第一章、地球系统科学1、如何认识一个系统：1物质组成2系统各部分中的过程3系统各部分之间的相互作用－反馈2、地球系统科学的定义地球系统科学：将地球大气圈、水圈、岩石圈、冰冻圈、生物圈作为一个相互作用的系统，研究它们之间的物理、化学和生物的过程，并与人类生活和活动结合起来，借以了解现状和过去，预见未来。

从而为全球环境变化预测建立科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。

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。

3、地球系统指由大气圈、水圈、陆圈（岩石圈、地幔、地核）、冰雪圈、生物圈和人类圈组成的有机整体。

是作为相互作用过程的集合，而不是单个部分的组合。

4、水体：天然或人工聚集的水成为水体。

5、水圈：地球表层水体的总称。

（水圈中的水以三相存在，分布于地表、地下和大气中。

）6、生物圈：生物圈是地球上所有动物、植物和微生物等生物有机体及其活动空间的总称。

生物圈占据了包括大气圈对流层下部、几乎整个水圈以及岩石圈表层的薄层范围。

其核心部分，即地表面以上100米至水面200以下米之间，集中了绝大部分生物。

7、冰雪圈。

冰雪圈的5个组成部分：海冰、大陆冰原、季节性雪盖、永动土和高山冰川。

前两者是最重要部分。

相对于液态和气态的水而言，冰和雪具有相对的稳定性。

冰雪圈覆盖全球海洋的7％，多年冰覆盖陆地表面的11％，但其覆盖范围可变。

冰雪圈的分布范围对地球表面温度非常敏感。

水的冰点恰好位于地球表面最高和最低温度之间约一半之处。

冰、雪和冻土分为常年（多年）性和季节性。

季节性冰、雪和冻土产生的季节影响和年际影响非常显著。

因常年性冰、雪和冻土的分布稳定少变，在十到百年尺度以上，可以产生比较固定的影响过程和影响趋势。

冰雪圈的重要性：（1）稳定的对太阳辐射的高反射率，影响地表能量收支。

（2）极地大气－冰－开放海洋的能量交换过程。

（3）约占总水量的2％，占有地球上近80％的淡水资源。

（海平面）补充：岩石圈地球是由一个物质分布不均匀的同心球层构成，它包括地壳、地幔和地核。

地壳厚度不一，平均厚度约17公里。

上层为花岗岩层，下层为玄武岩层。

地球内部的温度和压力随深度加深而增加。

经检测，地壳岩石的年龄绝大多数小于20多亿年，而地球生成到现在大约已有46亿年了，这说明构成地壳的岩石不是地球的原始壳层，是地壳内部的物质通过火山活动和造山活动形成的。

