随着科学技术的持续进步，各学科间的界限日益模糊，不同学科间的交叉融合已经成为当代科学发展的必然趋势。“气候-生态突变”是一个典型的正在形成学科的新兴交叉领域，涉及现代气候学、古气候学、生态学、地质学等多个学科，具有重要的科学意义和战略价值。该领域融合了多个传统学科的理论与技术，是新兴交叉学科发展的一个典型案例。开展基于学科视角的“气候-生态突变”分析对于深入理解气候及生态突变的本质、提高预测和应对的准确性、推动学科发展和创新以及促进国际合作与交流具有重要意义。同时，对于应对全球气候变化挑战、保护生态环境和实现可持续发展具有至关重要的作用。本文通过对该领域学科发展过程的深入研究和分析，以期为新兴交叉领域的发展提供理论支持和实践指导。

学科（discipline）一般具有两方面的涵义：一是指知识的分类和学习的科目，二是指对人进行的培育，尤其是指较强意义的规范和塑造，即学科规训^[1]。每个学科都有其独特的研究对象、理论框架和研究方法，这些因素共同构成了该学科的独特视角。学科发展是一个学科从产生、发展到成熟的过程，它涉及学科知识体系的构建、理论的创新、方法论的发展、技术的应用以及学科间的交叉融合等多个方面。同时，学科发展也是一个动态的过程，它受到多种因素的共同影响，包括科技进步、社会变迁、文化发展等。随着时间的推移，学科可能会经历从新兴到成熟，甚至衰退的周期。

随着科学技术的持续进步，科学探索边界不断拓宽，科学领域内部也发生了深远变革，学科间的界限正在日益模糊，学科之间正在发生着深度融合，科学研究正在迈向一个跨学科合作与创新的时代。与此同时，经济社会发展以及对高层次、创新型、复合型及应用型人才的需求急剧增长，推动交叉、培育交叉的战略思想贯穿于各国国家政策、基金制度、大学管理，乃至高等教育的各个层面。在我国，党的二十大报告指出，要“加强基础学科、新兴学科、交叉学科建设”。2020年7月，国务院学位委员会第三十六次会议批准设置第十四个学科门类，即交叉学科门类；同年11月，国家自然科学基金委员会正式成立第九大学部，即交叉科学部；同年12月，北京大学、南方科技大学联合主办的全国首届前沿交叉学科论坛暨前沿交叉研究院联席会顺利召开，倡议成立了全国交叉研究院院长联席会，秘书处常设北京大学。这些事件都对推动我国交叉学科的发展产生了重大而深远的影响。

在这个背景下，有必要对交叉学科的形成及发展过程展开深入研究，为促进新兴交叉学科的发展及对其的管理提供基础。本文将聚焦“气候-生态突变”领域的发展现状及态势。“气候-生态突变” 是一个尚未完全形成独立学科的新兴领域，涉及现代气候学、古气候学、生态学、地质学、地理学、数理科学、信息科学等学科，是一个多学科交叉的前沿领域，对于我国气候、生态等学科的发展具有重要意义。“气候-生态突变”前沿领域的研究将气候变化与生态系统耦合作为一个复杂的、不断适应的整体系统来理解，将会推动气候学、生态学、地理学等诸多相关学科的交叉融合，提升我国在国际全球变化科学领域内的科研水平及学术地位^[2]。同时，前沿交叉的研究模式也会促进我国相关领域战略科学家和创新型人才的培养。从学科发展的视角来看，该领域已初步完成了从零散理论到系统性整合的学科融合，并在知识生产推动和外部需求牵引的双轮驱动下，正在由新兴交叉领域向建制化学科转变。

在各学科范畴内，理论是对事物本质属性、运行规律及特征进行深入理解与概括的结果，它源于科学思维的深度加工。理论的诞生经历了一个由问题识别起始，经由观察实验、理论框架搭建，直至理论验证的完整流程。理论体系构成了学科的基石，其内嵌着独特的概念体系、基本原理、核心命题及普遍规律，形成了一个结构化、科学严谨的知识架构，这一架构内部遵循着严密的逻辑关联。

