劉文浩 鄭軍衛(wèi) 趙紀(jì)東 楊宗喜

研究進(jìn)展

2013—2019年美國(guó)北極研究大科學(xué)計(jì)劃實(shí)施進(jìn)展

劉文浩1,2鄭軍衛(wèi)1趙紀(jì)東1楊宗喜3

(1中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院, 甘肅 蘭州730000;2中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049;3中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心, 北京 100037)

北極地區(qū)資源豐富, 戰(zhàn)略意義重大。當(dāng)前, 以美國(guó)為代表的許多國(guó)家都部署了大科學(xué)研究計(jì)劃, 旨在為搶占未來(lái)北極地區(qū)戰(zhàn)略先機(jī)奠定基礎(chǔ)。掌握重點(diǎn)國(guó)家在北極地區(qū)的大科學(xué)計(jì)劃對(duì)我國(guó)具有重要借鑒意義。為此, 以2013年以來(lái)美國(guó)發(fā)布的2個(gè)北極5年大科學(xué)計(jì)劃(《2013—2017年北極研究計(jì)劃》和《2017—2021年北極研究計(jì)劃》)為例, 分析了其研究的主要內(nèi)容和實(shí)施進(jìn)展, 梳理了未來(lái)美國(guó)北極科學(xué)研究的目標(biāo)和新興方向, 總結(jié)了美國(guó)北極研究的主要特征,以期為我國(guó)北極地區(qū)研究部署提供借鑒。

北極 大科學(xué)計(jì)劃 美國(guó) 戰(zhàn)略規(guī)劃

0 引言

北極地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的資源, 被譽(yù)為“第二個(gè)中東”和“世界最后的寶庫(kù)”[1-4]。近年來(lái), 隨著全球氣候變暖, 冰雪消融加劇, 資源可利用性逐步提高, 北極地區(qū)的戰(zhàn)略地位不斷提升[5-8]。自2017年起, 北極域內(nèi)外國(guó)家紛紛調(diào)整策略, 加大對(duì)北極航道和油氣資源的探索和利用[9]。環(huán)北極國(guó)家(美國(guó)、俄羅斯、加拿大、挪威、瑞典、丹麥、冰島和芬蘭)及部分發(fā)達(dá)國(guó)家先后發(fā)布北極相關(guān)戰(zhàn)略, 搶先布局北極相關(guān)研究, 旨在為未來(lái)北極地區(qū)的戰(zhàn)略利益奠定基礎(chǔ)[10-16]。我國(guó)作為“北極事務(wù)重要利益攸關(guān)方”[17], 有必要厘清美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在北極地區(qū)開(kāi)展科學(xué)研究的目標(biāo)和狀況, 以支撐我國(guó)未來(lái)相關(guān)計(jì)劃布局。為此, 本文擬在調(diào)研美國(guó)大科學(xué)計(jì)劃的提出背景及主要機(jī)構(gòu)組織機(jī)制的基礎(chǔ)上, 針對(duì)性地分析美國(guó)《2017—2021年北極研究計(jì)劃》[18]的主要研究?jī)?nèi)容, 梳理美國(guó)《2013—2017年北極研究計(jì)劃》[19]和《2017—2021年北極研究計(jì)劃》[18]實(shí)施以來(lái)取得的主要進(jìn)展, 整理美國(guó)北極未來(lái)研究目標(biāo)及新興方向, 以期為我國(guó)相關(guān)研究提供借鑒。

1 五年大科學(xué)計(jì)劃的提出背景

1. 美國(guó)北極政策演變

美國(guó)作為世界強(qiáng)國(guó), 歷來(lái)對(duì)北極地區(qū)十分重視。1984年, 美國(guó)出臺(tái)《北極研究和政策法案》[20], 并依據(jù)該法案成立了跨部門(mén)北極研究政策委員會(huì)(Interagency Arctic Research Policy Committee, IARPC), 旨在推動(dòng)對(duì)北極的科學(xué)研究, 制定國(guó)家北極研究政策和實(shí)施計(jì)劃。2008年, 奧巴馬上臺(tái)后采取了諸多措施提高美國(guó)的北極行動(dòng)能力, 維護(hù)和實(shí)現(xiàn)美國(guó)的北極利益。其第二任期開(kāi)啟后, 更注重逐步提高聯(lián)邦政府的“北極意識(shí)”, 并拓展美國(guó)在北極事務(wù)中的參與力度[21]。2013年5月10日, 奧巴馬政府發(fā)布美國(guó)歷史上第一份正式的北極戰(zhàn)略文件——《北極地區(qū)國(guó)家戰(zhàn)略》[22], 指出北極是地球上最后需要開(kāi)拓的疆土之一, 提出要通過(guò)科學(xué)研究提高對(duì)北極的認(rèn)識(shí), 擴(kuò)大對(duì)北極水域、上空以及海岸地區(qū)的觀測(cè)能力, 以實(shí)現(xiàn)美國(guó)在北極的安全、經(jīng)濟(jì)等方面的利益。在《北極地區(qū)國(guó)家戰(zhàn)略》的基礎(chǔ)上, 奧巴馬政府進(jìn)一步整合和優(yōu)化了北極事務(wù)機(jī)構(gòu)和決策體制, 推動(dòng)了北極氣候治理以引領(lǐng)北極事務(wù)議程, 這種調(diào)整也被認(rèn)為是美國(guó)力圖實(shí)現(xiàn)以其為主導(dǎo)的北極地區(qū)新秩序雄心的重要措施。奧巴馬執(zhí)政期間, 美國(guó)先后發(fā)布《海軍北極路線圖》[23]、《北極地區(qū)行動(dòng)報(bào)告》[24]、《北極地區(qū)國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)施計(jì)劃》[25]、《2015年北極地區(qū)國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)施報(bào)告》[26]等多項(xiàng)政府層面的戰(zhàn)略規(guī)劃, 這些北極行動(dòng)及成果也被譽(yù)為是留給特朗普政府的北極“遺產(chǎn)”[27]。與此同時(shí), 美國(guó)多個(gè)研究機(jī)構(gòu)也發(fā)布了面向北極科學(xué)研究的宏觀研究戰(zhàn)略, 包括《美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)北極愿景與戰(zhàn)略》[28]、《NOAA 北極行動(dòng)計(jì)劃》[29]、《NOAA北極航道繪圖計(jì)劃》[30], 這些戰(zhàn)略均提出要保證美國(guó)在北極科學(xué)研究中搶占先機(jī)。不過(guò), 特朗普上臺(tái)后卻大張旗鼓地修正奧巴馬政府北極戰(zhàn)略, 但從目前態(tài)勢(shì)來(lái)看, 美政府仍將大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)作為北極戰(zhàn)略主基調(diào)。受此影響, 一個(gè)以“主導(dǎo)北極治理規(guī)則制定”為核心、以經(jīng)濟(jì)和軍事手段為兩翼的美國(guó)北極新戰(zhàn)略正逐步成型[9], 這種轉(zhuǎn)變也正在深刻地影響著美國(guó)北極科學(xué)研究的開(kāi)展。

