全球变化课件 第2讲

1、全球变化学2 全球变化的科学、预测与影响全球变化的科学、预测与影响 1 1、全球变化学的定义、全球变化学的定义 2 2、全球变化学产生的背景、全球变化学产生的背景 3 3、全球变化学的理论基础？、全球变化学的理论基础？ 4 4、全球变化学研究的目标？、全球变化学研究的目标？ 5 5、目前已建立的预测模型中，未来全球气温上升的、目前已建立的预测模型中，未来全球气温上升的 主要影响因素，是人类活动还是自然因素？为什么？主要影响因素，是人类活动还是自然因素？为什么？ 6 6、假设温室气体每年增加、假设温室气体每年增加1%1%，20502050年年均气温最高年年均气温最高 增加多少，且主要影响北半球，

2、还是南半球？我国升增加多少，且主要影响北半球，还是南半球？我国升 温最明显的地区在哪里？温最明显的地区在哪里？ 7 7、全球变化的危害？、全球变化的危害？ 1) 1)臭氧臭氧 2)2)冰川退缩冰川退缩 3)3)水资源重新分布水资源重新分布 4)4)海岸带影响海岸带影响 5)5)作物产量作物产量 6) 6) 英格兰英格兰 全球变化科学 定义 全球变化学是研究地球系统整体行为的一门科全球变化学是研究地球系统整体行为的一门科 学。它的主要目的是了解地球系统是如何工作、学。它的主要目的是了解地球系统是如何工作、 如何运转的；如何运转的； 研究地球系统过去、现在 和未来的变化规律和控制 这些变化的原因和

3、机制， 从而建立全球变化预测的 科学基础，并为地球系统 的管理提供科学依据。 今天，全球环境问题的严重性主要今天，全球环境问题的严重性主要 在于人类本身对环境的影响已经接近在于人类本身对环境的影响已经接近 并超过自然变化的强度和速度，正在并超过自然变化的强度和速度，正在 并将继续对未来人类生存环境产生长并将继续对未来人类生存环境产生长 远的影响。远的影响。 这些重大的全球环境问题已经远远这些重大的全球环境问题已经远远 超过了单一学科的范围，迫切要求从整超过了单一学科的范围，迫切要求从整 体上来研究地球环境和生命系统的变化，体上来研究地球环境和生命系统的变化， 从而提出了地球系统的概念，它是由大

4、从而提出了地球系统的概念，它是由大 气圈、水圈、陆圈和生物圈组成的一个气圈、水圈、陆圈和生物圈组成的一个 整体。整体。 Fig. 1.3 Our Solar SystemOur Solar System A Differentiating PlanetA Differentiating Planet Fig. 1.6Fig. 1.9 LithosphereLithosphere HydrosphereHydrosphere AtmosphereAtmosphere BiosphereBiosphere 不同尺度研究不同的问题，人们不同尺度研究不同的问题，人们 对客观世界认识都是螺旋上升的对客观

5、世界认识都是螺旋上升的 观测技术的发展，特别是卫星遥感技观测技术的发展，特别是卫星遥感技 术的发展，提供了对整个地球系统的行术的发展，提供了对整个地球系统的行 为进行监测的能力；计算机技术的发展，为进行监测的能力；计算机技术的发展， 为处理大量的地球系统的信息，发展复为处理大量的地球系统的信息，发展复 杂的地球系统的数值模式提供了工具。杂的地球系统的数值模式提供了工具。 技术的发展加上自然科学各分支学科自技术的发展加上自然科学各分支学科自 身的进步，到了今天才有可能从整体上、身的进步，到了今天才有可能从整体上、 从学科间的相互作用来研究地球系统和从学科间的相互作用来研究地球系统和 它的变化。它

6、的变化。 全球变化学的理论基础是地球系统科学全球变化学的理论基础是地球系统科学 （earth system scienceearth system science），它是研究地球），它是研究地球 系统各组成部分之间的相互作用，发生在系统各组成部分之间的相互作用，发生在 地球系统内的物理、化学和生物过程之间地球系统内的物理、化学和生物过程之间 的相互作用，以及人与地球系统之间的相的相互作用，以及人与地球系统之间的相 互作用的一支新兴学科。它以整个地球为互作用的一支新兴学科。它以整个地球为 研究对象，但并不是一门凌驾于所有地球研究对象，但并不是一门凌驾于所有地球 科学、环境科学和宏观生物学之上的科

