下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
青藏高原的形状是一个椭圆形体，长轴3000千米，短轴2400千米，南北约跨10个纬度，东西约跨35个经度，平均海拔在4000米以上，面积约250万平方千米，约占我国陆地面积的四分之一，是世界上最高、地形面积最复杂的大高原。它是中华民族两条母亲河的发源地，造就了中国的一方沃土，是华夏文明乃至整个人类文明的一块瑰宝，被誉为世界屋脊、地球第三极。
这样一个大块头横亘于大气之中，不可能不对大气环流产生巨大的影响。的确，青藏高原具有着独特的天气、气候和环流。由于其高度，青藏高原的空气比较干燥、稀薄，太阳辐射比较强，气温比较低。由于其地形复杂和多变，青藏高原上气候本身也随地区的不同而变化很大。总的来说，青藏高原上降雨比较少。
青藏高原本身也是影响地球气候的一个重要因素。它不仅是我国一些天气系统产生的源地，而且还是外来天气系统有效的改造场所。古生物学和地质学的考察表明，青藏高原的隆起使全球的气候发生了巨大的变化。作为一个高大的阻风屏，它有效地将北方大陆的寒冷空气阻挡住了，使它们不能进入南亚。同时，喜马拉雅山脉阻挡了南方温暖潮湿的空气北进，这是造成南亚雨季的一个重要因素。
风由于这样大尺度的地形障碍对气流的强迫绕流、爬升和摩擦等作用，以及高原在对流层高空的冷热源作用，它不仅极大地影响着我国的天气气候，而且向东可以影响太平洋彼岸的美洲，向西可以影响阿富汗和伊朗等地的气候，向南则影响可以超越赤道，对东亚、北半球甚至整个地球的环流、气候，都有着重要的影响。有这样一种说法，青藏高原是中国的，因为它的主体在中国，青藏高原也是世界的，因为它的影响波及全世界。
青藏高原
新中国成立之前，虽然已经有了关于地形对大气环流影响的研究，但青藏高原气象学却还是一块空白，没有人对那里的气象状况进行过研究。因此，青藏高原的气象对人类来说基本上是个谜。
新中国建立后，在党的关怀下，青藏高原的气象事业有了开拓性发展，建立了不少测站。为了更好地为国防和经济建设服务，为了揭开青藏高原的气象之谜，以叶笃正为首的气象工作者对青藏高原上的环流、天气和气候以及青藏高原对东亚环流和天气的影响进行了大量的工作，为我国的高原气象事业作出了贡献。
身为青藏高原气象学的奠基人，叶笃正把自己大半生的心血都献给了这项有着深远意义的研究。时至今日，每每谈及青藏高原和大气环流，叶笃正神情就会变得像年轻人那样，语调铿锵有力，眼眸放出光彩。
叶笃正是在20世纪50年代开始关于西藏高原气象学研究的。1959年，叶笃正和他人合著《西藏高原气象学》，从此开辟了青藏高原气象的新的学科领域。1979年，叶笃正、高由禧等人合著《青藏高原气象学》一书，随后他的学生吴国雄领导的科研小组对青藏高原大尺度环流进行了大量研究，高登义也对高原环境做了大量研究。这一系列研究和我国学者的其他关于青藏高原气象研究，使青藏高原气象学这门学问系统地建立起来了。所以说，叶笃正创立了青藏高原气象学，开辟了一个新的研究领域。
青藏高原
青藏高原气象学就是研究青藏高原对大气运动的动力和热力作用及其对天气和气候的影响的一门学科。它的研究内容主要包括：青藏高原上特殊的天气和气候规律，高原天气系统的生成、移动和演变特征，提高预报准确率，高原的热力和动力特性对于东亚大气环流甚至整个北半球大气环流的作用，以及高原对下游地区天气、气候的影响。这些研究为中国天气预报和数值预报提供物理依据。
50年代初期，在两次科考队收集的数据基础上，叶笃正首先发现围绕青藏高原的南支急流、北支急流及它们汇合成为的北半球最强大的急流，严重地影响着东亚天气和气候。他与联邦德国气候学家弗隆（Flohn）各自指出了青藏高原在夏季是大气的一个巨大热源。叶笃正还首先指出青藏高原冬季是冷源；他同时深入地研究了夏季青藏高原热源及其对东亚大气环流的影响。由于他的研究工作，国际上才接受了大地形热力作用的概念，为青藏高原气象学的建立奠定了科学基础。目前，随着观测手段的改善，高原气象学的研究已取得较大进展，正逐渐成为气象学的一个重要分支。
《青藏高原气象学》一书是叶笃正等人关于青藏高原气象学研究的系统总结，也是国际公认的最权威的奠基性著作，被国际气象界广泛引用。书中，他们把青藏高原对大气运动的影响分为如下三种。