2. 美國(guó)北極研究的演變

18世紀(jì)到19世紀(jì), 有關(guān)北極的早期科學(xué)信息主要是由歐洲探險(xiǎn)家收集的地理信息, 在接下來(lái)的100年中, 大部分時(shí)間內(nèi), 北極科學(xué)信息主要來(lái)自民族志和自然史方面的零散努力, 大部分與美國(guó)軍隊(duì)的遠(yuǎn)征以及捕魚(yú)和狩獵的管理有關(guān)。直至1881—1884年的“第一次國(guó)際極地年”(IPY), 美國(guó)才首次系統(tǒng)地開(kāi)展了北極研究, 對(duì)阿拉斯加北極沿岸開(kāi)展了密集調(diào)查, 這也開(kāi)創(chuàng)了國(guó)際科學(xué)界大協(xié)作的先例。20世紀(jì)40年代, 美國(guó)海軍研究局在巴羅建立了海軍北極研究實(shí)驗(yàn)室, 在海軍、阿拉斯加大學(xué)等機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)下, 針對(duì)北極環(huán)境的研究開(kāi)始持續(xù)進(jìn)行。50年代末, 美國(guó)在阿拉斯加的楚科奇海岸建立了一個(gè)港口, 原子能委員會(huì)對(duì)核爆潛在的環(huán)境影響進(jìn)行了調(diào)查, 從而首次提供了有關(guān)阿拉斯加楚科奇海岸及其近岸水域的基線信息。70年代到80年代, 美國(guó)內(nèi)政部下屬土地管理局牽頭創(chuàng)建了外大陸架環(huán)境評(píng)估計(jì)劃, 以研究在亞北極和北極阿拉斯加水域的海上石油開(kāi)發(fā)的潛在影響。在此期間, 美國(guó)在北極的數(shù)百項(xiàng)研究關(guān)注了冰的運(yùn)動(dòng)和變形、哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、底棲生物、浮游生物、微生物學(xué)、化學(xué)、海洋學(xué)、氣象學(xué)和地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域。但是, 直到80年代末, 大多數(shù)北極研究仍只是在生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)和人類(lèi)學(xué)等孤立學(xué)科中進(jìn)行。不過(guò), 隨著系統(tǒng)科學(xué)逐漸成熟, 研究人員意識(shí)到人類(lèi)活動(dòng)正在推動(dòng)北極的快速變化, 開(kāi)始促進(jìn)了跨學(xué)科研究?！皣?guó)際地圈-生物圈計(jì)劃”和“世界氣候研究計(jì)劃”強(qiáng)調(diào)了大氣、地球圈、水圈和生物圈等系統(tǒng)之間相互作用的重要性。這一觀念還刺激了“北極系統(tǒng)科學(xué)計(jì)劃”的形成, 其研究重點(diǎn)是古環(huán)境以及當(dāng)代對(duì)海洋、陸地和大氣之間相互作用的研究。最終, 人類(lèi)維度被納入當(dāng)代和古環(huán)境研究中。1997年, 來(lái)自25個(gè)機(jī)構(gòu)的科學(xué)家呼吁進(jìn)行協(xié)調(diào)努力, 以了解北極快速的環(huán)境變化并提出了SEARCH計(jì)劃, 制定了包括觀察、理解和應(yīng)對(duì)北極變化在內(nèi)的3個(gè)主題。2008年, 國(guó)際科學(xué)理事會(huì)和世界氣象組織共同組織發(fā)起“第四次國(guó)際極地年”行動(dòng), 旨在通過(guò)開(kāi)展國(guó)際合作、多學(xué)科交叉的科學(xué)活動(dòng), 在極地地區(qū)建立全面、系統(tǒng)的觀測(cè)體系, 系統(tǒng)地獲取數(shù)據(jù), 探索極地科學(xué)前沿, 增強(qiáng)對(duì)極區(qū)與全球關(guān)系的認(rèn)知與了解, 在世界范圍內(nèi)宣傳和普及極地科學(xué)知識(shí), 吸引和培養(yǎng)新一代極地科學(xué)工作者。2012年前后, 快速的環(huán)境變化所帶來(lái)的社會(huì)和環(huán)境后果被認(rèn)為是北極地區(qū)最緊迫的科學(xué)問(wèn)題。預(yù)計(jì)海冰覆蓋面的減少將影響全球氣候, 冰蓋和冰川的減少導(dǎo)致海平面上升, 多年凍土的融化對(duì)當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施和大氣中溫室氣體的濃度都有影響。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)將需要對(duì)變化的冰凍圈及其對(duì)北極和其他地區(qū)的自然環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)以及社區(qū)的影響進(jìn)行深入研究。為此, IARPC發(fā)布《2013—2017年北極研究計(jì)劃》[19], 提出通過(guò)加強(qiáng)北極研究的機(jī)構(gòu)間合作來(lái)開(kāi)展聯(lián)合研究, 以解決最緊迫的科學(xué)需求。2016年底, 隨著第一階段五年計(jì)劃的結(jié)束及在北極地區(qū)研究工作的不斷深入, IARPC提出, 北極研究仍有一系列問(wèn)題亟待解決, 例如: 北極地區(qū)長(zhǎng)期趨勢(shì)的變化預(yù)測(cè)手段仍然不足, 如海冰消退將如何導(dǎo)致沿海社區(qū)受到海平面上升、風(fēng)暴潮和洪水的影響, 多年凍土變暖消融將怎樣加速海岸侵蝕, 此外, 北極系統(tǒng)的各個(gè)組成部分, 包括大氣、海冰、海洋、冰川、多年凍土、陸地和淡水生態(tài)系統(tǒng)之間的互相作用和反饋機(jī)制尚不清晰。這些科學(xué)問(wèn)題對(duì)美國(guó)在北極的利益實(shí)現(xiàn)有著深遠(yuǎn)的影響。

基于以上背景, 2016年12月, IARPC發(fā)布雄心勃勃的北極研究第二個(gè)五年研究計(jì)劃《2017—2021年北極研究計(jì)劃》[18], 提出了包括9大研究任務(wù)、34個(gè)具體研究目標(biāo)和123項(xiàng)實(shí)施要素的研究計(jì)劃, 旨在回答美國(guó)北極長(zhǎng)期利益和核心關(guān)切的科學(xué)問(wèn)題。該計(jì)劃因內(nèi)容系統(tǒng)、領(lǐng)域全面、目標(biāo)明確具體等特征而備受關(guān)注, 其對(duì)北極地區(qū)的研究方法以及宏觀角度的研究布局值得我國(guó)借鑒。

2 大科學(xué)計(jì)劃的主要實(shí)施機(jī)構(gòu)

