国际科联（ICSU）从1982年开始筹备组织一个以研究全球变化为对象的学科间国际合作研究计划，叫作《国际地圈 - 生物圈计划》（International Geosphere Biosphere Program），缩写为IGBP。经过四年的合理性和可行性研究，这个计划已被1986年举行的国际科联第21届全会讨论通过，将开始预研究和为期十年的全面研究。
这个计划的主要内容是从整体上了解人类生存的地球环境的变化。包括自然的和人为的变化，研究与这些变化相联系的陆圈、水圈、大气圈和生物圈之间的相互作用，物理、化学和生物过程之间的相互作用。
这是一个涉及到地学、生物学、天文学以及许多其他科学分支，需要大量采用卫星等遥感技术和计算机技术等先进手段的重要的基础科学问题。同时，这一研究计划的成果将改善我们对未来可能发生的重大的全球性变化的预测能力，并为合理安排地球资源提供全面的科学依据，是一个关系到未来几代人的生存环境的战略性研究项目，应当引起我们的关注。
一、IGBP的历史回顾
1982年，国际地质地球物理学会前任主席George Garland，首先提出了研究全球变化的思想。在国际科联的19届全会所举办的纪念国际地球物理年25周年的会议上，他提出：“今天，我们对影响地球及其周围环境的物理过程之间的关系有了较完整的认识。但是，现在尚未揭开的许多奥秘都同这些物理过程与生物过程，包括人类本身的相互作用有关。因此，要推动这一方面的进展，就要求国际科联所属各学科的专家的合作，包括人类学和社会学家的合作。”
1983年，美国国家科学院，物理、数学和自然资源委员会主席，Dr. H. Friedman提出：“生物圈和地圈之间的真正联系是复杂的，常常是相互交叉的，它们的研究超过了专业的、学科的边界，也超越了有限的某一个国家的科学活动的范围。正因为如此，尽管海气相互作用、生物化学循环和日地关系等问题的重要性十分清楚，它们的研究进展比那些单学科、单专业的进展要快得多。但是，如果我们能够建立一个国际范围的、地学科学内的多学科的合作计划，就有可能在认识太阳 - 地球系统的物理化学和生物过程之间的联系，揭示生物圈中生命的起源和生存的奥秘方面迈出一大步。”
1983年1月，在Stockholm举行的ICSU的执委会首次同意接受研究全球变化的思想，并于8月在华沙召开全球变化讨论会（Colloquium on Global Change）。会议正式建议国际科联组织学科间合作计划。随后ICSU的17届中央委员会正式作出决定：
建立一个工作委员会、研究现有计划尚未包括的全球变化的特点，研究现有研究计划和全球变化研究之间的关系，在第20届全会上对这一领域必须有学科之间和国际合作的研究内容提出建议。这个委员会由T. F. Malone（ICSU前司库）。和J. G. Roederer（阿拉斯加大学地球物理研究所所长）任主席。
1983年11月，这个委员会在巴黎举行会议，进一步阐明了建立IGBP的重要性：
“未来几十年内，一个有挑战性的中心课题是加深和加强我们对地圈各部分和它们与生物圈之间的相互作用的认识。这方面的进展对于维持全球的生命系统，增加生物产品以及满足日益增长的人口所需要的全社会的安排是十分重要的。”
1984年，作为为期两年的IGBP可行性研究的第一步，在加拿大的渥太华举行的ICSU20届全会上，召开了全球变化会议，出版了会议文集。会议从各分支学科的角度论述了建立学科之间的国际合作计划的必要性。以及这一计划同现有各种国际计划之间的联系和区别。
ICSU全会讨论了全球变化会议的结果，作山决议，表示继续支持IGBP的活动。并建议：
（1）ICSU执行委员会建立一个全球变化计划小组，对ICSU的各有关团体及其他组织已经进行的、同IGBP有关的活动进行评论。然后确定第一阶段活动应优先考虑的课题。在分析ICSU各国家委员会和其他专业团体可以作出的贡献之后，提出一个协调计划；
