全球变化学是研究地球系统整体行为的一门科学。它把地球的各个层圈（如大气圈、水圈、岩石圈和生物圈）作为一个整体，研究地球系统过去、现在和未来的变化规律和控制这些变化的原因和机制，从而建立全球变化预测的科学基础，并为地球系统的管理提供科学依据。 全球变化科学的产生和发展是人类为解决一系列全球性环境问题的需要，也是科学技术向深度和广度发展的必然结果。
今天，全球环境问题的严重性主要在于人类本身对环境的影响已经接近并超过自然变化的强度和速率，正在并将继续对末来人类的生存环境产生长远的影响。这些重大全球环境问题已经远远超过了单一学科的范围，迫切要求从整体上来研究地球环境和生命系统的变化，从而提出了地球系统的概念，即由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈组成的一个整体。
同时，观测技术的发展，特别是卫星遥感技术，提供了对整个地球系统行为进行监测的能力；计算机技术的发展为处理大量的地球系统的信息，建立复杂的地球系统的数值模式提供了工具。
全球变化学的理论基础是地球系统科学（Earth system science），它是研究地球系统各组成部分之间的相互作用，以及发生在地球系统内的物理、化学和生物过程之间的相互作用的一门新兴学科。
全球变化学现阶段主要研究内容如下：
（1）全球大气化学与生物圈的相互作用。主要研究全球大气化学过程是如何调制的？生物过程在产生和消耗微量气体中作用，预报自然和人类活动对大气化学成分变化的影响。
（2）全球海洋通量研究。主要研究海洋生物地球化学过程对气候的影响，及其对气候变化的影响。
（3）全球水文循环过程的生物学特征。主要研究植被与水循环物理过程的相互作用。
（4）全球变化对陆地生态系统的影响。主要研究气候、大气成分变化和土地利用类型变化对陆地生态系统的结构和功能的影响及其对气候的反馈。
（5）全球变化史的研究。重建2000年来，以及一个完整冰期一间冰期循环的全球环境变化，了解它们与地球内部或外部作用力的关系。
主要的研究手段和技术路线是：
（1）发展全球分析和模拟。借助于全球模式来定量分析地球系统内物理、化学和生物过程的相互作用，估计未来变化的可能影响。
（2）建立全球资料和信息系统。建立全球变化研究需要的全球资料和信息的处理，贮存、交流系统，特别要发展全球变化的空间遥感观测能力和资料的处理能力。
（3）建立区域研究中心。在全球的代表性生态系统区域，主要在发展中国家建立全球变化的区域研究中心。它们的功能是生态环境的长期监测、特殊问题的试验研究、科学技术人员的培训以及区域资料交换等。
以上三个方面都需要努力发展计算机科学技术、卫星遥感技术及其他各种先进科学仪器和设备，在全球变化的监测、试验和模拟等方面的应用能力，以及物理学理论和方法在全球变化研究中的应用能力。
从20世纪90年代开始，全球变化将开始一系列的核心计划，成为未来10～20年世界科学最活跃的一个研究领域。将在学科之间的交叉地带产生许多新的思想和理论，并在物理、化学和生物过程相互作用的基本理论方面有新的突破。同时，由于交叉、综合、相互作用过程研究的需要，可能在科学研究方法论上产生重要的变革。
另一方面，全球变化的研究又具有十分明确的应用目标，它的研究成果将直接用于地球自然资源的合理开发利用，农林牧副渔的合理布局，水、土、气污染的控制以及全球环境问题上的重大决策，为保护和改善几代人的生存环境作出贡献，具有全局性的战略意义。
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