全球天气预报。20世纪60年代由于高速电子计算机问世,使得大气过程的数 值模拟成为现实。与此同时,1960年第一颗实验卫星的发射成功,从空间对地 球表面和大气进行全球观测方面取得了崭新的发展。1966年第一批极轨气象 卩星投人使用,1974年一系列地球静止环境卫星开始运作。这些空间飞行器能 够连续地获得全球温度、云覆盖和其他大气变量,以补充原有的地面和高空观 测。目前的区域天气预报几乎完全是依靠这些资料的数值预报。陆地和海洋的 研究也给人类带来很多实际利益。研究地壳运动和板块构造可以发现潜在的火 山爆发和地震活动区,并作出预报。特别是通过研究特定地球化学过程,我们已 经知道地球上石油、天然气和金属矿床的分布情况。从卫星观测到的海洋颜色 中可以识别浮游生物的密集区和捕捉时间,这样就可以开发渔业资源。所有这 些都说明对地球本身的科学问魎做全面系统的深入研究,有助于进一步开发地 球的丰宫宝藏。 第三,人类的新需求—全球环境变化研究。这一命题与本书内容和宗旨 密切相关。由于地球是人类赖以生存和发展的物质源泉和环境,因而人类总是 把自已的命运与地球的演化和太阳对地球的影响紧糖地联系在一起。长期以 来,一般认为,地球演变的主要因素源于自然变化,如日地间距离变化,大气和海 洋湍流,地壳板块漂移,造山运动,火山爆发,冰川伸缩,以及河流变动等过程。 但是,在近几个世纪里,人类的社会经济和技术活动,却对全球变化产生了明显 的影响。人类自身已不仅是地球系统的一部分,并且直接成为全球变化的影响 力。在这种情况下,若人类违背客观规律危害了自然界那么,自然界也会以种 种方式报复人类。因此人类必须审慎从事,必须尊重自然规律,才可能支配自然 界。全人类对自然赖以生存的地球的未来负有新的责任。而这些只有基于理智 的行动,科学地研究地球系统的整体行为,积累完整的知识,才能合理地支配和 管理地球。 地球系统科学在内容上虽然仍以传统地球科学为基础,但其重点被放在对 地球各部分之间的相互作用和相互关系的认识上,以便把地球各部分的组合作 为…个统一的动力学系统加以研究。地球系统科学方祛的基点是把地球看成是 个时、空尺度极宽的,各种相互作用过程的联合体,而不是各个部分的简单集 合,特别重视了解岩石圈、物理气候系统(大气、海洋与陆地地面)和生物围之间 的相互作用。地球系统中各种现象和过程的空间尺度可以从几毫米到地球周 长,时间尺度可以从几秒到几十亿年。由于地球各部分之间存在着藕合性,一个 部分发生的变化可以从空间和时间上影响到其他各个部分。由于地球系统是非 线性的,故某一时间尺度的变化,会传播到其他时间尺度。这决定了地球系统科 学的主要方法是按时、空尺度,而不是按学科对各种地球过程进行研究。通过这 种方法,以达到了解、描述模拟和预测地球过去和未来演变的情况。 一
了解、描述、模拟和预测地球过去和未来演变的情况,关系到保护未来几代 人生存环境的战略制定。美国宇航局咨询委员会于1983年成立了地球系统科 学委员会。这个委员会特别强调把地球作为一个整体系统,以制定全球变化研 究整体规划的重要性。并于1985年6月召开了专门讨论会,就今后10~15年 地球系统科学的研究战略取得了一致意见。地球系统科学的近期目的为,通过 对地球系统各部分及其相互作用的研究,了解其相互作用和演变的机制,预测它 们在各种时间尺度上的演变趋势,达到对整个地球系统从全球尺度范围内有 个科学的认识。地球系统科学的当前任务是发展和增强人类对预测未来十年到 个世纪内因自然因素和人类活动所引起的各种变化的能力。在这方面,地球 系统科学当前面临的挑战和困难很难把由人类活动引起的变化,与长达几十 年到几个世纪内因自然因素发生的变化过程中区分出来。 (五)地理科学、环境科学、人类生态学和地球系统科学在研究人类一环境 系统问题时的特点和共同点 从上述4门学科的介绍中不难看出,尽管这些学科的产生和发展各有自已 的起点和途径,尽管这些学科的学者在知识背景、科学兴趣、研究问题角度等方 面各有差别,但他们都看到了当前人类在人口、资源、环境和发展方面所面临的 严峻挑战,都感到了解决这一问题的紧迫性,都希望自已的学科在解决这些问题 上有所作为和做出较大贡献。因此,它们正行进在殊途同归的方向上,做着某些 共同的事,研究着某些类似的问题。具体表现在:①都在认真思考自己学科的且 标和任务,对其进行调整和给出更完善、合理和确切的定义;②为了达到新目标, 都在努力从有关科学中吸取当代新兴理论和技术方法成果,都在促进自己的学 科与相关学科交叉。