、文化的时空演化，土地利用／土地覆被的时空变化及其三者之间的相互关系。其中土地利用／土地覆被是华夏故土与中华文明相互作用的界面，既是地理环境的一个重要内容，又是人类活动结果在地表上的一种表现形式，因而，它既有服从自然环境的时空变化规律，又反映了人类文明传承与发展的规律特征，是5000年华夏故土虚拟再现的重点。
3.7 文化的区域差异问题研究
文化研究是目前国际学术界最具活力、最富于创造性的学术思潮之一，有的学者甚至把它看作是后现代主义之后学术发展的主要潮流，但同时它又是一个最富于变化、最难以定位的知识领域。迄今为止，还没有人能够为它划出一个清晰的学科界限，更没有人能够为它提供一种确切的、被普遍接受的定义[108]。
中国文化作为一个富有东方特色和独特个性的文化综合体，在中华大地上绵延不绝，这与我国独具特色的地理环境和社会发展历史密切相关。然而，从区域角度看，我国复杂多样的地理环境格局，既给中华文化的发展提供了充分的回旋余地，也给缤纷多彩的区域文化提供了发展空间，形成了许多既有共性又有鲜明个性的文化区，如关东、三秦、三晋、燕赵、齐鲁、荆湘、巴蜀、吴越、八闽、岭南等，这些文化区可根据不同层次的文化因子进一步细分出若干亚区和若干小区。这种地域性文化特征的形成与发展，对现今区域社会经济的发展与文化建设有着极为重要的作用[107]，因此受到学术界的普遍关注。
文化的区域差异问题是历史文化地理研究的核心问题。因而，文化区的划分被视为是历史文化地理学的最终归宿[109]。从目前国际文化地理研究的发展趋势看，文化地理学不仅应该研究文化的空间分布，而且应当研究文化在一定空间地域内的运动过程、规律及机理。尤其是在一个相对辽阔的空间范围内，一种文化业已形成的中心会时常随着时间的推移和地理环境的变迁而运动或转移。因此，历史文化的传播与扩散、文化中心的转移、文化区域的形成过程等，均是文化地理研究的重要内容。
气候变化是国际社会普遍关心的重大全球性问题。 中国作为一个负责任的发展中国 家，对气候变化问题给予了高度重视。面对当下愈来愈严重的全球变暖等气候变化的问题， 中国成立了国家气候变化对策协调机构，并根据国家可持续发展战略的要求，采取了一系列 与应对气候变化相关的政策和措施，为减缓和适应气候变化做出了积极的贡献。可是任重而 道远，将来中国必将在气候变化上迈出更远的步子，也相信气候变化影响日益显现的同时。 各国携手应对气候变化，共同推进绿色、低碳发展已成为当今世界的主流。 全球气候变化的影响 全球气候变化对现在的影响： 1.陆地地区低温天气(包括白天和晚上)和霜降出现频率降低，可能性超过90%。 2.炎热天气(包括白天和晚上)出现频率增高，可能性超过90%。 3.绝大多数陆地地区热浪更频繁出现，可能性超过66%。 4.极高海平面出现率提高，可能性超过66%。 5.自上世纪70 年代以来全球受干旱影响地区增多，一些地区的可能性超过66%。 6.热浪更频率席卷绝大多数陆地地区，可能性超过66%。 7.自1970 年以来北大西洋热带气旋活跃性增强，一些地区的可能性超过66%。 全球气候变化对将来的影响： 1.雪盖区萎缩、永久冻结带解冻加速以及海冰数量减少，可能性超过99%。 2.酷热天气、热浪以及强降水出现频率增高，可能性超过90%。 3.热带气旋强度升高，可能性超过66%。 4.高纬度地区降水增多，可能性超过90%。 5.亚热带陆地地区降水减少，可能性超过90%。 6.包括美国西部和地中海盆地在内的很多半干旱地区水资源减少，可能性超过90% [ 2 ] 1.3 全球气候变化对全球局势的影响 全球气候变化问题给人类安全带来前所未有的威胁，极大地冲击了传统的安全观。