全球气候改变情况_全球气候变化数据集

1.中国碳卫星获取首个全球碳通量数据集标志着什么？

2.来自前一时期气候变化的古代“磁铁化石”可以为未来提供线索

3.科学驿站｜惊人发现：地球“碳汇”效率在提高

4.明确的证据将天文驱动的气候变化与人类进化联系起来

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综合自然地理学(Integrated physical geography)是在部门自然地理学的基础上对自然

地理环境整体进行系统的综合研究。早在20世纪50年代末期，前苏联A.R.伊萨钦科

来中国讲学，系统介绍了有关地理壳、自然区划和景观学的进展。这个讲学的进修班在

林超教授领导下经集体讨论，确定了“综合自然地理学”的学科名称，并发展为自然地

理学的一门独立分科。综合自然地理学是中国学者创立和命名的学科，这与中国传统文

化的影响有关，也与老一辈地理学家的长期努力有关。在此之前，林超、黄秉维等就已

从事自然地理的综合研究工作,如黄秉维在20世纪30年代编撰了《自然地理原理》和

《中国地理》等，周廷儒在30-40年代开创对历史时期环境变化的综合研究。我国综合自

然地理学实际上既经历了20世纪初的西方近代地理学的传入，又继承了中国古代地理学

的传统，还受到原苏联地理学思想的深刻影响，并且与国家的经济建设密切结合，形成

和发展成为具有中国特色的综合自然地理学。

20世纪80年代，钱学森提出要发展地球表层学，本来即以地球表层为研究对象，

并在全球自然地域分异规律方面有所建树的综合自然地理学正好与之契合。面对地球表

层这一复杂巨系统，综合自然地理学在研究中采用了系统科学的理论和方法。90年代针

对西方提出的地球系统科学和可持续发展，黄秉维提出建立“陆地系统科学”[6]的理论体

系。他指出，区域持续发展研究的理论基础是对地球表层（主要陆地表层）自然与人文

各种要素的综合规律的揭示，即陆地系统科学。地球系统科学中大气基本是气体，海洋

基本是液体，陆地由固体、液体、气体组成，生物界亦最复杂，受到人类活动的影响最

深，与人类生存和发展关系又最密切[6]。建议以研究中国区域可持续发展为任务带动陆地

系统科学的发展[7]。陆地系统科学的提出进一步体现了综合性地理研究的思想，促进了综

合自然地理学的理论建设。进入21世纪，综合的理论和方法在与国际重大研究计划结合

中进一步得到发展。

综合自然地理学还大量展开了综合研究实践，如综合自然区划、资源综合开发、国

土整治、区域规划、环境保护等工作，以自然地理学为基础，结合相邻学科的理论方法，

去解决那些具有综合性特点的复杂问题，这使它的发展能够适应时代发展的需要。

有老一辈综合自然地理学家如林超、黄秉维、周廷儒、赵松桥、陈传康等奠定的基

础，也有许多中、青年综合自然地理工作者的不懈努力，目前的综合自然地理学已经有

了长足的发展。50多年来，中国的综合自然地理学研究在古地理学、现代自然地理过程、

土地科学、综合自然区划与区域可持续发展等领域的发展均取得了显著进展[3]。综合自然

地理学理论和应用的深化对整个地理学综合研究的深入发展起到了促进作用。

1.2综合自然地理视角的景观生态学

景观生态学(Landscape ecology)是研究和改善空间格局与生态和社会经济过程相互

关系的整合叉学科。其核心内容包括景观结构、景观功能和景观动态等，研究重点

集中在景观格局与生态过程相互关系及其尺度效应、人类活动对于景观结构、过程和功

能的影响，及其景观异质性的持续性利用与管理等[8]。

景观生态学既有地理学派也有生态学派，目前在地理科学领域中与综合自然地理学

难分伯仲，许多景观生态学家也是综合自然地理学家。这要从它的渊源说起。

景观生态学起源于欧洲，一般认为其创始人是德国地理学家特罗尔(Carl Troll，

1899-1975)，他于1939年正式提出“景观生态学”一词[9]，并在1968年将其定义为：

“研究一个给定景观区段中生物群落和其环境间的主要的、综合、因果关系的科学。这些

关系在区域分布上具有一定的空间结构(景观镶嵌体与组合)，在自然地理分布上具有等

级结构”。欧洲的景观生态学不论从诞生的学科背景还是其完善过程和学科贡献，以及应

用指向，都带有浓重的综合自然地理学色彩。其关注的重点从土地利用评价与规划逐渐

