21世纪的美国环境科学与技术

２１世纪的美国环境科学与技术　

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按语：美国总统科学技术政策办公室的主要职责是就各种有关科学技术的政策与预算方案的确定为美国总统提供咨询。该办公室曾于１９９７年编写了致国会的科学技术双年度报告，题名为“Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｈａｐｉｎｇ　ｔｈｅ　２１ｓｔ　Ｃｅｎｔｕｒｙ”。该报告包括引言和六章内容，分别涉及科学与基础研究、技术与美国的领先地位、国家安全与全球稳定、环境、健康和人力资源问题。对其中第四章的内容我们详细刊出，供院领导与资环局、计划局等部门制订“十五”规划参考。　　

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环境科学和技术的进步为创造可持续发展的未来提供了有利的保障，展望可持续发展的未来，环境、卫生、经济繁荣和生活质量之间会得到相互促进。美国总统可持续发展顾问委员会曾提到：　　　　“一个可持续发展的美国必将拥有增长的经济，它可以为当代人和子孙后代提供公平的机会来满足生存需要，并拥有一个安全、健康和高质量的生活。我们的国家将保护环境、自然资源基础以及所有的生命都赖以生存的自然生态系统的功能和生存能力。”　

？？？　在迈向可持续发展的征途中，我们必须面对来自不同的地点、不同的地区和全球环境所带来的挑战，比如保持生物的多样性、保护水资源、提高空气质量、减少有害物质的排放、减轻自然灾害（如飓风、地震、洪水和森林火灾等）的影响、防止同温层臭氧的耗减以及认识、缓解和适应气候变化等等。　

？？？　要有效解决这些问题就要求一种全新的环境科学和技术研究途径。对于普遍性的研究继续予以有力的支持是必须的，但仍然不够。我们需要应用科学和技术来积极追求可持续发展，预测未来并在环境问题产生之前来改变我们的进程，而不再仅仅是简单地在问题发生之后再做出反应。环境的治理和改善面临着一个重要的挑战，显然，为了对环境进行成本核算、优先区分、监视和治理就需要在发展、论证和评价创新技术方面做出不懈的努力。情况更多地表明，我们决不能重蹈过去短视行为的覆辙。我们能够通过预测和避免环境变化所带来的消极影响来获得最佳的可持续发展。　

？？？　这种评价的过程为将科学和技术应用于可持续发展决策提供了支持。科学家们从科学的角度出发，对环境问题进行批判性和综合性评议，并将结果传送给决策者，这对于研究及其类似的政策目的来说是极为有价值的。评价可以通过组织信息、建立起学科间的交流桥梁、发现知识的不足和指明新的研究方向来推动科学的发展。评价还可以通过建立科学中已知（具有一定的把握）和未知领域的决策知识库来促使决策取得进步。这种过程已成功地应用于国际政策讨论如全球范围主要的环境问题；包括臭氧耗减、气候变化和生物多样性的减少等。同样，它也被证明可以有效地应用科学来处理国家的、地区的甚至是某些地方的环境问题。在过去；政策决策经常受到科学的排斥，因此，加强科学和决策的联系是获得一个可持续发展的基本需要。　

？？？　在过去的十年里，在观测、计算和通信技术等方面所取得的巨大进步使得科学家通过大范围的交叉学科调查提高了我们预测环境问题的能力。我们已经在认识基本的地球系统机制方面取得了很大的进步，这种机制包括海洋、土地和空气等的碳循环等。基于卫星的测量使得我们对于从同温层的臭氧到太平洋西北部地区的森林等环境特征的现状和趋势有了新的认识；新的监测技术可以精确地记录空气、森林、耕地和水等的状况。长期的精确测量对于精确的环境评价和提高我们环境模型的质量等是十分必要的，这些模型由于使用高性能的计算机来模拟自然界，日趋成为非常有利的研究工具，其中蕴含着我们对于生物、化学和物理等的认识，使用这些模型就可以了解从事“环境试验”和研究与不同的政策选择所产生的结果，从而帮助我们预测和避免环境问题。　

帮助我们避免环境问题及其后果的知识和技术是我们的研究所面临的最大的挑战。人类的行为有着长期的后果：同温层臭氧洞在停止使用破坏臭氧层的化学物质的５０年内也不会消失；因化石燃料的使用所导致的大气层二氧化碳含量的增加将持续几个世纪。当导致这些消极影响的技术刚出现时，它们的影响并不明显。一个有力和全面的环境研究和发展计划可以帮助我们避免那些产生消极影响的技术的开发，并且可以减少相当多的成本。这里可以举一个例子：清理废弃的有害场所的代价以及联

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邦政府提供的设备成本估计在未来的２０年内将达到１　０００亿到１０　０００亿美元左右。我们的选择有着长期性后果，无论何种次佳的、非可持续的技术途径均意味着巨大的损失。正反两方面的结果都说明我们有必要在控制、避免环境危害和技术革新上进行投资。　

１　评价：公共利益中的科学　

？？？　３０年来，对环境与环境质量的科学认识都有了很大的进展。在掌握如何更加有效地管理环境和自然资源，治理由于以往的实践所造成的环境破坏等方面我们都取得了重大的进步，这在很大程度上归功于我们对于复杂自然系统认识的提高。与此同时，我们日益增长的知识也暴露出了在认识许多环境问题上存在的不足，我们需要更多的信息和新的方法更加实际和有效地来应付可能出现的重大环境问题。对于环境状况的评价和科学认识等方面的知识可以使我预期现在种种决策将带来的潜在后果，做出明智决策并避免将来可能出现的问题。　

对于全球范围内的环境变化做出的几个主要的国际评价表明了为什么这种评价过程是有价值的。在过去的十年里，美国的研究团体在记录和认识地球系统的各种要素——土地、海洋、空气、冰、动物和植物等——做出了积极的努力，其规模是前所未有的。　

严重的环境问题会威胁未来的经济和人类生活的质量，鉴于这种威胁，促使一些国际性全球工作计划，如世界气候研究计划、国际地圈生物圈计划、国际全球环境变化的人文因素计划等，在为分析和了解我们所处的世界方面做出努力，公开出版并传播了一系列描述我们这个星球状况的里程碑式的研究成果。　

