全球气候变暖带来的极端天气、气候事件频发和加剧等环境问题，已经对人类社会可持续发展构成严重威胁。地球气候和环境变化是地球系统的整体行为，科学应对全球气候变化的根本途径就是加速发展地球系统科学。

地球系统科学已经成为当代最有挑战性的前沿科学领域之一，被称为“第二次哥白尼革命”。16世纪哥白尼提出的“日心地动学说”，推翻了以地球为中心的宇宙观，确立了地球在宇宙空间的正确地位，引起的不仅是天文学领域的革命，也是地球科学的革命，并且推动新物理学的诞生，被称为“哥白尼革命”。

被称为“第二次哥白尼革命”的地球系统科学有以下6个基本特征。

1）从地球上看地球到地球外看地球。以人造卫星为标志的空间时代彻底改变了过去人类只能在地球上看地球，始终只能看到地球局部的状态。今天数以千计的人造卫星和其他航空器在太空翱翔，连续不断地获取整个地球变化的信息，包括大气、海洋和陆地，从赤道到南北两极，让人们看到了整个地球及其变化的全貌。

2）重新确立地球系统中生命世界与非生命世界的关系。地球系统科学破除了将世界分为生物与非生物，认为“非生物的地球只是为生物生存提供环境”的错误概念，提出“整个地球应该是一个完整的生命系统”。

3）确立了人类在地球系统中的地位。1999年，Schellnhuber J提出，随着人类社会的不断发展，人类在地球系统中的作用愈来愈大，应该把人类从生物圈中分离出来，称为“人类圈”（Anthroposphere）。一方面，人是生物圈的一个组成部分，受到地球自然过程的影响；另一方面，人类不同于其他生物，有能动的一面，正在不断地改变地球的面貌，成为地球变化的另一种驱动力。2000年，诺贝尔化学奖获得者Crutzen P提出：人类文明的发展已经改变了传统的根据地层和古生物划分地质年代的格局。自全新世这个地质时期以来，人类对地球的影响愈来愈大。为了强调人类的核心作用，应当把现在这个地质年代称为“人类纪”。

4）强调地球系统的圈层结构及其相互作用。区别于传统的地球科学分别研究地球的各部分和各种不同过程，地球系统科学研究的是由大气圈、水圈、岩石圈、冰冻圈、生物圈和人类圈构成的统一体——地球系统中物理、化学、生物和社会过程的相互作用及由此导致的地球系统的变化。最简化的地球系统方程可以写为：地球系统E=E(N, H)。N为自然分量，H为人类分量。N=N（a, b, c, d, e），即由大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈组成的地球的生态圈。H=H(A, S), 是由A作为实体部分的人类和S人类社会的意识形态部分构成的人类圈。

5）把地球放进“实验室”——地球模拟器。不同于物理学、化学和生物学等学科以各种仪器设备武装的实验室为主要研究场所，整个地球就是地球系统科学的实验室。然而，在大自然中进行各种控制试验通常是很难实现的。地球模拟器就是把地球这个庞然大物放进“数值模拟实验室”。地球模拟器的最主要任务是构建描写地球系统中物理、化学、生物，以及社会过程的动力方程组成的地球系统模式，设计求解的方法，编程和准备模拟器运行的全部海量信息等。模拟器的硬件就是性能好、储存量大、运算速度快的超级计算机及用于储存海量数据的设备。目前全球多个国家已经拥有地球模拟器，可以用于研究地球系统的变化规律、变化机理，并预测地球系统各分量的未来变化，同时开展人类应对和适应地球气候与环境变化方案效果的数值试验等。

6）地球系统科学把科学为人类服务提升到一个新的历史阶段。我们已经认识到：（1）今天人类社会发展的规模和强度已经对整个地球的生态系统产生了严重的显著影响；（2）我们这一代人面临前所未有的机遇，调整和确立人与地球的关系，实现人与自然和谐发展的理想是我们的使命；（3）我们这一代人拥有的知识和理解力使我们有可能把握人和地球的整体关系；（4）先进的科学技术为实现人和自然和谐发展提供了基础支撑；（5）人类社会拥有的物质财富为实现上述目标提供了物质基础。

地球的未来在我们手中！

（南京大学大气科学学院，南京 210023）