扩展到资源开发与管理、生物多样性保护等领域，在理论上强调景观的多功能性、综合

整体性、景观与文化的协同，并提出了整体性景观生态学的概念框架。北美的景观生态

学是在欧洲影响下，从20世纪80年代初开始发展，并逐渐形成了自己的特色，以景观

生态过程、数量化和模拟研究以及自然景观研究见长。欧洲和北美的景观生态学研究基

本上引领了国际景观生态学发展的主要方向，二者也在不断地相互影响、相互渗透，推

动着景观生态学学科体系的不断发展和完善[10]。

中国的景观生态学从介绍国外先进国家的同类研究工作开始。早期翻译欧洲景观生

态学文章的有刘安国、林超、陈昌笃等，而李哈滨则是较为系统地介绍了北美学派的景

观生态学。1990年，肖笃宁主持翻译了R.T.T.Forman和M.Godron的《景观生态学》一

书[11]，标志着景观生态学的概念、理论和方法已基本被我国学界所接受。此后，我国景观

生态学工作者相继开展了实质性的研究工作[12]。经过20余年的努力,在景观格局与生态

过程、土地利用与动态、景观规划与设计、环境影响评价与自然保护等方面的研究与应

用中取得了重要进展[13]。从整体上看，尽管我国的景观生态学发端于对欧洲景观生态学理

论、方法和技术的引进，但研究范式接近于北美地区，即更多的带有生态学方法论色彩。

2.1基础研究与理论进展

2.1.1陆地表层系统自然地理过程陆地表层系统自然地理过程研究与近年来国际上非

常活跃的地球系统科学、全球环境变化研究相呼应，结合“全球变化与区域响应”、“人

类活动对地球系统的影响机制”等科学命题[14,15]，自然地理过程研究从自然过程研究转向

自然过程与人文过程的综合研究，从无机过程研究转向无机—有机的综合研究，从单一

要素研究转向多要素综合研究，从宏观研究转向宏观与微观的结合研究。研究强调人为

因素在各种过程中的作用，强调人为因素作用下的地理过程对自然资源和环境的影响，

强调地理过程与全球变化之间的耦合作用以及可能引发的后果，强调地理过程在土地退

化过程中的关键作用。研究内容从地域系统的结构与功能向动态拓展。理论研究从系统

变化的驱动力与过程向机制研究深化，并从简单综合向系统综合与集成转变[16]。进而开展

了自然和社会经济驱动、时空变化过程以及资源、环境、生态和灾害效应等地表环境变

化的驱动力、过程和效应的研究。综合自然地理学在陆地表层系统、环境系统、人地系

统方面的理论建设更加系统化；通过要素综合、过程综合与区域综合，综合性不断得到

加强；通过自然与人文的交叉、科学与技术的交叉、多学科交叉研究，交叉性更加明显。

在理论上，发展了综合的格局—过程、驱动力—过程—效应的研究[17]。从近3年国家自然

科学基金资助的综合自然地理(D010106)项目看，与上述命题相关的研究2006年占

63.0%，2007年占56.1%，2008年占67.9%，3年平均占61.5%，足见陆地表层系统自然

地理过程研究在综合自然地理学中的基础研究地位和重视程度。

2.1.2土地科学

土地科学的研究重点结合国际地圈生物圈计划(IGBP)与国际全球环

境变化人文因素计划(IHDP)的联合核心项目“土地利用/覆被变化(LUCC)”及新阶段

的“全球土地计划(GLP)”取得进展。近年来所发表的论文可以归为土地利用分类系统

与分区、土地利用现状分析、LUCC及其驱动力、土地可持续利用和土地利用规划等5

个研究主题。据张镱锂等对土地利用文献的统计，我国在2002-2007年发表的论文占

1978年以来文献总量的65.0%，2007年一年的论文数量达到796篇。这表明我国土地利

用研究的领域不断扩展，从事土地利用研究的科技队伍不断加强的同时，国家有关部门

对该领域研究的支持力度持续加强，项目资助数和经费额度均明显提高[16]。随着国际上将

LUCC这一研究主题上升为“土地变化科学”的学科范畴[18]，随着土地利用问题在国际科

学研究与区域可持续发展领域研究的不断深化，更加重视基础理论探讨[19]。土地资源学的

学科基础理论问题主要围绕土地资源的可持续利用展开，包括土地资源的伦理观问题、

土地资源的系统理论问题、土地资源的过程理论问题、土地资源价值论问题、土地资源

产权理论等诸多问题[20]。土地保护学所涉及的基础理论问题主要是围绕土壤学、生态学以

及经济学的基础理论问题展开的[21]，作为土地退化及其防护的重要研究内容—水土保持及

