人類活動與生態(tài)系統(tǒng)變化的前沿科學問題

前言

20世紀后期以來大規(guī)模、高強度的人類活動及其所導致的全球環(huán)境變化已經(jīng)并且正在深刻地改變著陸地生態(tài)系統(tǒng)的格局和過程，使得保持生態(tài)系統(tǒng)服務功能和社會經(jīng)濟增長的矛盾日益突出，嚴重地制約了社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。21世紀人口和經(jīng)濟的持續(xù)增長、全球環(huán)境快速變化將給生態(tài)系統(tǒng)形成前所未有的壓力。因此，認識和管理高強度人類活動和全球環(huán)境快速變化雙重驅動下的生態(tài)系統(tǒng)變化，實現(xiàn)生態(tài)-經(jīng)濟-社會系統(tǒng)的協(xié)調和持續(xù)發(fā)展，是21世紀人類社會面臨的共同挑戰(zhàn)。2005年，中國科學院地理科學與資源研究所組織了一批活躍在生態(tài)系統(tǒng)變化的過程觀測、遙感觀測、生態(tài)系統(tǒng)模型、土地利用變化、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展以及氣候變化等領域的科研骨干與海外知名科學家，組成了中國科學院國際合作伙伴計劃“人類活動與生態(tài)系統(tǒng)變化”創(chuàng)新團隊，針對21世紀地球系統(tǒng)科學和生態(tài)科學的核心問題——認識人類高強度活動和全球環(huán)境快速變化驅動下的生態(tài)系統(tǒng)變化，開展國際協(xié)作攻關。該創(chuàng)新團隊以地球系統(tǒng)科學理論為指導，把環(huán)境一生態(tài)系統(tǒng)一社會作為一個相互作用的整體開展系統(tǒng)研究，綜合應用地學、生態(tài)學、環(huán)境科學和社會經(jīng)濟科學方法，闡述生態(tài)系統(tǒng)變化的過程機制，評估和預測人類活動直接干預和環(huán)境變化共同驅動的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變化。通過3年的密切配合和精誠合作，該創(chuàng)新團隊如期完成了預定目標，取得了多項代表性科研成果，主要包括：（1）基于中國陸地生態(tài)系統(tǒng)通量觀測研究網(wǎng)絡，開展了典型生態(tài)系統(tǒng)水、碳、氮通量的聯(lián)網(wǎng)觀測，闡述了典型生態(tài)系統(tǒng)水、碳、氮循環(huán)關鍵過程對環(huán)境變化的響應和適應機制，引進了穩(wěn)定同位素原位連續(xù)觀測系統(tǒng)，發(fā)展和驗證了新一代遙感植被生產力模型（VPM）；（2）應用模型-數(shù)據(jù)融合方法開展陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究，提出了利用可變鄰域技術解決生態(tài)模擬中參數(shù)尺度問題的方法，在全國尺度上模擬和分析了氣候變化和人類活動對中國森林生態(tài)系統(tǒng)碳源匯時空格局的影響，以及土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)生產力及土壤碳吸收潛力的影響；（3）運用計量經(jīng)濟學模型分析了城鎮(zhèn)化對我國耕地資源的影響，完善和更新了農業(yè)生態(tài)區(qū)（AEz）模型和中國農業(yè)可持續(xù)發(fā)展決策支持系統(tǒng)（cHINAGR0），定量估計了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能變化及其承載能力和可持續(xù)發(fā)展能力，評價了青藏鐵路修建對高原區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響。本專著圍繞人類活動與生態(tài)系統(tǒng)變化研究的前沿科學問題，重點闡述了創(chuàng)新團隊成員在生態(tài)系統(tǒng)變化的多尺度‘綜合觀測、模型模擬和分析、生態(tài)系統(tǒng)對人類活動和全球變化的響應和適應等方面所取得的重要成果。緒論部分綜述了20世紀生態(tài)學的發(fā)展歷程、現(xiàn)代人類活動與生態(tài)系統(tǒng)關系的主要特征、21世紀生態(tài)學研究的發(fā)展趨勢、熱點領域及其科學問題；第一篇（第1章至第5章）論述了生態(tài)系統(tǒng)物質通量觀測技術、同位素觀測技術和遙感技術在生態(tài)系統(tǒng)過程和格局研究中的應用；第二篇（第6至第10章）重點介紹了生態(tài)系統(tǒng)水、碳循環(huán)模擬的過程機理模型、遙感模型，以及模型數(shù)據(jù)融合技術在碳循環(huán)研究中的應用；第三篇（第11章至第15章）闡述了生態(tài)系統(tǒng)的格局和水、碳、氮等過程對全球變化的響應和適應及其不確定性；第四篇（第16章至第2l章）著重論述了人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響，氣候變化、陸地生態(tài)系統(tǒng)格局與人類活動相互作用關系，以及生態(tài)系統(tǒng)服務功能與人類活動承載能力的變化。

