该计划是1990年由海洋研究科学委员会(Scientific Committee on Oceanic Research; SCOR)和联合国教科文组织政府间海洋学委员会(Intergovernmental Oceanographic Commission of UNESCO; IOC)联合发起的研究海洋生态系统对全球变化响应与反馈的科学计划,1995年成为全球变化项目国际地圈-生物圈计划(The International Geosphere-Biosphere Programme; IGBP)的核心计划之一,正式运行于1999~2009年。
聚焦的科学问题为:①多尺度物理环境和过程如何驱动海洋生态系统的大尺度变化;②海洋生态系统结构与功能之间的关系,特别是营养动力学通道变化及营养质量变化在食物网中的作用;③发展适于生态动力学研究的观测技术体系,以物理-生物-化学耦合模型定量全球变化对资源动态的影响,提高对未来影响的预测能力;④甄别、定量反馈机制,确定变化的海洋生态系统如何影响整个地球系统。
GLOBEC研究计划得到来自100个国家的科学家的响应,并通过19个国家项目(表1)、11个多国合作项目(表2)和7个区域项目得以实施(表3),2010年统计共发表相关论文3300篇,期刊专辑34个,最终在牛津大学出版社出版专著《海洋生态系统与全球变化》(Marine Ecosystem and Global Change),对GLOBEC的源起发展、主要成果和未来展望进行了总结。SCOR、IOC、IGBP以及国际海洋探测委员会(International Council for Exploration of the Sea; ICES)、北太平洋海洋科学组织(North Pacific Marine Science Organization; PICES)等联合资助了GLOBEC计划的组织协调活动,成立了由各国相关学科引领者组成的科学指导委员会(scientific steering committee; SSC)和4个工作组(working group; WG),定期研讨相关科学主题和发展方向,SSC成员领导申请各国政府的研究项目和多国合作项目,以得到实质的、持续的研究经费;其国际计划办公室(International Planning Office; IPO)组织了3次开放科学大会、发布了16期新闻通讯(newsletter)、建立了基于网络的数据获取途径、组织暑期学校等,及时交流分享GLOBEC的研究成果和技术。这个组织架构有效地保证了全球相关学科研究群体长期保持聚焦于一系列特定的科学问题,培养了该领域大量的青年研究人才,这个模式和经验被后续IMBER等国际计划所使用。中国科学家成立了中国GLOBEC工作委员会,唐启升院士任主席,自1995年起开始海洋生态系统动力学前期预研,1997年以来在国家自然科学基金委和科技部持续重点支持下,开展了渤海、黄东海、南海生态系统动力学与生物资源可持续利用基础研究,成果向资源管理应用、海洋生态环境预测和生态灾害预警/防治转化。GLOBEC计划结束后在研项目并入新的IGBP核心计划——海洋生物地球化学与生态系统整合研究(Integrated Marine Biogeochemistry and Ecosystem Research; IMBER)。
GLOBEC基本是1个自然科学计划,聚焦于理解气候变化对海洋生态系统影响,项目中期加入了人类活动影响要素,为社会提供了对海洋生态系统的先进认知和科学信息,一部分成果最终应用于政策和决策的制定中,依此形成海洋环境保护两个重要原则:谁提议实施海洋环境管理措施谁负责论证其带来的生态后果(即谁动议谁举证)和必须基于生态系统来管理海洋开发活动。
通过该计划的实施促进了生态学理论的进步,认识到海洋生态系统变化和种群补充是多尺度过程的综合效应,生态系统的控制不仅有上行、下行机制,更多的是两者同时控制的蜂腰理论;海洋暖化、酸化和低氧等引起生物群落的演替和生态系统弹性与适应性的改变,人类活动与气候变化多重压力使海洋生态系统存在发生巨变的极大可能;区域GLOBEC研究则揭示了食物网中功能多样性的重要意义。GLOBEC选择食物网中各营养层关键种进行研究(如大西洋飞马哲水蚤、鳕鱼,黄东海的中华哲水蚤、鳀鱼等),同时研究其栖息地、竞争者和捕食者以确定生态系统演变的驱动机制,由此衍生出关键种与环境及食物网其他要素关系的研究方向。GLOBEC引领了海洋生态系统研究范式的转变,学科交叉基础上的物理-生物-化学耦合模型成为综合研究的标准工具,新的海洋生物声、光采样、探测手段不断涌现,以海豹CTD为代表的长期监测得到的原位资料揭示了不同生物种群分布、行为与环境的关系,这些都是生态系统演变机制研究的有力技术支撑。