荒漠化防治仍旧属于土地保护学研究领域关注的主要对象。土地生态学的基本理论问题

则主要是基于系统理论和生态学理论提出的，主要包括土地的生物生产力、土地的生物

栖息和承载功能、土地的能量平衡和水循环功能、土地的环境功能、土地生态过程、土

地生态变化规律以及土地生态的分异理论问题等[22]。土地利用与规划基础理论问题研究主

要包括地租和地价理论、土地区位理论、土地可持续利用理论、生态经济理论、人地协

调理论以及系统工程理论等[19,23,24]。

2.1.3自然区划

上一世纪，以林超、罗开富、黄秉维、任美锷、侯学煜、赵松乔和席

承藩等为代表的科学家为中国综合自然区划工作做出了卓越贡献[25-32]，奠定了我国这一领

域在国际上的领先地位。郑度等的“中国生态地理区域系统”[33]是近年自然区划的代表性

研究，在分析前人区划研究工作与成果的基础上，探讨了自然地理区划方法论及其体系。自然地理区划既是区域划分的结果，也是区域划分的方法与过程，同时还是认识地理特

征和发现地理规律的一种科学方法。郑度提出了包括区划本体、区划原则、区划等级系

统、区划模型和区划信息系统的自然地理区划范式,并通过区划模型，实现区划原则、指

标体系和单位等级系统的综合[34]。另一个基础性研究是“中国主体功能区划”，樊杰阐述

了主体功能区划的科学基础，提出了区域发展的空间均衡模型。并探讨了地域功能演替

对空间均衡过程的影响，提出了区划方案效益最大化是同区域如何划分和对地域功能随

时间变化的正确把握程度相关的[35]。自然区划已向带有自然区域划分性质的综合区划发

展，在《中国地理多样性与可持续发展》一书中，蔡运龙阐述了三大地带和七大地区及

其内部的地理多样性，可视为综合区划性质的著作[36]。自然区划的趋势还表现为区划方案

多样、应用领域广泛、影响决策显著等。在中国期刊网上检索到2007-2008年发表的自然

区划及其相关研究文章约有696篇。

2.1.4景观生态学近年来中国的景观生态学研究发展迅速，人才培养成果显著，研究

队伍不断扩大。在中国期刊网上，以“景观生态”作为主题词检索到的博士和硕士论文

呈现快速增长的态势。由2000年的3篇，增加到2007年的127篇；与此同时，以景观

生态为主题的学术论文发表数量也急剧增加，由2000年的86篇，增加到2007年的504

篇。据傅伯杰等的检索统计，从1996到2007年，在以“景观生态学”为主题词检索到

的3164篇SCI论文中，有96篇来自中国，约占总数的3．03%，位列全球第七。景观

生态学研究在深度和广度上得到加强，促进了新的学科生长点的产生和发展。广度上，

开始注重自然与社会经济、人文因子的综合，以解析景观的复杂性；深度上，注重宏观

格局与微观过程的耦合，深入的微观观测和实验为宏观格局表征和管理策略的制定提供

可靠依据；宏观格局的规划和管理反过来强化了微观研究的实践意义。并进一步加强了

格局-过程和尺度效应研究[10]。随着景观生态学研究范式从平衡范式向远离平衡范式、线

性范式向非线性范式、平稳范式向非平稳范式，以及简单性范式向复杂性范式转换，一

些新的理论成为景观生态学继续发展的重要科学支撑。近年一些复杂性科学的概念和方

法在景观生态学中得到广泛应用，如分形理论、元胞自动机、自组织临界理论、复杂适

应系统理论等等[8]。建立了空间分析法(如分形分析法和小波分析法)、基于相似性的尺度

上推方法、基于局域动态模型的尺度上推方法、随机(模型)法的尺度推绎途径[37]，正在

试图将这些途径和转换方法构建成统一的尺度推绎理论框架。一些新的理论如空间自相

关理论、空间非平稳理论和地统计理论等被应用到景观生态学研究的采样技术体系上。

吕一河等则提出了一个景观格局与生态过程耦合研究的基本框架[38]。

2.2方法和技术进展

面对复杂的研究对象，利用现代手段进行定量化研究和过程模拟以及建立模型仍然

是综合自然地理学与景观生态学特别是地理—生态过程研究的趋势。通过借鉴和集成其

他众多学科的研究方法，特别是非线性科学和复杂性科学在研究中的应用，定位试验、

模拟实验和遥感技术的应用，多源数据复合分析和信息挖掘，地理—生态过程模型的发

展、有效性检验与验证等，促进了综合自然地理与景观生态学的研究并使之提高到新的

水平。

2.2.1数据采集方法技术在实验数据采集方面，从监测、分析、模拟三个方面，加强

