叶笃正与中国的全球变化研究

       经过三十多年的发展，全球变化研究已经进入到“未来地球”研究阶段。在这样的时刻，回顾中国全球变化研究的开创者叶笃正先生的贡献是非常适合的。

                                                              （一） 开创之功

       叶笃正先生在芝加哥大学留学和工作期间，以“大气中的能量频散”扬名学界，该工作成为数值天气预报成功的重要理论基础之一，且其理论意义深远，是后来罗斯贝波二维传播理论（大圆理论）的先导。叶笃正后又作为重要参与者和锐尔（Riehl）等人一起开创热带大气动力学研究，在博士毕业后和回国之前短短的一年时间里在哈得莱环流和信风动力学都留下了经典的论文。回国后，领导大气环流和大气动力学研究，开创青藏高原气象学，在东亚大气环流、大气环流的整体动力学理论，季节突变，阻塞高压动力学，地转适应的尺度理论，大气环流的转盘实验等等方面都留下了富有原创性和深远影响的大量研究，更遑论他在培养人才方面的贡献。这些都因为他获国家最高科技奖和世界气象组织的最高奖而为大家所熟知。

      过去的十几年中全球变化研究在中国作为重大研究计划取得了重大进展，但后来者往往并不知道叶笃正作为国际上全球变化研究的倡议发起者之一和中国全球变化研究的开创者的历史功绩，对他在全球变化方面提出的原创科学思想了解得更少。因此有必要结合文献，对此稍做梳理。毕竟开创者筚路蓝缕之功，不应当被后来者遗忘。

      1979年中美签订中美科技合作协定，叶笃正作为该协定中方工作小组的三名成员之一，在中外科技交流中发挥重要作用。1979年他率领中国气象代表团访问美国，和美国大气科学界广泛交流。由于中美建交同时也由于叶笃正先生在美国气象学界的巨大声望，这次访问很受美方重视。通过交流，叶笃正先生等也意识到当时我们国家在科研上的整体落后状态，所以很快推动了国内中青年科学家到美国的访问研究，比如叶先生自己和曾庆存、巢纪平先生都到了无论在模式和理论方面在国际上都处于领先地位、位于普林斯顿大学的GFDL（地球物理流体动力学实验室）。一方面他们用自己一流的研究给美方留下深刻印象并赢得对方的尊重，另一方面也促进了国内对美方和国际上研究前沿的了解。

        不久（1981年）叶笃正先生被任命为中国科学院副院长，受命协助卢嘉锡院长的工作，因此中断了他在GFDL的访问研究，提早回国。当时查尼报告刚刚提出不久，国际上一些有远见的科学家正在酝酿全球性的研究计划。当时美国气象学家马隆（Tom Malone，和查尼、Bolin和叶笃正先生一样，也是Rossby的学生）来到中国和叶笃正先生做了深入交流，他们都同意应该开展这样的研究。因为当时他们已经年近七旬，认为当务之急是物色得力的年轻人来开展这项工作。当时，叶笃正先生已经担任世界气候研究计划（WCRP）的联合科学委员会（JSC）的常委，他在大气所找到了当时还比较年轻的符淙斌研究员协助他开展这方面的工作。 

       1984年7月，国际科联（ICSU）在加拿大召开第一次全球变化大会，研究组织全球变化国际计划的可行性，叶笃正和符淙斌应邀在会议上发表了“Climatic Change －a global and multidisciplinary theme”的报告，讨论了气候变化和全球变化的联系和区别，并第一次指出10-100年应当是全球变化研究集中关注的时间尺度。［见本书编写组，叶茂根深，学笃风正－纪念叶笃正先生诞辰一百周年，气象出版社，2016年］

       次年（1985年）叶笃正出席了在奥地利菲拉赫（Villach）召开的全球变化大会，并在会后给当时主管科技工作的国务院副总理方毅和国家科委主任宋健写信，提出在中国开展全球变化研究的建议。1986年，国际科联（ICSU）正式批准成立国际地圈生物圈计划（IGBP），标志着全球变化领域的诞生，叶笃正先生作为该计划的发起者之一担任IGBP特别委员会的第一届委员。1988年，IGBP中国委员会成立，叶笃正先生当选为主席，并连任两届。 