就安全观 念而言，通常认为其中包括传统安全与非传统安全两个基本方面。传统安全观重视的是政治 与军事层面上的国家安全，尤其强调领土安全，认为维护安全的主要手段是军事力量，战争 是解决国家间的矛盾和冲突的主要方式；在非传统安全观中，强调的是除军事、政治上对国 家的威胁以外，其他对主权国家及其公民的生存与发展构成威胁的因素，如经济安全、生态 和环境安全、信息安全、能源安全等，此类问题都是由非政治和非军事因素引起，并具跨国 性和不确定性的特点。
我国应对气候变化的政策措施 2.1 推进节能减排 一是淘汰落后产能。2006 年~2008 年，我国淘汰落后的炼铁产能6059 万吨、炼钢产能4347 万吨、水泥产能1.4 亿吨、焦炭产能6445 万吨；到2009 年上半年，已关停小火电机组5407 万千瓦，提前一年半完成了“十一五”关停 5000 万千瓦小火电机组的任务。二是优化能源结 构。截至 2008 年，我国可再生能源利用量已达 2.5 亿吨标准煤，水电装机容量、核电在建 规模、太阳能热水器集热面积和太阳能生产能力等均居世界第一。三是推动技术进步。加快 节能减排技术的研发，攻克一批促进节能减排的关键和共性技术；全面实施十大重点节能工 程和重点环境治理工程；加快建立节能技术服务体系，推行合同能源管理，培育节能和环保 服务市场。四是增加森林碳汇。积极实施天然林保护、退耕还林还草、草原建设和管理、自 然保护区建设等生态建设与保护政策，进一步增强林业作为温室气体汇的能力。近5 年来， 中国森林蓄积量以每年近1 亿立方米的速度在增长，森林覆盖率从20 世纪90 年代初的14％ 提高到 20％，人工造林保存面积居世界第一。五是加强基础管理。建立和完善节能减排统 计、监测和考核体系，实行严格的问责制；实行耗能产品最低能效标准，扩大强制性能效标 识的实施范围；切实抓好电力、钢铁等重点耗能企业以及建筑、交通行业和公共机构的节能 工作，加强了重点耗能单位的节能管理；对重点污染源实施了在线监测，推进重点流域区域 污染治理和解决突出环境问题；大力发展循环经济，推广不同模式循环经济的典型经验。六 是完善政策机制。设立节能专项资金，采取“以奖代补”的方式支持节能重点工程、高效节能 产品、合同能源管理等。对开展节能、发展循环经济和进行资源综合利用的企业，采取了减 税免税政策；对解决突出环境问题的工程，实行“以奖促治“政策，财政给予一定的奖励资金； 对生态保护任务艰巨的地区，研究实行生态补偿的机制。 [ 3 ] 2.2 可持续发展 气候问题与可持续发展息息相关，为此，中国政府对气候变化问题给予了高度重视，并采取 了7 项积极的应对措施： 第一，组建了国家气候变化协调机构。 第二，积极参加了有关气候变化的国际谈判。 第三，采取了一系列有利于减缓温室气体排放的政策措施，如制定和实施可持续发展战 略，将应对气候变化作为可持续发展战略的重要组成部分；努力提高能源利用效率；积极发 展优质能源，努力改善能源结构；促进新能源和可再生能源的利用，支持在农村和边远地区 开发利用生物质能、太阳能、风能、地热能等新能源和可再生能源；开展大规模植树造林活 动。 第四，认真履行在公约下承担的具体义务。 第五，开展对气候变化方面的宣传、教育活动，增强公众的气候变化意识。 第六，开展关于气候变化的科学研究。 第七，为实施议定书做好准备。 2.3 全球积极应对气候变化 自从气候问题提出以来，国际为应对气候问题举行了一系列会议。最近， 新一轮联合国气 候变化大会于11 月28 日至12 月9 日在南非德班召开，这是国际气候谈判的又一次重要会 议。