这一历程导致了一个结果:使这些学科之间具备了某些共 同特性,或正在具备这些共同特性。这一事实充分表明,不管什么学科,只要它 研究人类一环境系统,研究人类与环境相互作用或研究环境与发展等问题,就必 须遵循某些共同的科学认识论和方法论,其关键是必须强调事物的整体性与对 其进行综合研究。 近代科学的发展经历了分化与综合阶段。众所周知,以自然界为研究对象 的科学在早年被称为博物学。18到19世纪的博物学主要沿着分析与分解的途 径发展,于是生命与地球分了家,生物学与地质学分道扬镳了。生物学又进一步 分解为形态学、生理学、分类学、动物学、植物学、生物化学、生物物理学、分子生 物学、遗传学等。地质学又被分解为矿物学、岩石学、地球化学、地质构造学、地 层学等,于是博物学解体了。为了克服对整体研究的不足,到20世纪,许多学科 又在向综合性方向发展,这样就导致了许多新兴综合学科的诞生。与地球科学 和生命科学有关的是,导致了生态学的诞生。生态学把生命和地球又综合在 起。但早期的生态学有其局限性,它只重视环境对生命的作用和影响,而忽略了 --
其反面。它仍然是环境与生物对立的二元观,只是在小的空间和时间尺度上的 综合。生态学在20世纪后半叶有了重大的发展和认识的飞跃。例如,前面所介 绍的新的生态学建立在生命科学和地球科学的基础之上,并引进了物理科学,特 别是系统科学的新概念。它是在更大的空间和时间尺度上的综合。 地理学的发展也经历了类似的过程。在19世纪,统一地理学被分解为自然 地理学、人文地理学和经济地理学。在进一步分化过程中,自然地理学被分化为 地貌学、气候学、水文学、生物地理学、土壤地理学等。人文地理学被分化为人口 地珊学、文化地理学聚落地理学、行为地理学、政治地理学、军事地理学等。经 济地理学被分化为工业地理学、农业地理学交通运输地理学等。同样,在20世 纪后半叶,由于人口、资源、环境、经济等问题摆在人们的面前,一个与上述过程 相反的过程来势迅猛。由于地理学所研究的对象地球表层的复杂性和综合性 个包括自然社会、经济和人文成分的现代地理学正在变成一门站在现代科学 前沿的综合科学。另外,前面所说的正在全球范围内凝结广泛学科内容形成的 多学科性的综合科学地球系统科学的诞生,正在把地球科学的综合趋势推向 个高峰。 在这一形势下诞生的环境科学,其综合性就更是无可置疑了。它既需要从 其他学科吸取营养以利于解决各种局部的具体的环境问题,更需要通过更高的 层次来对一些涉及全局的,尤其是对一些涉及全球性的问题,进行总体的综合研 究。 我国地理学者陈传康曾指出,“关于现实世界的整体观方法论和有关地球的 各方面整体观研究包括生态科学、环境科学、地理科学和地质学的各方面的全球 性研究”。“现代整体观不同于古代对事物的一般全面综合认识,而是强调要建 立在分析研究的基础之上。除了要研究各构成成分的相互关系外,还要着重研 究整体内鄙的结构特征,称整体结构观。整体结构观强调既有上向因果性,也有 下向因果性。不仅高层次特征要从其组成的低层次特征去寻找,高层次也影响 到低层次的特征”。陈传康还指出:“我们人类的全球整体观研究正在扭转在牛 顿力学影响下的分析性地学观的片面性。这构成了当今科学前沿的一个重要方 面,其研究的目的是使人类对环境与资源的开发、利用、保护和治理达到彼此协 这里,我们拟强调一下在人类-环境系统全球变化研究中,自然科学家与社 会科学家合作的绝对必要性。目前人类一环境系统的全球变化主要由人类活动 所引起,必然地也将由人类承受其不良后果。在这里,“因”、“果”双方都是人。 从这一点看,显然这一研究的性质属社会科学范畴。但实际上,这只是问题的 半。另一半是,当前迫切需要从自然科学的角度,加强对人类与环境相互作用机 理和因果网关系的认识和理解。缺乏这种理解就找不到对症下药的良策。由此 一
可见,对上述问题的研究,需要自然科学与社会科学双管齐下,密切配合,两者缺 不可。但从当前实际情况看,在这类问题的国际合作研究中,自然科学已走在 社会科学的前头。从日前正在执行中的多项全球变化国际合作研究计划看,大 多数内容属自然科学,只有个别属社会科学。为什么会造成这种情况呢,据认 为,主要由下列原因引起:对自然科学的数据获取处理方法及理论分析,在国际 上已取得较一致的认识,而在社会科学界至今尚未在国际范围内建立起一致的 理论和方法基础,尤其在文化、意识形态经济发展等方面又大相径庭,导致价值 观和判断事物方面的多种矛盾。社会科学在国家和国际水平上的研究较自然科 学相对薄弱的事实,迫切要求社会科学家迅速行动起来,提高对同心协力共同研 究全球变化必要性和迫切性的认识,与自然科学家一道,共同探讨全球环塘变化 的规律和管理对策。 