1.美國(guó)跨部門(mén)北極研究政策委員會(huì)——IARPC

IARPC[31]成立于1984年, 由美國(guó)國(guó)會(huì)創(chuàng)立, 主要由來(lái)自美國(guó)聯(lián)邦政府16個(gè)機(jī)構(gòu)、部門(mén)和辦公室的負(fù)責(zé)人組成, 旨在加速美國(guó)對(duì)北極研究的步伐。主要任務(wù): ①與美國(guó)北極研究委員會(huì)(U.S. Arctic Research Commission, USARC)合作, 制定和建立一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)家北極研究政策, 指導(dǎo)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)在北極的研究計(jì)劃的制定和實(shí)施; ②制定國(guó)家北極研究政策和實(shí)施該政策的五年計(jì)劃、聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的北極研究計(jì)劃、參考USARC對(duì)未來(lái)北極研究的建議; ③為編制針對(duì)北極的單一綜合、連貫和多機(jī)構(gòu)預(yù)算請(qǐng)求提供必要的數(shù)據(jù)和協(xié)助; ④促進(jìn)政府與州、地方和部落政府之間在北極研究中的合作, 建議開(kāi)展被忽視領(lǐng)域的研究; ⑤與其他國(guó)家協(xié)調(diào)和促進(jìn)北極合作科學(xué)研究計(jì)劃; ⑥與阿拉斯加州州長(zhǎng)合作履行規(guī)定的職責(zé); ⑦促進(jìn)所有北極研究活動(dòng)的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)間協(xié)調(diào), 包括后勤規(guī)劃、協(xié)調(diào)和在法律允許的范圍內(nèi)共享與北極研究有關(guān)的數(shù)據(jù)和信息; ⑧為公眾提供參與制定和實(shí)施國(guó)家北極研究政策的機(jī)會(huì); ⑨每?jī)赡晏峤灰环莺?jiǎn)短的年度報(bào)告。

2. 美國(guó)北極研究委員會(huì)——USARC

1984年, 美國(guó)國(guó)會(huì)設(shè)立了USARC[32], 主要職責(zé)是: ①建立國(guó)家政策、優(yōu)先事項(xiàng)和目標(biāo), 以構(gòu)建一個(gè)聯(lián)邦計(jì)劃, 用于北極的基礎(chǔ)和應(yīng)用科學(xué)研究; ②推動(dòng)北極研究工作, 提出北極研究政策建議; ③作為負(fù)責(zé)實(shí)施北極研究政策的領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu), 支持整個(gè)聯(lián)邦政府的合作與協(xié)作; ④指導(dǎo)IARPC制定國(guó)家北極研究項(xiàng)目和實(shí)施五年計(jì)劃; ⑤與北極居民、國(guó)際北極研究項(xiàng)目和組織以及包括地區(qū)政府在內(nèi)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行互動(dòng), 以盡可能廣泛地了解北極研究的需求。

3. 北極執(zhí)行指導(dǎo)委員會(huì)——Arctic Executive Steering Committee, AESC

2015年1月, 時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬發(fā)布了名為“加強(qiáng)國(guó)家處理北極事務(wù)的協(xié)調(diào)能力”的行政命令, 以增強(qiáng)美國(guó)在北極地區(qū)的參與, 根據(jù)該行政命令, AESC成立[33]。具體任務(wù): ①幫助構(gòu)建和協(xié)調(diào)美國(guó)北極事務(wù)參與主體的任務(wù)優(yōu)先級(jí); ②促進(jìn)政府北極措施的實(shí)施和評(píng)價(jià); ③提升聯(lián)邦政府與阿拉斯加州政府、阿拉斯加原住民社區(qū)之間的協(xié)作; ④支持國(guó)務(wù)卿及其團(tuán)隊(duì)在美國(guó)任北極理事會(huì)輪值主席期間(2015—2017)的工作。

4. 美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)極地計(jì)劃辦公室——Office of Polar Programs, OPP

OPP[34]隸屬于美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation, NSF), 旨在促進(jìn)有關(guān)極地地區(qū)的創(chuàng)造性和創(chuàng)新性的科學(xué)研究、工程和教育, 促進(jìn)對(duì)極地系統(tǒng)及其全球相互作用的基本發(fā)現(xiàn)和理解, 為國(guó)家提供信息, 增進(jìn)所有人的福祉。OPP下設(shè)有北極科學(xué)組、南極科學(xué)組、極地基礎(chǔ)設(shè)施和后勤保障組、極地環(huán)境研究組、健康與安全辦公室5個(gè)主要職能部門(mén)。

3 大科學(xué)計(jì)劃的主要內(nèi)容及實(shí)施進(jìn)展

3.1 主要研究領(lǐng)域及創(chuàng)新點(diǎn)

《2013—2017年北極研究計(jì)劃》和《2017—2021年北極研究計(jì)劃》的主要任務(wù)既有相似之處, 也有不同(表1)。

表1 2013—2021年美國(guó)兩個(gè)北極大科學(xué)計(jì)劃的主要任務(wù)

新計(jì)劃具有以下創(chuàng)新點(diǎn): ①更加注重北極居民的健康和福祉, 強(qiáng)調(diào)了北極居民在共同生產(chǎn)科學(xué)知識(shí)方面的作用; ②“沿?！敝黝}是新主題; ③“多年凍土”在之前的計(jì)劃中沒(méi)有被強(qiáng)調(diào), IARPC希望通過(guò)新的計(jì)劃將基礎(chǔ)地球物理研究、相關(guān)的彈性和適應(yīng)研究結(jié)合起來(lái), 并將多年凍土過(guò)程納入預(yù)測(cè)模型; ④“環(huán)境智能”的概念是新主題, 包括監(jiān)測(cè)、模型和數(shù)據(jù)管理3個(gè)方面; ⑤與之前的5年計(jì)劃相比, 計(jì)劃更簡(jiǎn)單, 研究目標(biāo)更清晰。

3.2 《2017—2021年北極研究計(jì)劃》的主要研究?jī)?nèi)容

《2013—2017年北極研究計(jì)劃》的主要研究?jī)?nèi)容前人已有報(bào)道[35], 因此, 本文主要分析《2017－2021年北極研究計(jì)劃》的主要研究?jī)?nèi)容。

1. 健康和福祉: 加深對(duì)北極地區(qū)居民健康水平?jīng)Q定因素的理解, 并改善當(dāng)?shù)鼐用窀ｌ?。①支持人?lèi)健康的綜合方法研究, 以確定人類(lèi)、野生動(dòng)物、環(huán)境與氣候之間的聯(lián)系; ②推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展和社群恢復(fù)研究, 以解決與健康和福祉內(nèi)在社會(huì)決定因素相關(guān)的健康差異問(wèn)題; ③加強(qiáng)北極農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)食物、水和能源安全研究; ④整理歸檔針對(duì)阿拉斯加土著女性和青年的暴力行為的盛行現(xiàn)象和類(lèi)型, 評(píng)價(jià)聯(lián)邦、州、部落和地方為解決上述暴力行為所做出的努力, 并提出改善相關(guān)工作的建議; ⑤加深對(duì)阿拉斯加地區(qū)青年人員心理健康、藥物濫用和福祉方面的認(rèn)識(shí); ⑥支持減少北極地區(qū)相關(guān)職業(yè)安全和健康危害的研究, 特別是在捕撈、水運(yùn)和航運(yùn)領(lǐng)域, 以及那些面臨氣候變化影響風(fēng)險(xiǎn)的工人; ⑦提高北極地區(qū)醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量、效率、效益和價(jià)值。

2. 大氣: 加深對(duì)正在變化的北極大氣成分、變化過(guò)程及由此引起的地表能量平衡變化的認(rèn)識(shí)。①加深對(duì)北極大氣過(guò)程及其對(duì)地表能量平衡綜合影響的理解; ②提高對(duì)北極大氣成分(水汽、云層、降水、氣溶膠和氣體)、凈輻射效應(yīng)及其對(duì)北極氣候影響的認(rèn)識(shí); ③加深對(duì)北極地區(qū)云層形成、周期、降水和物理特性的認(rèn)識(shí), 提升對(duì)氣溶膠類(lèi)型時(shí)空分布、以及北極云層和氣溶膠對(duì)地表輻射平衡調(diào)節(jié)能力的理解。