？　　这些成果常常令人激动，举一例便可说明，气候变化政府间专门小组（１ＰＣＣ）的第二份评价报告认为，人类的行为已经改变了地球大气层的自然温室效应（地球大气层的自然温室效应可以使地球的温度保持一个合适的６０华氏度），从而导致气候变化，并将影响到农业、沿海地区、生态系统和人类健康等。　

？？？　ＩＰＣＣ的研究报告以及世界气象组织正在研究中的关于同温层臭氧消耗的评价和第１份全球生物多样性评价等形成了一个真正的全球性地球环境评价：我们对环境认识了什么？我们是怎样影响环境的？以及未来的环境将是怎样的？　

全球生物多样性评价　

？　　　生物多样性是由生物有机体、有机体之间的关系、它们和环境之间的关系以及它们的基因等组成。人类依靠地球生物多样性来获取食物、医药、建筑、衣服、能源、美学、灵感和对于保持环境质量起着关键作用的生态系统的服务如净化空气和水资源等。生物多样性已通过多种方式与我们的日常生活紧密相连，它同我们的经济和休闲娱乐密不可分。　

？　　全球生物多样性评价（ＧＢＡ）是第一个以生物多样性问题为科学基础的国际性同行评价，数以千计的前沿科学家致力于这个研究报告，它覆盖了包括与目前生物多样性减少相关的生物、生态、经济和社会等问题。全球生物多样性评价指出：科学信息的传播需要各国前来参加生物多样性大会，以便对已更新的知识有一个全面了解。它包括以下重要的结论：　

・有记录的动物和植物灭绝速度至少是预期的自然灭绝速度（最近５亿年里的平均灭绝速度，不包括大规模灭绝阶段）的５０～１００倍。当然，这种有记录的灭绝速度是实际灭绝速度的一个保守估计。　

・由于全球普遍范围内的动植物栖息地的减少或开发利用，成千上万的物种其实已濒临灭绝，因此，灭绝速度可以增加到背景速度的１０００～１００００倍。　

・即使在物种没有灭绝的地方，物种数量也在减少，它们所栖息的生态系统也越来越支离破碎。　・与以往主要的全球性生物灭绝不同的是，人类的活动是目前这种生物灭绝的根本起因。　・通过采取预防性的措施来挽救所有受到威胁的物种是不可能的，随着时间的推移，其方式选择的余地也变得越来越小。　

？？？　这种评价方法同时也给较小的区域带来了好处，正如南佛罗里达州生态系统恢复项目的例子所表明的那样。南佛罗里达州生态系统是特有的国家财富，它包括了佛罗里达州南部大沼泽地和佛罗里达湾，与佛罗里达通往南部的要隘紧密相连。地区开发导致了分洪和河道航道化，改变了河流的自然流向，从而导致了居民生活水平的不断下降。公众开始认识到生态系统长期的生存能力和可持续性对于旅游和渔业来说是至关重要的，正如南佛罗里达州的６００万人口的供水、经济和生活质量一样的重

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要。作为响应，联邦政府机构有能力也有责任在该地区联合州政府和其他一些部落通力合作，组成研究工作小组。其下属的科学组织，从学术团体、联邦政府、州政府和一些地方组织中获取许多相关的专业知识，为研究打下了坚实的基础，以支持旨在恢复南佛罗里达州沼泽地内或附近历史上有名的湿地基本的水文功能。这项研究在１９９６年得到了认真的贯彻执行。科学家将继续从事监测研究，以引导恢复工作向前发展。　

？？？　任何一种评价最重要的作用之一在于它能认清科学知识中存在的差距，从而有助于确定未来研究工作计划。在很大程度上，确定特殊问题与重点问题时，在环境科学领域保持高强度的基础研究是有效地进行环境评价的必不可少的条件。这不仅需要为环境科学和技术普遍性研究提供充足的基金，而且有义务完成一流的研究成果。　

？？？　政府部门的基金记录就是最好的证明：即使在财政赤字要求每年进行削减的压力下，环境科学与技术的基金数目仍保持每年递增。我们还建立了一项记录，在传统的基础性研究机构如国家科学基金以及其他的代表机构——如环境保护机构——继续优先考虑将竞争性的同行评价机制应用于基金资助和提供研究基金以外的支持。从研究团体和联邦实验室不断寻求具有竞争力的研究机会的科学家个人和团体是我们美国研究和发展系统中一股最强的研究力量。　

另一影响有效评价的关键因素在于创造和维持高素质的监测和观察项目。对长时间精确测量的需求涉及到环境研究、评价和管理的各个领域。没有它们，就不可能精确地描绘环境条件的现状和发展趋势。虽然在环境监测项目的设计和实施方面已取得了一些实质性的进展，但仍存在一些问题。许多项目仍然只重视单一变量而限制了空间覆盖范围。进一步来看，要保持对服务于资源管理目的的操作系统的持续支持比定义和发展新系统要困难得多。现在面临的挑战就是如何有效地综合许多的现有体系，从而达到全面而连续的覆盖范围，既有技术革新，又保持测量方法的延续性。　

２　预测：促进预报的研究　

最近环境科学与技术的重大进展之一就是创造了一系列新一代模型——分子模型、生态系统模型、全球系统模型、人类与工业过程模型，以及人类与环境相互关系模型。这些模型绝大部分是精确的测量技术、高明的测量战略和大大提高了的计算能力等相结合的产物。它们集大量的观察、实地考察和实验研究于一体，根据控制环境变化过程的基本的物理、化学和生物规律，形成了严密精确的框架。之后，研究人员在不同条件下对它们进行测试，以评价其可信度。　

这些模型促使我们足以能够从全球规模到微观层次对环境变化过程进行模拟实验，测试因果关系，并在某些情况下精确地做出预测。我们还可以用这些方法来认识引起各种变化的原因，测试各种不同的控制方案，做出进一步预测，以便早做对策。这些模型为更有效、更经济地解决问题提供了信息资料，使我们得以仔细研究一系列长远方案，并使我们能够预测？？？？？？？？？？？　当前决策带来的效果。　

