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第1章　集成的地球系统1

1.1 为应对未来挑战的研究议程1

1.2　把地球作为一个系统2

1.3　全球变化的本质4

1.4　本书的目的和结构8

参考文献10

第2章　行星机制：在人类活动主导世界之前的地球系统动力学13

2.1　地球系统的自然动力学13

2.2 对地球系统时间变率的新认识14

2.2.1 自我调节的自然振幅14

2.2.2　千年尺度的振荡和突变17

2.2.3　间冰期气候变率20

2.2.4　生物群系的时间变率25

2.3　地球系统功能中生物学作用的新认识28

2.3.1　生物地球物理过程28

2.3.2　生物地球化学过程31

2.3.3 生物多样性的作用37

2.4　地球系统空间变化的新探索41

2.4.1 土地覆盖的空间分布型41

2.4.2 碳源与碳汇的空间格局44

2.4.3　地球表面和大气之间痕量气体的交换52

2.5　对地球系统时空连通性的新认识57

2.5.1　通过海洋及其洋流的连通性57

2.5.2 通过大气输送的连通性59

2.5.3 通过水文输送的连通性63

2.5.4 通过生物群系的连通性65

2.5.5 气候系统的遥相关66

2.5.6 通过时间的连通性：过去扰动的遗迹70

2.6　关于地球系统的非线性、突发性和阈值的新观点71

2.6.1 冰期的终结71

2.6.2 海因里希（Heinrich）事件和Dansgaard-Oeschger事件73

2.6.3 大范围干旱和其他极端事件73

2.6.4 撒哈拉的沙漠化过程75

2.7 人类活动占主导地位之前的地球系统76

参考文献81

第3章　人类世时代：人类如何改变地球系统96

3.1　一颗人类主宰的星球？96

3.2　变化的驱动力97

3.2.1　作为变化驱动力的各行业活动99

3.2.2　地球系统变化驱动力的一种系统方法105

3.3　地球系统的变化特征109

3.3.1　人类活动对地球陆地的改变109

3.3.2　人类活动对大气圈的改变118

3.3.3　人类活动对水文循环的改变131

3.3.4　人类活动对海岸带和海洋环境的改变135

3.3.5　人类活动对生物多样性的改变137

3.3.6 碳、氮、磷、硫通量的变化140

3.4　人类活动驱动的地球系统变化145

3.4.1　社会经济和文化之间的遥相关145

3.4.2　人类驱动的变化和自然变率的相互作用151

3.4.3　全球变化：人类活动变化的量级、速度和显著性153

参考文献157

第4章　变化的反响：地球系统对人类活动的响应170

4.1　变化的反响170

4.2　地球系统对矿物燃料燃烧的响应176

4.2.1　非反应性气体176

4.2.2　反应性气体190

4.2.3　气溶胶196

4.3　地球系统对土地利用和土地覆盖变化的响应202

4.3.1　转化过程202

4.3.2　土地覆盖变化的影响207

4.3.3　集约化农业216

4.4　多重与相互影响的变化223

4.4.1　东南亚大火224

4.4.2　珊瑚礁225

4.5 地球系统对人类强迫的综合响应227

4.5.1　碳循环227

4.5.2　氮、磷和硫的循环229

4.5.3　水文循环230

4.5.4　气候系统230

参考文献231

第5章　与全球变化共存：地球系统变化对人类福祉的影响243

5.1　全球变化的结果243

5.2　预测全球变化影响的综合方法243

5.2.1　情景驱动方法243

5.2.2　基于脆弱性的影响评估246

5.2.3　利用古资料进行脆弱性评估249

5.3　人类福祉关键资源的风险255

5.3.1　食物的质量和充足性256

5.3.2　水资源264

5.3.3　空气质量272

5.3.4 病虫害274

5.3.5　放大效应、衰减效应和多重效应276

5.4 地球系统整体面临的风险279

5.4.1　灾难性事件280

5.4.2 过去的变化、极端事件和突发事件290

5.4.3　人类对全球变化的认识295

参考文献297

第6章　走向地球系统科学与全球可持续发展308

6.1　从气候变化到地球系统科学308

6.2 知识基础309

6.2.1 地球系统中的生物310

6.2.2 全球变化的本质312

6.2.3 全球变化的级联效应312

6.2.4　阈值和突变314

6.2.5　一种没有先例的状态316

6.3　构造地球系统科学318

6.3.1　前沿问题318

6.3.2　复杂性和不规律性的处理320

6.4　地球系统科学研究的工具包322

6.4.1　古科学322

6.4.2　当代的观测和监测325

6.4.3　地球系统试验332

6.4.4　全球网络332

6.4.5　区域集成研究334

6.4.6　模拟地球系统动力学336

6.4.7　全球集成、综合与交流342

6.5　走向全球可持续发展343

6.5.1 前进中的行业智慧343

6.5.2　对地球系统的管理344

6.5.3　变化着的地球所面临的挑战360

参考文献360

译名对照表368