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《中国大百科全书（第二版）》的地球系统科学条目，全面阐述了这一分支学科。它是地球科学的重要分支学科之一，也是与地理科学联系最密切的重要学科之一，是从全球的高度，以系统科学的观点，将地球大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和人类圈及其相互作用作为一个整体来研究的科学体系。全球变化的各种事实及其对人类影响的紧迫性使科学界更加清楚地认识到，作为人类家园的地球，其各个部分都在相互作用，但人类却是从各学科的角度来认识地球和人类环境的各个部分，因而不能从整体上和根本上应对全球变化的挑战。对此，美国国家航空航天局在20世纪80年代建立地球系统科学委员会，组织优秀科学家撰写《地球系统科学：一种更为综合的见解》一书，首次提出地球系统科学的概念。目标是通过描述地球系统各部分及其相互作用的演化、运行，以及所有时间尺度范围内将会怎样继续演化等，获得对整个地球系统的科学认识；发展预报未来十年到百年内将发生的自然和人类活动引起的全球变化的能力。它强调一种整体的视角，将大气圈、水圈、岩石圈、生物圈作为一个系统来看待，重视研究发生在该系统中相互作用并主导全球变化的物理、化学、生物过程，特别是人类活动诱发的全球变化，从而最终揭示全球变化的规律，提高人类认识和预测全球变化的能力。在各系统知识积累的基础上，以多学科交叉研究和综合集成研究的方式，着重于全球环境及其变化的整体特征，以及在此背景下的各子系统的表现，包括各部分之间的相互作用和整体与个体之间的相互作用。其基本思路是对全球变化进行描述、理解、模拟和预测，将全球变化用一些基本变量来描述，并通过全球范围的长期、持续、同步（遥感和地面）观测和建立全球变量信息库来实现，并通过过程研究加深对全球变化的理解和认识，在此基础上建立数值模式、进行数值模拟、应用重建的过去环境记录检验模拟结构，对地球系统状态变量的变化趋势和范围做出预报。它提倡用尺度分析的方法建立地球系统运行的概念模型，用5个时间尺度定义全球环境变化：数百万年至数十亿年，数千年至数十万年，数十年至数百年，几天至几个季度，几秒至几个小时。特别强调对数千年至数十万年和数十年至数百年的全球变化研究，前者旨在通过重建古环境记录揭示地球系统的演变轨迹；后者是当前人类面临的最大挑战，对人类社会的利害关系和发展前景尤为重要。它通过两条途径从整体观察全球环境问题：①历史过程。通过研究全球环境的演变历史过程，认识地球曾经发生过什么行为，特别是整体行为，根据过去演变的规律为预测未来提供线索。②相互作用。对全球系统的各个部分和各种基本过程进行综合分析和模拟研究，通过构造子系统的模型，再利用观测事实对这些子系统模型进行综合分析，用统一的观点加以解释，就有可能得到一个整体性的图像。它将全球环境分为物理气候系统和生物地球化学循环两大系统，这两大系统都涉及地球系统的所有组成部分。物理气候系统强调地球系统各组成部分之间的物理过程，以及对全球环境变化特别是气候变化的调控作用。由于化学过程和生物过程影响气候变化，所以气候系统里强调的物理过程与化学过程、生物过程存在着紧密的相互作用。物理气候系统的子系统涉及大气物理与大气动力学、海洋动力学、地表水汽和能量循环等方面。生物地球化学循环更侧重化学和生物过程，以及化学和生物过程对物理过程施加的影响。生物地球化学循环的子系统为大气化学、海洋生物地球化学以及陆地生态系统等。物理气候系统和生物地球化学循环不是独立的，而是通过各种过程的耦合或相互作用紧密地连接在一起的。