学科理论体系的演进是一个复杂而动态的过程，通常遵循着从细分到汇聚，再到交叉融合的发展路径。在学科发展的初期阶段，各子领域的研究往往聚焦于本领域内的特定问题，致力于深化对该领域的认知与理解。此时，学科内部呈现出高度的专业化和细分化特征，不同子领域之间虽然有所联系，但界限相对清晰。随着研究的深入和技术的进步，学科间的界限开始逐渐模糊。一方面，单一学科难以完全解决日益复杂的科学问题，需要借鉴其他学科的理论和方法；另一方面，新问题的出现往往跨越多个学科领域，需要多学科协同作战。这种背景下，跨学科研究逐渐成为新的趋势，不同学科之间的交流与融合日益频繁。在这一过程中，学科理论也逐渐汇聚和交叉。不同学科的理论体系在相互借鉴与融合中，形成了新的理论框架和解释范式。这些新的理论不仅拓宽了学科的研究视野，也推动了学科间的交叉融合，促进了新兴学科的产生和发展。因此，学科理论体系的演进是一个不断分化与整合、交流与融合的过程，它推动了学科的不断发展和进步。

就学科理论演进的脉络而言，“气候-生态突变”领域正逐步整合气候科学、生态学、地理学、环境科学等多学科的理论基础，尝试构建一套能够全面解释气候与生态系统相互作用及其突变机制的理论体系，并已从初期的理论综合阶段，逐步迈向了构建综合性理论体系的阶段，初步完成了学科融合。这一过程标志着该领域在理论深度和广度上的双重飞跃。在这个过程中，学科间的理论对话与融合成为了推动理论框架完善的重要动力。

“气候-生态突变”领域的研究涉及突变、弹性、稳态转换、临界点等诸多概念和理论。在相关领域持续发展多年之后，这些理论之间呈现出了不断融合的趋势。

突变理论（Catastrophe Theory）起源于数学领域的研究，在一个世纪前，就有数学家指出常微分方程的解有三个要素：结构稳定性、动态稳定性和临界集^[3]。然而，这一前瞻性的思想在当时的数学界并未得到广泛认可。1972年，《结构稳定性和形态发生学》中明确指出，系统能够由一种稳定状态跃迁至不稳定状态，并随着参数的变化，再次进入另一种稳定状态，而系统的状态转换往往在这一关键时刻发生^[4]。至此，突变理论终于在学术界得到了认可。突变理论与混沌学中的分岔现象密切相关，尤其是鞍结分岔，它刻画了动力系统在双（多）平衡态之间的不可逆临界转换^[5]。突变理论以拓扑学理论为工具，以结构稳定性理论为基石，通过构建数学模型，精妙地描述了连续行动突然中断并引发质变的过程。自其诞生之日起，突变理论便广泛应用于多个学科领域，为解决复杂问题提供了强有力的理论支撑。

20世纪70年代，突变理论与恢复力理论开始融合，并逐步被引入到对生态系统突变行为的阐释之中。这种结合旨在揭示突变现象背后的机制，这些突变既可能源于长期演变的累积效应，也可能由突发事件所触发。随着时间的推移，在资源环境要素与生物因素的相互作用下，生态系统中的生物群落不断发生变化，生态系统的外貌和内部结构都会改变^[6]。在这种改变过程中，由于资源环境要素缓慢变化累积到一定程度（如放牧强度）或者发生骤变（如突发的极端气候事件或者自然灾害），生态系统结构和功能发生了转折性的变化，即为生态系统突变^[5]。生态系统突变的一个最为显著的特征在于，其结构——物种构成、水平布局、垂直层次——会经历显著的变化，这种变化随后会即时或延后地引发生态系统功能的相应调整。生态系统是否会发生此类突变，与其所具备的“弹性”特征紧密相连。“弹性”这一概念最初由物理学家引入，用以描述弹簧在经历弹性形变后能够复原至初始状态的能力。1973年，生态学家开创性地将弹性理论引入生态系统研究，将其定义为“系统吸收状态变量、驱动变量以及其他参数的变化后，仍能保持原有状态的能力”^[7]。弹性决定了生态系统在面临外力压迫时，能否维持原有结构，它是生态突变研究领域的核心概念之一。近二十多年来，弹性的定义和内涵不断丰富和发展，研究对象由单纯的生态系统转向复杂的社会-生态系统^[8-9]，研究尺度由单一尺度转向跨时空尺度^[10-11]。生态弹性研究关注的角度从过去侧重系统恢复时间/速度对应的保持和恢复能力，转向侧重系统抗冲击能力对应的持久性和稳健性，最后转向关注系统持续和发展对应的适应、转型、学习和创新能力^[7][12]。