大气—海洋偶联模型得出结论认为：由于人类影响已使过去一个世纪以来全球气温升高了大约１华氏度。如果下一世纪，煤、原油和天然气使用增加的预言属实，那么，根据这些模型预测到２１００年，全球平均温度升高２～６华氏度，海平面会升高２英尺。这些预测构成了污染排放控制的国际间谈判的依据，有助于避免“对气候系统的人为破坏”。　

太平洋盆地模型预测“厄尔尼诺”现象的出现越来越精确。太平洋东部热带地区变暖，对确定美国季节性气候状况，如太平洋沿岸低于或高于常年平均降雨量、美国东南部和西南部地区的洪水和干旱等，起到了非常重要的作用。预报“厄尔尼诺”现象，有助于农民调整播种时间和作物的品种，以获得好的收成；也有助于水利管理部门适时排放水，从而节省大量的排灌费用。通过改进大气预报模型和飓风模型，便于更精确地预报哪里将会发生山体滑坡。在过去的几十年里，这种预报使灾害发生时人员疏散更加及时，死亡人数也剧减。　

环境模型除预报气候与大气外，还具有其他用途。地下水流模型有利于准确定位地下污染物的流向。此类模型还被用来检测抽水计划，以便清除水中的污染物，减慢受污染的地下水流动，从而降低潜在的危害。　

？？？　４年来，模型的发展极大地增进了我们对渔业的认识，使我们能够预测未来渔业储量，从而可以改善对该项重要自然资源的管理。例如，国家大气海洋管理局所实施的“白令海渔业海洋学协调调查计划”，目前能够提前３年预测绿鳕的储量，对维持这一具有１０亿美元的工业做出了重大的贡献。在

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整个渔业资源目录中处于“未知状态”的比例已由３０％降到２２％。对渔业的进一步认识有助于渔业的管理决策，从而使过度捕捞或过度开发渔业资源的比例从１９９２年的４５％降至１９９５年的３３％。　？　　以上及其他诸多事例，从减少使用生产资料到改进设计以生产更节能的汽车和飞机等，均有助于增强公共安全意识，改善环境，使得社会活动更能适应于环境状况——用经济的方式实施上述行为是通过建立计算机模型，而不是通过建立昂贵但不完整的物理模型，或者是从事对环境潜在危害的实验。　

植被／态系统模型的分析项目　

研究全球气候变化中最重要的一个问题，就是生态系统对气候的变化和大气中二氧化碳浓度发生的即时变化作何反应。直到最近，仍无法模拟此类变化，并着手评价其生态脆弱性。植被／生态系统模型和分析项目（ＶＥＭＡＰ）的工作就是借助运行一系列不同气候方案的生态模型并比较其结果，从而提供评价可能性。此项工作通过政府—私人合作关系而得以实施，国家航空航天局、电力研究所和美国林业局都参与其中。　

？？？　ＶＥＭＡＰ代表了预测陆地生态系统对气候和不断增加的大气二氧化碳含量做出平衡反应的研究现状。为作评价，ＶＥＭＡＰ为决策者等首先指明了自然生态系统对气候变化的敏感反应的最初征兆。最近的研究结果清楚地表明，气候参数的变化和二氧化碳含量的变化两者各自或者综合在一起可以改变生态系统的结构，通过森林、草地以及其他重要植物生态系统的转换、扩张或缩小，来改善生态系统结构。此类变化同样也会改变陆地生态系统的基本功能，包括植物生长率和陆地生态系统中的碳含量等。　

ＶＥＭＡＰ模拟实验结果也为评价气候变化影响的其他方法提供了有用的数据。例如，有关植被分布模式和树林生长的数据已被用在分析气候变化对森林工业的影响。结果同样被用来分析气候变化对野生生物的影响。因为大多数动物的分布与纬度和植被密切相关，所以，评价气候变化对动物的影响，必须既包括气候变量变化的直接影响，又包括植被结构与功能变化所导致的间接影响。　

环境监测和研究倡议计划　

为响应戈尔副总统关于２００１年建立“国家生态系统健康报告”的号召，通过国家科学技术委员会（ＮＳＴＣ），联邦政府正在建设一个综合监测与研究网络框架。此项计划将首次使全国性的环境资源及其生态系统的全面评价成为可能，从而形成一个可靠的科学信息库，以支持自然资源评价和上层决策。通过将广泛的调查、清单、监测信息与环境过程的研究联系起来，可以将有用的信息加入到已有的计划中。其中的一个重要成果就是为公众提供信息，使其知晓每年投入１　２００亿美元减少和控制污染费将得到怎样的回报。农业部、能源部、内政部、环保署、国家宇航局、国家海洋和大气局和国家科学基金会均是该项研究的合作单位。　

该项计划的一个重要方面是为了将联邦当局的环境监测、研究网络和项目更进一步地联系起来，这些项目每年需要总经费约为６．５亿美元。其中相当一部分是针对单一资源问题开展的。对从国家数字遥感、清单、调查、重点监测和研究网络（将近１．５万个联邦当局的监测点）所获得的科学数据进行更好的集成，将同时对多种资源进行评价，可以更好地理解环境变化的原因和结果。一种行为对生态系统影响的预测能力，可以使我们对现在的生态系统和自然资源的的管理获得显著的发展。有关此计划的研究工作正得到良好的执行：　　

・综合的草案已经完成并已出版。　

・１９９６年４月“大西洋中部地区专题讨论”制定的先导示范项目于１９９７年初开始启动。　・１９９６年９月的“国家专题讨论会”批准了该项草案。　

・部门间综合“环境监测程序委员会”与国家地理数据委员会“部门间监测水质量执行机构的特别项目”的执行。　

这一新计划将使地区决策者和全球环境项目联系起来，它与州及地区政府、非政府部门组织、私营工业及居民（他们的决定将影响我们的环境）是合作伙伴关系。协调这一国家级研究与其他国家级研究，以及正在制定或实施的主要的全球范围观察计划的关系，可以形成能监测大范围、长时期的环境变化的国际监测网络。　

３　预防：应用科学技术创造可持续发展的工艺和产品　

未来３０年里，美国人口将增加６０００万，大约相当于每周增加４万人，同时，经济可望增长２倍。

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在这种情况下，我们必须开发新一代技术，用较少的能源和物质资料以及更小的环境代价，来提供社会所需的产品和服务。我们承担不起工业高排放和自然资源的过度利用。　