海洋生态耦合模型能力不断提高,已实现了区域长期气候变化对某关键种影响的模拟和预测(如圭亚那上升流区气候变化对浮游动物生物量长期影响模拟、北大西洋鳕鱼资源补充量的预测等),实现了以嵌套的动力降尺度思路结合IPCC气候情景预测未来区域生态系统状态,海洋生态模型数据同化技术催生了海洋生态环境预报业务化。如何在模型中包含人类活动效应,如何建立不仅包含关键种而是针对从微生物到顶级捕食者整个生态系统(end-to-end)的生态模型,还有不小的挑战。
GLOBEC计划是围绕理解一个既定的科学问题设计的,这个传统的科学研究视角已经改变,科学研究要求越来越紧密地与公众面临的问题相结合,今后需要针对事实不清、风险更大、决策更紧迫的问题设计具有挑战性的研究计划和方案,以给予社会更大的回报。
国家 | 持续时间 | 项目简称 | 联系人 |
巴西 | 1998~2002 | DEPROAS | Belmiro Castro (bmcastro@usp.br) |
加拿大 | 1996~1999 | GLOBEC Canada | Brad de Young(bdeyoung@physics.mun.ca) |
智利 | 1997~2009 | FONDAP-Humboldt | Ruben Escribano(rescribano@udec.cl) |
中国 | 1997~2016 | China GLOBEC Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ/IMBER | Qisheng Tang(ysfri@public.qd.sd.cn) |
法国 | 1999~2009 | PNEC GASCOGNE | Francois Carlotti(carlotti@com.univ-mrs.fr) |
德国 | 2000~2009 | GLOBEC Germany | Juergen Alheit(juergen.alheit@io-warnemuende.de) |
意大利 | 2001~2004 | SINAPSI | Marco Zavatarelli |
日本 | 1997~2016 | Japan GLOBEC/IMBER | Yasunori Sakurai(sakurai@fish.hokudai.ac.jp) |
韩国 | 1998~2009 | Korea GLOBEC I,II | Im Sang Oh(ois@storm.snu.ac.kr) |
墨西哥 | 1997~2009 | IMECOCAL | Tim Baumgartner(tbaumgar@cicese.mx) |
荷兰 | 1993~2002 | Several | George Fransz |
挪威 | 2002~2005 | ECOBE,CLIMAR,ADAPT | Webjorn Melle(webjorn@imr.no) |
秘鲁 | 2003~2009 | GLOBEC Peru | Renato Guevara-Carrasco(rguevara@imarpe.gob.pe) |
葡萄牙 | 1999~2009 | PELAGICOS,PO-SPACC,SURVIVAL | Miguel Santos(amsantos@ipimar.pt) |
西班牙 | 2001~2009 | GLOBEC Spain | Fidel Echevarria(fidel.echevarria@uca.es) |
土耳其 | 1997~2005 | Black Sea GLOBEC | Sengul Besiktepe(Sengul@ims.metu.edu.tr) |
乌克兰 | 1997~2005 | Ukraine GLOBEC | Victor Zaika(vzaika@ibss.iuf.net) |
英国 | 2000~2009 | SAHFOS,Western Channel Observatory,OUEST_FISH | Philip Williamson(p.williamson@uea.ac.uk) |
美国 | 1994~2010 | US GLOBEC(including programmes on Georges Bank,North East Pacific and Southern Ocean GLOBEC) | Dale Haidvogel(dale@imcs.rutgers.edu) |
项目简称 | 起止年份 | 合作国家和组织 | 联系人 |
BASIN | 2007~ | 欧盟及美国、加拿大 | Peter Wiebe(pwiebe@whoi.edu) |