了数据的科学性和可验证性。利用化学分析技术，加强物质迁移转化过程和机理的研究；

应用物理实验，了解地表物质的物理结构及物质运动的动力学特征；利用遥感对地观测

系统和典型地理单元长期定位、半定位观测网络，加强典型地区地理要素、地理格局和

过程的变化研究；利用室内外模拟实验，简化地理环境的复杂性,加强不同要素作用方式

和过程的识别研究[39]。

在区域与全球尺度上，卫星遥感已成为自然地理和景观生态学研究中最主要的信息来源之一。遥感数据在分辨率、高光谱方面更加多样化。并发展了利用夜间灯光影像为

数据源，用来研究城市土地扩展和蔓延。地理信息系统与遥感、全球定位系统与计算机

相结合，具有对时空信息的综合处理能力、对现实世界的模拟能力，并能产生和发现新

的信息，为综合自然地理和景观生态学的区域研究提供了强有力的支持。近年来，对地

观测系统的建立与全球准同步动态监测已成为现实，使人类有能力对全球性问题进行系

统研究和综合集成[17]。

在微观尺度上，定位试验观测、实验模拟与分析方法得到进一步发展，野外观测台

站建设在科技部的推动下已经实现网络化体系；实验室数量、仪器设备、试验方法不断

完善。

通过对历史文献记载的深入挖掘和利用树轮、冰芯、湖芯、石笋等自然证据，过去

300年全国和区域性的土地利用/覆盖变化数据集已经形成。过去2000年的气候与环境

变化重建等方面也取得了很大进展。

2.2.2模型与数学方法在计算机网络和数字技术的支撑下，系统模型模拟技术也在不

断强化过程中。已经涌现出大量的环境变化和LUCC模型。部分影响较大的模型包括：

Ehrlich的“I=PAT”公式[40]、国际应用系统分析研究所(IIASA)建立的世界粮食与农业

系统全球模型[41]、LMAGE2.0(Integrated Model to Assess the Greenhouse Effect)模型[42]。

特别是CLUE(The Conversion of Land Use and its Effects)[43,44]、元胞自动机模型(Cellular

Automata，CA)[45]等以GIS技术为支撑进行空间格局模拟的模型得到广泛应用。

包含生态学过程与机理的景观机制模型被越来越多地应用到景观生态学的模拟中，

特别是这类模型与元胞自动机相结合，极大地增强了对于景观形成和演变机制模拟的能

力。目前基于智能体的个体模型成为景观生态学模拟的热点途径之一，已经应用到土地

利用/土地覆被以及城市景观的形成演化上。空间显式斑块动态模型是另一类景观机制模

型，常常用于格局和过程作用频繁、斑块周转率快的景观系统[8]。

各种数学方法被用于地理评价和规划，如模糊逻辑、人工神经网络、小波分析、遗

传算法、多目标线性规划、主成分分析法、灰色评价、聚类分析等。另外，分形原理、

三维景观模型、Google Earth技术、DEM分析技术、生态足迹法、能值法等等也得到广

泛应用。研究者以定量的精确判断、抽象的数学模型及合理的趋势推导，使研究结果更

科学、更准确，推进了综合自然地理学研究方法的创新[16]。目前正朝着以地球系统科学为

指导、以并行计算、网络计算等信息科学新技术为依托的学科体系稳步发展[17]。

2.3成果应用

2.3.1土地科学的成果应用针对我国粮食安全、城市化占用耕地、土地退化等问题，

近几年来在土地利用和土地覆被变化研究领域开展了大量的研究工作，主要工作包括：

土地利用和土地覆被的状况及其历史变迁，土地利用和土地覆被变化的驱动因子分析，

土地利用／土地覆被变化的环境与生态效应，土地利用和土地覆被变化与全球气候变化的

相互作用，土地利用和土地覆被变化与耕地、粮食、土地退化等可持续发展重点问题的

相互关系，现有土地利用方式的可持续性及其调控途径等。这些研究为解决国家战略需

求、区域社会经济发展与环境方面的问题做出了贡献。

2.3.2自然地域系统和格局、过程的成果应用在多年综合自然区划和土地类型研究基

础上，进一步将区域单元作为资源与环境的整体来认识，针对我国水土资源短缺与生态

退化等区域问题，研究了不同地区的土地人口承载力、水资源承载力、自然生产潜力、

生态承载力，并探讨了环境影响评价、环境变化方向等一系列问题。自然地域系统研究

也由初期的感性认识、单项自然区划、综合自然区划，发展到近几年的生态地理区域系