许多工业部门已经认识到要“少说多做”，强调提高能源利用效率，工业生产中应同时考虑经济效益和环境效益。由３Ｍ公司提倡的“环境污染补偿”计划，自１９７５年以来已经减少了１０亿磅的总体排放量，同时还节省了５亿美元的资金，Ｃｈｅｖｒｅｎ在实施“节省资金，降低有毒物质排放”项目的头３年就节省了１０００万美元的垃圾处理费用。在宏观经济水平上，根据１９９３年能源部的一项分析，美国工业若减少１０％～２０％的排污，那么带来的将是到２０１０年国内生产总值２万亿美元的增加积累和近２００万个就业机会。环境产品和服务的市场价值，全球预计约为４０００亿美元，到２０００年将可望增长超过５０００亿美元。美国市场目前预计产值为１７００亿美元，到２０００年可达２０００亿美元。　

要提高技术基础设施的效率，只能通过工业部门、学术界和社会团体的共同合作来发展一个长期目标，从多个范围和层次上来衡量其表现，并实施互补的政策来鼓励高水平的创新。认识现在（和预测未来）对自然资源的需求，及减少我们对原始资源的依赖，对于效率的提高至关重要。在过去的４年中，资源管理部门和各个工业部门已经通过合作设定长期的目标和发展技术途径来实现这些目标。例如，与造纸工业达成的技术方案可望到２０２０年使环境管理费用从１１０亿美元降至３０～４０亿美元。　

我们必须把注意力从传统的、孤立的、未端管理转移到对整个技术过程和系统的整体规划上来。例如，通过生产过程改变，英特尔公司在Ａｌｏｈａ和Ｏｒｅｇｏｎ地区的生产厂家，３年时间可使产品翻番而不增加废物排放量，同时对传统控制技术也不用投资。随着时间的推移，更好地利用有价资源的战略扩展到整个价值链，包括从原始材料的提取，到加工、应用、处理和最终的废旧利用等。　

为开发和广泛使用性能价格更好的环境技术，环境管理部门对技术创新给予奖励，并且鼓励发展更加综合的途径。由此，环境保护局（ＥＰＡ）的项目，如ＸＬ项目、创新技术的调整适应计划（Ｒｅｇｕ１ａｔｏｒｙ　Ｆ１ｅｘｉｂｉｌｉｔｙ　ｆｏｒ　１ｎｎｏｖａｔｉＶｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）和公共意识计划等，都鼓励工业部门试图通过在进取性的目标和污染防治标准方面达成协议，而不是对工业过程的详细管理来解决环境问题。作为重建我们的管理系统所作努力的一部分，我们需要新一代的能为社会提供适应性和可靠的监测技术。　

美国能源的未来前景　

保持充足的和费用可承受的能源供应，同时减少能源生产和应用所造成的环境影响，对我们的经济繁荣、国家安全和环境质量来说是相当重要的。美国能源对于化石燃料依赖很大，然而从化石燃料使用中排放的污染物是对可持续发展环境质量和人类健康构成的最大威胁之一。我们的能源选择后果具有显著性和长期性特征：　

・器械或机动车使用期期限约１５年。　

・民用和商用建筑设计使用期限达２０～３０年或更长。　・一项电厂技术将持续３０～４０年。　

・大气中ＣＯ２的增加水平将保持１００～２００年。　

与能源有关的排放，导致健康问题、酸雨和全球变暖。在美国，与能源有关的排放是造成90﹪以上的SO2、氧化氮、CO、挥发性有机成分和大部分由人类活动排放的最小粒子（直径小于2.5 um）的罪魁祸首。5000多万的美国人,虽付出了很大努力，但仍生活在对流层臭氧含量超过安全范围的地区。例如在洛杉矶、尽管空气质量已有所改善，但每年由于空气污染而引发的不断增加的呼吸道疾病仍将花费90亿美元以上，用于医疗费用和对工作时间的损失补偿。

燃烧化石燃料，使大气中温室气体如CO2的含量大大增加。近一个世纪以来，气温大约上升1华氏度，世界范围内的冰川均在后退，有史以来气温最高的10年均出现在1980年以后。现在气候变化的速度比过去1万年任何有记载的一年都要快。这些变化可能造成的后果包括对人类健康、生态系统、沿海岸地区、水资源和农业等方面的负作用。

过去的4年，我们同全球气候造成的的危害进行了积极的斗争。政府与5000多家合作伙伴一起，共同参与了通过用各种方法降低CO2排放率的“气候变化行动计划”，所采用的方法包括：（1）与大批公用事业工厂签订志愿协议；（2）与制造商建立合伙关系，以生产高效能计算机、建筑物和照明系统；（3）在林业、运输和其他领域推广应用改进的技术和战略。但是仅仅CO2排放率的降低还远远不够；随着时间的推移，我们将不得不通过降低排放量，以减少对人类健康的影响，稳定大气中

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CO2含量，减轻气候变化的影响。

尽管如此，全国能源使用自1990年以来仍增加了15％以上。由于效率的提高，使用这些增加的能源大部分被高效利用，而不致于造成污染的同步增长。然而，从目前看来，能源需求增长开始超过效率增长。据能源情报管理局（EIA）一项估计，美国的能源消费由于受不断下跌的价格影响，20年后将增长三分之一，从而导致相当数量的碳排放。据EIA预测：

・购买的新车如使用到２００５年，将使用２０Ｏ亿桶油，而在其使用年限内将排放２０亿吨的碳。　・从现在到２００５年，在当今选用的电力技术使用年限内，将导致１６亿吨的碳排放。　

？？？　为创造一个具有强大生命力的能源前景，美国需要一个多样化的技术选择方案，使其改变当前的能源供应系统，该系统包含化石燃料高效转化，即从高碳燃料转化为低碳燃料，从而增加可再生资源技术的应用。在大力提高能源的最终使用效率的同时，从长远来看，还要发展核能。基于此，能源信息署一致同意增加预算以增加清洁能源的研究、开发和论证投入。　