第一，机械动力作用。这种动力作用影响的范围很广，从地方性环流到全球范围的环流都受高原牵制。气流过高原或山脉时，或者爬坡，或者绕过。青藏高原是一个高4000米左右的椭圆体，气流过山时，当然要爬坡，但是沿椭圆体边缘绕行也非常重要。
第二，热力影响。地表接收的太阳辐射在一天内的变化和一年内的季节变化，都与山脉的坡度、走向有关，也与山脉高度有关。暖空气从冷空气身上向上爬，形成对流。局部地区夏季平坦地面过度受热，也会形成对流。这种对流十分强劲，对四周气流有阻碍作用。高原上山峰林立，形成一个个“热岛”，加强了高原的对流活动。这种对流活动对气流的影响相当于增加了高原的有效高度。
第三，气流过粗糙面时，形成貌似杂乱无章的湍流。近地面摩擦在高原表面使气流减速，而离高原较远处则照常行进，因而会产生地方性涡旋。
《美国气象学会通报》1991年在介绍美国气象学会荣誉会员叶笃正的科研成就时指出：“他在世界上第一个确认西藏高原的热力效应并且用数学方法加以表述，而在此之前人们主要是把高原作为动力机械强迫来对待。”2003年的《世界气象组织通报》则说，叶笃正是提出世界上最大的高原夏季是热源、冬季是冷源的第一人。
1956年，叶笃正、顾震潮的成果《西藏高原对东亚大气环流及中国天气的影响》获国家自然科学三等奖。1980年，叶笃正、高由禧等15人的成果《青藏高原气象学》获中国科学院重大科研成果二等奖。
青藏高原气象学的开创，为中国的天气预报和气象预报奠定了基础，这些都是当时国际气象研究的前沿方向。正是凭着这些原创的科学成果，叶笃正和他的同事们结束了中国千百年来“天有不测风云”的时代。
叶笃正对青藏高原气象学的重大贡献之一就是关于冷、热源的研究。
在《青藏高原气象学》这本专著中，叶笃正等科学家揭示了有关青藏高原的动力作用、热力作用及其影响的许多事实，指出了青藏高原的冷源和热源作用及其季节变化和日变化，以及高原对邻近地区的天气和气候的影响。
60年代，青藏高原的冷热源作用进一步引起了人们的注意。联邦德国的弗隆等许多学者认为，青藏高原地面对大气的感热加热是显著的，其地形性的降水，尤其是高原东南侧的孟加拉国地区，降水的潜热加热有更重要的作用。70年代，人们揭示了更多有关青藏高原地区的天气和气候的特征，对青藏高原的热力作用进行了更多的分析研究，并开展了一系列流体模型模拟实验和数值试验，得到不少有意义的成果。
从70年代后期以来，人们对青藏高原地区的辐射平衡和各分量，都进行了实地观测和分析研究，对地气系统的热量平衡也直接或间接地进行了计算，还利用实测资料，进行高原对大气加热和高原对大气环流影响的数值试验和动力学研究。
青藏高原是热源，还是冷源？这一问题在叶笃正和弗隆之前基本上是没有答案的。
1957年，叶笃正、罗四维、朱抱真在《气象学报》上发表《西藏高原及其附近的流场结构和对流层大气的热量平衡》一文。文中首次提出了青藏高原夏季是一个热源，冬季其西南角有一部分是热源，其余地区可能是冷源的论断。他们对冷、热源的概念加以澄清，指出此前一些论文中对冷、热源的定义有不适当或不正确之处。然后提出了自己对冷、热源的定义。那就是，一个经常供给空气热量的区域为热源，一个经常向空气取出热量的区域为冷源。形成这些热源、冷源的热量得失由辐射、湍流和凝结、蒸发等净热量贡献得来。叶笃正等人对其中每一种加以计算，并将他们和大气的垂直运动与大气对热量的水平输送联系起来，讨论高空大气的热量平衡。
上述各种作用对大气的冷却作用需要由对大气供给的热量来平衡。地面与大气的热交换是由大气湍流完成的。叶笃正等人应用高原上地面的地温和气温资料，估计出地面对大气的湍流加热。他们最后得到结论：高原地区夏季肯定是一个热源；在冬季，高原东南部是热源，而其余部分可能是冷源。
具体来说，冷源和热源可为高原地面和高原大气的冷源和热源作用两种。凡是把热量供给大气的高原地面称为热源；反之，则称该地面为冷源。同样，当高原上空的大气把热量输送给四周大气时，则称高原大气为热源；反之，则称该大气为冷源。
叶笃正在《青藏高原气象学》中把上面计算所得的冷、热源称为地面冷、热源。同时，他又给出了一个叫做大气中的热源的定义。他认为，真正用于当地大气中的热量收支有五种，就是来自地面加热的热辐射、来自地面的湍流热输送、来自太阳的热辐射、来自当地凝结降水的加热等。这样计算的热量收支，就把当地蒸发的水分未能在当地形成降水的一部分热量剔除在外了。按此方法计算的结果是，高原向四周大气输送的热量，其中3—9月高原大气都得到热量，是个热源，而10月至次年2月则是冷源。可见，在应用大量资料计算以后，所得的结果仍然没有改变叶笃正等人在1957年论文中应用少数年份资料得出的结论。