统研究[46]。近年来，区划的应用范围也进一步扩大，尤其在制定全球变化区域响应对策、

灾害预防、重大基础设施建设带来的生态环境效应评估等方面发挥着重要作用。

选择青藏高原、海岸地带、半干旱农牧交错地带、黄淮海平原、长江三角洲等敏感

地域，开展了环境演变的综合研究。针对我国水土流失、水资源短缺、土地退化、自然

灾害等主要资源与环境问题，中国自然地理学界开展了坡地侵蚀发育过程与坡地的改良

利用、水文循环过程与水量转化、土地退化过程及其逆转机制、土壤—植物—大气系统、

多界面过程的复杂耦合理论与模型等方面的大量研究工作。

2.3.2景观生态学的应用研究景观生态学的理论和方法在自然保护区规划设计中如功

能区划定、廊道设计以及整个保护区的空间布局上发挥了重要作用。另外，景观生态学

的原理促进了自然保护理念的更新，自然保护正从物种保护向景观保护乃至流域保护方

向转变。景观生态学中的格局分析、格局—生态过程关系分析，以及空间模拟技术为土

地利用规划设计的科学性提供了保证[47]；其模拟预测技术，为土地利用规划环评提供较好

的技术支持；利用景观生态学及其他学科理论评价区域生态风险和构建区域生态安全格

局[48,49]。

2.3.4生态建设与生态评估综合自然地理学研究成果在我国的生态恢复重建中得到广

泛应用，包括以生态农业为主要建设内容的示范区建设，以工业污染防治与乡镇企业合

理规划布局为主要内容的示范区建设，以生态旅游为主要建设内容的示范区建设，生态

城市、城郊型的示范区建设，农工贸一体化型的示范区建设，以矿区生态破坏恢复治理

为主要内容的示范区建设，湿地资源合理开发利用与保护的示范区建设，土壤退化综合

整治的示范区建设，以重要生态功能区环境保护为主要内容的示范区建设，农村环境综

合整治的示范区建设。

为配合联合国千年生态系统评估计划(MA)的实施，我国启动了中国西部生态系统

综合评估项目，研究成果为西部大开发中的生态系统保护、管理与生态建设提供了科学

依据。通过较多学者的努力，在生态系统服务领域的多方面都有所进展，对国家的生态

政策产生了重大影响[17]。

2.3.5对重大工程、环境治理和决策的贡献综合自然地理研究成果为大型工程提供可

行性论证，为工程建设及运行中的各种可能灾害提供预防措施，为环境治理提供理论和

技术以及为国家重大决策提供指导性意见。例如，在青藏铁路工程建设中，从选线、施

工场地选址、施工时段安排等方面提出方案，最大限度地减少了工程建设对自然保护的

冲击。综合自然地理工作者在铁路修建过程中和建成后一直进行环境的监测、脆弱性和

生态安全的评估以及环境效应的追踪研究。在南水北调工程对沿线生态与环境的影响、

塔里木沙漠公路防护林生态工程、西气东输工程沿线地区不同类型区生态恢复中都有综

合自然地理学的贡献。

在西部大开发过程中，综合自然地理学的工作聚焦在生态与环境的研究与保护方面，

主要研究了西部生态与环境的演化过程、水土资源的持续利用、生态与环境现状评价及

未来50年变化趋势预测等，为科学认知我国西部地区生态与环境变化规律，促进西部地

区水土资源可持续利用等提供科学依据和技术支撑[50]。在东北地区水土资源配置、生态与

环境保护和可持续发展，黄土高原水土流失治理，长江中下游湖泊富营养化治理，“三

农”问题，生态系统碳收支问题等方面都发挥了很大作用[17]。

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中国碳卫星获取首个全球碳通量数据集标志着什么？

一项涉及全球100多名科学家的新研究和迄今为止收集的最大森林数据库估计，地球上约有73000种树木，其中约9200种尚未被发现.

全球估计比目前已知树种的数量高出约14%。研究显示，大多数未被发现的物种可能是稀有物种，种群数量非常少，空间分布有限。

这项研究的作者表示，这使得未被发现的物种特别容易受到人为破坏的影响，如森林砍伐和气候变化。他们说，新的发现将有助于优先考虑森林保护工作。

密歇根大学森林生态学家Peter Reich说。。“这些结果突出了全球森林生物多样性对人类变化的脆弱性，特别是土地利用和气候，因为稀有类群的生存受到这些压力的不成比例的威胁，”。密歇根大学环境与可持续发展学院全球变化生物学研究所所长赖克说：“通过建立一个量化基准，这项研究将有助于树木和森林保护工作，以及未来在世界某些地区发现新的树木和相关物种。”。

