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科研成果
青藏高原—亚洲环境变化引擎:青藏高原地球系统科学研究步入新时代
2021-08-31 01:44:49 来源:中科院青藏所 作者: 【 】 浏览:86次 评论:0

  青藏高原作为世界上最高的高原,是地球上板块碰撞最为强烈持久且正在发生的地区,其岩石圈、大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈和人类圈等六大圈层发育完成且相互作用强烈,是研究地球系统科学多圈层相互作用的“天然实验室”,最有可能成为地球科学新阶段的地球系统科学重大原始创新理论新突破的策源地。国家自然基金委“青藏高原地球系统基础科学中心”Basic Science Center for the Tibetan Plateau Earth System, BSCTPES)(下简称中心)项目获批,开启了青藏高原地球系统科学研究的新时代。围绕青藏高原地球系统科学研究,该中心首席科学家陈发虎院士领衔项目骨干成员在Science Bulletin以封面短文报道了题为“The Tibetan Plateau as the engine for Asian environmental change: the Tibetan Plateau Earth system research into a new era”的观点性论文(图1),阐述了青藏高原地球系统科学研究的历史、发展与展望,提出了青藏高原地球系统科学的未来研究方向。

  过去半个世纪,青藏高原的科学研究可大致分为两个阶段。第一阶段源自1972年的第一次青藏高原综合科学考察研究,主要围绕青藏高原多圈层过程的定性描述和认识展开。本阶段的科考覆盖了我国青藏高原262万平方公里的区域,还涵盖了整体青藏高原308万平方公里的部分国外部分,尤其对我国喜马拉雅山脉、横断山脉、喀喇昆仑山脉、昆仑山脉和可可西里山脉等主要山脉进行了系统调查,获取了大量一手资料,完成了青藏高原地球系统多要素较为全面的描述。自2000年以来,随着气候变暖,青藏高原地球系统科学进入了第二阶段。在此阶段,青藏高原研究围绕地球系统科学假说,利用跨学科方法理解多圈层相互作用及其对气候变化的影响。于2003年成立的中国科学院青藏高原研究所以及2016年成立的青藏高原地球科学卓越创新中心是该阶段研究的重要里程碑。经过上述两个阶段的努力,极大地推动了青藏高原地球科学研究。但是,目前仍面临两个问题:1. 青藏高原深部圈层和地球表层科学的研究仍存在隔阂,无法将青藏高原作为完整的地球系统进行研究;2. 当前关于多圈层相互作用及其对区域和全球环境的影响研究仍停留在半定量阶段,尚缺少地球系统模型来定量认识其物理过程和变化机制。

  国家自然科学基金委青藏高原地球系统基础科学中心项目的设置是针对上述具有挑战性的科学问题的革命性响应,旨在有机融合不同学科,促进深入理解地球系统科学中心以理解青藏高原深部圈层与地表过程变化对区域乃至全球的气候和环境的影响为研究主线,瞄准高原生长与全球变化双驱动下的多圈层链式响应及影响这一核心科学问题,开展多学科交叉融合研究(图2)。基于此,中心布局三个研究方向:1)大陆碰撞-俯冲与高原生长;2)西风季风协同作用与冰冻圈和水循环;3)高寒生态与人类适应。为了实现上述目标,中心将通过多学科交叉打通时间隧道、打通圈层隔离,通过融合计划打通空间局限、打通学科界线,完成青藏高原地球系统模型研发(Tibet Plateau Earth System Model)。该模型将聚焦不同时期的关键时间节点,利用多学科研究方法,查明青藏高原的广域影响,助力地球系统科学前沿理论突破。中心的启动实施与陆续产出的国际前沿成果,可为国家重大战略的制定提供重要科技支撑,建立青藏高原地球系统科学研究范式,为地球系统科学理论发展作出中国贡献,有力支撑青藏高原国际生态文明高地建设,服务国家“一带一路”发展与建设需求。

  成果信息:

  Chen, FH*, Ding, L, Piao, SL, Zhou, TJ, Xu, BQ, Yao, TD, Li, X. The Tibetan Plateau as the engine for Asian environmental change: the Tibetan Plateau Earth system research into a new era, Science Bulletin, 66(13): DOI: doi.org/10.1016/j.scib.2021.04.017.

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.04.017

图1 入选Science Bulletin期刊封面文章(2021年66期13卷)

图2 青藏高原基础科学中心关键科学问题

图中蓝色箭头表示青藏高原环境变化的内源驱动–高原生长,橙色箭头表示表示外源驱动-辐射强迫和人为活动。


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