生态系统突变反映的是环境对生态系统的压力超出了生态系统对胁迫或干扰响应与适应的自我调节能力。生态系统突变可以体现在生态系统结构、过程、功能等多个方面。不同类型的生态系统在特定条件下都可能发生状态突变，这些生态系统虽然极具差异，但突变却往往遵循相似的轨迹：随着外部环境条件（如降水、营养条件等）的逐渐变化，生态系统状态（如植被盖度、生物量等）在初期可以保持相对稳定，表现出相对较小的变幅；但在越过某临界阈值后，生态系统状态变量则在短时间内发生大幅变化（如生物量大幅下降），表现出突变特征；而且突变后的生态系统也可以保持相对稳定，但难以恢复到突变前的状态。这种变化常被称为稳态转换（regime shift），一般表现为突变前后状态维持的时间远长于突变发生的时间^[13]。生态系统的稳态转换理论是理解生态系统非线性响应环境变化和突变的理论基础。

气候学界对“突变”现象的探究，其历史渊源可追溯至古气候学领域。在1990年之前，古气候学家的研究主要聚焦于冰期与间冰期的周期性交替，而对于地球气候系统所经历的突变事件认知尚浅。然而，随着对北大西洋和格陵兰冰芯研究的深入，科学家们逐渐发现，气候系统在短短数十年间便能经历幅度巨大的状态突变，其温度变化甚至可达约10 ℃。以新仙女木事件为例，这个显著的气候灾变事件发生在大约1.1万年到1万年前，对全球气候产生了深远的影响。西北欧许多湖泊沉积氧同位素、花粉和昆虫种群记录表明，新仙女木事件开始时的降温和结束时的升温过程均较为迅速，各经历了约50年^[14]。在此期间，陆地年平均气温骤降了5 ℃—12 ℃。这些发现揭示了一个重要事实：气候变化并非总是遵循线性轨迹，而是有可能发生超乎预期的剧烈波动。根据IPCC报告，气候突变（abrupt climate change）是指气候从一种稳定态（或稳定持续的变化趋势）跳跃式和快速地（几十年或更短）转变到另一种稳定态（至少稳定几十年或稳定持续的变化趋势）的现象；它对人类和自然系统能够产生严重干扰^[15]。

至此，“突变”理论被广泛引入气候学和生态学的研究领域。学者们在此理论框架下，对气候系统和生态系统的突变进行了深入而卓有成效的研究。然而，值得注意的是，气候系统与生态系统并非两个毫无关联的独立系统，它们之间存在着密切且复杂的相互作用，共同塑造着地球的自然环境。当气候系统的变化累积到一定程度时，即便是微小的变动也可能引发生态系统的重大改变，而同时，生态系统的变化也能引起气候系统的重大变化。2001年，联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）提出了“气候临界点”的概念，指出在该点后发生突变且不会恢复到以前的状态（即使强迫停止了），其结果变率独立于强迫，该点即为临界点^[3]。IPCC报告中提出了9个临界点。2008年的一项研究指出，地球气候系统有15个临界要素（后增加为17个），涉及冰冻圈、生物圈和海洋-大气环流等地球表层系统中最为脆弱的环节^[16]。2019年的一项研究成果指出全球15个气候临界点已被激活9个，分别是亚马孙热带雨林的退化、北极海冰面积减少、大西洋经向翻转环流（AMOC）的减弱、北美的北方森林火灾和虫害、全球珊瑚礁的大规模死亡、格陵兰冰盖的加速消融失冰、永久冻土层的解冻、南极西部冰盖的加速消融失冰、南极洲东部的冰盖加速消融^[17]。

从“突变理论”到“弹性理论”，气候突变与生态突变领域的理论发展深刻地彰显了该领域跨学科融合的独特性质。在这一进程中，该领域不断吸纳来自不同学科的知识精华与见解，极大地丰富了其理论内涵，使之变得更加全面而多元。这种跨学科的知识交融不仅拓宽了研究的视野，也促进了理论深度与广度的双重提升。

然而，值得注意的是，尽管在理论源头，“气候-生态突变”研究展现了高度的包容性与多元性，但其理论体系在发展早期却呈现出了一定的分散性，各理论分支之间缺乏系统性的对话与整合。这种状况在一定程度上制约了理论体系的统一性与连贯性，限制了其在解决实际问题中的效能。