8、土壤：土壤是地球陆地能够为作物提供生长发育具有肥力的疏松表层，是生物，特别是植物和微生物生活的重要环境，是地表与大气进行物质和能量交换的重要场所。

9、“人类纪”的涵义：人类已经成为地球系统的核心。

同组成地球的其他部分相比，人类具有不可比拟的能动作用。

人类已经成为地球环境变化的主要驱动力。

地球未来的命运掌握在人类手中。

10、海洋－大气相互作用海洋作为热源，通过海洋表面温度（SST）加热大气，SST及其变化成为调控气候，并进而导致全球环境变化的重要物理量。

海洋和大气作为流体，为实现地－气系统的辐射平衡，共同承担全球能量输送。

海洋和大气之间的气体和其它物质交换。

海洋碳循环是大气CO2的主要控制因子。

人类活动产生的CO2有近一半被海洋吸收。

中高纬度地区海洋从大气中吸收CO2，南北纬15度之间海洋向大气释放CO2。

11、陆地－大气相互作用。

一些具体过程：大气－植被－土壤中间的辐射传输过程感热和潜热交换。

土壤蒸发和植被蒸腾。

物质交换，特别是通过植被进行的物质交换。

地面粗糙度和陆气之间的动量传递过程。

一些陆面水文过程。

12、气候－生态系统相互作用气候是生态系统的生存环境之一。

生态系统与气候的关系首先是适应，即按照气候状况及变化确定其生长和分布特征；同时，生态系统对气候也产生反向的影响，从而构成双向的气候－生态系统相互作用。

13、人类活动对地球系统产生影响的主要途径：大气成分、土地利用、覆盖生物多样性、水体。

14、地球系统各部分的相互作用1. 海洋－大气相互作用2. 陆地－大气相互作用3. 气候－生态系统相互作用4. 海洋－陆地相互作用5. 人与地的关系第二章地球系统与全球变化1、“全球变化”（Global Change）是指由自然和人为因素引起的、影响地球系统功能的全球尺度的变化。

全球变化跨越了不同的时间尺度，既包括发生在全球尺度上的系统性变化，也包括由局地尺度上相同类型的变化累加而成的累积性变化。

2、全球变化的科学内涵：以地球系统科学为基础，以发生在各种时间尺度上的动态变化过程为核心，，把人文因素纳入地球系统与全球变化3、地球系统科学和全球变化研究的科学问题：(1) 变化(2) 驱动力(3) 响应(4)后果(5) 预测4、地球系统变化的驱动因子：包括自然因素(如太阳总辐射、火山爆发) 和人为因素(如向大气中排放污染物质和土地利用/覆盖变化)，其中的关键在于量化和分析自然因素和人为因素对气候和生态系统造成的影响。

5、全球变化科学活动的层次结构：GCOS、GOOS、GTOS、GPOS、等国际观测计划IGBP、WCRP、IHDP、DIVERSITAS等国际合作研究计划IPCC科学评估活动FCCC和议定书谈判~~~~国家的适应与减缓对策国际地圈－生物圈计划(IGBP：International Geosphere－Biosphere Programme)：主要以生物地球化学循环子系统及其与物理气候子系统的相互作用为主要研究对象，其科学目标是：了解和阐述控制整个地球系统的关键的物理、化学和生物相互作用过程；了解和阐述支持生命的独特环境；了解和阐述出现在地球系统中受人类活动影响的重大全球变化。

特别是那些时间尺度为几十年至几百年，对生物圈影响最大，对人类活动最为敏感，具有可预测性的重大全球变化问题。

IGBP Phase I的8个核心计划（１）国际全球大气化学计划（IGAC）（２）全球海洋通量联合研究（JGOFS）（3）过去的全球变化（PAGES）（４）全球变化与陆地生态系统（GCTE）（5）水循环的生物学方面（BAHC）（６）海岸带海陆相互作用（LOICZ）（7）全球海洋生态系统动力学（GLOBEC）（8）土地利用／土地覆盖变化（LUCC）IGBP Phase I的支撑计划：（1）全球分析、解释与建模GAIM（2）数据与信息系统IGBP-DIS （3）全球变化的分析、研究和培训系统START~~~~全球变化人文计划（IHDP：International Human Dimension of Global Environmental Change Programme）其目标包括：第一，促进对左右人与地球总体系统相互作用的复杂原因的科学理解和认识；第二，不断努力探索预测全球环境下的社会变化；第三，确定大范围的社会战略以预防或减轻全球变化的不利影响，以适应那些无法避免的变化；第四，分析对付全球环境变化、促进实现可持续发展的政策与方案。

IHDP研究的主要内容:第一，全球变化的根源，主要是人为根源；仔细区分自然趋势和由人类活动所造成的两类变化。

第二，由于自然和直接由于人类作用所引起的变化的后果。

第三，对全球变化的管理。

IHDP的研究计划:土地利用/土地覆盖变化（LUCC）研究（与IGBP联合）、全球环境变化与人类安全（GECHS）、全球环境变化的制度方面（IDGEC）、产业转型（IT）、海岸带陆海相互作用（LOICZ II）、城市化与全球环境变化（Urbanization ）~~~~世界气候研究计划（WCRP- World Climate Research Programme）：以物理气候系统为主要研究对象，主要研究地球系统中有关气候的物理过程，涉及整个气候系统，其主要部分是大气、海洋、低温层（冰雪圈）和陆地以及这些组成部分之间的相互作用和反馈。

