以地球体系科学研究应对气候变化应战

liukang20242周前 (05-24)166吃瓜1111

本年春季，我国多地呈现极点气候事情。地球体系科学作为一门新式穿插学科，在了解和应对气候改动等全球性环境问题方面的重要性益发凸显。日前，全国25所顶尖高校的地舆学相关学院院长齐聚天津，一起签署发布《地舆科学与地球体系科学院长论坛·天津宣言》(以下简称《天津宣言》)。这标志着我国地球体系科学进入协同立异、服务国家战略需求的新阶段。

环绕当时生态和环境应战与学科展开，科技日报记者专访了我国科学院院士、天津大学地球体系科学学院创院院长刘丛强，与他就学科前沿打破、多学科穿插交融以及人才培育等论题进行了深化探讨。

应对人地联系危机

记者：地球体系科学是在什么布景下诞生的？这门学科要处理哪些要害科学问题？

刘丛强：地球体系科学的诞生源于人类对全球改动问题知道的深化。20世纪后半叶，气候改动、臭氧层空泛、生物多样性锐减等全球性问题凸显。科学家们逐步意识到，环境问题具有体系性特征。以气候改动为例，北极冰川融化不只影响局部地区，还会经过改动洋流和大气环流影响全球气候格式。

别的，人类活动被确认是全球改动的首要驱动力之一，人类世概念也因而被提出。这一概念由诺贝尔化学奖得主保罗·克鲁岑(Paul Crutzen)于2000年提出，认为自工业革命以来，人类活动已成为影响地球体系的中心地质力气，或许终结了继续1.17万年的全新世。因而，咱们亟须以体系科学思想研讨人与天然的联系。全球改动的体系性和杂乱性特征促进科学家打破传统学科距离，从“复原论”转向“全体论”，再加上近年来非线性科学和杂乱性理论的鼓起，地球体系科学这一新式穿插学科迎来了繁荣展开期。

现在，地球体系科学首要聚集五大要害范畴。首要是地球体系圈层耦合与反应机制，答复怎么定量描写大气、海洋、陆地、冰冻圈和生物圈之间的能量、物质交流，以及要害反应进程怎么影响地球体系的稳定性等问题。其次是全球改动的驱动力与临界点的研讨，知道火山活动、太阳辐射等天然变率，温室气体排放、土地使用等人类活动对地球体系的相对奉献，以及地球体系是否存在不可逆的临界点及其触发条件和预警信号。第三是地球体系模仿与猜测的研讨，进步地球体系模型的分辨率和可靠性，整合社会经济情形与天然体系模仿，了解全球改动怎么导致区域规范的极点事情。第四是人类世的科学与道德应战的研讨，确认怎么界说人类世的地层标志和开始时刻、人类活动怎么重构地球体系的演化轨道和进步社会—生态体系的耐性，以及怎么在展开需求与行星距离间取得平衡。终究是科学怎么支撑可继续展开途径，量化碳中和、生态安全等方针的科学阈值、依据地球体系科学规划跨规范(全球—区域—本地)办理战略。

记者：地球体系科学怎么协助咱们了解当时频发的极点气候事情？

刘丛强：地球体系科学经过多圈层耦合视角，提醒极点气候事情的全球性机制。全球变暖引发“北极扩大效应”，导致急流削弱和动摇加重，使热浪或寒流等极点气候在局部地区更易停留。地球体系模型证明，人类活动明显添加热浪、暴雨等事情产生概率。如温室气体排放使百年一遇高温变为十年一遇；海洋升温则增强水循环能量，催生更强的飓风和极点降水；一起，冻土融化、野火等反应机制开释温室气体，进一步扩大气候异常。经过整合卫星遥感、古气候等跨规范数据，地球体系研讨可区别天然动摇与人为影响，清晰当时极点事情的非天然性。依据此，地球体系科学不只解析灾祸链成因，还经过模仿不同减排途径下的危险阈值，辅导气候耐性城市建造与灾祸预警体系优化，为全球应对气候改动供给科学锚点。