在这项研究中，研究人员结合了来自两个全球数据集的树木丰富度和发生率数据——一个来自全球森林生物多样性倡议，另一个来自TREECHANGE——这两个数据集使用来自地面的森林地块数据。合并后的数据库在全球范围内总共产生了64100个记录在案的树种，这一总数与之前在地球上发现约60000个树种的研究结果相似。

该研究的另一位资深作者、全球森林生物多样性倡议协调员、普渡大学的Liang说：“我们将单个数据集合并成一个庞大的全球树木级数据集。”。

“每一组数据都来自一个人到林场测量每一棵树——收集有关树种、大小和其他特征的信息。计算全世界的树种数量就像一个拼图，拼图的碎片遍布全世界。”

在合并数据集后，研究人员使用新的统计方法来估计生物群落、大陆和全球范围内的独特树种总数，包括科学家尚未发现和描述的物种。生物群落是一种主要的生态群落类型，如热带雨林、北方森林或稀树草原。

据研究人员称，他们保守估计地球上的树种总数为73274种，这意味着可能有9200种左右的树种尚未被发现，世卫组织表示，他们的新研究使用了比以前更广泛的数据集和更先进的统计方法来估计地球的树木多样性。Lai说，研究人员利用数学家艾伦·图灵在第二次世界大战期间首次发明的技术的现代发展来破解纳粹密码。

大约40%的未发现树种——比任何其他大陆都多——可能位于南美洲，该研究中反复提到南美洲对全球树木多样性具有特殊意义。

南美洲也是估计稀有树种数量最多（约8200）和估计特有树种比例最高（49%）的大陆——这意味着只有在该大陆才能发现物种。

未被发现的南美树种的热点可能包括亚马逊盆地的热带和亚热带潮湿森林，以及海拔在1000米（约3300英尺）到3500米（约11480英尺）之间的安第斯森林。

Reich说：“除了南美洲已知的2.7万个树种外，可能还有多达4000个物种有待发现。其中大多数可能是特有的，位于亚马逊盆地和安第斯-亚马逊界面的多样性热点。”，“这使得森林保护成为南美洲最重要的优先事项，特别是考虑到目前因森林砍伐、火灾和气候变化等人为影响而造成的热带森林危机。”。

在全世界范围内，大约一半到三分之二的已知树种分布在热带和亚热带潮湿森林中，这些森林物种丰富，但科学家对其研究甚少。热带和亚热带干燥森林可能也有大量未被发现的树种。“丰富的物种丰富度和多样性的知识是保持生态系统的稳定性和功能的关键，”意大利波罗尼亚大学的研究负责人Roberto Cazzolla Gatti说道。

来自前一时期气候变化的古代“磁铁化石”可以为未来提供线索

8月15日，记者从中国科学院大气物理研究所获悉，基于我国第一颗全球二氧化碳监测科学实验卫星中国碳卫星的大气二氧化碳含量观测数据，来自该所等单位的研究人员利用先进的碳通量计算系统，获取了中国碳卫星首个全球碳通量数据集。

这是一个里程碑式的结果，标志着我国具备了全球碳收支的空间定量监测能力，是国际上继日本、美国之后的第三个具备该技术的国家。相关研究成果在线发表于《大气科学进展》杂志。

二氧化碳是地球大气的重要组成部分，因其会产生较强的温室效应，被认为是造成气候变化的关键原因。为减缓二氧化碳过度排放造成的气候变化，1992年以来，《联合国气候变化框架公约》逐步对各国碳排放状态加强约束。

《巴黎协定》提出，2023年起，每五年进行一次全球盘点的计划，以评估各国的实际行动在减缓气候变化中的贡献。

大气二氧化碳浓度测量法依赖于观测和模拟：

在观测方面，卫星遥感由于特殊的观测地点和方式，可以在二氧化碳全球观测中发挥较大作用，特别是在全球覆盖高分辨率的观测上，能够做到看得广、看得清；

而模拟则主要是通过大气输送模型，利用高性能计算机，模拟出大气二氧化碳传输过程和每一个时刻、每一个地方大气二氧化碳的含量。

以上内容参考 科技日报－重要里程碑！中国碳卫星获取首个全球碳通量数据集

科学驿站｜惊人发现：地球“碳汇”效率在提高

五千六百万年前，地球的气候变暖了5-8C，这是全球变暖事件，与我们的星球目前正在经历的事件相似。

新的陆地哺乳动物进化，热带森林扩张，巨型昆虫和爬行动物出现，海洋的化学成分发生了变化。

现在，对“磁性化石”（海洋中细菌留下的微小磁性粒子的痕迹）的分析为科学家们提供了一种了解我们所面临的快速气候变化的影响的方法。

除其他外，结果似乎表明，在古老的变暖事件开始后，新泽西州海岸的氧气含量迅速下降——此后氧气含量出现波动。

犹他大学的研究人员说，“磁铁化石”提供了其他化石无法提供的信息。

副教授 Peter Lippert 说：“我们根据形状和大小（这是细菌物种的函数）来解释这些不同磁化石种群的相对丰度，以编码在其他化石数据集或地球化学代理中不那么明显的环境变化。 ”