內容概要

　　《人類活動與生態(tài)系統(tǒng)變化的前沿科學問題》由中國科學院國際合作伙伴計劃“人類活動與生態(tài)系統(tǒng)變化”創(chuàng)新團隊集體撰著，全書包括緒論部分以及正文共4篇21章。作者在系統(tǒng)闡述20世紀生態(tài)學的發(fā)展歷程和21世紀生態(tài)學發(fā)展趨勢的基礎上，重點介紹和論述了渦度相關技術、同位素技術和衛(wèi)星遙感技術等在生態(tài)系統(tǒng)變化和物質循環(huán)通量的多尺度綜合觀測中的應用，生態(tài)系統(tǒng)變化過程的模型模擬、尺度問題和模型數(shù)據(jù)融合方法，陸地生態(tài)系統(tǒng)格局和過程對全球變化的響應和適應，以及人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響和調控等研究領域的前沿性科學問題?！度祟惢顒优c生態(tài)系統(tǒng)變化的前沿科學問題》為從事全球變化、陸地生態(tài)系統(tǒng)水、碳、氮循環(huán)過程以及自然-經(jīng)濟-人文社會環(huán)境的相互關系研究領域的科技人員提供了野外觀測、模型模擬和綜合分析等方面的新理論、新技術和新思路，可作為生態(tài)、農林、環(huán)境等相關領域的科研工作者和研究生的參考書。