记者：能否请您详细谈谈您提出的“表层地球体系生物地球化学循环与全球改动”理论怎么助力国家“双碳”方针完成？

刘丛强：“表层地球体系生物地球化学循环与全球改动”理论经过解析碳、氮、水等要害元素在地球表层，如陆地、海洋、大气中的循环机制及其与人类活动的耦合联系，助力国家“双碳”方针完成。这详细表现在三方面。

首要是碳源汇动态量化。“表层地球体系生物地球化学循环与全球改动”理论提醒了陆地生态体系和海洋的碳吸收潜力，提醒植被光协作用、土壤有机碳分化等进程对碳中和的奉献，为评价森林碳汇、湿地修正等生态工程的减排效能供给依据。

其次是人为搅扰机制解析。研讨化石燃料排放、氮沉降等人类活动怎么打破天然碳循环平衡，然后支撑精准减排途径规划。如提醒工业体系和农业体系碳排放的关联性，推进动力转型与化肥减量的协同办理。

第三是气候反应猜测。结合地球体系模型，模仿碳循环与气候变暖的反应效应，预判不同减排情形下碳达峰碳中和方针的可行性，躲避气候临界点危险。该理论可辅导碳捕集、生态修正等技能立异。一起，该理论结合全球碳通量监测网络供给的数据，可认为我国进行世界气候商洽供给支撑。

记者：在相关范畴，我国科学家扮演着怎样的人物？

刘丛强：当时，人类活动正深入重塑地球体系。我国科学家正经过多维度实践在全球科学办理中发挥要害作用。科研层面，我国科学家主导碳循环、气候模型等研讨，如提出高分辨率地球体系形式进步全球改动猜测精度，并推进风能、太阳能等低碳技能革新。我国科学家深度参加“双碳”途径规划，量化生态红线与碳预算，支撑全球最大规划植树造林、湿地修正等工程，助力陆地碳汇进步。世界协作中，我国学者主导“全球季风计划”，参加IPCC评价陈述编写，推进“一带一路”气候观测网建造，促进数据同享与减排职责共担。一起，我国科学家经过科学传达与教育，进步大众气候认知，推进社会低碳转型。我国科学家正尽力弥合展开与资源耗费的距离，成为全球应对人地联系危机的要害力气。

侧重全体性研讨

记者：《天津宣言》的中心方针是什么？它将怎么推进学科展开？

刘丛强：《天津宣言》的中心方针是推进地舆学研讨范式的转型展开。传统地舆学往往将天然地舆和人文地舆分裂研讨，而《天津宣言》建议的地球体系科学范式侧重各圈层的相互作用和全体性研讨。这种转型不是否定传统地舆学，而是在其根底上的立异展开。

《天津宣言》将经过三个途径推进学科展开：一是促进学术一起体构成一致，清晰展开方向；二是树立协作机制，推进资源同享和优势互补；三是构建交流渠道，促进思想磕碰和办法立异。咱们信任，这种协同立异的形式将加快地球体系科学的展开。

记者：《天津宣言》提出要推进学科穿插与数据同享。这一建议将怎么详细执行，或许面对哪些应战？

刘丛强：咱们仍在全面考虑和规划相关计划，将来在详细执行时，咱们计划选用以下办法：经过树立一致的数据规范和同享渠道，处理数据异构性问题；拟定收益分配机制，保证数据奉献者的权益；展开办法练习，进步数据运用功率。一起，咱们也将推进课程同享、设备同享等多方面协作。

面对的应战首要包含：不同单位的数据质量规范不一致；部分数据的性质影响同享；学科文化差异影响协作作用等。针对这些应战，咱们需求树立有用的激励机制和协调机制，在维护常识产权的前提下促进敞开同享。