3. 海冰: 加強(qiáng)對(duì)北極海冰變化的認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)。①開(kāi)展對(duì)“大氣-海冰-海洋”的一體化觀測(cè), 了解決定海冰厚度、長(zhǎng)度和體積時(shí)空變化的因素, 及其對(duì)“大氣-海冰-海洋”間相互作用的影響和它們?cè)诓煌瑫r(shí)間尺度方面(每小時(shí)、每天、每周、每個(gè)季節(jié)、每年、每10年)的自動(dòng)調(diào)節(jié); ②完善用于了解海冰變化過(guò)程的模型, 加強(qiáng)對(duì)海冰變化時(shí)空維度方面的預(yù)測(cè); ③支持研究人員和利益攸關(guān)方構(gòu)建合作網(wǎng)絡(luò)(包括北極地區(qū)居民), 提高對(duì)海冰系統(tǒng)相關(guān)認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)能力。

4. 海洋生態(tài)系統(tǒng): 加深對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能及其在氣候系統(tǒng)中所發(fā)揮作用的認(rèn)識(shí), 提高預(yù)測(cè)能力。①加強(qiáng)對(duì)北極海洋生物物種分布和規(guī)模情況的認(rèn)識(shí), 包括提高對(duì)生物熱點(diǎn)地區(qū)形成、保持及變化的直接原因的認(rèn)識(shí); ②增進(jìn)對(duì)北極海洋物種基本生活史的了解, 以支持多機(jī)構(gòu)決策; ③加深有關(guān)氣候變化、生物物理相互關(guān)系、海洋生態(tài)系統(tǒng)中不同反饋機(jī)制如何影響北極海洋資源和人類(lèi)社會(huì)的問(wèn)題理解。

5. 冰川與海平面: 理解冰川、冰蓋和格陵蘭冰蓋的質(zhì)量平衡問(wèn)題, 及其對(duì)海平面上升的影響。①整合觀測(cè)系統(tǒng), 提高對(duì)北極陸冰質(zhì)量平衡過(guò)程的認(rèn)識(shí); ②改進(jìn)數(shù)值模型, 提高對(duì)北極陸冰損失以及隨之而來(lái)的對(duì)全球海平面的影響的預(yù)測(cè)。

6. 多年凍土: 研究?jī)鐾羷?dòng)力學(xué)過(guò)程控制及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施和氣候的影響。①提高對(duì)氣候、地貌、地形條件、植被及干擾類(lèi)型是如何影響凍土動(dòng)態(tài)變化的認(rèn)識(shí); ②提高并加深對(duì)凍土融化是如何影響土壤碳流失的認(rèn)識(shí), 包括對(duì)潛在排放到大氣中的二氧化碳和甲烷的預(yù)測(cè); ③繼續(xù)加強(qiáng)將凍土過(guò)程監(jiān)測(cè)主觀方法融入氣候變化、水文及生態(tài)系統(tǒng)變化預(yù)測(cè)模型; ④確定凍土融化如何影響基礎(chǔ)設(shè)施和人類(lèi)健康。

7. 陸地生態(tài)系統(tǒng): 加強(qiáng)對(duì)未來(lái)陸地和淡水生態(tài)系統(tǒng)以及潛在變化的綜合理解。加強(qiáng)對(duì)重大變化過(guò)程(如氣候變化、自然和人為干擾引起的變化)及其對(duì)陸地和淡水生態(tài)系統(tǒng)影響的認(rèn)識(shí), 提高相互作用建模能力; ②加深對(duì)動(dòng)植物種群及其活動(dòng)如何被生態(tài)系統(tǒng)影響的認(rèn)識(shí); ③評(píng)估火災(zāi)如何影響農(nóng)村和城市社區(qū)、大氣污染物排放和碳平衡、其他氣候反饋。

8. 沿海地區(qū)修復(fù)力: 提高沿海地區(qū)修復(fù)力和自然、文化資源管理, 開(kāi)展相關(guān)人文、自然和建筑環(huán)境相互關(guān)系的研究。①吸引沿海社區(qū)居民參與旨在提高對(duì)本地文化、安全性和基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題認(rèn)識(shí)的研究; ②通過(guò)對(duì)生物過(guò)程的趨勢(shì)監(jiān)測(cè)和建模, 增加有關(guān)沿海地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境健康的知識(shí); ③提高有關(guān)海岸侵蝕對(duì)環(huán)境影響的認(rèn)識(shí); ④優(yōu)化測(cè)繪系統(tǒng), 支持對(duì)海岸帶的研究。

9. 環(huán)境智能(監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)管理和建模): 加強(qiáng)環(huán)境數(shù)據(jù)獲得、情報(bào)收集、解釋和應(yīng)用能力, 支持決策制定。①加強(qiáng)跨部門(mén)和有外部合作者參與的合作研究活動(dòng), 以?xún)?yōu)化北極觀測(cè)系統(tǒng), 構(gòu)建一個(gè)完全集成的北極觀測(cè)系統(tǒng); ②利用詳細(xì)的全球和區(qū)域模型, 了解北極系統(tǒng)的組成部分及其相互作用, 進(jìn)而對(duì)整個(gè)氣候系統(tǒng)進(jìn)行研究; ③通過(guò)改進(jìn)地球系統(tǒng)模型, 提高每季度及每10年時(shí)間尺度的北極系統(tǒng)預(yù)測(cè)能力, 甚至百年尺度的氣候預(yù)報(bào)能力; ④提高有關(guān)北極數(shù)據(jù)和工具的可獲取性、識(shí)別度和互聯(lián)互通; ⑤發(fā)展相關(guān)前沿、工具和策略研究, 提高北極科學(xué)支持決策的可及性和相關(guān)性。

3.3 實(shí)施進(jìn)展及成果

3.3.1 2013—2015年期間

1. 良好的合作機(jī)制在多項(xiàng)研究中發(fā)揮作用

①邊緣冰帶研究。IARPC海冰協(xié)作小組協(xié)調(diào)了多個(gè)機(jī)構(gòu)的海冰研究技術(shù)力量, 重點(diǎn)關(guān)注海冰邊緣區(qū), 以增加知識(shí)、理解和預(yù)測(cè)能力。在2012年和2013年的夏天, 開(kāi)展了邊緣冰區(qū)觀測(cè)和過(guò)程實(shí)驗(yàn), 旨在評(píng)估無(wú)人駕駛航空系統(tǒng)或無(wú)人駕駛飛機(jī)在阿拉斯加北部海岸波弗特海的邊緣冰帶地區(qū)的科學(xué)價(jià)值。②格陵蘭冰蓋研究。格陵蘭冰蓋海洋相互作用工作組在2012年發(fā)布了建議, 強(qiáng)調(diào)了對(duì)冰川-海洋相互作用的研究的必要性。③楚科奇海和波弗特海研究。這些地區(qū)具有生物生產(chǎn)性和多樣性, 被認(rèn)為對(duì)美國(guó)國(guó)家安全和石油經(jīng)濟(jì)利益以及對(duì)礦產(chǎn)和商業(yè)捕撈具有重要意義。④海洋北極生態(tài)系統(tǒng)研究。由海洋能源管理局領(lǐng)導(dǎo), 旨在確定提高生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不同的領(lǐng)域, 并更好地了解系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)間的反饋。