从另一角度看,人类今天所面临的情形是:一方面人类的理性和智慧不足以 了解和控制其活动的一切后果;另一方面人类对大自然的利用已引起自然平衡 的严重失调。因此,就这种科学滞后于实际的情况而言,仅仅靠自然科学与技 术,并不能有力地解决资源保护与环境保护问题,只有让各级政府和公众普遍醒 恬,认识到人类一环境系统是一个整体,并对各种破坏环境和破坏资源的行为, 给以道德、经济和法律的制裁这个问题才有可能解决。要形成这种共识,哲学 和其他人文科学有着不可推诿的责任。 强调事物的整体性概念,强调对人类一环境系统和人类与环境相互作用问 题进行多学科综合研究的概念,导致上面介绍的数门学科在内容和方法上有许 多共同点和交叉域。那么,他们在研究这类问题上的各自的侧重点又是什么呢 在上述数门学科中,在研究人类一环境系统和人类与环境相互作用方面,最 年轻的地球系统科学的特点是最显而易见的。首先,与其他三门学科相比,它的 学科性质更多地属纯自然科学性质。其次,它的研究方法及目标极为明确,即以 原传统地球科学的各个分支学科为基础,把地球各部分组合为严格统一的动力 学系统,重点研究地球各部分之间的耦合过程。其近期目的是通过地球系统各 部分及其相互作用的研究,了解其演变和相互作用的机理,预测它们在各个时间 尺度上的演变趋势,以达到对整个地球系统从全球尺度范围内有一个科学的认 识。其当前的任务是发展和增强人类对未来十年到一个世纪因自然因素和人类 活动所引起的各种变化的预测能力 关于人类生态学,上面已经提到:“它是一门以生态学原理为基础,与多种自 然科学和社会科学相汇合,以人类环境生态系统为对象,以优化人类行为决策为 中枢,以协调人口、社会、经济、资源、环境相互关系为目标的现代科学”。一些学 者认为,人类生态学自身的内容不够具体,但它为当代地理科学和环境科学提供 了理论基础
地理学作为一门古老的传统科学,虽然在它的发展中经历了统一、分化、统 的演变历程,但其研究对象—“地球表层”、“人类与环境的关系(人地关系)” 及“人类与环境相互作用”等,却始终末变。它的两个最大的分支学科—自然 地理学和人文地理学,曾经分别从地表自然过程规律方面和从社会发展方面研 究人地关系,研究人类与环境的相互作用和影响,在近代和现代都曾有许多著名 的论著问世。地理学对人类与地理环境相互作用的正效应和负效应都很重视, 并在人地关系研究方面建立了“环境感知与行为学说”、“人类活动是自然环境变 化的营力(营力说)”及关于“环境对人口的承载力(人地关系供求学说)”等。尤 其是因为地理学十分重视对空间地域分异规律进行研究,因此地理学在研究人 地关系问题时,十分重视研究人类生存环境在时间序列中所表现出来的空间结 构、空间分异、空间耦合、空间运动空间相互作用和空间优化,统称为空间组织 我们认为,以上所述是现代地理学在研究人类-环境系统和人类与环境相互作 用问题上的待色和优势。 关于环境科学,因为它是近三四十年内发展起来的学科。我们不仅目睹了 这门学科的诞生与发展而且有幸自开始至现在参与了其中不少领域的实践。 从这门学科产生的背景和已有的实践看,笔者在《环境地学》(1986年)一书中即 曾指出,环境科学虽以人类一环境系统为研究对象,但它并不研究人一地系统 (人类一环境系统)的全面性质,而注重研究环境危害人类以及由于人类作用于 环境引起环境对人类反作用而危害人们生产和生活的那部分内容。环境科学侧 重于研究人类与环境相互作用所产生的鱼效应方面。研究的基点放在改善人类 赖以生存和社会经济赖以发展的环境质量方面。 上述各学科在研究人类-环境系统和人类与环境相互作用问题时,各自的 特色和优势有待在今后各自的实践和发展过程中进一步展现出来。 环境地学的内容 一)环境问题与环境地学 地球表面是人类居住的环境。地球表面的环境是一系列地学分支学科,地 质学地理学、气象学水文学、海洋学、地球化学、土壤学等研究的对象。人类的 生产和生活活动既受控于环境,也影响环境,导致环境发生变化,而发生了变化 的环境反过来又对人类的生产和生活活动有所影响。人类活动越强,改变环境 的能力也越强,受改变的环境对人类的影响也越强。这些影响既有正影响(有益 影响),又有负影响(有害影响)。当负影响危及人类正常生产和生活时,便产生 了环境问题。 在人类发展的不同阶段有不同的环境问题。同时,前一时期的环境问题也 可以在以后的时期继续存在。在古老的石器时期,由于人类大规模狩猎和烧荒