记者：《天津宣言》对进步我国在地球科学范畴的世界话语权有何意义？

刘丛强：《天津宣言》的签署向世界社会传递了两个重要信号：一是我国科学家活跃展开地球体系科学和参加全球环境办理的坚决决计；二是我国在地球体系科学范畴的立异才能。这将在三个方面进步世界话语权：首要是增强咱们在世界学术安排中的影响力；其次是有利于我国计划被世界社会选用；终究是进步我国科学家在世界大科学计划中的参加度。

详细来说，我国科学家可以经过牵头或参加世界研讨计划、推进我国提出的科学概念取得世界认可、共享我国在生态文明建造方面的经历等办法，不断进步世界影响力。这是一个渐进的进程，但方向是清晰的。

推进学科穿插交融立异

记者：本年恰逢天津大学地球体系科学学院建立十周年，作为国内该范畴的首要推进和展开单位之一，学院在学科建造和科学研讨方面取得了明显作用。地球体系科学触及多学科穿插，这种穿插性给科研安排带来了哪些应战？天津大学选用了哪些立异举动来应对这些应战？

刘丛强：学科穿插的确带来了科研安排办法和研讨范式的深入革新。大学一般是依照学科类别来设置院系，但这种安排结构难以习惯地球体系科学的研讨需求。咱们在学院内部立异性地设立了9个问题导向的研讨中心，每个中心都聚集一个体系性的多圈层、多要素、多规范和多进程的科学问题。比方地气界面科学中心便是整合了水文学、土壤学、生态学等多学科力气，研讨陆地—大气界面的物质能量交流进程和通量改动及其气候和生态环境效应。

这种安排形式的最大优势是打破了学科壁垒，让不同学科布景的科研人员可以环绕一起科学方针展开协作。在实践中，咱们发现这种形式不只能产出立异作用，还能培育研讨人员的体系思想和穿插学科研讨才能，这正是处理杂乱体系环境问题所需求的要害才能。

记者：在树立了跨学科研讨团队后，怎么将科研作用转化为实践使用？

刘丛强：科研作用转化、服务社会—天然体系的可继续协同展开是地球体系科学研讨的重要环节。地球体系科学研讨作用的转化需经过“技能集成—方针耦合—社会嵌入”三层次途径完成。在技能开发与工程演示方面，跨学科团队整合遥感、大数据与工程技能，开发智能监测体系(如城市热岛调控、碳汇精准核算)和低碳处理计划(如沿海湿地修正、绿色修建)，经过演示工程验证技能可行性。在方针模仿与决议计划支撑方面，使用地球体系模型量化生态安全阈值，为疆土空间规划、灾祸耐性建造供给动态情形剖析，例如结合天津海岸带特征规划“蓝色海湾”综合办理计划。在大众参加与工业联动方面，构建科学传达渠道，将杂乱数据转化为可视化东西，推进企业绿色转型与社区气候举动。

在上述方面，天津大学的共同优势首要表现在工科技能锚点上：依托化工、修建、环境等优势学科，将地球体系理论与工程技能深度交融，例如开发高效碳捕集资料、近零能耗修建技能。其次是沿海地域特征研讨与办理方面：针对环渤海区域环境问题(如地面沉降、海岸腐蚀)，展开陆海统筹研讨，支撑京津冀生态协同展开。三是学科穿插渠道构建方面：依托“表层地球体系科学研讨院”等渠道，联合办理、法学等学科，规划“科学—工程—办理”一体化处理计划(如才智生态城市规范体系)，强化作用落地效能。

记者：在数字年代，AI和大数据等技能正在深入改动科研范式。这些新技能为地球体系科学研讨带来了哪些革新？

刘丛强：数字技能的确为地球体系科学带来了革命性改动。我将其概括为三个方面的打破：首要是观测才能的腾跃，经过空六合海一体化监测网络，咱们可以获取史无前例的海量数据；其次是剖析才能的进步，AI算法可以从杂乱数据中发现传统办法难以辨认的规则；终究是模仿猜测才能的增强，依据高性能核算的地球体系模型可以模仿多圈层相互作用。