2. 建立了用于觀測(cè)、數(shù)據(jù)共享和建模的網(wǎng)絡(luò)

①集成大氣研究工具。提供了對(duì)來(lái)自10個(gè)獨(dú)立資助的北極大氣觀測(cè)站的元數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。②阿拉斯加數(shù)據(jù)集成。開(kāi)發(fā)了一套用于數(shù)據(jù)共享的動(dòng)態(tài)工具, 以擴(kuò)大整個(gè)阿拉斯加項(xiàng)目和數(shù)據(jù)信息的交流。③協(xié)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)研究。為了解決北極這樣偏遠(yuǎn)地區(qū)工作的后勤問(wèn)題和費(fèi)用, IARPC協(xié)調(diào)了北極水庫(kù)碳脆弱性實(shí)驗(yàn)、北極圈脆弱性實(shí)驗(yàn)和下一代生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃等項(xiàng)目。④建立海冰預(yù)報(bào)網(wǎng)。2013年發(fā)起海冰預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò), 促進(jìn)了關(guān)于北極系統(tǒng)過(guò)程的知識(shí)狀態(tài), 為區(qū)域氣候模型提供信息。⑤評(píng)估和維持北極的觀測(cè)。開(kāi)發(fā)了一個(gè)北極觀測(cè)評(píng)估過(guò)程, 允許相關(guān)研究小組確定地方、區(qū)域、國(guó)家和國(guó)際各級(jí)的信息優(yōu)先級(jí), 構(gòu)成現(xiàn)有北極信息關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)。

3. 建設(shè)了戰(zhàn)略應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)

①監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)健康。參加了由阿拉斯加土著部落健康聯(lián)盟和美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心(CDC)主辦的One Health工作組。②記錄瀕危語(yǔ)言。與聯(lián)邦和地方機(jī)構(gòu)合作開(kāi)發(fā)工具, 使北極和阿拉斯加的土著社區(qū)能夠利用這些工具制定新的土著語(yǔ)言保護(hù)戰(zhàn)略。③阿拉斯加高分辨率數(shù)字高程模型。為阿拉斯加購(gòu)置高分辨率數(shù)字高程模型。

4. 發(fā)展了國(guó)際研究網(wǎng)絡(luò)

①?lài)?guó)際及行業(yè)合作伙伴。國(guó)際太平洋北極集團(tuán)(Pacific Arctic Group, PAG)由國(guó)際北極科學(xué)委員會(huì)(International Arctic Science Committee, IASC)組織, 4個(gè)主要科學(xué)主題是氣候、污染物、人類(lèi)尺度以及北極生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。②建設(shè)分布式生物觀測(cè)站。IARPC一直致力于建設(shè)PAG的分布式生物觀測(cè)站(Distributed Biological Observatory, DBO)。DBO提供了一個(gè)框架來(lái)集中和協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化的采樣和分析工作, 這些工作將生物學(xué)變化與物理驅(qū)動(dòng)因素聯(lián)系起來(lái)。

3.3.2 2016—2017年期間

1. 與利益攸關(guān)方和合作者建立合作

IARPC日益認(rèn)識(shí)到土著人民和土著知識(shí)在北極的重要作用研究。2017年期間, 海岸防災(zāi)協(xié)作小組向所有97個(gè)部落委員會(huì)發(fā)送了有關(guān)IARPC及其自身的信息。

2. 健康與福祉取得進(jìn)展

提出了支持人類(lèi)健康的綜合方法, 該方法認(rèn)識(shí)到人、野生動(dòng)植物、環(huán)境和氣候之間的聯(lián)系; 記錄針對(duì)阿拉斯加土著婦女和青年的暴力行為的普遍性和性質(zhì); 對(duì)阿拉斯加青年的心理健康、藥物濫用和福祉的理解, 以及支持解決這些影響并增強(qiáng)青年彈性的計(jì)劃。

3. 海洋生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)不斷推進(jìn)

在6個(gè)國(guó)家(加拿大、中國(guó)、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó))的共同努力下, 2016年6月—2017年10月期間完成了DBO的全面調(diào)查。此外, 建立了一個(gè)由來(lái)自6個(gè)國(guó)家的17位北極科學(xué)家和一位概念藝術(shù)家組成的國(guó)際智庫(kù), 提出了海洋生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)一泛北極觀點(diǎn)。

4. 協(xié)調(diào)國(guó)際北極生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)研究

協(xié)調(diào)由美國(guó)、加拿大和歐洲其他政府和非政府組織資助的項(xiàng)目, 旨在研究環(huán)境變化及其對(duì)北極地區(qū)社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)的影響, 主要包括阿拉斯加、育空、努納武特和西北地區(qū)。

5. 觀測(cè)和建模研究人員加強(qiáng)協(xié)作

通過(guò)觀測(cè)和建模研究人員加強(qiáng)協(xié)作, 為計(jì)算機(jī)模型提供了有約束價(jià)值的多個(gè)大型觀測(cè)數(shù)據(jù), 制作了用于研究環(huán)境的地球系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄、格陵蘭冰蓋終點(diǎn)和冰速、各種NASA冰橋行動(dòng)冰蓋和海冰數(shù)據(jù)集以及北極數(shù)字高程模型。

6. 推動(dòng)各國(guó)達(dá)成北極科學(xué)合作研究共識(shí)

2016年9月28日, 首屆白宮北極科學(xué)部長(zhǎng)級(jí)會(huì)議在美國(guó)華盛頓召開(kāi)。包括北極八國(guó)和北極研究主要國(guó)家在內(nèi)的25個(gè)國(guó)家和地區(qū)派出高級(jí)別代表團(tuán)出席會(huì)議。會(huì)議聚焦4個(gè)主題: 北極面臨的挑戰(zhàn)及對(duì)當(dāng)?shù)睾腿虻挠绊? 加強(qiáng)和集成北極觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)共享; 應(yīng)用新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)北極適應(yīng)能力, 推動(dòng)全球應(yīng)對(duì)氣候變化; 以北極科學(xué)推動(dòng)當(dāng)?shù)乩砉?shù)學(xué)教育, 提升公民素質(zhì)。會(huì)議達(dá)成并簽署了《部長(zhǎng)聯(lián)合聲明》[36], 旨在凝聚各國(guó)加強(qiáng)北極科學(xué)合作的政治共識(shí), 并圍繞各主題確定了15項(xiàng)技術(shù)成果和倡議。