       当时在国内对全球变化研究并不是没有反对的声音，甚至可以说面对着相当大的阻力，但在叶笃正先生的坚持下，通过国家自然科学基金委和科技部的支持形成专项研究，如当时八五期间的“攀登计划”项目“我国未来20-50年生存环境变化趋势预测研究”，叶笃正先生亲自任首席科学家。而叶笃正和符淙斌主编的《中国的全球变化预研究》（1992）成为对近10年中国全球变化研究的最早总结和起点。而从隶属于气象学的基本问题出发，把地球的各个部分，包括大气圈、水圈、岩石圈、冰冻圈、生物圈作为一个整体，研究其中各种过程的相互作用，也正是地球系统科学的核心内容。由于全球变化的系统性，叶笃正先生同时也团结吸引了全国地理、遥感、生物、海洋、水文、地质等各个学科的科学家共同参与全球变化研究。

       由于叶笃正先生在国际全球变化科学界的影响力，国际的全球变化分析培训系统把其东亚区域中心放在在了中国科学院，1995年10月成立了全球变化东亚区域研究中心，挂靠在中国科学院大气物理研究所，叶笃正担任主任，符淙斌担任执行主任。

                                                              （二） 科学思想

       1996年庆祝叶笃正先生八十华诞之际，卢嘉锡先生专门赠送一幅对联，很好总结了叶先生一生最重要的两大工作：“叶茂根深东亚环流结硕果,学笃风正全球变化创新篇”。来自中科院学部的文章“叶笃正先生参加学部工作回顾”(龚剑明，薛淮，2013.10.25, 科学网) 很好地回顾了叶先生在学部领导全球变化研究在中国的开展情况，其中的评价是很准确而恰如其分的：“80年代初期，全球变化研究引起国际广泛关注，当时也是颇受争议的领域。叶先生是这一学术领域国际创始人之一，也是中国全球变化研究领域的奠基人。1984年夏天，叶先生就带领一批年轻科学家积极参与全球变化研究。在他的推动下，中国成为了国际全球变化科学指导委员会的创始成员国，叶先生因此当选为国际地圈生物圈计划（IGBP）第一届科学指导委员会成员，同时担任中国IGBP委员会第一、二届主席。…1987年，国际科联任命叶先生担任IGBP特别委员会委员。正是因为叶先生敏锐的捕捉到全球变化这一全新的研究领域，并带领国内同行积极参与国际合作，使中国气候研究进入一个涉及科学、政治、经济、外交等领域的系统工程，为我国后来参与1992年启动的国际气候变化谈判奠定了有利的基础。”

       从倡议发起全球变化研究开始，叶笃正先生就不是简单跟在他人后面，附和他人的观点，而是很早就提出自己的原创思想，并且能够在国际同行中产生重要影响。可以说这样的原创精神贯穿于叶笃正一生科学工作的始终，这也是为什么中国的全球变化研究能在国际上占有一席之地，产生一定影响的重要因素。符淙斌院士在纪念叶笃正先生百年诞辰专刊里曾回顾了叶先生的几个重要思想，有兴趣的读者可以参考阅读（Fu，2017）。这里结合自己的经历，对叶笃正先生在全球变化方面提出的科学思想做一简单梳理。

       1.  全球变化的敏感带和气候－生态系统的脆弱带

       叶笃正认为，全球变化并不是全球各个地方一模一样的变化，而会是这样的情况：有的地方变化比较显著，而有的地方则不那么显著；对有的地方会产生严重的影响，而对另外的地方则可能不会产生很大的负面影响，甚至还可能对有的地方产生有益的影响。这也就是说，全球变化的敏感程度在全球并不相同，对应的气候和生态系统在全球变化背景下的脆弱程度也不相同。在1980年代全球变化研究刚刚开展，基本事实尚不明了的时候，叶笃正先生认为应该首先寻找和抓住全球变化的敏感带和气候及生态系统的脆弱带进行研究。也因此在1987年，叶先生就倡议并筹划了在中国开展的第一个IGBP的重大科学试验—黑河试验（由兰州高原大气研究所的高由禧院士主持），该项目成果被国际上随后开展的一系列试验所应用（龚剑明，薛淮）。而国际IGBP计划也选择了在世界上若干个气候－生态过渡带（往往也是对全球变化影响的脆弱带）开展样带（transect）研究，其中就包括中国在叶笃正先生支持下由中科院植物所张新时先生主持的东北样带（NECT，从内蒙古的荒漠草原一直到东北东部的森林地带）。从近二十年后的今天来回看，现今在重要期刊里经常被讨论的一些概念，如“临界点”（tipping points），“关键带”等，难道不都和叶笃正先生当年提出的观点暗合吗？

