理论教育 生物物理阈值的时序演变探究

生物物理阈值的时序演变探究

时间:2023-05-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:随着人类活动的变化,不确定性区间以及临界阈值可能随之发生变化。因此,地球系统不同生物物理阈值的时序变化问题也是行星边界理论及应用面临的又一重要问题,而这有赖于对地球系统过程反馈机制的科学认识。准确识别系统状态发生临界转变的早期预警信号,对于发现并掌握地球生物物理阈值的时序变化规律而言至关重要。

生物物理阈值的时序演变探究

当面对外界干扰时,地球系统具有维持自身功能正常运行的自我调节能力;然而,当外界干扰加剧到一定程度,地球系统的抗干扰能力不足以维持其功能的正常运行时,其恢复力在逐渐减弱,开始进入不确定性区间;当地球系统逾越了不确定性区间后,将面临不可逆的系统状态变化风险[23,31,39]。因而,行星边界框架将不确定性区间的起始端设置为边界,作为地球系统状态变化的早期预警信号。虽然这种设置可以使地球系统与临界拐点保持一定的安全距离,但是边界并非固定不变。随着人类活动的变化,不确定性区间以及临界阈值可能随之发生变化。因此,地球系统不同生物物理阈值的时序变化问题也是行星边界理论及应用面临的又一重要问题,而这有赖于对地球系统过程反馈机制的科学认识。

准确识别系统状态发生临界转变的早期预警信号,对于发现并掌握地球生物物理阈值的时序变化规律而言至关重要。对于是否存在以及如何识别预警信号,学者进行了相关研究。Scheffer等借助于数理模型阐释了环境指标随时间序列变化的走势,据此得出对于较为广泛的系统而言,当系统正在接近其临界阈值时,存在着一般的早期预警信号[64]。Bauch等通过比较人类环境耦合系统模型与非耦合环境系统模型中的临界转变及其早期预警信号,发现耦合系统状态变化更为复杂,早期预警信号较为模糊,耦合系统中的人类反馈会弱化早期预警信号[65]。可见,由于社会生态耦合系统的高度复杂性,识别系统状态临界转变的早期预警信号充满挑战,有赖以对人类环境耦合系统内在作用机制的科学认知。同时,不同生物物理过程组成了地球复杂系统,这些生物物理过程之间存在交互作用,一种系统过程的变化可能会引起其他系统过程发生相应的变化,这也进一步加深了其复杂性。(www.daowen.com)

有学者基于不同视角对环境边界的设置提出不同的建议,如Bogardi等构建了基于行星边界框架、生态资源系统及其人类占用三者关系的水边界概念框架[66],Gerten等考虑环境需水量对全球和流域的水边界计算进行了改进[67],Vries等将活性氮的正负向影响及其空间分异考虑在内,对全球和区域的氮边界进行了修正[68],Carpenter等将陆地淡水系统富营养化考虑在内,对全球的磷边界进行了设定[69],Diamond等分析了化学污染行星边界设置面临的挑战[70],Persson等推测不存在单个化学污染行星边界,是因为化学污染产生了许多行星边界议题[71]。这些建议为我们重新审视行星边界理论的科学内涵提供了不同视角,为行星边界框架的进一步更新提供了有益参考。

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