3.3.3 2018—2019年期間

1. 提高北極居民的福祉

2018年和2019年夏季野火給居民的健康和福祉帶來(lái)了重大風(fēng)險(xiǎn)。多個(gè)IARPC協(xié)作團(tuán)隊(duì)共同努力, 評(píng)估了北極社區(qū)對(duì)野火煙霧及其健康影響的暴露程度、脆弱性和復(fù)原力。有害的藻華對(duì)阿拉斯加北極沿海社區(qū)構(gòu)成威脅, IARPC環(huán)境情報(bào)協(xié)作團(tuán)隊(duì)在2018年和2019年促進(jìn)了協(xié)調(diào)的研究巡航和社區(qū)抽樣工作, 解決了對(duì)測(cè)試自然資源和生活食品中藻毒素的信息以及通過(guò)野生食物消費(fèi)對(duì)人類(lèi)健康的潛在影響的信息需求。

2. 加強(qiáng)對(duì)北極環(huán)境的管理

白令海的海冰減少對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)和依賴(lài)海冰的沿海社區(qū)產(chǎn)生了重大影響。因此, IARPC成立了白令海行動(dòng)小組, 負(fù)責(zé)記錄不斷變化的海冰和海洋生態(tài)系統(tǒng), 協(xié)調(diào)研究巡航和觀測(cè)活動(dòng), 為各種利益攸關(guān)方改進(jìn)海冰預(yù)報(bào)和通知系統(tǒng), 并確定決策支持需求。

3. 加強(qiáng)國(guó)家和地區(qū)安全

IARPC開(kāi)展了北冰洋分層海洋動(dòng)力學(xué)(Stratified Ocean Dynamics in the Arctic, SODA)項(xiàng)目和北極觀測(cè)系統(tǒng)子小組(Arctic Observing Systems Sub-Team, AOSST)工作。SODA項(xiàng)目后期提升成為SODA+, 著重于測(cè)量海洋浮力、動(dòng)量和熱量3個(gè)屬性, 旨在了解阿拉斯加以北的波弗特海的海冰、水分層和環(huán)流以及聲學(xué)的變化和相互作用的系統(tǒng)。

4. 增進(jìn)對(duì)北極作為地球組成部分的了解

2018年5月, 美國(guó)和德國(guó)聯(lián)合發(fā)射了GRA-CE FO衛(wèi)星。相關(guān)衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)于了解北極冰川、冰蓋和格陵蘭冰蓋在海平面變化中的作用、北極海冰減少的影響和對(duì)地球中緯度地區(qū)天氣的影響等關(guān)鍵問(wèn)題至關(guān)重要。IARPC還在關(guān)注北極多年凍土的升溫和融化、土壤碳含量, 以及二氧化碳和甲烷等氣體被釋放到北極和亞北極大氣中的前景。

4 2019—2021年研究目標(biāo)及未來(lái)新興方向

4.1 研究目標(biāo)及建議

目前, IARPC已經(jīng)著手準(zhǔn)備新一輪(2022—2026年)的北極研究計(jì)劃。雖然相關(guān)內(nèi)容暫未發(fā)布, 但是, 據(jù)《北極研究政策法》要求, IARPC活動(dòng)與美國(guó)北極研究委員會(huì)(USARC)提出的建議保持一致, 該委員會(huì)每?jī)赡臧l(fā)布一次目標(biāo)報(bào)告。在實(shí)施《2017—2021年北極研究計(jì)劃》的過(guò)程中, USARC最新的《2019—2021年北極研究目標(biāo)與宗旨》[37]于2019年發(fā)布, 也為新一輪的北極研究計(jì)劃指明了前景方向, 主要包括以下內(nèi)容。

1. 推進(jìn)北極基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

北極的交通、建筑、通訊、公用事業(yè)和能源運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施, 是北極人類(lèi)活動(dòng)的必要前提。70%的北極基礎(chǔ)設(shè)施都位于近地表多年凍土層之上, 在未來(lái)的30年里, 這些凍土層將會(huì)融化。即使達(dá)成了《巴黎協(xié)定》的氣候變化目標(biāo), 這種情況仍有可能發(fā)生?；趯?duì)環(huán)境條件的充分研究, 了解它們隨時(shí)間的變化, 及時(shí)采取防治措施可以減少基礎(chǔ)設(shè)施的破壞和成本。USARC建議: ①未來(lái)應(yīng)該資助北極基礎(chǔ)設(shè)施工程設(shè)計(jì)示范項(xiàng)目; 工程師和規(guī)劃者需要決策支持工具, 定期更新信息, 以便在快速變化的北極環(huán)境中規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施, 這些工具將取代過(guò)時(shí)的規(guī)劃工具, 指導(dǎo)文件將通過(guò)降低成本增加工程價(jià)值, 并可能成為為非北極地區(qū)設(shè)計(jì)的工具的原型; ②將工程研究項(xiàng)目的知識(shí)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)指導(dǎo)文件; ③通過(guò)聯(lián)邦政府與私營(yíng)部門(mén)的伙伴關(guān)系, 以及與阿拉斯加州、地方和部落當(dāng)局的合作, 通過(guò)國(guó)會(huì)聽(tīng)證會(huì)和海洋運(yùn)輸系統(tǒng)跨部門(mén)委員會(huì)確定北極海洋基礎(chǔ)設(shè)施的需求, 重點(diǎn)領(lǐng)域包括港口、航道、實(shí)體和信息基礎(chǔ)設(shè)施、響應(yīng)服務(wù)(例如, 搜索和救援、環(huán)境響應(yīng))和船舶; ④資助海岸警衛(wèi)隊(duì)極地警備隊(duì)破冰船的建設(shè), 這些破冰船對(duì)滿(mǎn)足包括研究在內(nèi)的國(guó)家需求至關(guān)重要。

2. 評(píng)估北極自然資源

隨著北極地區(qū)的需求日益增加, 以及全球?qū)Y源的需求不斷增長(zhǎng), 決策者需要大量的信息, 保證其能夠在資源使用方面做出明智的選擇。USARC建議: ①支持美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的工作, 以更好地了解阿拉斯加北坡的油氣潛力, 并著眼于外部大陸架區(qū)域之外和大陸坡下存在的石油系統(tǒng), 并與能源部合作, 通過(guò)生產(chǎn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定天然氣水合物的資源潛力; ②鼓勵(lì)能源部全面實(shí)施其10年北極可再生能源計(jì)劃; ③鼓勵(lì)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)制圖, 以更好地了解礦產(chǎn)的分布和資源潛力, 并開(kāi)發(fā)用于礦物資源分析的新數(shù)據(jù)庫(kù); ④支持在白令海和白令海峽以北進(jìn)行額外的拖網(wǎng)調(diào)查, 以根據(jù)不斷變化的人口地點(diǎn)評(píng)估魚(yú)類(lèi)資源, 并繼續(xù)開(kāi)發(fā)針對(duì)無(wú)法拖網(wǎng)的棲息地的照相機(jī)調(diào)查技術(shù); ⑤鼓勵(lì)負(fù)責(zé)開(kāi)展海洋和陸地哺乳動(dòng)物普查的機(jī)構(gòu)采用先進(jìn)技術(shù), 例如無(wú)人駕駛飛機(jī)系統(tǒng), 以改進(jìn)評(píng)估。