       2. 对全球变化的适应和可持续发展

       上世纪末，中国政府提出把“可持续发展”作为国家的基本战略，而另一方面这时全球变化研究也已经开展了十多年。“可持续发展”侧重于政策层面，而“全球变化”研究则侧重于科学界的基础研究。除了一些零散的文章，当时很少认识到要把两者有机地结合起来。叶笃正先生认为这是一个不容忽视的问题，应当引起大家的注意。所以1999年下半年他就和张新时先生提议召开一次“香山科学会议”（会议地址是香山饭店），由他们两人作为执行主席，专门讨论这一问题。

       我当时博士毕业并留所工作不久，正在忙于整理论文投稿等事。一天早上，叶先生来到我的办公室，把他的主要想法对我说了一下，征求我意愿后，就让我去找中国科学院基础局香山科学会议办公室的赵生才老师，帮助组织、联系全国各地来自不同单位的著名科学家一起来讨论这个问题。记得会议主要集中在“西北的水资源和水土保持”和“对沿海海平面上升的适应和可持续发展”两个具体问题来讨论这一主题，一共邀请了近三十位水资源、水土保持方面（比如关君蔚院士、施雅风先生、王浩研究员、唐克丽研究员等）和研究海平面上升和河口动力学方面的专家（如华东师大的沈涣庭教授等）参加这次会议。会议前两天是自由讨论，专家们结合他们各自的研究发表他们的看法。由于与会的专家都是各个专门领域的翘楚，每个人都有自己的专长和观点，这样的“神仙会”其实很容易变成无主题漫奏而失去会议的焦点。但使我折服的是，在两天会议当中，叶先生作为会议的执行主席，除了从没有离开会场和讨论，而且总能够使各位专家的讨论紧紧围绕“对全球变化的适应与可持续发展”这一主题。

       开完第二天会议的晚上，在香山饭店吃过晚饭以后，叶先生把我叫到他的房间，和张新时先生一起讨论次日（也就是会议最后半天）由叶先生对会议做一个总结的事。二十年后我依然记忆深刻的是，尽管我当时毕业才不久，叶先生第一句话就问我觉得应该怎么总结。这其实也是他一直以来鼓励自己的学生独立思考的一个很好例子。在我说完以后，他才和张新时先生提出他们的看法，并让我在晚上整理一下总结提纲。这一份很简单的总结提纲，当天夜里不再给叶先生过目，而是直接在第二天早上给叶先生的会议总结用。会议第三天上午，由叶先生作了整整半天的总结。尽管我夜里准备的总结提纲不过聊聊百字，尽管叶先生当时已经83高龄，他在整个总结报告中从没有一处意思不明、逻辑不清的停顿，从没有一处远离主题的发散言语。他的敏捷思维、清晰逻辑和开阔视野至今让我感佩不已。现在回想起来，叶先生能够做到这一点，除了他宽阔的视野，和他对国家的强烈责任感也是密不可分的。

        会议结束以后，叶笃正先生让我起草一篇论文，经他改定后，发表在《中国科学院院刊》的“科技与社会“栏目。 现在回头再读这篇文章，还是能够觉得叶先生当时的观点至今没有过时：

       “随着全球变化研究的发展，适应将成为实用性强的系统性研究；（2）必须将适应和可持续发展结合起来；（3）可持续发展是人类社会为适应全球变化所必须采取的行动准则，即适应必须符合可持续发展原则；（3）只有考虑了对全球变化适应的可持续发展才可能真正地持续发展下去；（5）必须从系统的观点考虑适应与可持续发展问题。”

       而文中以西北地区和沿海地区作为例子，提出的适应和可持续发展需要“不同地区、不同行业之间协调的系统性”，要求从整体出发，追求系统最优，而不是局部最优的思想，现在看来也并不过时。国家实施的生态文明建设正在更大尺度和更深层次上把系统最优逐步变成现实，虽然因为背景的变化，如何达到最优需要不断调整，方法上也需要继续不断地研究。