叶笃正在1979年出版的《青藏高原气象学》总结篇中，以1959年出版的《西藏高原气象学》和1979年出版的这本书进行比较，阐述了这20年来我国对于青藏高原气象学的研究所取得的进展。
叶笃正指出，对高原上冷、热源问题，过去只知道高原夏季是个热源，冬季如何没有定论。现在可以说，无论冬夏，就整个高原平均来说，相对于大气，高原都是个热源；而相对于四周大气来说，高原上空的大气在冬季是冷源，夏季是热源，且热源强度在春末夏初有个迅速的增强。
他指出，由于大气冷、热源存在冬夏的变化，由于高原地面和大气的冷、热源作用，使青藏高原及其邻近地区冬夏盛行风向发生近乎相反的变化；随着风向的变化，天气系统和气候特征也有明显的季节变化，使得高原近地层平均系统在冬季是个闭合冷高压，夏季是个闭合热低压。冬季高原上闭合的冷高压和蒙古的冷高压在平均图上是两个独立的系统；夏季高原上的热低压和印度的热低压在平均图上也是两个独立的系统，从而产生了高原季风。
这种季风不仅有年际变化和日变化，还存在着14天的准周期变化。青藏高原冬季为冷源，这时边界层里常出现冷高压，高原北部盛行西风，南部盛行东风，全高原常是干冷、少降水的天气；夏季相反，青藏高原为热源，边界层里多出现热低压，高原北部盛行东风，南部盛行偏西风，全高原为湿“暖”多雨雪天气。青藏高原冬夏季风的存在，使高原所在的经度带内，夏季的哈得利环流改变为强大的季风经圈环流，且因为冬季高原季风的经圈环流和哈得利环流的流向一致，该地区冬季的哈得利环流显得特别强大。
1979年，叶笃正、杨广基和王兴东在《大气科学》上发表了《东亚和太平洋地区的平均垂直环流》一文。该文分夏季和冬季两个部分，指出了高原上空大气冬夏冷热源的变化在垂直环流上也起着重要作用。
在冬季，高原上大气的冷源加强了亚洲这一经度带的经典的哈得利环流，他们给出的冬季沿经圈方向的垂直环流图在东经55°—140°（即从伊朗高原至日本）范围内。北纬25°以南是一个强大的哈得利环流，它在低纬度和赤道地区上升，在北纬25°（即我国江南所在纬度）附近下沉。他们又单独给出了青藏高原所在的东经90°的环流图，其中哈得利环流更为强大而且伸展到北纬30°以北。反观中东太平洋地区的环流图，哈得利环流就很弱了。由此他们得出结论，冬季北半球的哈得利环流可能主要是大陆上的产物。他们认为，高原地区强大的哈得利环流表明高原上空大气是个冷源。
根据气流的经向和纬向分布，他们绘制了冬季气流分布的立体图像。一支气流来自南半球，在东经100°附近越过赤道。另一支气流来自东经80°附近的低纬度地区。这两部分气流自赤道及低纬度地区从东南向西北上升，到北纬10°—15°处转向东北上升，到达高原附近的北纬20°以南后转向东北下沉。这就是青藏高原及东亚地区北纬25°以南的哈得利环流。除此之外，还有一个自高原出发流向中太平洋和东太平洋的气流。
在夏季，高原上的热源使得由高原上升的气流流向东太平洋、北非和南半球。这就一方面形成在纬圈方向以高原为上升气流的垂直环流圈，另一方面也使高原和遥远的地方发生了遥相关。此外，在这些大垂直环流圈之内，高原大气和紧邻高原的大气之间还有次一级的垂直环流圈。这次一级环流圈的下沉气流有着重要的气候意义。
根据上面的经向和纬向环流，叶笃正等人给出了夏季环流的立体图像。其中季风环流从孟加拉湾先向东北上升又转向西北爬上高原，然后向西南回转并越过赤道到南半球下沉。另一条气流则从高原出发一直跑到东太平洋下沉。同时，还有从高原出发到阿拉伯海下沉的气流。
高原上冷、热源强度迅速的季节变化，是引起东亚环流季节性突然变化的一个重要因素。它之所以重要，一方面是因为这个冷、热源所处的高度高（在对流层中部），它的作用就比处于海平面同样强度的冷、热源大。另一方面也因为这个冷、热源所处的纬度带正好是副热带——东西风带季节性的过渡带。在行星风系自冬至夏北撤的大背景下，高原上的加热作用加速了，也提前了这一带西风的北撤。同样也是由于它在夏季正处于东西风带的过渡区，它的加热作用才更加显著，使得原在南亚的对流层上部和平流层下部的巨大高压能迅速地移上高原，成为青藏高压。
由此看来，庞大的青藏高原不仅在东亚大气环流中地位显赫，而且远涉重洋，跑到中、东太平洋和南半球去访问，青藏高原真正从中国走向世界了。