3. 觀測(cè)、理解和預(yù)測(cè)環(huán)境變化

北極地區(qū)迅速而廣泛的變化正在重新定義生態(tài)系統(tǒng)、地貌和社區(qū), 以及經(jīng)濟(jì)和地緣政治利益。需要更多的知識(shí)和對(duì)北極環(huán)境變化的成因和后果的了解, 才能為決策和行動(dòng)提供依據(jù)。為此, USARC建議: ①未來(lái)應(yīng)該更好地了解北極濕地中二氧化碳和甲烷的產(chǎn)生和通量, 以改善氣候預(yù)測(cè); ②通過(guò)科學(xué)家和土著知識(shí)所有者的知識(shí)共同改善物種管理; ③記錄關(guān)鍵候鳥(niǎo)中轉(zhuǎn)區(qū)的使用和脆弱性; ④根據(jù)人口規(guī)模、范圍、行為和健康狀況, 開(kāi)發(fā)評(píng)估北極物種狀況的簡(jiǎn)化框架, 以此作為保護(hù)和管理工作的依據(jù); ⑤支持采用可移動(dòng)陣列(Transportable Array, TA)地震臺(tái)站, 標(biāo)準(zhǔn)TA臺(tái)站包括大氣傳感器, 可傳輸天氣觀測(cè)和自然災(zāi)害信息; ⑥支持有關(guān)氣候地球工程的基礎(chǔ)研究, 并進(jìn)一步考慮道德和治理問(wèn)題以及地球工程政策; ⑦推進(jìn)“歸因科學(xué)”, 努力從科學(xué)上將人為造成的全球變暖與自然氣候波動(dòng)在引起個(gè)別極端天氣事件中的作用區(qū)分開(kāi)來(lái), 以幫助規(guī)劃人員了解隨著氣候變暖, 哪些極端事件可能會(huì)增加; ⑧將持續(xù)的北極觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的一般概念擴(kuò)展到一個(gè)完整的運(yùn)行系統(tǒng)中, 該系統(tǒng)可提供更多及時(shí)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)、重要信息和科學(xué)研究的衍生產(chǎn)品以及運(yùn)營(yíng)情報(bào)和決策支持的訪問(wèn)權(quán)限; ⑨收集有關(guān)商業(yè)魚(yú)類(lèi)物種生態(tài)的更多數(shù)據(jù), 以更好地了解海域變暖的生長(zhǎng)和移動(dòng)。

4. 改善社區(qū)健康和福祉

北極健康研究通常是由差異驅(qū)動(dòng)的, 這種差異是指人群之間在健康和醫(yī)療保健方面的差異, 為了改善北極所有人民的生活質(zhì)量, 需要開(kāi)展更多工作來(lái)確定、糾正和減輕差距。USARC建議: ①未來(lái)科學(xué)家應(yīng)與當(dāng)?shù)鼐用窈献? 共同設(shè)計(jì)研究項(xiàng)目, 并通過(guò)收集和整合基于社區(qū)的觀察和見(jiàn)解來(lái)共同生產(chǎn)知識(shí); ②收集有關(guān)阿拉斯加土著語(yǔ)言狀況的數(shù)據(jù), 以評(píng)估教授阿拉斯加土著語(yǔ)言計(jì)劃的有效性, 為監(jiān)測(cè)“阿拉斯加本地語(yǔ)言”狀態(tài)的社區(qū)在線數(shù)據(jù)庫(kù)提供支持; ③開(kāi)發(fā)阿拉斯加自殺監(jiān)測(cè)模型, 有助于識(shí)別并提供早期干預(yù)方法, 以供農(nóng)村社區(qū)使用; ④改善阿拉斯加的心理和行為衛(wèi)生服務(wù)人員的能力, 并針對(duì)所需的精神衛(wèi)生保健提供者的數(shù)量和類(lèi)型建立針對(duì)阿拉斯加的具體估算; ⑤創(chuàng)建具有研究依據(jù)的替代方法, 以在偏遠(yuǎn)地區(qū)提供包括遠(yuǎn)程醫(yī)療在內(nèi)的心理治療; ⑥更好地了解、預(yù)測(cè)和監(jiān)控因氣候變化而可能出現(xiàn)或擴(kuò)展的新興病原體及過(guò)程; ⑦調(diào)查缺乏飲用水的家庭遭受的沖擊, 包括其直接和間接的經(jīng)濟(jì)影響。

5. 加強(qiáng)北極地區(qū)的國(guó)際科學(xué)合作

數(shù)據(jù)的生成, 可靠地獲取科學(xué)信息以及結(jié)果的綜合, 對(duì)于理解北極地區(qū)、可持續(xù)發(fā)展以及建立健康社區(qū)至關(guān)重要。對(duì)信息和跨學(xué)科研究結(jié)果的需求不斷增加也對(duì)北極國(guó)家和利益攸關(guān)方構(gòu)成了挑戰(zhàn)。為此, USARC建議: ①實(shí)施《北冰洋中央漁業(yè)協(xié)定》, 與各締約方建立持久的海洋科學(xué)組織, 促進(jìn)以北極為重點(diǎn)的生態(tài)系統(tǒng)科學(xué), 并實(shí)現(xiàn)該協(xié)定的聯(lián)合計(jì)劃; ②實(shí)施《北極科學(xué)合作協(xié)議》, 加強(qiáng)國(guó)際北極科學(xué)合作協(xié)定, 以改善科學(xué)家、設(shè)備和數(shù)據(jù)的跨境訪問(wèn), 與其他締約方合作, 制定協(xié)商和解決爭(zhēng)端的程序; ③加強(qiáng)雙邊和多邊研究合作: 美國(guó)應(yīng)尋求機(jī)會(huì)加強(qiáng)與俄羅斯、加拿大之間的雙邊研究合作, 領(lǐng)域包括生態(tài)系統(tǒng)、海洋研究和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

4.2 北極研究新興方向

《2019—2021年北極研究目標(biāo)與宗旨》提出了未來(lái)北極研究的新興方向。

1. 合作生產(chǎn)知識(shí)。通過(guò)將科學(xué)和土著知識(shí)融合在一起, 可以全面了解不斷發(fā)展的北極。知識(shí)的共同產(chǎn)生涉及科學(xué)家和北極土著人民, 應(yīng)以相互尊重、合乎道德和負(fù)責(zé)任的方式參與。需要進(jìn)行研究以確定如何有效地考慮這些觀點(diǎn)。鼓勵(lì)研究發(fā)起人審查他們對(duì)實(shí)質(zhì)性社區(qū)和利益相關(guān)方參與的投資, 以建立基于證據(jù)的指導(dǎo), 這對(duì)于進(jìn)一步改進(jìn)該過(guò)程至關(guān)重要。

2. 北極無(wú)人機(jī)。無(wú)人駕駛飛機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步以及將其安全納入美國(guó)領(lǐng)空的監(jiān)管努力, 正在迅速改善北極的研究。阿拉斯加無(wú)人飛機(jī)系統(tǒng)集成中心促進(jìn)了無(wú)人機(jī)的使用, 以調(diào)查工廠和動(dòng)物、協(xié)助溢油應(yīng)急、檢查管道和其他基礎(chǔ)設(shè)施以及繪制海冰和地形圖。俄羅斯卡拉什尼科夫最新的無(wú)人機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在零下的溫度下執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)250分鐘的偵察任務(wù), 并通過(guò)機(jī)載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別60英里外的船只。