書籍目錄

緒論21世紀生態(tài)學面臨的挑戰(zhàn)及其使命摘要Abstract0.1 引言0.2 20世紀生態(tài)學的發(fā)展歷程0.3 現(xiàn)代人類活動與生態(tài)系統(tǒng)關系的主要特征0.4 21世紀生態(tài)學研究的發(fā)展趨勢0.5 現(xiàn)代生態(tài)學研究的熱點領域及其科學問題0.6 我國生態(tài)系統(tǒng)研究的主要科技任務0.7 結論與展望參考文獻第一篇 生態(tài)系統(tǒng)變化的多尺度觀測與分析第1章 陸地生態(tài)系統(tǒng)水、碳、氮通量及其循環(huán)過程的綜合觀測摘要Abstract1.1 引言1.2 生態(tài)系統(tǒng)水、碳、氮的耦合循環(huán)及其通量1.3 生態(tài)系統(tǒng)水、碳通量觀測的技術沿革1.4 生態(tài)系統(tǒng)氮通量觀測的技術進步1.5 生態(tài)系統(tǒng)通量觀測與模型模擬的結合1.6 生態(tài)系統(tǒng)通量觀測與遙感反演的結合1.7 結論與展望參考文獻第2章 生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定同位素平衡原理及其在生物地球化學循環(huán)研究中的應用摘要Abstract2.1 引言2.2 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定同位素分餾原理2.3 生態(tài)系統(tǒng)中碳的同位素效應2.4 生態(tài)系統(tǒng)中水的同位素效應2.5 生態(tài)系統(tǒng)中氮的同位素效應2.6 結論與展望參考文獻第3章 大氣水汽的穩(wěn)定同位素平衡及其在生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)研究中的應用摘要Abstract3.1 引言3.2 水汽同位素在生態(tài)學和水文學研究中的應用3.3 大氣水汽理想化系統(tǒng)理論3.4 蒸發(fā)和蒸騰水的同位素理論3.5 空氣水汽同位素含量的時間和空間分布3.6 測量技術3.7 結論與展望參考文獻第4章 支持生態(tài)模型模擬的地面要素遙感觀測與反演摘要Abstract4.1 引言4.2 用于生態(tài)系統(tǒng)變化監(jiān)測的傳感器及衛(wèi)星發(fā)展計劃4.3 陸地表層遙感參數(shù)反演的主要方法4.4 陸地表層遙感參數(shù)反演的主要產品4.5 遙感產品與生態(tài)模擬4.6 結論參考文獻第5章 GIs支持下高分辨率空間數(shù)據(jù)在流域生態(tài)模擬應用中的尺度問題摘要Abstract5.1 引言5.2 基本概念5.3 GIs的計算鄰域與生態(tài)要素空間作用范圍：計算鄰域問題5.4 高空間分辨率數(shù)據(jù)下生態(tài)要素在空間上的協(xié)同變化：空間尺度不兼容問題5.5 實例分析5.6 本章小結參考文獻第二篇 生態(tài)系統(tǒng)變化過程的模型模擬與信息融合第6章 生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)過程的動態(tài)模擬與流域水資源管理摘要Abstract6.1 生態(tài)模型概論6.2 土壤-植物-大氣系統(tǒng)水分過程的模擬6.3 農田生態(tài)系統(tǒng)作物生長與水、熱、CO2傳輸綜合模型6.4 流域水循環(huán)模型及其與生態(tài)模型的耦合參考文獻第7章 生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的時空動態(tài)模擬及計量方法摘要Abstract7.1 前言7.2 生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)分量7.3 光合作用模擬方法7.4 呼吸作用模擬方法7.5 林分年齡是森林碳循環(huán)中的重要驅動因子7.6 干擾對碳循環(huán)的影響7.7 碳循環(huán)的時間尺度及其在碳模擬中的應用7.8 減少碳收支計量不確定性的幾個策略7.9 中國和加拿大個例分析參考文獻第8章 森林生長和碳動態(tài)變化的混合模擬方法摘要Abstract8.1 前言8.2 模型結構8.3 子模型描述8.4 一個面向對象(object-oriented)模型的建立策略8.5 模型檢驗和應用8.6 討論參考文獻第9章 陸地生態(tài)系統(tǒng)初級生產力遙感模型估算摘要Abstract9.1 前言9.2 主要GPP遙感估計模型回顧9.3 VPM模型詳細描述9.4 典型生態(tài)系統(tǒng)GPP遙感模型估算9.5 模型精度評價和不確定性分析9.6 小結參考文獻第10章 多尺度、多源生態(tài)觀測數(shù)據(jù)的同化技術及其在碳循環(huán)研究中的應用摘要Abstract10.1 引言10.2 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模擬模型10.3 數(shù)據(jù)同化技術10.4 基于通量網(wǎng)的應用10.5 基于控制試驗的應用10.6 小結參考文獻第三篇 全球變化驅動下的生態(tài)系統(tǒng)變化過程及其適應性第11章 氣候變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)格局的影響摘要Abstract11.1 中國陸地生態(tài)系統(tǒng)空間格局11.2 中國陸地生態(tài)系統(tǒng)時空格局變化趨勢11.3 氣候變化對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)格局的影響機制11.4 展望參考文獻第12章 生態(tài)系統(tǒng)的生物種群和植被動態(tài)對全球氣候變化的響應與適應摘要Abstract12.1 引言12.2 全球氣候變化對植物的影響12.3 植物種群結構與動態(tài)對全球變化的響應12.4 當前及未來氣候情景下的植被動態(tài)12.5 展望參考文獻第13章 生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮、水過程對全球變化的響應與適應摘要Abstract13.1 生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水過程對溫度升高的響應與適應13.2 生態(tài)系統(tǒng)碳、水過程對降水格局變化的響應與適應13.3 生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水過程對大氣CO2濃度升高的響應與適應13.4 生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水過程對大氣氮沉降增加的響應與適應13.5 小結和展望參考文獻第14章 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水過程間耦合關系及其對全球變化的響應與適應摘要Abstract14.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)的水、碳耦合循環(huán)14.2 陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮耦合循環(huán)14.3 結論與展望參考文獻第15章 生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的復雜性及其環(huán)境響應的不確定性摘要Abstract15.1 生態(tài)系統(tǒng)復雜性理論概述15.2 生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的復雜性15.3 生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境響應的不確定性15.4 生態(tài)系統(tǒng)復雜性研究方法概述參考文獻第四篇 人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響及其評價和調控第16章 中國建設用地擴張的區(qū)域差異及其影響因素摘要Abstract16.1 引言16.2 數(shù)據(jù)與樣本16.3 建設用地擴張16.4 人均建設用地區(qū)域差異16.5 建設用地變化分析計量經(jīng)濟模型16.6 計量經(jīng)濟模型估計結果與分析16.7 結論與展望參考文獻第17章 耕地用途轉移對我國耕地生產潛力的影響摘要Abstract17.1 引言17.2 土地利用數(shù)據(jù)17.3 耕地生產潛力估算模型17.4 耕地用途轉移特征17.5 耕地生產潛力變化17.6 2000-2003年耕地變化17.7 政策建議參考文獻第18章 農業(yè)生態(tài)區(qū)(AEZ)模型方法與農業(yè)生產潛力評估摘要Abstract18.1 引言18.2 AEZ模型框架……第19章 氣候變化、陸地生態(tài)格局與人類活動相互作用機制第20章 生態(tài)系統(tǒng)服務功能變化與人類活動承載能力第21章 生態(tài)系統(tǒng)服務的供給、貿易與市場機制