（2）要求ICSU为计划小组提供必要的经费；
（3）邀请ICSU的各国家委员会支持IGBP计划的执行，提出它们对此可能做出的贡献；
（4）要求计划小组向21届ICSU全会提出报告。同时提出：考虑到空间遥感技术将在全球变化研究中发挥重要作用，邀请COSPAR（空间科学研究委员会）建立相应学科间的工作小组，集中研究有关遥感方面的活动。要求ICSU和科学家委员会派人参加这一小组的工作。
ICSU的工作小组在20届全会后开展了一系列活动，在1985年10月正式提出了IGBP的计划草案，已提交十月末召开的ICSU的执委会和中央委员会讨论。
二、提出IGBP的科学依据
当前，世界各国政府和决策者们面临着愈来愈多的与全球环境有关的实际问题。尤其突出的是空气和水的质量和自然境观的改变等问题。
从科学上来说，这些问题超过了通常的学科界线，是同地球系统各个部分之间的相互作用，它们同生活在地球上的生命世界的相互作用有关的综合性科学问题。现在，已经有了分别研究大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的国际合作计划，但是，还没有一个计划致力于研究作为整体的地球，研究各部分之间的相互作用，研究生物的、物理的、化学的过程之间的相互作用。这正是影响我们解决上述综合性科学问题的主要障碍。
我们生活着的地球是一个奇特的行星，它具有液态水的海洋和能够维持和保护生命的大气。对于影响地球上的生命世界和环境变化进程的自然因子，我们是比较了解的，如自然选择，太阳辐射变化、风系和河流的位移、大气和海洋的湍流动力学、大陆漂移、地震、火山爆发、造山运动、新海沟的形成、冰原的扩展和收缩等等。
但是，大气圈、水圈和地球表层并不只是无机过程的产物，而是有生命的和无生命世界之间共同作用（Synergism）的结果，而且生命世界常常起着主导的作用。然而，相当长时间以来，研究生命世界的生物学家们却很少同研究非生命世界的地学家们坐在一起探讨相互联系着的地球科学问题。这正是IGBP所着眼改变的一种不正常现象。
尤其需要提出的是，生命世界中最活跃的人的影响。人类已经造成了空气、水和土壤等组成成分的明显变化。已经被证实的有，工业化所造成的大气中CO2、CH4和其他温室气体含量的逐年增加；耕作改变了许多地区地面的反照率和土壤成分；人类的放牧和砍伐，改变着草原和森林的面积等等。
为了实现从整体来研究地球这一个耦合系统，不仅要求国家之间的合作，而且要求通常是彼此独立的研究领域之间的交流和协作，特别是地球科学和生物科学之间的合作。同时，当今先进的科学技术水平也有了建立这样一个研究计划的物质基础，有希望取得成功。
三、IGBP的研究对象和中心科学问题
IGBP研究的核心旨在对近期到100年的未来地球的状况作出科学的评价。以研究地圈 - 生物圈系统各组成部分之间的联系、传统学科领域之间的边缘地带、物理、化学和生物过程的相互作用作为主要内容。
IGBP把地圈 - 生物圈系统划分为两部分：
“内部系统”（Core System）：包括低层大气，水圈（包括冰雪圈），土壤和生物圈，它由生命系统和生命支持系统以及与它们相互作用着的那部分自然环境所组成。在这个“地球机器”的内部系统中，大气作为做功的液体，海洋是基本的能量库，整个生物圈是全球变化的“调节器”。
这个“内部系统”由两个“外部系统”（Peripheral Systems）所包括：
一是“外地圈”（Outer Geosphere），从中层大气一直到电离层边缘。
另一个是“内地圈”（Inner Geosphere），从岩石圈一直向下。
为了定量的了解全球系统，它的全部尺度的变化，长期的状况，它的不稳定性，它的子系统的多平衡态的可能性，自然和人类可能影响的整个范围，必须把外部系统看作为地圈 - 生物圈这个复杂综合体的重要组成部分。