形成一个多样化能源结构　

一些组织展望未来寻求一个截然不同的能源结构。世界能源协会（ＷＥＣ）预计代用燃料可以满足到２０５０年能源的巨大需求。世界规模最大及盈利最多的荷兰壳牌石油公司设想了一个能源效率改进、增加使用可再生能源、化石燃料在下个世纪中叶达到最高点的未来世界。英国壳牌有限公司的首席执行官Ｃｈｒｉｓ　Ｆａｙ已经注意到了如下挑战与机会：　

“很显然化石燃料是有限的……但是，化石燃料的需求和供应之间日益加剧的矛盾将会如何呢？显然，其中一部分将由水力发电和核能来代替。但更重要的是，再生能源供应也将做出贡献。”　

科学和技术是迎接这一挑战的重要因素。为了减少废物排放、减小环境污染对人类的影响和对国外能源的依赖而又不损害对美国经济的竞争力，就有必要开展综合的环境—能源研究和发展战略的研究。　

一个战略的关键部分，包括定义和确定长远目标，政府和私营企业在开发新技术和推动技术从实验室走向市场方面的合作等。为坚定地支持提高能源效率、使用再生能源、合成能源及污染预防研究与发展，帮助减少排放量，从而创造一个多样化的能源结构，以及激励创新从而对工业—政府研究与发展合作伙伴关系进行大力支持，我们已经为改善的能源系统拟定了基本框架。　

・在“技术”一章中详细描述了“新一代交通工具”合作研究项目，把美国三大汽车制造商、联邦机构和其他许多材料和设备供应商联合起来，以研制一种更高效的汽车。　

・为了展示在农村发展的电力工程和改进将稻谷转化为液体和气体燃料的技术，能源部和农业部正与私人企业密切合作，进行生物能源的研究和开发，并在纽约、明尼苏达州和爱荷华州进行试点性研究。　

・在“建筑物新计划”中，一些部门正与工业界共同合作，开发新技术和工艺，以建造更新的和可持续使用的节能住房。　

我们正在追求其他新的可再生资源，正如在国际合作的背景下，聚变能源从长远来看可以作为一种长期的替代能源。此外，还有许多发展机会，充分利用这些机会依然是能源情报管理局优先考虑的问题。　

４　展望：为了可持续未来的环境科学和技术　

？？？　政府在环境研究与发展方面所取得的成就和制定的计划，表明了其对于可持续发展及其科学技术议程的制定和实施所作的承诺。通过评价、预测和避免环境问题，我们正开始应用环境科学和技术来寻求可持续的环境质量。我们致力于提高对重要的生物化学过程的科学认识，这些知识可用于解决过去几十年间由于不适当的、错误认识的和不合法的有毒化学废弃物处理所带来的种种问题。　？？？　我们并不是孤立地看待环境问题。相反，我们采取一个更加综合的环境问题解决办法，这些办法充分认识到各种环境议题之间的相关性。我们把传统的单一部门、单一学科分析，扩展到更广泛的多部门、多学科分析。该方法有助于物理、化学、生物、社会和生态学家们之间更好地合作，联邦政府机构之间更好地合作，从而有助于提高政府在处理国家同部门利益相关的环境问题时的效率。我们将不断完善我们的策略，并依赖传统的两党的支持，将我们的战略建立在将科学和技术应用到环境质量上来，正如下面将要叙述的我们在短期内所要优先解决的问题。　

内分泌紊乱评价　

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？？？　越来越多的科学证据表明，由人类带入环境中的大量化学成分，通过破坏内分泌系统功能，给人类和生物界带来不利于健康的危害。这些化学物品统称为内分泌系统的破坏者，通过模仿和干扰激素的作用产生影响。破坏内分泌的化学成分（ＥＤＣｓ）包括一部分杀虫剂（如ＤＤＴ及其派生物）、工业化学物质（如表面活化剂和多氯联苯）、药品（如乙烯雌酚）和污染物（如二恶英）等。　

？？？　大多数对生物的有害影响，明显与其暴露在危害内分泌系统的环境中有关，例如机体和生殖的机能失调，就发生在那些经常暴露在含氯化物成分较多的环境中的野生生物群体中。由于数据缺乏，暴露程度较低是否对人类和生物产生相同的后果尚不清楚。有报告认为，在过去４０年间，人类精子含量的减少以及某些与内分泌有关的癌症的增加（乳腺、前列腺、睾丸），可能均与环境所造成的内分泌破坏间接有关。这些观察，连同从实验室进行的暴露在一些ＥＤＣｓ的情况下对生殖、神经和免疫的影响的定向研究获得的数据一起，引起了对暴露在含内分泌破坏者环境下可能带来的潜在后果的普遍关注。许多相同的激素及其受体均出现不同的种、类、属，甚至不同门的生物这一事实，表明某一种类生物由于暴露在含破坏内分泌的　

化学物质的环境而受到的影响，具有广泛的生物学含义。然而，有关的生态和人类健康危害却不得而知。　

？？？　考虑到环境中广泛和持久分布的一些ＥＤＣｓ及其对人类、鱼类及生物所产生的潜在严重后果，联邦政府正通过国家科学技术委员会（ＮＳＴＣ）制定一项战略研究。为达到这一目标，ＮＳＴＣ建立了包括１４个联邦部门在内的工作小组，以联合全国力量研究ＥＤＣｓ，工作小组还通过以下三个步骤开展工作：①形成一个研究计划大纲；②对内分泌破坏物质开展联邦政府支持的研究工作；③规范联邦研究战略。　

１９９５年１１月，ＮＳＴＣ把ＥＤＣｓ排在优先研究之列，工作小组已经完成了研究计划大纲“破坏内分泌的化学成分的健康和生态影响——计划大纲”，该计划在１９９６年１１月召开的会议上提交给全国的、非官方的、国际基金机构的代表。另外，该次会议还宣布了联邦支持的对ＥＤＣｓ开展的研究项目。项目清单可通过以下地址在因特网中查询到：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｐａ．ｇｏｖ／ｅｎｄｏｃｒｉｎｅ。这一清单被扩展到包含另外的联邦项目及工业和非政府组织项目。而且，由ＮＳＴＣ工作小组拟定的项目清单被作为欧洲开展ＥＤＣｓ研究制定项目清单的一种模式。　