它主要关心的是时间尺度为数周的到数十年的气候变化。

目的是扩充人类对气候的认识，探索气候的可预报性及人类对气候的影响程度。

总体目标是：确定气候的可预报程度，以人类活动对气候的影响程度。

其三个具体目标为：1) 月到季度气候异常的业务预报；2）年际时间尺度全球气候变化的预测；3）估计年代际尺度气候变化趋势，尤其是人类活动对气候的影响。

现阶段WCRP的四个核心研究计划1) 气候变动及可预报性研究计划（CLIVAR）（1995－）：主要研究气候的变异及其可预报性，重点研究大气－海洋相互作用在气候系统中的重要性。

2) 全球能量与水份循环试验（GEWEX）（1990－）：主要研究大气及其相关的全球水分循环、大气总能量收支，以及在气候变化情景下这些循环的变化。

3) 平流层过程及其在气候中的作用（SPARC）（1992－）：主要研究平流层中的动力、辐射以及化学过程的复杂相互作用。

4) 气候与冰冻圈计划（CLiC）（2000－）：主要研究冰雪圈在气候系统中的作用。

~~~~生物多样性计划（DIVERSITAS）：核心计划：1，发现生物多样性，并预测其变化。

2，评估生物多样性变化的影响。

3，发展生物多样性保护和持续利用的科学。

6、全球变化研究目标：逐步增加人类对地球的气候和环境演变规律（包括自然的和人为的）的认识，从而对未来环境发展趋势提出科学预测，为全球环境问题上的宏观决策提供科学依据，也为各国政府在资源开发和利用、环境保护和整理等方面的政策的制定提出咨询性建议。

7、全球变化对自然地理学意味着什么：1提升了自然地理学的科学价值2 对地理学新一轮伤筋动骨的瓜分3 自然地理学的前途何在4如何对待自然地理学的变革第三章地球系统与全球变化的关键过程1、地理学：从空间和要素之间相互关系的角度认识表层2、近代地理学的奠基人洪堡：地球是一个不可分割的有机整体，一个由各部分组成的活的整体。

他十分强调地理学的综合性、整体性，以及由此产生的地理学的特殊性。

“局部只能从它与整体的关系去分析，作为世界现象的一部分区研究它。

”“毫无疑问，气候一词首先是指大气的特性，这一特性取决于海洋与陆地的直接相互作用。

李特尔：综合地、整体地研究区域。

地理学是通过地表上面空间结合现象的区域差异来研究地球表面的。

地理学的独特性在于，指出并解释自小至大，逐级区域单元内地面现象的区域结合的特点。

探索同一区域内各组现象之间和两个地方之间的关系或联系。

地理学的目的要找出作为自然的一切差异的基础的那些一般规律，从这一研究过程中产生了自然地理这门科学。

F•冯•李希霍芬：地理的研究对象是地球表面。

地理学的特殊目的在于研究地球表面相互关联的现象。

地理学的最高目标，在于发掘人类和物质的地球以及与自然现象也有联系的生物现象之间的关系。

3、地球系统的物质循环过程：水循环、岩石循环和构造循环、生物地球化学循环。

4、地球系统的非线性行为特点：反馈与临界突变：系统中初始变化所引起的响应如果使得初始变化得到进一步加强为正反馈，如冰雪圈的反照率具有强烈的正反馈放大作用，即所谓“雪球效应”：温度降低（升高）→冰雪覆盖增大（减小）→地表反射率增大（减小）→吸收太阳辐射减少（增多）→温度降低（升高）；5、地球系统的关键过程5.1大气系统过程气候系统的加热率取决于地球气候系统能量的收支平衡：一是与太阳辐射强度及地球轨道要素相关联的到达地球的太阳辐射能的多少，它们的变化会引起到达大气上界的太阳辐射的变化，是影响地球能量收支平衡的外在因素。