3. 變暖和酸化水中的北極鱈魚(yú)。氣候變化正在使北冰洋變暖和酸化, 影響了北極鱈魚(yú)產(chǎn)卵棲息地的生存和適宜性, 對(duì)其造成了雙重打擊。鱈魚(yú)只在冷水中產(chǎn)卵, 并出現(xiàn)在冬季和春季, 水溫通常在29.5~31.6華氏度之間, 這種溫度依賴(lài)性使該物種易受變暖的水的影響。海洋酸化通過(guò)降解產(chǎn)卵棲息地進(jìn)一步挑戰(zhàn)這些魚(yú)類(lèi)的生存, 從而降低了卵的存活率。北極水域的持續(xù)升溫可能會(huì)導(dǎo)致目前不適合用于北極鱈魚(yú)產(chǎn)卵的大面積區(qū)域, 這可能會(huì)影響北極食物網(wǎng)和相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

5 啟示

1. 北極地區(qū)戰(zhàn)略地位提升正在深刻影響北極科學(xué)研究未來(lái)方向

自然環(huán)境變化導(dǎo)致氣候變暖、冰雪消融加劇, 不僅使得北極地區(qū)無(wú)法重回大規(guī)模冰封狀態(tài), 也使得世界大國(guó)對(duì)北極地區(qū)的關(guān)注日漸提升, 北極地區(qū)正在成為部分世界大國(guó)的政治“逐鹿場(chǎng)”。這種戰(zhàn)略地位的提升也使各國(guó)對(duì)更進(jìn)一步地了解和認(rèn)知北極提出了需求。面向北極的氣候、環(huán)境、資源、海洋、生物、生態(tài)、地質(zhì)等多個(gè)領(lǐng)域的綜合研究也正在成為各國(guó)的焦點(diǎn), 服務(wù)于各國(guó)北極多維度利益的科學(xué)研究將是未來(lái)北極研究的主要方向。

2. 多機(jī)構(gòu)合作將是未來(lái)北極研究的重要方式

隨著北極科學(xué)部長(zhǎng)級(jí)會(huì)議及《部長(zhǎng)聯(lián)合聲明》的簽署, 凝聚加強(qiáng)多國(guó)合作研究成為當(dāng)前北極研究的主流趨勢(shì)。北極地區(qū)的自然條件限制及資源、數(shù)據(jù)獲取的困難程度也決定了開(kāi)展北極研究需要多方合作。美國(guó)依托跨部門(mén)北極研究政策委員會(huì)、美國(guó)北極研究委員會(huì)等多種組織機(jī)構(gòu)順利打通了各機(jī)構(gòu)間壁壘, 實(shí)現(xiàn)了北極研究的機(jī)構(gòu)間合理分工和系統(tǒng)合作, 這些合作也在2013—2019年期間兩項(xiàng)大科學(xué)計(jì)劃的實(shí)施進(jìn)展中得到了充分體現(xiàn)。因此, 我國(guó)在開(kāi)展類(lèi)似大規(guī)?？蒲泄ぷ髦? 也應(yīng)系統(tǒng)布局, 全盤(pán)考慮, 注重不同機(jī)構(gòu)間的合作體制機(jī)制建設(shè)。

3. 多系統(tǒng)、跨學(xué)科、綜合性研究是美國(guó)目前北極研究的主要思路

2013年以來(lái), 美國(guó)面向北極的2個(gè)五年計(jì)劃均設(shè)置了明確的研究任務(wù), 并隨著北極研究的不斷深入, 對(duì)計(jì)劃的內(nèi)容和方向進(jìn)行了調(diào)整與創(chuàng)新, 強(qiáng)調(diào)以更加系統(tǒng)的科學(xué)思維開(kāi)展北極研究。例如, 海洋生態(tài)系統(tǒng)任務(wù)中, 強(qiáng)調(diào)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及其在氣候系統(tǒng)中所發(fā)揮作用的認(rèn)識(shí), 這一任務(wù)強(qiáng)調(diào)了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、海洋系統(tǒng)、氣候系統(tǒng)以及人類(lèi)社會(huì)多個(gè)研究體系的跨學(xué)科綜合分析, 實(shí)現(xiàn)了從認(rèn)知、理解、反饋、預(yù)測(cè)、決策的科學(xué)研究全流程掌控。這種研究思路也在包括海冰、冰川與海平面、多年凍土、陸地生態(tài)系統(tǒng)等多個(gè)研究任務(wù)布局中有所體現(xiàn), 并已經(jīng)取得了一些成就, 相關(guān)經(jīng)驗(yàn)值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。

4. 設(shè)計(jì)布局面向北極科學(xué)問(wèn)題研究的重大科學(xué)計(jì)劃對(duì)我國(guó)北極利益有利

我國(guó)作為北極的利益攸關(guān)方, 在北極地區(qū)擁有科學(xué)研究、氣候環(huán)境、資源開(kāi)發(fā)等利益, 因此, 設(shè)計(jì)布局面向北極科學(xué)問(wèn)題研究的重大科學(xué)計(jì)劃將有助于我國(guó)在北極地區(qū)增強(qiáng)有效存在, 實(shí)現(xiàn)國(guó)家利益, 并且樹(shù)立負(fù)責(zé)任大國(guó)形象。此外, 雖然當(dāng)前中美關(guān)系處于競(jìng)爭(zhēng)格局, 但是作為世界科研大國(guó), 中美兩國(guó)在多個(gè)領(lǐng)域研究能力方面均處于世界領(lǐng)先地位, 在北極科學(xué)問(wèn)題研究中存在許多合作潛能。因此, 我國(guó)在重視同美國(guó)等環(huán)北極國(guó)家在北極研究中的合作的同時(shí), 還應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)北極地區(qū)的科學(xué)布局, 加大對(duì)我國(guó)在北極地區(qū)研究項(xiàng)目的支持力度, 提升我國(guó)北極研究的科研水平和能力。

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U.S. ARCTIC RESEARCH BIG SCIENCE PROGRAM AND ITS PROGRESS DURING 2013—2019

Liu Wenhao1, 2, Zheng Junwei1, Zhao Jidong1, Yang Zongxi3

(1Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China;2University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;3Development and Research Center, China Geological Survey, Beijing 100037, China)

The Arctic region is rich in resources and has great strategic significance. Currently, many countries, and notably the United States, have deployed big science programs aimed at laying the foundations for their future Arctic strategies. Therefore, China needs to thoroughly understand the content of the major science programs of key countries in the Arctic region. To provide support for China's research deployment in the Arctic region, this study analyzes the main content and implementation process of the U.S.and. We identify future targets and emerging directions, and summarize the main characteristics of U.S. Arctic research big programs.

Arctic, big science programs, U.S., strategic planning

2020年3月收到來(lái)稿, 2020年5月收到修改稿

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2020YFA0608500)、中國(guó)科學(xué)院“西部之光”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、2020年中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)能力建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)“科技領(lǐng)域戰(zhàn)略情報(bào)研究咨詢(xún)體系建設(shè)”(E0290001)和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“地質(zhì)調(diào)查中長(zhǎng)期發(fā)展動(dòng)力與方向研究”(DD20190462)資助

劉文浩, 男, 1989年生。助理研究員, 主要從事地球科學(xué)與資源戰(zhàn)略情報(bào)研究。E-mail:liuwh@llas.ac.cn

10. 13679/j.jdyj.20200021