自然灾害信息与减灾　

？？？　政府正致力于通过支持观察、记录、认识、评价和预测自然灾害的潜在后果等项目来减少自然灾害所带来的损失。正如近年来政府开支和个人损失费用上升所表明的那样，人口稠密的城市和大都市特别容易受自然灾害的危害，陆生自然灾害（地震、火山爆发、滑坡、海啸、飓风和其他大风暴、龙卷风和大风、洪水、森林火灾和干旱等）和太阳—地球灾害（耀斑、磁暴）均难以避免。自然灾害的长期后果——灾害对整个社会所带来的破坏，在灾害发生后长期存在——这在很大程度上由社会行为者和自然本身的行为所决定。自然灾害所造成的危害可以减轻到最小程度，在某些情况下，甚至可以完全避免。　

？？？　为有效对付自然灾害，建议重点考虑以下三条主要政策：①预测和评价危害，而不是简单地对灾害做出反应；②集中研究建立在早期计划阶段的比较灵活的基础上的一种综合减灾方法；③实施一个警告和信息发送系统，以使这种灵活的战略得以实施。实施应用预警和可使社会恢复产生作用的信息传播系统。支持上述目标的研究议程包括：　

・提高对自然灾害物理机制和生物本质的认识。　

・增进自然灾害对人类健康、生态系统和社会经济结构影响的认识（或者说是提高这些系统对自然变化，特别是对极端事件的适应能力）。　

・扩展新的环境技术的基础（特别是减轻自然灾害的工程和技术能力）。　・改善数据管理。　

・提高对于考虑到特定的地理和时间因素的风险评价，这些风险有可能来自从个人受灾到与各种各样的灾害相关的各种风险积累。　

评价全球变化的地区影响　

过去１０年，人们对一系列的全球环境变化已做出了越来越详细的记录。我们不仅可以说明，气候变化、生物多样性的丧失、同温层臭氧的耗减、地表的变迁、地球土壤和水分中氮平衡的改变等，

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正在不断地改变着全球范围内的环境，而且还可以毫无疑问地得出，人类活动是促使发生这些变化的因素之一。我们认识到这些变化是相互作用的，它们以多种方式相互作用，从而构成了影响人类和地球生态系统的多重压力。　

提高对环境及其如何发生变化的区域性认识，需要更好地解释多种压力及其对生态系统影响之间的关系。需要强调的是，这些知识对于提高减灾效率及其对策的制定尤其需要。深化并获得这些认识，需要对“美国全球变化研究项目”作一系列改变，我们正和各个参加机构和科学界密切合作，以使我们的各种研究途径纳入一个长期的研究战略。　

气候变化的时间性和重要性的地区判断：地球是一个物理、化学、生物过程在广泛的时间和空间尺度上相互作用的复杂系统。例如，由于人类活动带来的大气中ＣＯ２含量增加正导致气候变化，同时也可能对生物带来直接影响，表现在地球上植被类型的分布变化。这种变化，反过来又影响水文及地表反射率，并进一步影响气候。从事对这些复杂的作用和获得未来天气预报和反馈的直接实验几乎不可能。相反，科学家必须利用气象系统的简化预测模型。　

这些模型的分辨率有待于进一步改进，以便使之更好地用于研究气候变化对生态、经济和社会的影响。它们应该能够以几十公里而不是几百公里的尺度来模拟自然现象。要想获得这一改进，面临理论和实践两方面的挑战。从理论上讲，降低尺度会带来一系列问题，例如如何处理云层物理和如何表示由于地形不同而对气候带来的巨大影响；从实践方面讲，主要是围绕增强计算能力问题。　

是单独研究气候变化还是将其与其他生态问题一并考虑：决策者，包括资源管理人员、商务人员和政治家及普通大众，均希望了解在他们所在地区气候变化将会带来什么样的后果。他们对气候变化与变化的频率和危害程度之间潜在联系表现出很大的兴趣。被问及的一些有关这些危害的区域性特殊问题包括：美国西南部的大火灾发生频率和危害性是否会增加？“大平原”干旱发生的频率和程度会不会有所变化？密西西比河上游的大洪水发生次数和影响范围是否会增加？东海岸是否会遭受到更加频繁和严重的热带风暴和飓风的袭击？　

像火灾、干旱、洪涝和强风等一类的气象灾害，反过来又影响土地和水资源生态系统的功能和结构。对人类有益的生态系统功能，如植被生产力、贮碳能力和物种组成等将随气候变化而变化。科学家们目前还不能很自信的对这些变化做出预测，而要完成这种预测就必须通过长期的监测行为、大范围的实地操作和模型模拟等对这些复杂生态过程之间的相互关系进行研究。　

综合评价方法：全球气候变化是大范围讨论、紧张谈判和对社会各界具有潜在影响的和涉及政策制定的主题。迫切需要努力把物理、生物经济学和社会科学结合在一起，集中对气候变化的原因和后果预测进行精确分析，来支持这些研究。对温室气体含量和大气微粒等这些气候变化必不可少的内容进行预报，必须考虑经济和技术的能力，它们对排放起着调控作用。反之，，生态和社会影响评价，为调节气候和减灾而进行替代战略技术分析，必须基于考虑到其自身不确定性的缜密的气象科学。　

气候变化的综合评价方法，是通过构建一个偶联模式框架而开始实施的。该框架的组成不同于已有的综合评价，但通常都包含有一个分析温室气体和微粒排放的经济模型、大气化学和大气环流模型，以及分析气候变化后果的自然和人工生态系统模型。目前，描述复杂的非市场的社会决策模型并不包括在这一偶联模式框架中，现有的综合评价模型在全球范围运作，但也可以为区域评价所采用。我们所遇到的挑战是如何重新定义综合评价的概念以及获得那些对于决策者有用的研究成果。　

５　附　录　

人类对气候变化的影响　

多年来，科学家们就预测人类活动的温室效应以及由微粒所形成的地球大气层将最终导致气候变化。１０年来，众多环境科学中最重要的发现证明以上预测完全正确。许多世界著名气候专家第一次达成这样的的共识，即“各种证据显示：人类对全球气候变化影响明显”。　