       3. 有序人类活动

       2004年2月23日世界气象组织授予叶笃正先生第48届国际气象组织奖（IMO奖）的证书里写道，授予叶先生奖是为了“in recognition of his fundamental contributions, both basic and applied, to the establishment of the Tibetan Plateau Meteorology; the discovery of abrupt change of the atmospheric circulation; the introduction of energy dispersion; the initiation of the studies on global change and its relations with sustainable development, orderly human activities and adaptation to its impacts; the establishment of the Institute of Atmospheric Physics (IAP/CAS); the coordination of international cooperation; and his fostering of young scientists, many of whom obtained notable distinction in their fields.”  在授奖一年多前的2002年9月4日，世界气象组织官员Taba博士在大气物理所对叶笃正先生做了访谈。在访谈中，叶先生以答问方式再次完整阐述了他对适应和可持续发展关系的观点。这篇英文的访谈发表在世界气象组织的官方刊物 WMO Bulletin (2003年第1期) 。 证书里也专门提到了“有序人类活动”（orderly human activities）， 这里对这一概念的产生过程作一描述，同时也对其内容做一简单介绍。

       “有序人类活动”首先是由巢纪平院士在一次会上提出来的。叶笃正先生听了以后，觉得这个概念很重要，就让当时已经从兰州调到大气所担任东亚中心主任的董文杰研究员牵头，组织室里的年轻科研人员一起讨论。讨论出一个大致的框架以后，再在室里和叶先生、符淙斌和季劲钧研究员等一起讨论。这样几经讨论，最后由董文杰主笔写出稿子，经过叶先生修改审定，投到地球科学进展杂志，也就是在2001年8月发表的“有序人类活动与生存环境”一文。当时符淙斌老师担任首席科学家的关于全球变化的国家重点基础研究项目已经开始，为了了解实际情况，由符老师亲自带队，到内蒙东部和吉林省做实地考察，了解气候变化、人类活动和环境退化的基本事实，包括三北防护林建设等的情况。

       所以这篇文章并不是在实验室里空想出来，而是结合了当时日益严峻的气候、环境现实和叶先生等对这些问题的长期关注和思考的产物。文章对有序人类活动做了非常明确的定义；讨论了它和可持续发展的关系；明确了有序人类活动的主体（包括政府机构、科学界以及群众或社会实体等）；讨论了有序人类活动的特征，如目标合理性、层次性、系统性、相对性和规模化等；并提出了结合政府机构、基层群众和跨学科的研究方法及可能的实例。在文章的最后并提出了建立示范区的必要和可能性。

       2003年3月31日到4月3日，世界气象组织在北京召开气候变化国际会议，叶笃正先生担任大会科学指导委员会主席，在会上作了题为《有序人类活动》的报告，使国际科学界也开始了解这一概念。符淙斌老师纪念叶笃正先生百年诞辰的文章也详细介绍了有序人类活动的具体内容（Fu，2017）。

       正像叶先生等2001年文章指出的那样，有序人类活动的主体除了政府机构和跨学科的科学界，同时必须包括人民群众和社会实体。这就决定了有序人类活动的研究不能只是在书斋里写论文，而必须把论文写在中国的大地上。事实上，尽管叶先生已经离开我们六年多了，他的学生和同事们一直努力地尝试着在具体实际的事例中开展相关的研究。

参考文献

（1） 本书编写组，叶茂根深，学笃风正－纪念叶笃正先生诞辰一百周年，气象出版社，2016年。

（2） 李舒亚： 叶笃正－全球变化研究的开创者， 人民画报，2007年第6期。 

（3）龚剑明，薛淮，叶笃正先生参加学部工作回顾。 科学网，2016年10月25日。 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2016/10/359142.shtm?id=359142

 (4) FU Congbin，2017: From Climate to Global Change: Following the Footprint of Prof. Duzheng YE’s Research. Adv. Atmos. Sci., 34：1159–1168, doi: 10.1007/s00376-017-6300-6.   链接见《大气科学进展》杂志网页：

http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-017-6300-6

 (5) 叶笃正,吕建华.对未来全球变化影响的适应与可持续发展.中国科学院院刊,2000,15(3):183-187. http://www.bulletin.cas.cn/zgkxyyk/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20000307&flag=1

 （6）叶笃正，符淙斌，季劲钧，董文杰，吕建华，温刚，延晓冬，2001:  有序人类活动与生存环境，地球科学进展，16（4）：453-460. http://www.adearth.ac.cn/CN/10.11867/j.issn.1001-8166.2001.04.0453

（7）WMO Bulletin，2003: The Bulletin Interviews：Ye Duzheng. Vol 52(1): 7-15 https://library.wmo.int/index.php?lvl=bulletin_display&id=3494#.Xh8c5WRKhz8