直到“临界点理论”的出现，这一局面才得到了显著的改善。该理论巧妙地将气候突变与生态突变整合到“气候-生态突变”这个统一的框架下，不仅为解析气候系统与生态系统之间复杂而微妙的相互作用提供了新的视角与工具，也为进一步夯实“气候-生态突变”学科的理论根基奠定了坚实的基础。更重要的是，“临界点理论”的提出，激发了该领域新一轮的理论创新热情，推动了“气候-生态突变”学科向更高层次发展。

在传统的知识生产模式Ⅰ情境里，知识生产活动仅限于科学共同体内部，知识生产方式相对单一，学科发展呈现出典型的“线性”特征。而在模式Ⅱ中，知识则是在一个更为广阔的、跨学科的社会和经济情境中被创造出来的。“气候-生态突变”领域的发展特征符合这一趋势，由知识生产的内部推动和外部需求的实际牵引共同驱动了学科的发展。这一双轮驱动机制不仅推动了科学研究的深入发展，也为应对气候变化挑战、促进经济社会可持续发展提供了有力支持。

知识生产是“气候-生态突变”领域发展的核心驱动力。这一领域的科学研究涵盖了大气科学、生态学、地理学、环境科学等多个学科，形成了一个跨学科的研究体系。随着科学技术的不断进步，研究者们通过观测、实验、模拟等手段，不断揭示了气候与生态系统之间的相互作用机制，深化了对“气候-生态突变”的理解。

首先，气候模型的构建与完善为“气候-生态突变”领域的知识生产提供了重要工具。利用先进的计算技术和大数据分析，构建高精度的气候模型，能够模拟不同情境下的气候变化趋势，为预测和应对气候-生态突变提供了科学依据。这些模型不仅考虑了大气、海洋、陆地等自然系统的相互作用，还融入了人类活动的影响，如温室气体排放、土地利用变化等，从而更全面地反映了气候变化的复杂性。

其次，生态学研究的深入为“气候-生态突变”领域的发展提供了重要支撑。通过对生态系统结构、功能及其演替规律的研究，科学家们揭示了气候变化对生态系统的影响机制，包括物种分布、生物多样性、生态系统服务等方面的变化。这些研究成果有助于我们更好地理解“气候-生态突变”对自然生态系统的长期影响，为制定保护策略提供了科学依据。

第三，遥感技术的发展为“气候-生态突变”领域的突破提供了数据基础。遥感是唯一能在大尺度上有效获取反映现实数据的技术手段^[18-19]。在“气候-生态突变”研究领域中，遥感数据扮演着核心数据源的角色，而遥感技术则是进行评估、模拟与预测过程中不可或缺的重要工具。相较于传统地面调查方法存在的局限性，遥感技术以其快速响应、多波段覆盖、周期性观测以及大尺度监测的能力，尤其适合于干旱区生态系统、森林生态系统等生态系统突变的监测与评估工作。遥感作为生态学研究从单点尺度向区域尺度扩展的关键技术手段，在当今的生态学研究中，不仅可以为地面监测提供补充资料，甚至具备替代实地测量的潜力^[20]。

除了知识生产的内部驱动外，外部需求的实际牵引也是推动“气候-生态突变”领域发展的重要力量。随着全球气候变化的加剧，人类社会面临着越来越多的气候-生态突变挑战，如极端天气事件频发、生态系统退化、生物多样性丧失等。这些挑战对人类的生存与发展构成了严重威胁，迫切需要我们加强“气候-生态突变”领域的研究与应对。

首先，应对气候变化的国际需求推动了“气候-生态突变”领域的发展。随着全球气候变化日益严峻，国际社会普遍认识到加强气候变化研究的重要性。各国政府、国际组织和非政府组织纷纷加大投入，推动“气候-生态突变”领域的研究与合作。国际过去全球变化计划（Past Global Changes, PAGES）将“地球系统中的阈值、拐点及多平衡态”作为多学科研究的重点方向；2021年英国皇家学会（The Royal Society）将“气候弹性和适应性”作为碳中和12个重大科学技术问题之一；联合国可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）、《巴黎协定》（The Paris Agreement）等国际合约中均把弹性作为重要的议题。这些外部需求不仅为科学研究提供了资金支持，还促进了研究成果的转化与应用，推动了“气候-生态突变”领域的快速发展。

