一. 预言环境的未来，需要专家们相互交流

在过去的几年里，科学家们已经开始对全球或把地球作为一个系统的探索。例如：卫星现在能够把地球作为一个整体来收集数据了；新的超级计算机和信息系统能储存和处理大量数据组并控制错综地连结在一起的地球分系统模型。一些重大问题的非常时期，就像大气层中的“温室”气体水平增加一样，已经更多地关系到有关生态等系统的气象变化的潜在效应。

若干条全球探索计划现已实施。例如：国家科学基金会已经认识到某些地球科学努力进入一个“全球地球科学”的规划——强调大气层和海洋系统之间的相互影响。宾夕法尼亚州立大学已建立了一个多种不同学科综合研究方式的“地球系统科学规划”。我自己的研究所“国家大气研究中心”，于1987年创立了气象和全球动态区域及多学科气象系统区域来研究大气、化学品、大洋、冰川之间是怎样相互影响，以及生态系统可能超时的变化。

此外，国科联（ICSU）正在发起一个在20世纪90年代开始的第一流的全球范围的努力计划，即国际地圈/生物圈计划（IGBP）。国科联规划委员会提出了下列初步的重点论题：“①生物化学循环研究；②海洋光亮带研究（哪儿有足够的光可进行光合作用）；③土壤力学和土壤化学研究；④太阳能输入地球的不稳定性。”一些地球科学家强调在环境保护、经济发展和国际安全等问题中的直接接触，提议把国际地圈/生物圈计划扩大到同自然科学一样的精神社会中。

人们希望国际地圈/生物圈计划或者全球变革规划将能提供一个为政策制订者而备的明智地处理防止气候变化问题的充分的知识基础。显然，建立这样的知识基础将需要诸学科的协作。国际地圈/生物圈计划至少会成为多种不同学科综合研究方式。

“多学科”是寻找优于传统学科界限的解释。不同学科的研究者们经常相互影响，试图学到足够的对方领域里的东西，以引出也许还没有被发现的新的探索。

今天，大量的把地球作为一个系统的研究已经是多种不同学科综合研究方式了。我认为，全球问题的变化是非常复杂，非常依赖于诸多系统中的相互影响的，唯一有效的投入方式就是通过跨越全球科学和其它相关学科的整体探索。

二. 一个典型的全球变化问题——“温室效应”

需要多学科来探索拿球变化，可由“温室效应”或大气层中的一定量的微量气体水准的增高而上升的全球温度来说明。就从自然资源中产生的微量气体而引起的这一扩张而言，温室效应是较容易理解的。然而，更多的围绕诸如燃烧矿物燃料的人类活动程度的争论将增高温室效应，更多的推测是这种增高的温度对环境和人类社会的影响。

温室效应问题也许可设想出一系列倒金字塔结构中的相互关联的元素。

金字塔底就是人类的各种活动。估计那儿有多少二氧化碳及其它温室气体（包括甲烷，它的流出量是上世纪的两倍）将因人类的活动而产生？如果我们知道由技术、技术的使用和总人口而产生的CO₂标准，我们就能够计算出由人类活动而产生的二氧化碳的预料中的发出量。因此，扩大技术、富裕和人口统计学都必须同时为预测和控制CO₂的流量提供方案。

碳循环周期反应

释放出的CO₂是由碳的生物地质化学循环而分布在大气层、海洋、土壤和生物群中。为了预测未来气体的浓度，就需要预算大气层中二氧化碳的百分比。根据CO₂的释放率、海洋吸入的CO₂及化学物，光合作用（迁移CO₂）度是根据大气中CO₂水平的增加而增强的；砍伐森林（树木燃烧放出的CO₂及可能留下的极少的光合作用点）；土壤中微生物的呼吸变化（这可作为温室效应的“正反馈”，因为这是微生物对僵死的有机物的氧化率（由此产生CO₂）随温度而增长）。

全球气候感应

大气层中CO₂的增长方案及其它已经发现的微量气体，可用以尝试预测全球气候增长效率。在一定程度上，古气候的研究记录对此将有所帮助。例如，现在的CO₂标准低于上个冰川世纪（18，000年前）的30%左右，也许白垩纪期间（6千5百万 ~ 1亿4千万年前，那时的气候温暖得使长久显露的坚冰从地球上消失了）是现在的5倍或10倍。但由于不同的大陆位置、火山活动及其它变量，古气候类比量的使用是有限度的。

因此，需要求助于数学模型，这狸模型应用基本物理原理，诸如质量守恒、动能及能量等，控制气候（大气层、大洋、海、冰、地表、生物区和冰川）的地球支系统，它们较可靠地提供模拟这些已知数量作为当今地球表面温度的季节性变化、大规模古气候变化或金星及火星上的温室效应。不过，对全球未来气温变化的估计，仍然存在着2 ~ 3个不能确定的因素，这是因为大量的气候反馈机制还未能被完全地理解。

例如，行星的变暖将会溶化冰雪，因此，减少地球的反射，任随它吸收更多的阳光，就可扩大气候变化，尽管这个效果是众所周知的，并可与气候模型合并达到相当大的程度，它仍然有着一些不确定的因素，何况完全可以数量来表示的是扩大到水文圈的变化将增加或减少云层覆盖面。据此可假设行星吸收太阳辐射总量和它发出的红外辐射总量之间的平衡，这个平衡将决定全球气候。