研究人员使用“一阶反转曲线”分析了来自古代沿海海洋沉积物的三个磁性化石子集。

犹他大学的博士生考特尼·瓦格纳（Courtney Wagner）说：“每种磁化石种群告诉我们的环境有些不同。”

一种由“巨大的针状”磁体化石组成，与铁含量增加以及含氧和脱氧海水之间的梯度扩大有关。

另一个包含“等量”的磁化石，它可能会记录海洋中更稳定、更长期的条件。

最后一个包含“拉长”的磁化石，这可能表明季节性条件。

瓦格纳说：“所有这些都对理解气候变化将如何影响当今和未来这些敏感的沿海生态系统具有潜在意义。”

今年早些时候的研究表明，科学家们可能已经更接近于预测哪些物种能够适应我们变暖的世界——哪些不能。

研究人员说，由于栖息地丧失和温度波动等问题，气候变化已经将许多物种推向了边缘，并消灭了其他物种。

使用基因组测序，研究人员发现三刺棘鱼等鱼类可以非常迅速地适应极端的季节性变化。

棘鱼以其不同的形状、大小和行为而闻名，它们可以生活在海水和淡水中，并且可以在很宽的温度范围内生活。

研究人员发现，棘背genetic的基因发生了变化，以适应寒冷的水域和温暖的夏天。

明确的证据将天文驱动的气候变化与人类进化联系起来

实习生 杨逸晴

如今，全球变暖已经是全球语境下最热门的议题。近日，一个国际研究团队通过观察近60年的二氧化碳排放量与大气中的二氧化碳浓度，得出了一个惊人的结论：陆地和海洋环境吸收碳的效率提高了。这项研究被总结成题为《净碳吸收与化石燃料排放的增加保持同步》的论文，发表于科研期刊《自然》。

由于人们焚烧石油、煤炭等化学燃料，并且焚烧、砍伐森林，大量二氧化碳气体产生。这些温室气体能吸收大量红外线，导致了地球温度上升，形成温室效应。全球变暖会导致全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升等后果，不仅危害自然生态系统的平衡，还会影响人类 健康 ，甚至威胁人类的生存。

目前，越来越多的国家认识到了节能减排的重要性。人们用植树造林、减少能源使用的方法尽量抵消人类活动产生的二氧化碳，力求实现碳排放等于碳吸收的碳中和目标。

其实，在碳元素不断循环的过程中，二氧化碳的主要吸收者是陆地、海洋等环境。人们用“碳汇”一词来表示环境吸收与储存二氧化碳的能力，并将碳汇分为森林、草地、耕地、土壤、海洋等几种类型。

在现阶段，预测未来气候变化的一个关键问题是，这些碳汇是否与人类不断增长的大气足迹保持一致，或者它们是否已经饱和，加速了气候变化。为了解决这个问题，一个来自荷兰与美国的国际科研团队对自然环境的碳汇进行了研究。由于很大的空间和时间变异，人们很难直接监测碳汇效率，因此团队通过监测大气中二氧化碳浓度变化的方式来推导碳汇，浓度越低，证明碳汇效率越高。

在研究过程中，团队首先发现，大约一半人为排放的二氧化碳仍留存在大气中。但由于缺少以往森林砍伐产生的碳排放量数据，他们无从了解如今二氧化碳在空气中的浓度相较以前是否发生了变化。

于是，研究人员运用了间接的方法来记录近60年砍伐森林的碳排放量。因为人们经常在砍伐过程中焚烧树林，林火产生的烟雾会降低能见度，所以森林内能见度的高低与碳排放量密切相关。他们找到了气象站定期测量的能见度数据，其中包括两个重点地区的数据集：亚马逊和印度尼西亚雨林。通过估算，研究团队整理出了1959-2019年人为导致的二氧化碳排放量。

接下来，研究团队发现，森林砍伐的排放量从1959年至80年代的相对低水平上升到90年代末以来的稳定水平。这意味着20世纪80年代之前，化石燃料燃烧和土地利用变化造成的总人为排放比之前认为的要低，因此，这段时期大气中的二氧化碳浓度比通常假设的要高。研究人员还发现，近年来，大气中二氧化碳的含量呈现出降低的趋势。这一趋势表明，与以往相比，现在的陆地与海洋环境吸收了更多人为排放的二氧化碳。