气候变化政府间专门小组（ＩＰＣＣ）所得的结论是基于各种观察和模拟结果，其中包括测量从气球上、陆地和海洋地区所获得的气温资料。由１００多个国家的科学家们所得出的结论使人们开始关注这样一个问题，即人类引起的气候变化会对未来一代的经济、人类健康和生活质量将会造成怎样深远的影响？　

全球气温记录显示，从１８６０年到１９９０年气温整整提高了１华氏度。其他记载，如从树木年轮和冰芯所获得的间接测量，表明最早从公元前１　４００年以来，甚至可以说是从大约８万年前的最后一个间

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冰期以来，近几十年为温度最高期。根据未来温室效应排放的有效时段，气候模型显示到２１００年，全球表面气温将会平均增加２～６华氏度。　

科学家们认识到人类活动正在改变大气的组成，但人类对气候影响很难辨别，因为有些气候变化属于自然现象。由于全球气温的平均升高显示出很大的地区差异，世界一些地区变得更暖和，还有一些地区变得更凉爽。　

为对此进行评价，科学家们根据观察与计算机模拟实验进行比较，得出这样一些模式，它们包括自然和人类等因素引起的气候变化。例如，人类影响气候变化的独特模式是由不断增加的工业温室气体排放物（它阻止地表热量的散发）和硫酸微粒（它通过反射太阳光冷却大气层）。研究人员在分析此类特殊模式，亦即“人类痕迹”时，采用了与医生试图阐释人体体温普遍升高这一现象很相似的方式，也就是通过清楚了解诊断一个特殊病例的模式。　

１９９０年以来，气候学家们对他们所做的气候模拟实验越来越自信，因为这些模型融合了其他如硫酸盐浮质效应和热传输上的对流效应等方法。综合以上因素，近１３０年来的模拟实验与这段时期所观察的变化大体一致。　

最新发现使得科学家们得出以下结论：观察得出的气候变化模式在很大程度上主要是由于人类活动，而与太阳辐射、火山爆发以及其他自然原因单一作用可能引起的变化不一致。随着化石能源的继续使用，科学家们期望，由人类活动造成的气候变化的模型预测结果与实际观察得出的气候变化模式会变得越来越一致。　

气候变化政府间专门小组（ＩＰＣＣ）关于气候变化潜在影响的重要发现　

生态与社会经济系统早已受到环境污染、资源逐渐匮乏，以及非可持续发展管理实践等的影响，然而，人类活动在气温、降水、土地温度以及海平面等方面所导致的地区性和全球性变化则加剧了这一影响。　

预测到的气候变化包括种种潜在的破坏性效应，影响当代和子孙后代的经济和生活质量。　人类健康将受到不利影响，受热死亡率不断增长，传染病媒介传染的疾病，如疟疾、登革热、黄热病以及脑炎和非传染病媒介传染的疾病，如霍乱、沙门氏菌病等，显示出不断蔓延的趋势。　

在世界上某些地区，特别是世界上许多最贫穷的人居住的热带和亚热带；尽管与人口变化和不断增长的营养需求相比，气候变化对全球粮食生产造成的影响要小得多，但粮食安全仍将受到其威胁。　

尤其是在那些水资源早已短缺、用户使用竞争激烈的地区，水资源变得越来越紧张，从而导致经济、社会和环境的费用大幅度上升。　

一些小的岛屿和沿海平原与河流极易受到海平面升高的影响，从而导致出现人类生活环境的丧失，并最终导致环境难民。　

因为生态系统的组成、地理分布及其生产力将随着物种对气候变化的反应而改变，自然生态系统将恶化。生态系统的恶化会导致生物多样性的丧失和生态系统为社会提供的商品和服务的减少。　

类似于洪水和干旱一类的极端气象灾害的发生将更为频繁。　

发展中国家因为社会经济条件变化引起的经济回旋余地和社会活力的削弱将比发达国家更易受气候变化的影响。　

对美国中西部地区洪水的新认识　

１９９３年美国中西部地区特大洪水过后３年多，密西西比河上游的生活已恢复正常，但对该流域的研究方式也永远改变了。当洪水开始退却时，总统便很想知道，如果洪水再次泛滥如何避免生命与财产损失，他鼓励对此进行新的研究。联邦政府有意采用这样一种方法，即购买对居民构成最大威胁的土地，让人们迁出洪泛区，然后任其恢复成沼泽地区。但是购买哪块土地呢？肩负使命的科学家们着手收集信息，旨在不仅能够回答上述问题，而且能达到减小国家易受洪水危害这一远大目标，同时，保护洪泛区的自然资源和功能。最后的研究结果是一个综合数据库，它充分利用科学和技术的进步来完善对洪泛区的管理。　

来自１０多个联邦机构的一批不同学科和机构的研究人员，或者叫做“科学评价与策略小组”，迅速得出结论：问题不仅出在洪泛区，还存在于高原地区，包括流域的大部分地区，降水量更易集中。这批专家们提供一项新建议，把流域当成一种系统，而不是作为一种由个体拼凑而成的东西来管理。这就需要提供有关流域水文学、地质学、生态学、地形学和水力学等各个方面信息，同样也应包括保

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险付款方式、危险的废弃物选址和污水工厂的结构等信息。　

研究人员做了进一步努力，仔细地了解并充实了现有资料，包括作为其他用途的大量洪水发生前后的卫星图片。这些图片为森林、农业、荒地、水源以及市区提供了详尽的信息。研究人员选定了近２０个联邦机构、１３个州政府以及数以百计的大大小小的地区政府，还有银行、保险公司及其他机构的信息资源。　

这些数据成为整个密西西比河上游地区计算机化区域“地理信息系统”的基础。它充分利用信息技术，为管理洪泛区提供了信息。由于它的存在，我们对１９９３年的大洪水了解得比其他任何自然灾害都要清楚。　

专家小组的研究报告对下列研究及行动计划产生了影响：　

・项目基金提供了这样的数据，使得工程师们破天荒地第一次能够运用综合的密西西比河水力模型。在设计密西西比河大堤结构时，为了防止河水泛滥，大堤被抬高，研究结果正在改变人们对大堤的普遍看法。模型清楚显示，大堤不仅很快能对上游或下游产生影响，而且影响到整修航道。这一发现将对那些保留或重建了大堤的地区产生影响。　