叶笃正在《青藏高原气象学》中认为，高原气流的这种远距离跋涉，可以形成一种遥远地区之间的关联，对长期大气预报工作有重要启发。
我国的气象工作者普遍地存在这样的认识，就是在环流的季节转变期间，不少重要大气的环流现象或者是几乎同时出现，或者是有顺序地先后出现。如青藏高压和南亚低纬高空东风急流是同时出现的，西南季风的爆发和长江流域梅雨期的开始也几乎是同时出现的，而西南季风的爆发和南亚高空东风急流的建立在时间上也是有联系的。叶笃正认为，这些现象在时间上的联系是大气环流季节演变整体中的一部分，是全球尤其是欧亚大陆上的冷、热源分布的季节变化引起的。而且东亚大气环流季节演变过程中的一系列现象具有内在的联系，而高原的加热是其关键之一。
叶笃正进一步指出，高原冷热源强度不但有着迅速的季节变化，也有着显著的日变化，由此引起近地面层天气系统也有明显的日变化。
到现在为止，对一个地区云量的长期预报是很困难的。从云量角度估计未来高原加热强度的变化也是很困难的。但高原地表面的物理性质的变化是预先可以估计的，主要决定于积雪的面积大小、深度和时间长短。雪有很强的反射能力，可把70%—80%的太阳辐射返回天空，它可以使下垫面对太阳辐射的吸收减少60%。所以积雪时间长、面积广、厚度大的雪盖可以大大地减小高原的加热强度。而且积雪还有这样一种反馈作用，就是积雪的面积愈大愈深，反射太阳辐射的能力愈大，就使得近地层大气温度愈低，于是愈加长积雪的时间，也就愈加长它对环流影响的时间。
此外，面积大和深度大的积雪在融化期间要大量吸收土壤和近地面空气的热量，这也是降低地面和近地层空气温度的另一种方式。在大量积雪融化之后，土壤湿度也会增加，随之土壤的物理性质也会有一定程度的改变，这也会改变它对太阳辐射吸收能力，因而影响了高原上热源强度。基于这种推论，叶笃正提出了用冬季高原上的积雪情况作为我国长期天气预报的一个指标，这不能不说是一个了不起的突破。
关于青藏高原动力学的问题，叶笃正等人在《青藏高原气象学》一书中，对其详尽而系统地作了论述和分析。
青藏高原上空，空气稀薄且杂质少，密度仅为平原上空空气的一半，所以太阳辐射强；地面的季节变化和日变化非常显著；地形的动力和热力扰动也很多。因此，和同纬度地区相比，青藏高原的天气气候有着其独特的特征。而特征都同青藏高原的动力作用和热力作用有关。
高原的动力作用，包括机械作用和摩擦作用两种。
所谓的机械作用是指，冬季，当西风气流经过高原时，6千米以下的迎风面被迫明显地分成南北两支，沿地形等高线而绕流。到达高原背风面之后，这两支西风重新会合，形成了高原地区对流层中低空极为明显的北脊南槽的环流形势。夏季，当东风气流经过高原时，虽有分支绕流的现象，但不如冬季明显。
由于青藏高原的阻挡作用，西风带的长波槽移到高原西部时，低槽中部被阻挡和填塞，切断成南北两个短波槽，分别绕过高原，沿着高原南北两支西风东移，影响高原及其东部地区的天气。
青藏高原对大气流动的强迫爬坡作用也非常重要。冬季，高原西坡和北坡出现爬坡气流，而东坡和南坡则为下滑气流；夏季正好相反。因此，冬季高原西坡和北坡比东坡和南坡降水多，夏季东坡和南坡比西坡和北坡降水多。
青藏高原的摩擦作用也是个重要问题。对此，叶笃正十分关注。摩擦作用加大了高原有效的高度和有效的大小范围，也就加大了高原的动力作用。结合高原上的特殊地形，地表的摩擦作用使高原上行，高原侧边界所受的影响更为突出，它使接近侧边界的气流速度减小。但离侧边界较远的自由大气，流速不发生变化，从而形成侧边界附近气流的水平切变，产生了涡度。冬季的时候，在高原北部西风侧边界里，常出现涡旋，而在高原南部的西风侧边界里，常有涡旋产生。夏季则不然，高原北部仍为西风侧边界，常有中尺度反气旋产生。但高原南部由于是东风侧边界，也常常产生中尺度的反气旋。
70年代，在叶笃正的领引和指导下，气象科学家们在旋转流体中模拟了青藏高原对环流的影响，有纯粹的动力作用、热源作用和冷源作用。试验装置虽然简单，青藏高原的模型也不过是一个理想的半椭球体，但东亚环流中许多重要现象在这个简单的旋转的圆环中模拟出来了。更有意思的是，通过转盘模拟试验，使人们对东亚环流在季节变化中不少现象的内在联系有了比较深入的了解。
当前，温室效应、全球增暖、臭氧层破坏、森林锐减、物种灭绝、土地退化和淡水资源短缺等一系列重大全球性环境问题正困扰着人类社会，涉及地球的可居住性这一重大战略性科学问题。
