全球變化學(xué)是研究地球系統(tǒng)整體行為的一門(mén)科學(xué)。它把地球的各個(gè)層圈（如大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈）作為一個(gè)整體，研究地球系統(tǒng)過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)的變化規(guī)律和控制這些變化的原因和機(jī)制，從而建立全球變化預(yù)測(cè)的科學(xué)基礎(chǔ)，并為地球系統(tǒng)的管理提供科學(xué)依據(jù)。 全球變化科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展是人類(lèi)為解決一系列全球性環(huán)境問(wèn)題的需要，也是科學(xué)技術(shù)向深度和廣度發(fā)展的必然結(jié)果。
今天，全球環(huán)境問(wèn)題的嚴(yán)重性主要在于人類(lèi)本身對(duì)環(huán)境的影響已經(jīng)接近并超過(guò)自然變化的強(qiáng)度和速率，正在并將繼續(xù)對(duì)末來(lái)人類(lèi)的生存環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。這些重大全球環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了單一學(xué)科的范圍，迫切要求從整體上來(lái)研究地球環(huán)境和生命系統(tǒng)的變化，從而提出了地球系統(tǒng)的概念，即由大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈組成的一個(gè)整體。
同時(shí)，觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，特別是衛(wèi)星遙感技術(shù)，提供了對(duì)整個(gè)地球系統(tǒng)行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)的能力；計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為處理大量的地球系統(tǒng)的信息，建立復(fù)雜的地球系統(tǒng)的數(shù)值模式提供了工具。
全球變化學(xué)的理論基礎(chǔ)是地球系統(tǒng)科學(xué)（Earth system science），它是研究地球系統(tǒng)各組成部分之間的相互作用，以及發(fā)生在地球系統(tǒng)內(nèi)的物理、化學(xué)和生物過(guò)程之間的相互作用的一門(mén)新興學(xué)科。
全球變化學(xué)現(xiàn)階段主要研究?jī)?nèi)容如下：
（1）全球大氣化學(xué)與生物圈的相互作用。主要研究全球大氣化學(xué)過(guò)程是如何調(diào)制的？生物過(guò)程在產(chǎn)生和消耗微量氣體中作用，預(yù)報(bào)自然和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)大氣化學(xué)成分變化的影響。
（2）全球海洋通量研究。主要研究海洋生物地球化學(xué)過(guò)程對(duì)氣候的影響，及其對(duì)氣候變化的影響。
（3）全球水文循環(huán)過(guò)程的生物學(xué)特征。主要研究植被與水循環(huán)物理過(guò)程的相互作用。
（4）全球變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響。主要研究氣候、大氣成分變化和土地利用類(lèi)型變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的影響及其對(duì)氣候的反饋。
（5）全球變化史的研究。重建2000年來(lái)，以及一個(gè)完整冰期一間冰期循環(huán)的全球環(huán)境變化，了解它們與地球內(nèi)部或外部作用力的關(guān)系。
主要的研究手段和技術(shù)路線(xiàn)是：
（1）發(fā)展全球分析和模擬。借助于全球模式來(lái)定量分析地球系統(tǒng)內(nèi)物理、化學(xué)和生物過(guò)程的相互作用，估計(jì)未來(lái)變化的可能影響。
（2）建立全球資料和信息系統(tǒng)。建立全球變化研究需要的全球資料和信息的處理，貯存、交流系統(tǒng)，特別要發(fā)展全球變化的空間遙感觀測(cè)能力和資料的處理能力。
（3）建立區(qū)域研究中心。在全球的代表性生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域，主要在發(fā)展中國(guó)家建立全球變化的區(qū)域研究中心。它們的功能是生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、特殊問(wèn)題的試驗(yàn)研究、科學(xué)技術(shù)人員的培訓(xùn)以及區(qū)域資料交換等。
以上三個(gè)方面都需要努力發(fā)展計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)及其他各種先進(jìn)科學(xué)儀器和設(shè)備，在全球變化的監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)和模擬等方面的應(yīng)用能力，以及物理學(xué)理論和方法在全球變化研究中的應(yīng)用能力。
從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，全球變化將開(kāi)始一系列的核心計(jì)劃，成為未來(lái)10～20年世界科學(xué)最活躍的一個(gè)研究領(lǐng)域。將在學(xué)科之間的交叉地帶產(chǎn)生許多新的思想和理論，并在物理、化學(xué)和生物過(guò)程相互作用的基本理論方面有新的突破。同時(shí)，由于交叉、綜合、相互作用過(guò)程研究的需要，可能在科學(xué)研究方法論上產(chǎn)生重要的變革。
另一方面，全球變化的研究又具有十分明確的應(yīng)用目標(biāo)，它的研究成果將直接用于地球自然資源的合理開(kāi)發(fā)利用，農(nóng)林牧副漁的合理布局，水、土、氣污染的控制以及全球環(huán)境問(wèn)題上的重大決策，為保護(hù)和改善幾代人的生存環(huán)境作出貢獻(xiàn)，具有全局性的戰(zhàn)略意義。
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