CZEN提出地球关键带科学研究的新机遇

GSTDTAP > 地球科学

	CZEN提出地球关键带科学研究的新机遇
	王立伟
	2017-11-15
所属快报	地球科学快报
出版年	2017
期	22
语种	中文
领域	地球科学
栏目	战略规划与政策
中文关键词	关键带 ; 科学研究 ; 机遇
中文摘要	2017年11月，关键带探索网络（CZEN）基于6月在美国弗吉尼亚州阿灵顿举行的关键带观测站（CZO）全体会议成果，发布了题为《关键带科学的新机遇》（New Opportunities for Critical Zone Science）报告。本文主要针对过去10年关键带项目的发展概况、存在问题、未来关键带研究所需的方法和未来六大科学问题进行简要梳理，以期能对我国的相关工作提供借鉴。
情报分析_信息来源性质	信息网站
情报分析_信息来源机构	关键带探索网络（CZEN）
情报分析_信息来源国家	美国
情报分析_信息类别	战略规划与政策
情报分析_研究主题	地球关键带科学研究
情报分析_研究内容	1 发展概况 CZO经过近10年的发展壮大，聚集了众多科学家的共同努力，创造了一个充满活力和热情的地球关键带社区。每个CZO项目在地质学、生态学、土壤学、气象学、地貌学、水文学等领域启动了合适的核心测量观测站，共同为研究提供了一个社区平台。过去10年的测量研究为未来的关键地带科学奠定了坚实的基础。未来关键带科学研究将使用定量模型预测地球表层系统的变化，包括预测人为影响的关键带研究，旨在推动更好的决策。美国CZO项目的开展刺激了全球关键带科学的发展。在全球范围内，该项目已经产生了新的想法和数据，并吸引了一批科学家。未来10年，该项目将会使关键带科学更具量化性。回顾过去10年关键带科学的发展，会议强调了迄今为止从该项目涌现出来的10个关键认识。（1）人类依赖于关键带的服务，包括人类生存和生产所需的食物、木材和纤维、水资源、沉积物和土壤以及河流等。（2）生物群从底层岩石和降落的尘埃及气溶胶中获取营养物质。无论是有益的营养还是有害的毒素，通过分析地质或大气环境要素，都可以解释它们的分布和变化。（3）树木从含水土壤和岩石中获得水分。关键带的水循环对自然环境循环、土壤表层形成、地下生物群、水分盈亏和气候边界层都有深远的影响。（4）地球物理成像和深层取样可以用来绘制关键带深部结构，这在大多数研究区域是不为人所知的。（5）迄今为止的模拟研究表明，给定岩性的关键带构造的空间变化取决于河流切割速率、区域应力场、地下水溶质演化、冻融活动的深度以及表层沉积物的运移过程。（6）关键带结构控制着水文循环过程，而关键带结构则通过由水分控制的物理、化学和生物过程演化而来。（7）土壤中微生物的分布也是关键带结构的一部分，关键带结构和微生物功能的共同演化刚刚开始被破译。（8）关键带结构可能是地质、构造或气候历史遗留的产物，可能不会与当前的气候压力处于平衡状态。（9）人为的扰动正在改变一些地区的关键带，使其从一个营养物质加工系统转变为一个简单地以运输为主导的营养物质转移系统。（10）在涉及本科生、研究生和博士后的关键带项目中，整个关键带研究吸引和造就了一批将地球和环境科学无缝衔接的学者。 2 存在问题在以上所有主题中，其目标旨在阐明和预测关键带的功能和过程。通过过去10年的观测研究发现，该项目研究还存在以下科学问题：（1）是什么控制了关键带的特征和过程? （2）关键带结构、储存和通量对气候和土地利用变化的响应如何？（3）如何才能提高对关键带的认识，以增强生态系统的韧性和可持续性，并恢复生态系统功能？（4）如何确保当前和下一代科学家、管理者和政策制定者能够广泛采用关键带研究方法？ 3未来研究方法关键带项目和CZO网络为关键带研究提供了一个强大的平台。美国国家科学基金会（NSF）提出，人类面临的重大挑战需要通过跨学科研究，即来自多个领域的知识、技术和专业知识等的深度融合，形成新的和已扩展的研究框架，从而应对科学和社会方面的挑战和机遇。对关键带项目未来的设想将通过地理、生物和社会科学等多学科交叉研究来实现。为实现未来10年允许更大规模扩展的关键带研究目标，需要通过以下研究方法：（1）通过进行共同测量、开发新模型和阐明新理论，推动一系列观测站的跨学科研究工作。（2）在当前观测网络内建立新的观测站，并扩展新的监测网络。（3）利用现有观测站网络基础设施的卫星站点，以及其他环境网络。（4）通过主要关键观测网络解决地区或国家的短期重点问题。（5）增进开展理论和预测相结合的综合性举措。（6）向非科学家和民众宣传关键带的研究活动，并让决策者参与关键带的科学研究。 4 未来科学问题经过10多年的关键带科学研究发现，跨广泛空间、时间尺度和科学领域的研究，将为未来科学研究提供一个创新的方法，进而满足社会对饮用水、营养食品和可持续发展环境的需求。要实现这一结果，必须继续关注未来关键带科学发展的六大科学问题：（1）随着能量在关键带的运移，它是如何驱动孔隙度、压裂、渗透性、颗粒大小、矿物学和微生物等方面模式的出现，以及这些模式如何在深度和横向上分布？（2）关键带服务是如何在人为和自然干扰的过程中演化的？（3）什么样的反馈可以使植被冠层和深基岩之间进行物质输送？如何利用观测数据和模型来解释气候、风化和构造的全球反馈？（4）能否对关键带的类型进行分类，并对其进行量化，以描述其能量和物质输送的形式和驱动系统？（5）如何在关键带科学中使用数据同化方法来创建前瞻性预测模型？（6）如何将关键带科学纳入各级教育工作，并在科学家，管理者和政策制定者之间推广关键带研究方法？
原文题名	New Opportunities for Critical Zone Science
原文链接	查看原文
文献类型	快报文章
条目标识符	http://119.78.100.173/C666/handle/2XK7JSWQ/180890
专题	地球科学
推荐引用方式 GB/T 7714	王立伟. CZEN提出地球关键带科学研究的新机遇. 2017.