全球变化的研究具有高度综合和交叉学科研究的特点，是国际科学界为迎接上述全球性环境问题的挑战而提出的重大科研课题。它标志着地球科学、宏观生物学的研究进入了一个新的深度和广度，有利于学科间，特别是基础学科与应用基础学科间的相互渗透和横向联合，促进科学的发展。
全球变化的研究是以地球系统科学为指南的。它从整体的角度出发，将地球的大气、水圈（含冰雪圈）、岩石圈和生物圈看成是具有有机联系的“地球系统”，把太阳和地心作为两个主要的自然驱动器，人类活动作为第三促动因素。发生在该系统中的重大全球变化，是在上述力的驱动下，通过物理、化学和生物学过程相互作用的结果。
1982年，由世界气象组织秘书长提名，叶笃正担任了由国际科学联盟和世界气象组织共同建立的世界气候研究计划的联合科学委员会常务委员，并连任两届。在担任常委期间，他参与了世界气候研究计划的制订。与此同时，叶笃正开始在我国组织与世界气候研究计划有关的研究。1985年，中国气候研究委员会成立，叶笃正担任委员会主任。
20世纪80年代，国际上兴起了全球变化的研究，该研究把地球的各个部分（大气、水、冰雪、陆地、生物）作为一个整体，研究其中各种过程的相互作用，从而进行包括气候在内的全球环境演变研究。其最大特色之一是把地球的有生命过程和无生命过程有机地结合起来，同时强调了人类活动对全球环境变化的影响。这是迄今为止地球科学最大、最复杂的一项国际合作研究项目。从一开始叶笃正就积极参与了这项国际合作研究的规划，并发挥了重要作用。
叶笃正等人在该研究中提出了早期信号问题。他们认为，气候和植被过渡带是气候和环境变化的最敏感地区。如有变化，应在这些敏感地区先开始，因此它应在研究全球变化中受到重视。这个观点受到国际科学界的重视。
如今，叶笃正的名字已与全球变化研究这项世界瞩目的国际合作项目联系在一起，他被世界气象组织评价为“全球气候变化研究的开创者”。但他步入这一领域、白手起家的过程并不是一帆风顺的。正如鲁迅先生所言：“世上本没有路，走的人多了，也就成了路。”叶笃正，正是第一个探路的人。
1984年初，美国气象学家马隆（Malorle）与叶笃正通信时，谈到全球变化这一崭新而又尚未形成学科的问题。随后他和其他两位科学家来北京访问，以寻求合作，探讨全球变化这个大课题，其中也包括气候变化、环境变化。叶笃正和符淙斌接待了他们，和他们讨论了这个全新的全球变化问题。
当时很少有人支持这项研究，可叶笃正早就意识到这项研究的重大意义，当即表示愿意与美国科学家合作开展这项工作。座谈会后，叶笃正、符淙斌、陈泮勤和另一位科研人员组成了一个研究小组，在中国开始展开全球变化预研究。
然而，当时许多人尚不知“全球变化”为何物，更多的人还没有认识到由于人类自身的活动，大量排放二氧化碳会影响到大气，会导致气候的变暖。他们的工作自然也难以得到更多的人理解。因此，当叶笃正准备介入这一课题的研究时，有人竟然说：“全球变化就让它变吧，关我们什么事，我们研究它干什么？”
叶笃正是一个认定了就一定要做下去的人。这些话虽然给他带来了压力，但动摇不了他的决心和意志。叶笃正最终还是顶住了压力，并全身心地投入到全球变化研究之中，踏上了一条荆棘丛生、遍布坎坷的探索之路。他说：“只要我认为是对的，我就要坚持，我就要研究下去，就顶着也要做。”简单平实的一席话，却掷地有声。
经过不懈的努力，叶笃正终于在这一领域形成了自己的理论体系和拥有了明确的研究思路。他认为，导致全球气候变化的原因是多方面的。因此对于这一大课题来说，必须要从对其有影响的各个方面的细节着手，比如气候怎么变、环境怎么变、温度怎么变、降水怎么变等等，然后才是整体会怎么变，会变成什么样子，人类应该如何避免、如何应对等等。
我们今天已经熟悉的很多概念，比如温室气体、全球变暖等，在80年代中期还是陌生的，那时的人们还没有意识到人类的活动可以导致气候的变化。
1984年7月，国际科学联盟（ICSU）在加拿大渥太华召开第一次全球变化大会，组织全球变化国际计划的可行性研究，数百名科学家参加了这次大会。叶笃正和符淙斌应邀在会上发表了《全球变化——一个全球性的多学科科学问题》的报告。报告第一次指出了10—100年应当是全球变化研究集中关注的时间尺度，讨论了气候变化与全球变化的联系和区别。在这次大会上，符淙斌还就气候与生态系统过渡带在全球变化中的敏感性问题发表了评论，受到与会生态学家的高度重视。