国际社会对此次会议高度重视，会议之前有关国家就纷纷行动起来，通过多边和双边斡 旋等方式给会议预热、通气。 今年以来，有关方面已先后在曼谷、波恩和巴拿马召开了气候变化谈判非正式会议， 强烈呼吁各国加强“诚意谈判”，为推动德班会议取得预期成果做出努力。与曼谷和波恩会 议相比，巴拿马会议进展明显，增添了人们对德班会议的信心。非洲国家领导人则把今年8 月在开普敦举行的世界经济论坛非洲会议作为舞台，呼吁非洲国家团结合作，统一立场，促 使大会获得成功。9 月初，太平洋岛国在新西兰最大城市奥克兰召开峰会，呼吁太平洋岛国 论坛成员国和国际社会就气候变化等问题加强合作。 欧盟领导人秋季峰会10 月23 日在布鲁塞尔召开，会议就德班会议达成欧盟内部统一的 谈判立场，与会欧盟领导人一致表示在一定条件下，欧盟愿意认可《京都议定书》第二承诺 期，在去年坎昆气候大会成果的基础上，努力促成德班大会取得均衡而又卓有成效的结果。 欧盟领导人上述表示对德班会议来说算是一件好事，有助于提升人们对德班会议的期待和信 心。 不久前，美国气候变化特使和欧盟委员会气候变化官员先后对中国进行穿梭访问，与中 方就气候变化问题展开磋商，为德班会议的召开做好先期准备。作为气候谈判的重要参与者， 中国政府对谈判一直持积极立场，一再表示愿意与各方一道推动德班国际气候会议取得积 极、全面和平衡的结果。 可以说，围绕德班会议的全球预热活动正如火如荼地展开。然而，由于各方利益诉求不 同，特别是一些发达国家责任缺失、迟疑消极，使得德班会议仍然面临许多难题。首先，《京 都议定书》第一承诺期和第二承诺期能否有机衔接，是判断德班会议成功与否的核心指标。 然而一些发达国家并不愿意接受第二承诺期，试图抹杀国际社会在气候谈判中业已取得的成 果，另建一套符合一己利益的全新框架和原则。对此，发展中国家予以坚决拒绝。其次，发 达国家向发展中国家承诺的资金和技术援助缺乏保障机制，难以落实，特别是有关2013 年 后发达国家向发展中国家提供1000 亿美元的援助资金目前还是零，谈判任务异常艰巨。再 次，发达国家减排指标仍是悬而未决的问题。发达国家在坎昆会议期间提出的中期减排指标 低于联合国政府间气候变化专门委员会提出的25%至40%的减排要求。发达国家如不能承诺 大幅度提高其减排水平，必定会极大阻挠谈判进程。 [ 4 ] 当前，从各国纷纷预热德班会议看，应对气候变化，践行低碳发展已经成为全球关注 焦点和世界各国共识，国际社会在应对全球变化问题上的热情并没有减退，但是光有热情还 远远不够，现实更需要有关国家拿出具体行动来，特别是发达国家更应该兑现承诺，按照“巴 厘路线图”的授权，推进《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》在实施方面迈上新 台阶，以维护全人类的共同利益。 3 我国应对气候变化取得的积极成果 3.1 促进新能源开发 我国新能源的开发，特别是可再生能源的技术创新，有效开发和利用生物质能、风能、太 阳能、地热能和海洋能等新型能源是我国战略持续发展的重要选择，大力发展低碳经济，有 力的促进了我国经济的转型，增强能源企业的竞争力。推动社会主义和谐社会的发展。 3.2 促进社会发展 除了通过制定和完善立法积极应对气候变化，我国还有效开展了节能减排和应对气候变化 方面的法律执行和监督工作，在节能减排方面取得明显成效。2008 年，中国单位国内生产 总值能耗同比下降4.59%，化学需氧量、二氧化硫排放量分别减少4.42%和5.95%。