在研究地圈 - 生物圈相互作用中的一个主要问题是：如何把局部的、小范围的观测同区域或全球尺度的问题联系起来。今天，我们认识这种相互作用的能力很差，在很大程度上与这个问题有关，因为它阻碍我们从整体上来了解地球的变化。
考虑到气候是环境诸因素中最活跃的因素，也是同生物圈相互作用中最直接的因素。IGBP提出，“气候变化问题是IGBP的中心问题，也是研究全球变化的中心。”这是我们中国学者首先提出，被IGBP所采纳的一个重要观点。
四、IGBP计划的主要内容
IGBP计划包括四个方面：
（1）控制全球变化的相互作用过程的研究；（2）提出新一代的环境耦合模式；（3）设计一些特殊试验以指导模式的设计和对过程的认识；（4）为以上目的需要提供资料的观测计划。
过程研究
内部系统：
· 为了了解对流层中CH4，OH，NOx，O3和其他重要气体在全球化学和气候中的作用，需要研究控制这些气体浓度的过程；确定这些气体的源和汇及调节它们在一些特别地区的释放率的重要环境因子。
· 为了了解影响气候的海洋基本环流和海洋和大气的相互作用，需要研究控制海洋深层水形成的过程。要研究决定上翻区的地球位置、上翻事件的频率和强度的因子。
· 研究陆地和海洋系统对外部扰动的响应。
· 研究CO2、营养物质和其他环境条件对某些生态系统的影响。
· 为了定量描述C. N. P（碳、氮、磷）的全球循环，要研究海洋中物理过程在有机碳的产生和死亡中的作用。
· 为了认识近代表业对全球土壤资源的影响，并确定土壤覆盖层在生物圈中的作用，要研究土壤形成和发育过程、土壤的化学平衡和土壤的侵蚀过程。
· 水分循环某些主要特征的研究——例如：对流层和平流层的水分交换，云的动力和辐射反馈过程，土壤、植物和大气之间水分交换等。
外部系统：
· 研究高层大气对自然和人为扰动的响应，包括：火山爆发、太阳能和地磁场能的输入，人类活动产生的化学物质等。
· 研究通过矿物输送和化学物质交换改变大气和海洋组成的自然的岩石圈过程。
模 拟
IGBP最终目的是从整体上来了解作为一个相互作用着的物理、化学和生物系统的地球。除了数值模拟，没有其他办法可以对自然和人类活动对全球环境的影响作出可信的评价。当前，人们迫切要求预报由于化石燃料所释放的CO2水平的日益增长所产生的气候变化。但是为了达到这个目的，需要把对大气环流的影响、相应的生物圈、全球冰雪覆盖和海洋的变化给出一个综合的评价，因为最终的影响包括着许多复杂的至今还不清楚的上述各类过程之间的相互作用，同时，陆面 - 大气，陆地 - 水，水 - 大气交界面之间的化学和水分循环，产品和物质输送的全球模拟最终也必须包括生物过程和地学过程的耦合。要认识这些过程也需要发展耦合模式。
· 改进生态系统模式，应当考虑植物和动物的变化、在对外部环境响应中生物圈与地圈各成分之间的水分和化学物质交换；
· 把生态系统模式同地球的物理和化学环境的全球模式结合起来；
· 提出主要的生物化学循环的相互作用模式；
· 改进全球大气环流模式，用较好的方法描述云的辐射反馈；改进对地表的热量、动量、水分和其他化学成分交换过程的表达方式。
· 改进表面和深层的海洋环流模式，包括正确和定量地描述上翻和下翻运动，目的是描写海洋对表面外源的响应，用模式来描写相互作用着的海洋——大气系统。
· 改进用来研究海冰、大的冰盖、大陆冰川和世界海平面对气候变化响应的模式。
外部系统：
· 建立用以了解上层大气和外地圈对自然的和人为扰动响应的模式；
· 改进用以模拟造山运动对大气、海洋、土壤和淡水的化学性质影响的模式。
观 测
要充分利用正在进行的观测计划所提供的资料，例如WCRP（世界气候研究计划）的全球观测网等。同时为了IGBP的目的，还要设置一些特殊的观测。这些观测原则上要求至少含两个以上的学科，如发生在地圈各个分量及它们与生物圈之间的界面上的各种物质和能量的通量等。
应当观测的参数包括：