1986年，ICSU正式批准建立国际地圈—生物圈计划（简称IGBP），标志着全球变化科学新领域的诞生，叶笃正担任该计划的特别委员会成员。1989年，叶笃正和符淙斌在《气候变化》（Climatic Change）杂志上发表了全球变化可预报性的讨论文章，提出了地球系统的记忆能力和系统各组成部分变化之间的相互适应问题。
80年代中后期，叶笃正、符淙斌和陈泮勤等组织了中国全球变化的预研究，并且提出将面向国家重大需求，又有全球意义的科学问题作为我国全球变化研究的重点。1988年，在国家有关部门的支持下，他们发起成立了IGBP中国委员会，并着手制订IGBP国家研究计划。在这个计划中，叶笃正等人提出了两个方面的科学问题。
第一个方面是全球变化对东亚和我国生存环境变化和可持续发展的影响，其中包括全球增暖对东亚季风的影响、对水资源和气候灾害出现频率和强度的影响、对农业的影响以及对海平面高度变化的影响等。
另一个方面是具有全球意义的区域性生存环境问题，其中包括季风气候、生态系统相互作用、人类活动（主要是土地利用在生存环境中的作用）、生存环境的敏感带和变化的突变性等。
“八五”期间，叶笃正作为气象学界首席代表，担负起国家重点科研项目之一“全球变化和我国未来（20—50年）生存环境变化趋势的预测研究”的重任。这一项目被列为国家攀登计划首批科研项目。与此同时，在中国科学院、国家科委、国家自然科学基金委等部门的支持下，一批与全球变化有关的研究项目相继立项实施，有力地推动了中国全球变化的研究。
20多年来，叶笃正等人提出了一系列重要的科学思想。在叶笃正的组织和倡导下，我国的全球变化研究大发展，取得了一系列重大成果，对IGBP科学计划的形成和发展作出了重要贡献。
1996年1月11日，国际上的全球变化分析研究培训系统与中国科学院在北京合作成立了全球变化东亚区域研究中心（简称“东亚中心”），以期待进一步发展和加强这一领域的国际合作和学术交流。中心挂靠在中科院大气物理研究所。它以组织东亚区域全球变化问题的研究，实现区域内数据信息的共享，为发展中国家培养高层次人才，向决策者提供最新成果，为东亚各国政府在环境保护、资源开发和经济发展等重大问题方面提供咨询和建议为宗旨。80岁高龄的叶笃正担任主任，符淙斌任执行主任。2003年又成立了中国科学院区域气候环境重点实验室。现在，由东亚中心提出的季风亚洲全球变化区域集成研究计划，已成为国际研究计划。国际项目处正式建成。按照国际惯例招聘的荷兰籍项目处主任于2005年10月到京赴任，项目开始正式运作。该项目启动后，符淙斌任科学委员会主任。
叶笃正是世界气候研究计划和国际地圈生物圈计划的设计者和组织者之一。他提出了一系列重要的科学思想，为计划的制订和实施作出了重大的贡献。
叶笃正提议并筹划了在我国开展的第一个国际地圈生物圈计划的重大科学实验——黑河流域陆面过程试验，它的成果被国际上随后的一系列试验所应用。他和他的同事所倡导的有序人类活动的研究和实践，对抑制全球环境的恶化有重要意义。
如今，气候变化的趋势已被大家认同。对一个课题坚持研究两三年还是比较容易做到的事，但是坚持这项研究已近20年确非易事。这是多么漫长的岁月，要经历多少风风雨雨。人的一生能有几个20年啊！如果没有为真理而奉献一切的执著之心，是难以做到的。
全球变化科学是20世纪80年代开始的一个新兴科学领域。它的科学目标是描述和理解人类赖以生存的地球环境系统运转的机制，它的变化规律以及人类活动对地球环境的影响，从而提高对未来环境变化及其对人类社会发展影响的预测和评估能力。
很多人都看过美国影片《后天》，而现实生活中，各种不均衡的高温、干旱、暴雨、洪涝、沙尘暴等恶劣的自然灾害频繁地侵袭着人类生存的家园，一次又一次地给人类敲响了警钟。这让人们不由得联想起影片中的那些“恐怖”的场景，我们也常常在气象预报中听到“这种恶劣天气还将继续延续”的报道，难道《后天》的预言真的会成为现实吗？
英美两国气象学家曾通过系统科学考察宣布，1976年以来，全球气温以平均每10年提高0.2摄氏度的速度升高，全球正加速变暖，导致这一现象的主因就是无序的人类活动。然而，瑞士日内瓦大学地质学院教授埃里克·达沃最近提出一个与此对立的观点，认为是自然界周期性的变化而不是人类活动对全球气候起主导作用，温室效应不会使地球越来越热；相反，从气象史的大循环来看，地球会加速向“冷却”的方向演变。