参考论文：doi:

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来源 | 羊城晚报·羊城派

责编 | 陈倩

一个国际科学家团队在《自然》杂志上发表的一项研究为天文驱动的气候变化和人类进化之间的联系提供了明确的证据。通过将年代久远的化石遗迹和考古文物的最广泛的数据库与模拟过去200万年地球气候 历史 的前所未有的新的超级计算机模型相结合，这个由气候建模、人类学和生态学专家组成的团队能够确定古人类可能生活在哪些环境条件下。

长期以来，人们一直怀疑气候变化对人类进化的影响，但由于人类化石地点附近的气候记录很少，因此很难证明。为了绕过这个问题，研究小组根据考古记录，调查了他们的计算机模拟中的气候在人类生活的时间和地点是什么样的。由此，研究小组在模型中寻找这些条件出现的所有地点和时间，创建了潜在人类栖息地的时间演化图。

该研究的主要作者、韩国釜山大学IBS气候物理中心（ICCP）主任Axel Timmermann说：“即使不同的古人类群体喜欢不同的气候环境，他们的栖息地都对地轴摆动、倾斜和轨道偏心的天文变化引起的气候变化做出了反应，时间尺度从21到40万年不等。”

为了测试气候和人类栖息地之间联系的稳健性，科学家们重复了他们的分析，但将化石的年龄像一副扑克牌一样进行了“洗牌”。如果过去气候变量的演变不影响人类生活的地点和时间，那么两种方法都会得出相同的栖息地。然而，研究人员发现，在使用“洗牌”和现实的化石年龄时，三个最近的人类群体（智人、尼安德特人和海德堡智人）的栖息地模式有明显的差异。Timmermann教授说：“这一结果意味着，至少在过去的50年里，过去气候变化的真实序列，包括冰川周期，在决定不同人类群体的生活地点和他们的遗骸被发现的地方起到了核心作用。”

“我们着手解决的下一个问题是，不同人类物种的栖息地是否在空间和时间上有重叠。过去的接触区提供了关于潜在物种演替和混杂的关键信息，”来自意大利那不勒斯费德里科二世大学的Pasquale Raia教授说，他和他的研究团队一起编制了本研究中使用的人类化石和考古文物的数据集。从接触区的分析中，研究人员随后得出了一个人类家谱，根据该家谱，尼安德特人和可能的丹尼索瓦人来自约50万-40万年前的海德堡智人的欧亚支系，而智人的根源可以追溯到30万年前晚期海德堡智人的南部非洲种群。

该研究的合著者、IBS气候物理中心的博士后研究员阮娇阳（音译）博士说：“我们基于气候的人种重建与最近从遗传数据或人类化石的形态差异分析中获得的估计相当相似，这增加了我们对结果的信心。”

这项新研究是通过使用韩国最快的超级计算机之一Aleph而实现的。位于大田的基础科学研究所总部，Aleph不间断地运行了6个多月，完成了迄今为止最长的综合气候模型模拟。“该模型产生了500 TB的数据，足以装满几百个硬盘，”进行实验的IBS气候物理中心的研究员Kyung-Sook Yun博士说。Kyung-Sook博士补充说：“这是第一次用最先进的气候模型进行连续模拟，涵盖了过去200万年的地球环境 历史 ，代表了对冰层消长的气候反应，过去温室气体浓度的变化，以及100万年前左右冰川周期频率的明显转变。”

“到目前为止，古人类学界还没有充分利用这种连续的古气候模型模拟的潜力。”来自瑞士苏黎世大学的Christoph Zollikofer教授和该研究的共同作者说：“我们的研究清楚地说明了经过验证的气候模型对于解决我们人类起源的基本问题的价值。”

除了早期人类栖息地以及人类物种起源的时间和地点的问题之外，研究小组还进一步探讨了在过去200万年里人类可能如何适应不同的食物资源。“当我们看了五个主要人类群体的数据，我们发现了一个有趣的模式。大约200-100万年前的早期非洲人喜欢稳定的气候条件。这将他们限制在相对狭窄的可居住走廊。”釜山大学的博士生和该研究的共同作者Elke Zeller说：“在大约80万年前的一次重大气候转变之后，一个以海德堡智人为总称的群体适应了更广泛的可用食物资源，这使他们能够成为全球流浪者，到达欧洲和亚洲东部的偏远地区。”

“我们的研究记录了气候在我们智人属的进化过程中起到了根本性的作用。”Axel Timmermann教授说：“我们之所以是我们，是因为我们在几千年里成功地适应了过去气候的缓慢变化。”