BENEFIT | 1997~2007 | 南非、纳米比亚、安哥拉、挪威、德国 | Neville Sweijd(NSweijd@csir.co.za) |
ECO-UP | 2005~2008 | 法国、安哥拉、纳米比亚、南非、毛里塔尼亚、摩洛哥、塞内加尔、智利、秘鲁 | Pierre Fréon(pierre.freon@ird.fr) |
ENVIFISH | 1999~2001 | 欧盟、安哥拉、纳米比亚、南非 | Leo Nykjaer(leo.nykjaer@jrc.it) |
IDYLEI | 2001~2004 | 法国、南非 | Pierre Fréon(pierre.freon@ird.fr) |
LIFECO | 2000~2003 | 挪威、德国、英国、丹麦 | Michael St.John(michael.st.john@uni-hamburg.de) |
NATFISH | 2002~2004 | 挪威、摩洛哥、毛里塔尼亚、塞内加尔、意大利 | Leo Nykjaer(leo.nykjaer@jrc.it) |
OFCCP | 2001~2004 | 美国、墨西哥、澳大利亚、法国、新西兰、日本、美洲国家金枪鱼委员会 | Patrick Lehodey(plehodey@cls.fr) |
SARDYN | 2002~2006 | 葡萄牙、西班牙、希腊、英国、挪威、法国 | Carmela Porteiro(carmela.porteiro@vi.ieo.es) |
TASC | 1996~1999 | 挪威、英国、丹麦、冰岛、德国、法国、ICES | Kurt Tande(kurtt@nfh.no) |
VIBES | 1997~2000 | 法国、南非 | Pierre Fréon(pierre.freon@ird.fr) |
项目名称 | 时间 | 参与国家和组织 | 主席(2010年) |
气候对海洋顶级捕食者的影响 Climate Impacts of Oceanic Top Predators(CLIOTOP) | 2005~2014 | 美国、澳大利亚、法国、西班牙、新西兰、日本等 | Patrick Lehodey (plehodey@cls.fr)and Olivier Maury(maury@ird.fr) |
亚北极海域生态系统研究 Ecosystem Studies of Sub-Arctic Seas(ESSAS) | 2005~2014 | 美国、加拿大、挪威、德国、丹麦、俄罗斯、日本等 | Geoge Hunt(glhunt@uci.edu)and Ken Drinkwater(kendrink@imr.no) |
鳕鱼与气候变化 ICES-Cod and Climate Change(CCC) | 1993~2009 | ICES参与国家 | Geir Ottersen(geir.ottersen@bio.uio.no)and Kai Wieland(kwi@natur.gl) |
气候与生态系统动力学整合 Integrating Climate and Ecosystem Dynamics(ICED) | 2008~2017 | 英国、西班牙、美国、法国、澳大利亚、德国、荷兰、俄罗斯、巴西、比利时、加拿大 | Eugene Murphy(iced@bas.ac.uk) |
气候与容纳量 PICES-Climate Change and Carrying Capacity(CCCC) | 1993~2009 | 日本、中国、韩国、俄罗斯、加拿大、美国 | Hal Batchelder(hbatchelder@coas.oregonstate.edu)and Michio Kishi (Kishi@salmon.fish.hokudai.ac.jp) |
小型鱼类与气候变化 Small Pelagics and Climate Change (SPACC) | 1993~2009 To be continued as SPACC II from 2010 | 西班牙、法国、德国、日本、智利、秘鲁、塞内加尔、毛里塔尼亚、葡萄牙、美国、墨西哥等 | Dave Checkley(dcheckley@ucsd.edu)and Car van der Lingen(Vdlingen@deat.gov.za) |
南大洋GLOBEC Southern Ocean(SO)GLOBEC | 1991~2009 | 美国、澳大利亚、英国、德国、国际捕鲸委员会 | Eileen Hofmann(hofmann@ccpo.odu.edu) |