权威专家对同一现象得出了相反的结论，究竟哪个结论更为合理？叶笃正认为，人类活动已经对人类自己的生存环境产生了重大影响，如果不将由人类活动而产生的温室气体等问题考虑在内，我们将无法准确和全面解释全球气候异常变暖这一现象。因此，分析自然界本身的变化对全球气候的影响要用辩证的、发展的思维和眼光。就地球存在的漫长历程而言，相对于自然界的变化，人类活动对全球气候的影响可能较小。但从人类社会发展史来看，人类活动确实直接影响了全球气候的变化，这一点在工业革命以后尤其明显。
近百年来，人类无序的活动造成了环境的急剧恶化。自19世纪后半叶的工业革命以来，人类生产大规模发展，造成了化石燃料大量消耗。科学界认为，近百年来全球变暖的原因之一，就是化石燃料产生的二氧化碳引起的温室效应造成的。全球变暖会产生一系列影响，如极端高温事件、旱涝灾害增加、海平面上升、沿海及岛国生存受到威胁、积雪和冰川融化、冰川退缩、湖泊水位下降和面积萎缩、水资源紧缺等等。这些已使生态系统难以适应，人类健康受到威胁。气候变化对人类的影响谁也不能低估，它已经成为全球共同面临的重大课题。全球气候变化对叶笃正来说涉及气象学、大气科学和气象业务的综合课题。
“我已经快90岁了，一直生活在北京。记得年轻的时候，北京每年都下很厚的雪，可现在很少了。人类的生产生活向大气中大量排放二氧化碳使全球气候变暖，不但影响中国，也深刻影响着世界。”在人们沉浸在经济急速发展的喜悦中时，叶笃正却怀着一份深深的忧虑。
90年代以来，全球变化研究进入了一个新的时期，其研究方向也有了重大调整。首先是从认识地球系统基本规律的纯基础研究为主，扩展到与人类社会可持续发展密切相关的一系列生存环境实际问题的研究；其次是从研究人类活动对环境变化的影响，扩展到研究人类如何适应全球环境的变化；再者是在更高层次上进行地球系统的综合集成研究。随着人类步入21世纪，科学技术的发展、社会文明的进步和经济的繁荣，为全球变化科学的发展提供了物质基础。
1997年，在联合国气候变化框架公约第三次缔约方大会上，通过了限制二氧化碳排放的《京都议定书》，使防止全球变暖从一个科学问题变成了一个政治问题。但由于美国的退出，使参与这项研究的很多科学家都受到了沉重打击。为全球变化研究付出大量心血的叶笃正呼吁人们行动起来，共同应对人类未来的命运。
全球气候变暖，究竟人类活动对大气和地球影响如何？人类将如何适应这个变化？怎样改变生产生活方式？应对变化，国家、政府、企业、个人分别扮演何种角色？在叶笃正一连串的问号中，“有序人类活动”的概念应运而生。他组织领导我国气象学界开始针对气候变化展开研究，并积极参加全球变化科学组织的创立。“地球上生存的每个人都要理解这个问题。这不是一两个人的事情，而是全人类共同要面对的。”
20多年前，几个美国气象学家不远万里来到中国，寻求叶笃正的支持。从此，人类才真正开始了对地球未来命运的关注。而今，叶笃正的名字已与全球变化研究这项世界瞩目的国际合作项目联系在了一起。
有一次，叶笃正和朋友及学生们一起畅游颐和园。面对风景如画的湖光山色，老人看得非常专注，嘴角绽开了丝丝笑意。他对身边的人说：“我这几年经常在想，现在人类的活动已经成了影响气象变化的一个重要因素。”如何才能使人类活动不致对气候变化产生负面影响呢？叶笃正谈到了他和符淙斌等同事正在研究的新课题——有序的人类活动。
和其他国际知名学者共同提出和研究有序的人类活动，是叶笃正和符淙斌等对全球变化的又一个重要的学术贡献，是他们为对付全球变暖、土地退化等全球变化的负面影响开出的一个药方。叶笃正强调，因为过去人类的活动多是无序的，才产生人们不希望看到的气候和环境的变化。如果人们想让社会和经济能持续地向好的方向发展，那么人类活动要有序才行。
人类自诞生以来，就在地球上生活和生产。为了发展生产和改善物质生活，人类对地球进行了前所未有的改造。然而，人们在不断深化对地球系统自然规律认识的同时，也越来越多地认识到人类活动已成为推动地球系统变化的另一个强迫力。这种强迫力在10—100年尺度上产生的影响已和自然力的作用相当或过之。通过农业、工业、社会和经济等彼此关联的活动，人类活动影响到地球的各子系统，地球各子系统及其相互作用产生的反馈又进一步影响人类的生存。
针对中国生存环境和社会经济发展的区域特征，以叶笃正为代表的东亚中心的科学家提出了“有序人类活动”，对适应未来变化的影响有了“有序人类适应”的概念，建构了“人类有序活动”的研究框架，推动合理地组织“有序的人类活动”，改善环境条件，适应全球变化的区域影响。“有序人类活动”和“有序人类适应”发展了上述概念，并进一步强调人类活动对其生存环境的能动作用。