・数据显示表明，在洪水降临之前，许多人购买了洪水保险。这一现象促使国会制定法律，延长认购者必须等待政策生效的期限，从原来的５天延至３０天。这个变化为“洪水保险计划”节省了数百万美元的损失，否则，它将付钱给最后的认购者。同时它也仍然照顾到计划参与者，这些人认识到不断投保的必要，并认购保险。　

・允许一些农业区恢复成沼泽地，在洪水到来时自然蓄水。　

・密西西比河某地区的一系列地图，是目前正在开发的一项特别有用的工具。这些地图显示能如何利用有关洪泛区不同特点的最新科学技术信息来加强和改善洪泛区的管理。　

联邦机构和非联邦组织将继续保存数据库。到目前为止，人们与互联网的联系已高达１．６万次，他们来自联邦、州和地区政府，也有来自美国和国际各大学，这些人能够入网并取得数据，利用这些数据为自己的研究服务。互联网地址为：http://edcwww.cr.usgs.gov/ sast-home.html。　

废水中有甘泉　

在几百万公顷的亚利桑那沙漠中，一个１２公顷的绿洲看上去并不起眼——但正是这个小小的绿洲仍是海狸、麝鼠、山猫、爬行动物及其他４５种鸟类的栖息乐园。人们也许并不知道，这个被凤凰城居民称为Ｔｒｅｓ　Ｒｉｏｓ湿地的“绿洲”的存在，要归功于每天灌入的处理过的废水。这项鼓舞人心的研究由凤凰城和美国废品利用局发定，正试图“建造”湿地，为市政、工业、家庭和农业废水利用提供了示范处理技术。这便是一项环保局主办的环境技术新计划所激发的改革思想的范例。？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？　’　

现在正值研究开展的第二年，Ｔｒｅｓ　Ｒｉｏｓ工程早已达到了其主要的目的：从排出的废水中清除污染物，同时提供高质量的动物栖息湿地。人为建造的湿地与自然形成的湿地一样，可以除去水中的氮化物，如氨及其他污染物，同时补充水中鱼、龟、蛙类所需的氧化物。　

该项目的发起出于凤凰城９１号大街的“废水处理厂”管理者们的关心。尽管该工厂目前具有高水平的管理，但现有技术仍难于达到将来净化水质的标准。于是，他们选择了两个相对较大的地区（一个曾是干草地，另外一个是由盐河河道中的卵石圈成的区域），和一个较小地区——面积仅相当于１２间小房间大小的研究区，在该区域科学家对影响水质量处理的因素进行了大量的研究。　

在以上所有地区，研究人员对深水区及混合作用，特殊植物和诸如粘土、卵石等不同水底物质成分对水质量的影响进行了监测。许多实际的“净化”工作是由能够降低许多污染物、氮、微量金属、微量有机物质和病原体浓度的大量微生物来完成的。这些研究地区也为城市提供了一个种植湿地植物幼苗的繁育场，然后再把幼苗引种到其他地区。　

目前，湿地每天仅需废水处理厂一天生产量１．５亿加仑中的一小部分供给。但城市和工厂的管理者们及凤凰城的居民们均为正在酝酿中的计划湿地面积达８００公顷的娱乐性和生态式的乐园所振奋。这样一个地区可以有效管理工厂每天排出的全部处理过的废水。它也将给居民们带来湿地所提供的另外好处：观察乌类、远足、骑马和自行车的好去处。收留和保护濒危物种，对自然界中的一个特殊高效生态系统进行研究。　

Ｔｒｅｓ　Ｒｉｏｓ项目将作为一个地区、也可能是全国性用地表水建设湿地的设计、使用和管理的平

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台，从而成为水处理和动物栖息地恢复的一个基地。　

・Ｔｒｅｓ　Ｒｉｏｓ建成的湿地，是为提供市政“公共处理工厂”的二次处理，并为濒危物种提供栖息地而设计的。　

・该项目是示范性研究，研究成果将直接应用于全国２０个社区。　

・废物利用局、陆军工程师团、鱼类和野生生物服务局、凤凰城及环境保护局（ＥＰＡ）等均为该示范系统的研究单位。　

・废物利用局和凤凰城作为创建大规模地表水建设的湿地的出资者。　

・该项目为环境保护局通过环境技术倡议计划和为了技术创新的相关计划（Ｒｅｆｉｔ），旨在促进环境技术发展和应用的子项目。　

环境科学和技术成就选录　

・组建环境和自然资源委员会（ＣＥＮＲ）　——改善环境研究和发展的协调与合作　・提出以科学为基础的规划　

・把研究工作集中在拯救地震所带来的生命和财产损失方面　・应用新的监测方法和计算机技术改善天气预报　・提高对气候现象的认识及短期天气预报　——揭示影响美国的热带太平洋厄尔尼诺现象　——增加预报厄尔尼诺事件发生的准确性　・提高对气候变化的认识　

——说明人类对气候的影响（温室气候和微粒排放）　——在气候变化易受影响等方面加强研究　・建立更加有效的自然资源监测机制　——改进监测活动的计划和实施　

——开展环境监测和研究项目的综合研究　

・着手认识减缓环境变化对人类健康影响的研究工作　

・形成一个部门间研究计划，以研究有关破坏内分泌的化学物品可能对人类和野生生物带来的潜在影响的关键科学问题。　

・改善空间对地观测　

——开始实施国防部、商务部／国家海洋和大气管理局和航天局极轨气象卫星合作项目　——重新调整陆地资源卫星项目，以保证连续性并减少长期开支　——为航空航天局的“地球行星计划”引入新的科学技术　・形成一个全国性的环境技术战略　——促进环境技术的形成、推广和使用　

・开展“对流层臭氧的北美研究战略”（ＮＡＲＳＴＯ）计划　・改善运输和大气质量监测的工具　・建立“快速商业化新计划”　

・加强环境科学与国家安全和情报部门之间的合作？　　

——把信息技术应用到环境研究与发展　——降低对环境研究有利的数据保密等级　？　

（孙成权　　据（美国）总统科学技术政策办公室（ＯＳＴＰ）资料编译整理）　

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