大气、海洋、冰和淡水、土壤和土壤化学、动植物分布的变化、空气、土壤和水中化学物质通量、向大气、地球和海洋表面输入的太阳能和磁场能；地球物理扰动和地球化学通量；重建由树木年龄、冰沉积物土壤和固体地球历史中记录的自然变化。
在检验模式的可预报性中特别重要的是同过去的自然变化记录进行比较。为此IGBP提出如下特殊要求：
· 扩展极地冰蕊取样和研究计划，重建世界温度、大气化学和微粒性质、火山爆发的历史，研究它们对气候的影响；为了研究太阳和地球磁场的变化，重建宇宙线通量的历史资料。此外还建议在中高度，如阿尔卑斯山、喜马拉雅山和安底斯山冰川中提取冰蕊样本。
· 为了研究过去的气候，海洋环流型、宇宙线通量和海洋的营养物化学，要努力分析全球大范围的海底沉积物的记录。
· 扩展湖泊沉积物的搜集，重新确定它们的时间分辨率，扩大取样的区域，用以研究气候、古植物分布和大气中化学成分和粒子含量。
· 扩大树木年轮记录的时空分布范围，取得过去几千年的气候、水文、火山和太阳活动的历史资料，干旱区和山区的树木通常对环境变化的反映最为敏感。
· 扩大作为过去的海平面和气候变化指示器的热带珊瑚的生长和沉积的合作研究。
五、IGBP的现状和前景
自1984年第一次全球变化会议以来，国际科联及其下属的一些科学团体积极开展可行性研究活动。一些国家也采取相应的措施。其中最积极的是美国。美国于1985年正式成立了IGBP的国家委员会。由18人组成，国家大气研究中心的J · A · Eddy任主席。并起草了研究计划。同年8月，召开了大气圈——生物圈相互作用工作会议、制定了相当具体的研究计划，包括前期研究、人员交换和交叉学科人员的培养等。IGBP的研究重点，在可行性和合理性研究过程，发生了不同程度的转移，起初以日地关系方面的研究比重最大，随后又偏向于岩石圈方面的问题。渥太华会议后，逐步明确以气候和生态系统为中心，以第三节所划分的“内部系统”（core system）为重点。
由于IGBP述及的范围很广，组织者鼓励在第一阶段积极开展专题性预研究（Pilot Study），和国家间的双边合作，逐步向更大的范围扩展。美国国家科学院、中美学者交流委员会对于同我国合作研究IGBP有很大的兴趣。IGBP的发起者之T. Malone和J. G. Roederer及美国其他科学家曾专程来我国探索双边合作的可能性。1986年9月，ICSU二十一届全会正式通过建立全球变化研究委员会。
六、对我们工作的建议
1、全球变化是一个多学科的综合性基础研究课题，从整体出发研究未来地球环境、从学科之间的相互作用、在学科之间的边缘地带研究物理、化学和生物过程的相互作用具有较先进的科学思想，也符合自然科学发展的本身规律，是应当组织力量进行的重大基础研究项目。我们有门类齐全的基础研究力量，以及与全球变化问题有关的各学科研究机构，如天文、地理、大气、海洋、土壤、生物、沙漠、冰川等，它们在全球变化研究中可以协同作战，并且在交叉学科的范围内形成新的生长点，促进基础研究向高水平的方向发展。
2、全球变化又是一个具有明显实际意义的课题，它关系到未来几十年人类生存环境的质量，是为我们的子孙后代考虑的战略性项目。作为中国这样一个大国，对于自然的，特别是人为因素对环境的影响，必须进行预先研究，否则等到造成的影响已经出现时，再来考虑对策已经晚了。
因此，我们应当支持国际科联的IGBP计划。在国内可先组织有关学科的专家进行调查研究。事实上，我们在许多学科领域中已经开始了同IGBP的学术思想类似的工作，当然学科间的结合，对物理、化学和生物过程相互作用研究的深度和广度还远远不够。建议适当时候召开一次全球变化的讨论会，交流相关联的研究成果，促进学科之间的合作，选择若干有条件的跨学科合作研究项目作为预研究。
我们的IGBP研究既要同国际的总目标相协调，又要紧密结合我国自己的特点。建议把未来几十年我国的气候和生态环境的变化作为研究重点。这个重点同IGBP着眼的“内部系统”是一致的。同时，又同我们国家经济建设的近期和远景目标密切结合。