在2003年气候变化国际讨论会上，叶笃正作为此次大会的科学指导委员会主席，在开幕的当天，为大会作了《有序人类活动》的报告。他指出，人类活动永远存在，而且会一直继续下去，而人类活动已经给气象条件带来了不可逆转的影响。问题在于，以往的人类活动多是无序的，今后人类应当约束自己，从事有序的活动。他所推崇的“有序人类活动”就是以可持续发展为目标和判断指标的，同时也提供可持续发展的方法理论和实际措施。
2001年，叶笃正、符淙斌等在《地球科学进展》上发表了《有序人类活动与生存环境》一文。2003年3月，世界气象组织在北京召开了气候变化国际会议，叶笃正作了《有序人类活动》的报告。
在文章和报告中，叶笃正、符淙斌等认为，人类活动是一个内容非常广泛的概念，它包含人类生存环境变化的规律及内在原因，人类活动对生存环境变化的适应，人类活动可能达到的最大的总体环境效益、经济效益和社会效益在内的一切人类可能形式的活动或行为，包括群体的、个体的、社会的、政治的、经济的、艺术的等等方面。
从保护人类生存环境的角度出发，什么样的人类活动才算有序的呢？叶笃正他们认为，有序的人类活动指的是通过合理安排和组织，使自然环境能在长时期、大范围内不发生明显退化，甚至能够持续好转，同时又能满足当时社会发展对自然资源和环境需求的人类活动。
有序人类活动是实现可持续发展这一战略目标的手段或措施。离开了有序人类活动，就谈不上可持续发展。没有有序人类活动，可持续发展难以具体化，难以落实，无法操作，也无法实现。因此，叶笃正等认为，研究可持续发展问题的实质就是研究如何进行有序人类活动的问题。
对于开展有序人类活动的研究，叶笃正等人从两个方面着手进行了科学的探索。
首先是建立区域环境系统的数学模式，并且应用模式进行虚拟（理想的）试验。叶笃正所在的全球变化东亚区域研究中心设计了一个包含气候、水文、生态等过程的区域环境系统集成模式，可以用以讨论人类各种虚拟活动产生的影响。他们研究了我国华北虚拟的人类活动对季风的可能影响。这个研究结果虽然是初步的，但它揭示了开展虚拟试验研究“有序人类活动”的潜力。
研究有序人类活动的理想模式，应该是在气候模式的基础上发展起来的，包括经济问题、社会问题和环境问题的“人类活动—气候环境模式”。这一模式将用一个子程序包描述包括人类活动的外在影响力，估算和评价任何一种人类行动——气候环境状态的总体效益，估算从一种状态变化到另一种状态的成本及可行性。这一模式目前还没有建立起来，但无疑是科学界努力的目标。
另一个重要的方面就是建立示范区，进行长期的监测研究。在科技部的支持下，东亚中心主持了一个基础研究重大项目——“973”项目。
在选定的试验站上，针对不同生态类型的不同阶段（退化—稳定—恢复），进行土壤—植被—大气之间水分、热量质和物质交换过程和生态过程的长期监测和另外选定的加强期观测。同时，应用卫星遥感监测结果进行数学模拟研究，并应用观测资料检验模式结果的可靠性作为改进模式的依据之一。
这个试验站位于气候、生态和土地利用的过渡带上，而不是在典型的气候、生态或土地利用区之中，因而是植被覆盖变化对气候变化最敏感的区域。同时，这个试验站注重动态的生态恢复过程而不是稳定的生态状态下的物理、化学和生物过程，因而直接针对人类活动影响下的自然过程。这个试验站已加入世界气候研究计划全球能量与水分循环试验的国际加强观测期计划的全球观测网，是30个基准观测站之一，并且是唯一由我国主持、投资和运行的试验站。
有序人类活动的研究目的在于进行有序人类活动的实践。这是这一研究的落脚点。试验站的建立及其开展的活动，把东亚中心研究项目的目标和地方生态的实践结合起来，并参与了国际合作，在全球、国家和省的不同层次上为生态环境的研究和建设作出了贡献。
叶笃正说，上面的框架虽然只是针对我国的情况提出的。但实际上，有序人类活动的研究适合全球，可以在更大的框架下展开。
“有序人类活动”是靠研究生存环境的演变过程，一步一步形成的大科学概念。它标志着我们对生存环境变化规律认识的深化和提高。从这里我们可以看到，前面所讲到的从强调对全球变化的影响和可持续发展的关系到倡导并开展有序人类活动的研究，叶笃正、符淙斌等人关于全球变化的研究大大地发展了，更加系统、更加深入，也更加丰富了。
这就是说，关于有序的人类活动的研究将形成一个新的学科，将使人类应对生存环境变化的挑战，在科学的基础上系统、有序地进行，将使持续发展落实到实处。