区域性气候感应

区域性气候变化是由以综合循环模型（GCMS）而知名的三元次表象来预测的，这将带入大陆、山区、平原和植物型元素等来计算。遗憾的是，从这些模型预示变化的区域性分配甚至不比全球气候预测更可靠，并很难知道怎样完全地得出结果。例如，因普林斯顿大学的国家海洋和大气管理实验室的Syukur Manabe和Richard Wetherald而闻名的大气环流模式（GCM）预言，如果大气层中的二氧化碳达到2倍，美国中心的土壤湿度将降低50%。但是，大气环流模式排除了一个极难设计的重要变量：逐渐吸收的由全球深洋产生的热量。如果这被化为因子，结论就会是相当不同的。再者，大多数大气环流模式的准确性是由需要简化的地表、植被和水文变量限定的。

物理和生态的影响

不管它们的不确定性、微量气体增长方案和全球及地区气候感应已经作为预言物理和生态反应的广泛的基础。各个领域的科学家们已经使用它们去规划海平面、水流（径流量）、农业及牧场生产率、森林种植、美国西部的森林火灾、甚至一定生物种类的分配。但是，该模型没有像气候模型那样得到更好地开发、

三. 经济、社会和政治对气候的影响

使用物理与生态影响方案已完成的大量试验表明，因气候变化，经济、社会和政治的争端将会增加，争端之一是农业区的再分配。例如，如果美国南部变得非常炎热，它现存的农业活动大多数会不得不移到北部，而伴随着的是南部各州的经济矛盾，另一个争端是水资源。轻视干旱的结果，使有些地区不得不决定是否要开发新的水利工程，或与相邻地区重新谈判水权。

海平面升高面临着另一组问题，正如我与布朗（Brown）大学的气象学家罗伯特 · 陈（Rubert Chen）几年前发现的一样、我和陈在假设海平面升高15 ~ 20英尺的前提下重画了美国海岸线，我们计算出洪水泛滥将损失价值（1980年的美元）近1万亿美元的财富，而千百万人民也将被迫离乡背井。当然，设想这一事件发生的时间一定不少于几百年。这样，假设对未来的损失每年都低估百分之几的话，传统的经济分析或可能还有一些“现存价值”。

政策反应

在倒置的金字塔顶层，各国政府及各级地方政府已开始考虑政策对气候变化的反应。两种可供选择的观点正在研究：预防和适应。预防选择包括减少依赖煤等矿物燃料而产生的CO₂，并加强能源保护。适应选择包括发展能够抵挡猛烈的气候变化的农作物，或掌握增加二氧化碳水准的优势及一个更加灵活地更好地阻止气候迅速变化的水权的分配。为了更加有益，政策选择必须建立在关于金字塔的所有相互联系着的争端的仔细分析的基础上。

四. 多种学科交叉合作，研究和维护适宜人类生存的气候

现在应该清楚的是，阐明像温室效应一样复杂的问题，要求在社会科学和地球科学等学科之中可能的最紧密的合作，不幸的是，传统的多种不同学科综合研究方式经常错过这方面的机会。由于忙于大量本专业的问题，各学科专家们可能忽视了在相关领域中可能对他们自己的工作有重要影响的问题。

例如，大多数物理科学家设想气候的未来，为了预报农业或生态影响而需要的主要变量：每月平均气温的分布和降雨量的变化。的确，那不是一个拙劣的判断此类影响的评价依赖于气候极端变化的信息，就农作物生产率而言，一种可能性的霜冻变化——气候极端的一种类型——是非线性限度的；一个冷冻事件就有可能扫除农作物，哪怕气温只是下降10或20度。同样，极端炎热的变化，尤其是如果它们发生在植物生长周期的重要阶段，诸如玉米的抽穗阶段或是美国西北部的森林燃烧期间，也会出现同样的结果。但这一知识是超过物理科学的传统界限的。仅在与农学家和生态学家在多种不同学科综合研究方式的讨论会上再次接触之后，气候模型制作者们才其正认识到很多年的时间已经浪费在这些易变性研究之中了。

多种不同学科交叉合作研究，有利于从多方面探索全球的变化，研究来自这个星球的各方面紧密的相互影响。例如，调查推测美国西部水供给而增加温室气体的影响问题。一个便于集中的研究组，它将包括经济学家、气象学家、林务员、工程师、政策规划者和人口统计学家，每个人要详细地解释他或她的学科怎样规范地探索这样一个问题的，并同时能够学到同一组其他专家们的方法和思想。

在这一过程中，研究者们可能发现他们不可能用别的方法预测到的反馈机制。例如，可能出现的降雨量和蒸发量的变化，将引起水供给或影响降水和蒸发的森林覆盖面的变化。其结果也可能是在工程师的供水工程之后的人口统计学家的设想，及抑制设计者与那些职业人口统计学家的冲突，这些新的多学科的专门知识可能产生的创新思想——甚至突破——可促使重大问题的解决。

[Issues in Science & Technology，1988年春季号]