咱们正在建造的地球体系模仿中心便是一个典型比方。该中心将整合超级核算、AI和大数据技能，模仿不同情形下的地球体系演化。这种模仿才能关于猜测气候改动影响、评价安全缓解办法作用都具有重要价值。可以说，数字技能正在重塑地球体系科学的研讨办法。

立异人才培育形式

记者：地球体系科学的穿插性对人才培育提出了新要求。学院在课程体系规划方面是怎么表现这种跨学科特征的？

刘丛强：咱们在课程规划方面进行了体系性立异。这首要表现在三个方面。首要是根底课程强化数理化生根底，由于地球体系的一切进程终究都与这些根底学科的原理相关；其次是专业课程选用问题导向的规划，侧重全体性，比方“全球改动水文学”就整合了水文学、气候学和生态学的内容；终究是实践环节重视体系性思想练习，经过综合性试验和户外调查培育学生的全体观。

这种课程体系与传统地舆学专业有很大不同。咱们不是简略地在原有课程根底上添加内容，而是重构了整个常识体系。从施行作用看，这种培育形式使学生既把握了厚实的根底常识，又具有了处理杂乱体系问题的才能。

记者：在新工科建造布景下，地球科学人才培育怎么融入工程技能思想？这种交融会带来哪些优势？

刘丛强：培育工程技能思想是咱们教育改革的重要方向。详细做法包含：在理论教育中添加工程事例剖析，让学生了解科学原理怎么转化为实用技能；开设工程实践课程，如环境修正技能、碳捕集与封存技能等；安排学生参加实践工程项目，培育处理实践问题的才能。

这种交融培育的优势很明显。一方面，学生结业后可以更快习惯作业岗位的需求；另一方面，他们在科研中会更重视作用的转化使用。咱们的一些结业生已经在环保工程、气候改动应对等范畴发挥了重要作用，这正是工程思想培育成效的表现。

记者：面向国家“双碳”方针等重大战略需求，学院在人才培育方面有哪些针对性的调整和布局？

刘丛强：为服务国家战略需求，咱们在人才培育方面侧重三方面内容：首要是增设“碳循环与气候改动”等特征课程，体系教育“双碳”相关的科学原理和技能途径；其次是加强与工业界的协作培育，比方与环保企业共建实践基地，让学生参加实在的碳核算、碳汇评价项目；终究是强化方针素质培育，经过事例教育让学生了解科学研讨怎么支撑方针拟定。

这些调整的中心意图是培育既懂科学、又懂工程和方针使用的复合型人才。从作业反应来看，这种针对性培育的确使学生更能习惯“双碳”范畴的作业需求。未来咱们还将依据国家战略需求的改动，动态优化培育计划。

人物档案

刘丛强，我国科学院院士，天津大学地球体系科学学院创院院长，我国地质学会、地舆学会和生态学会会士，《地球化学学报》(Geochemica Acta)主编，我国矿藏岩石地球化学学会声誉理事长，天津市科协副主席。现在首要从事沿海社会—生态体系结构、进程和功用改动及可继续展开的科学研讨。

观念聚集

全球改动的实质是人类活动与天然进程相互作用下地球体系的结构性改变，其中心对立在于地球体系有限的承载力与人类无限的展开需求之间的抵触。圈层相互作用是驱动全球改动的要害机制。地球体系科学经过体系思想和跨学科研讨，为解析圈层相互作用、提醒全球改动的深层机制、评价地球体系骤变危险以及规划可继续展开途径供给了要害的办法论和理论结构。

展望未来，地球体系科学需进一步专心于多规范和精细化的圈层耦合机制、骤变进程与临界点预警、人工智能驱动的研讨范式以及科学—方针—举动的协同立异等研讨范畴，规划和实践可继续展开途径，然后为应对全球改动的应战、推进人与天然的协同展开供给坚实的科学理论支撑。

——刘丛强

(记者陈曦通讯员赵晖)

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