章節(jié)摘錄

插圖：1.2 生態(tài)系統(tǒng)水、碳、氮的耦合循環(huán)及其通量地球生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)作為人類一環(huán)境系統(tǒng)不可分割的組成部分，一直是地球系統(tǒng)科學和全球變化研究領域的前沿課題，是預測未來氣候變化、有效管理自然資源以及減緩溫室效應的關鍵問題（Steffen et al，1998）。早在20世紀70年代，碳循環(huán)研究就成為國際科學聯(lián)盟理事會（IGSU）環(huán)境問題委員會（SCOPE）的主要研究方向和重點關注課題；到了80年代和90年代，旨在研究溫室效應所造成的全球環(huán)境變化及其對生態(tài)系統(tǒng)影響的國際地圈生物圈計劃（IGBP）的實施顯著地推動了碳循環(huán)的研究，使之成為地球系統(tǒng)科學、生物科學和社會科學共同關注的主題之一。到了21世紀，碳循環(huán)的研究得到了進一步深化。IGBP、世界氣候研究計劃（wcRP）、國際生物多樣性計劃（DIVERSITAs）和國際全球環(huán)境變化人文因素計劃（IHDP）共同發(fā)起并成立了地球系統(tǒng)科學聯(lián)盟（ESSP），其目的是促進地球系統(tǒng)集成研究和全球可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Ψ矫娴难芯?。ESSP緣起于日益嚴重的全球環(huán)境變化問題，將全球碳計劃（GCP）、全球水系統(tǒng)計劃（GWSP）、全球環(huán)境變化與食物系統(tǒng)（GECAFs）和全球環(huán)境變化與人類健康（GEcHH）列為應該持續(xù)關注的全球四大“聯(lián)合計劃”。近年來，生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)及其對氣候變化的區(qū)域響應與適應成為地球系統(tǒng)科學和全球變化研究領域的焦點，無論各國政府還是各種國際相關組織都對應對氣候變化的行動綱領予以高度重視。

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《人類活動與生態(tài)系統(tǒng)變化的前沿科學問題》是由高等教育出版社出版的。

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