其次，经济社会发展的实际需求也牵引着“气候-生态突变”领域的发展。随着经济的快速增长和人口的不断增加，人类社会对资源的需求日益扩大，给环境带来的压力也越来越大。气候变化导致的自然灾害频发、生态系统退化等问题严重制约了经济社会的可持续发展。因此，加强“气候-生态突变”领域的研究与应对，对于提高灾害应对能力、保护生态环境、促进经济社会可持续发展，进而实现“双碳”目标具有重要意义。

在外部需求的牵引下，“气候-生态突变”领域的研究者们不再仅仅关注单一学科的问题，而是更加致力于跨学科的综合研究。该领域已从最初的气候变化对生态系统影响的单一视角，拓展至包括气候-生态相互作用机制、生态系统适应性与恢复力、人类活动对气候-生态系统的影响及其反馈效应等在内的多元化研究议题。这些研究议题的演变，不仅反映了学科内部研究兴趣的多样化，也体现了学科发展对现实问题的深入关切。迄今为止，“气候-生态突变”领域研究主题正逐步从描述现象、解释机理向寻求解决途径转变。研究视角的演变揭示了“气候-生态突变”研究领域正在从关注单一环境问题转变为探讨更为复杂的系统性议题，这些议题涵盖了生态系统的动态变化、管理策略的制定，以及与社会经济体系的相互联系。这种转变表明，研究者和政策制定者已经逐渐认识到环境问题并非孤立存在，而是与社会经济发展、人类活动及全球变化紧密交织的复杂系统。随着研究的不断深化，人们逐渐意识到，为了有效应对气候变化和生物多样性丧失等环境挑战，必须采取综合性方法，充分考虑生态系统的复杂性和动态性，以及人类活动对这些系统的影响。

通过对“气候-生态突变”前沿交叉领域学科发展过程的梳理，我们可以得到如下一些启示。

（1）新的知识生产模式进一步凸显了知识生产和社会需求的交互

在这种模式下，知识的创造不再仅仅局限于传统的学术机构和实验室，而是广泛渗透到社会生活的各个领域，与社会发展的实际需求紧密相连。随着科技的飞速进步和全球化的深入发展，对知识的需求呈现出多元化、动态化的特点，这要求知识生产必须紧跟时代步伐，紧密贴合社会需求。与此同时，知识生产也在不断地推动着社会的进步和发展，为解决社会问题、提升生活质量提供了有力的智力支持。因此，新的知识生产模式不仅强调了知识本身的创新性和前沿性，更加注重知识与社会需求的交互融合，实现了科学与社会发展的良性互动。

（2）交叉学科人才的培养不仅需要课程体系的设置，也需要跨学科交流机制的建立

“气候-生态突变”领域发展的内驱力涵盖了气候模型的构建、生态学的深入以及遥感技术的发展等多个方面，可见，该领域发展需要的人才是具有以上学科知识背景的复合型人才，他们需要能够融合各学科理论，并熟练运用各学科方法。因此，在未来的人才培养中，要结合交叉学科的特点和需求，构建涵盖基础理论、专业知识、实践技能等方面的课程体系，注重培养理论与实践相结合的交叉学科人才。未来交叉学科人才的培养，不仅需要高校构建交叉学科课程体系，也需要构建多主体参与的跨学科交流机制。

（3）交叉学科的发展应加强各个层面的交流与合作

气候变化和生态系统变化具有全球性特征，任何单一国家或地区均无法独立应对。因此，“气候-生态突变”领域的发展在很大程度上依赖于国际合作，不仅包括数据、技术和实践的共享，还涉及在全球层面制定和执行政策。由此我们可以得到启示，交叉学科的建设也要加强国际间的交流与合作，引入国际先进理念与技术，拓宽研究视野，促进全球学术资源的优化配置与共享。同时，我们也应当认识到，学科交叉深度依赖交流与合作，这种交流既包括不同学科之间的交流，同时也包括学科内部的深度交流。通过深化学科内部的交流与合作，可以促进知识共享与思维碰撞，推动学科理论的深化与拓展；加强学科之间的交叉融合，能够打破传统学科界限，激发新的研究视角与方法，为解决复杂问题提供更为全面的解决方案。

ZHANG Li-qian, SHA Xiao-jing