近三年 累计，单位国内生产总值能耗下降10.08%，化学需氧量、二氧化硫排放量分别减少6.61% 和8.95%。2006 年到2008 年，已依法关停小火电2157 万千瓦、小煤矿1.12 万处，淘汰落 后炼铁产能4659 万吨、炼钢产能3747 万吨、水泥产能8700 万吨。这些工作成效，为应对 全球气候变化作出了积极贡献，得到了国际社会的高度肯定和评价。 [ 5 ] 3.3 提高国际地位 我国积极促进国际合作以应对全球气候变化。 首先，中国代表团的积极斡旋为大会注入了推动力。通过与基础四国（中国、印度、巴西、 南非）、“77 国集团＋中国”、小岛国联盟以及一些非政府组织积极沟通，彼此增强了共识 和团结。同时，针对《京都议定书》第二承诺期、绿色气候基金等核心问题，中国代表团分 别与美国、澳大利亚等“伞形国家”沟通，推动了整个气候变化谈判进程，维护了发展中国家 的利益。 其次，积极展现中国应对气候变化的努力与成就。在德班气候大会期间，中国代表团举 办了23 场题为“中国角”的系列边会、交流与宣传活动，吸引了大量与会代表和媒体记者。 这是中国政府代表团在联合国气候变化会议期间首次举办大规模、全方位、立体化的展示和 对话活动，成为外界深入了解中国应对气候变化成果的一个重要窗口。 第三，就全球应对气候变化积极提出倡议。在德班大会第一天的开幕式上，中国即代表 基础四国发言，提出“公平原则”，明确指出不仅要看国别的二氧化碳总排放，也要看人均排 放和历史人均累积排放，以公平、公正地解决温室气体累积所导致的气候变化效应。在6 日举行的“中国角”系列边会上，中国民间商会副会长王玉锁发出了主题为“用我所能善待明 天”的全球技术合作倡议，倡导各国加大清洁能源技术研发与投资等，得到了美国杜克能源 公司等合作机构的充分认可与支持。 第四，用实际行动表明了中国应对气候变化、推进国际合作的决心与诚意。就在德班大 会召开前一个月，中国国务院讨论通过了《“十二五”控制温室气体排放工作方案》，提出到 2015 年单位国内生产总值二氧化碳排放比2010 年下降17％的目标要求，得到了《联合国气 候变化框架公约》秘书处执行秘书菲格雷斯等人的赞许。会议期间，中国代表团团长解振华 表示，在满足五项条件的前提下，中国可以参加2020 年后具有法律约束力的框架协议。此 外，根据参会的中国企业代表介绍，在中国政府的指导和推动下，中国企业已将发展低碳经 济作为企业的战略重点，将追求经济、社会、环境综合价值最大化视为企业价值的核心要素， 在行动中承担责任，实际上已为全球应对气候变化做出了突出贡献，大大提高了中国的国际 地位 [ 6 ] 。 4 中国应对当下及将来气候问题的政策 在我看来，中国在应对气候变化问题上还有很长的一短路要走。而以下政策是必须坚定 实施的。一是加强法制建设和战略规划。制定专门的应对气候变化法，并根据应对气候变化 工作的需要，对相关法律、法规、条例、标准等作出修订。 二是加快经济结构调整。通过 政策调整和体制创新，推动产业优化升级，加快经济发展方式转变。抑制高耗能、高排放行 业过快增长。 三是大力发展循环经济。进一步统筹协调低碳发展战略与其他资源环境政策， 支持循环经济技术研发、示范推广和能力建设，努力提高资源产出率。是提高适应气候变化 能力。重视应对极端气候事件能力建设，提高农业、林业、水资源、四是卫生健康等重点领 域和沿海、生态脆弱地区适应气候变化水平。从而能够发挥出积极建设性作用，努力推动谈 判进程，为应对全球气候变化作出重要贡献。
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