7、学、环境科学和宏观生物学之上的“超超 级学科级学科”，而是以学科之间的交叉地带作，而是以学科之间的交叉地带作 为其主要研究领域的一门交叉学科。为其主要研究领域的一门交叉学科。 从从9090年代开始，全球变化将开始一系列年代开始，全球变化将开始一系列 的核心计划，成为未来的核心计划，成为未来10102020年世界科学年世界科学 最活跃的一个研究领域。估计可能在学科最活跃的一个研究领域。估计可能在学科 之间的交叉地带产生许多新的思想和理论，之间的交叉地带产生许多新的思想和理论， 并在物理、化学和生物过程相互作用的基并在物理、化学和生物过程相互作用的基 本理论方面有新的突破。同时，由于交叉、本理论方

8、面有新的突破。同时，由于交叉、 综合、相互作用过程研究的需要，可能在综合、相互作用过程研究的需要，可能在 学科研究方法上产生重要的变革。学科研究方法上产生重要的变革。 另一方面，全球变化的研究又具有另一方面，全球变化的研究又具有 十分明确的应用目标，它的研究成果直十分明确的应用目标，它的研究成果直 接用于自然资源的合理开发利用，农林接用于自然资源的合理开发利用，农林 牧副鱼的合理布局，水、土、气污染的牧副鱼的合理布局，水、土、气污染的 控制以及全球环境问题上的重大决策，控制以及全球环境问题上的重大决策， 为保护和改善几代人的生存环境作出贡为保护和改善几代人的生存环境作出贡 献，具有全局性的战略

9、意义。献，具有全局性的战略意义。 地球系统科学的科学目标地球系统科学的科学目标 阐明自然和人为驱动力对地球阐明自然和人为驱动力对地球 系统的作用与反馈，揭示地球系统系统的作用与反馈，揭示地球系统 整体演变的规律与机制，发展地球整体演变的规律与机制，发展地球 系统变化趋势的预测理论与方法，系统变化趋势的预测理论与方法， 建立地球系统变化的调控理论与方建立地球系统变化的调控理论与方 法。法。 令全球变暖的因素包括自然因素和 人为因素。科学家对于这两种因素 都建立了数学模型。 全球变化预测全球变化预测 对于自然因素的模对于自然因素的模 拟，模型与实际的拟，模型与实际的 观测数据重合的只观测数据重合的

10、只 有有2020世纪上半叶。世纪上半叶。 对于人为因素的模对于人为因素的模 拟，我们可以看到，拟，我们可以看到， 大部分时间它们是大部分时间它们是 重合的。当考虑到重合的。当考虑到 图中横坐标为年份，纵坐标图中横坐标为年份，纵坐标 为温度，单位是摄氏度为温度，单位是摄氏度。 a a只考虑自然强迫：只考虑自然强迫： 太阳辐射、火山活动；太阳辐射、火山活动； b b只考虑人类活动只考虑人类活动 强迫：温室气体、硫强迫：温室气体、硫 化物气溶胶；化物气溶胶； c c上述两类因素同时考虑。上述两类因素同时考虑。 自然和人为因素的共同自然和人为因素的共同 作用后，模型的预言与作用后，模型的预言与 实际观

11、测结果就吻合的实际观测结果就吻合的 相当好了。当然，我们相当好了。当然，我们 也可以看到，尽管相当也可以看到，尽管相当 吻合，图中还是有一些吻合，图中还是有一些 不尽如人意的地方。这不尽如人意的地方。这 是气候变化模型的不完是气候变化模型的不完 善造成的。但是无论如善造成的。但是无论如 何，这都强有力的证明何，这都强有力的证明 了人类活动与气候变化了人类活动与气候变化 是相关联的。是相关联的。 v我们面临的工作之一就是削减化石燃 料的使用量。碳循环模型已经显示， 即使我们把二氧化碳的排放量限制在 1990年的水平，也需要几十年甚至一、 两个世纪才能把大气中的二氧化碳浓 度维持在百万分之450、

12、650或者1000 的水平。根据IPCC模型的预测，从 1990到2100年，全球平均气温仍将上 升1.45.8。 几种不同的气候模型对于下一百年全球气温变化的预测。几种不同的气候模型对于下一百年全球气温变化的预测。 纵坐标的单位是摄氏度。图五所示，下一个一百年气温仍将升纵坐标的单位是摄氏度。图五所示，下一个一百年气温仍将升 高。图中右侧显示的是各模型预测的不确定范围。高。图中右侧显示的是各模型预测的不确定范围。 到到2100年，全球气温可能上升年，全球气温可能上升 的幅度为的幅度为1.4-5.8oC (在在1990年年 的基础上的基础上)。这是同时考虑了温。这是同时考虑了温 室气体的增温作用

13、和气溶胶的室气体的增温作用和气溶胶的 降温作用后得出的结论降温作用后得出的结论SAR: 1-3.5oC 。 v气温升高带来的直接后果是两极冰雪消融 和海平面上涨。科学家们预测，从1990年 到2100年，全球海平面将会上涨0.09m到 0.88m。科学家们也承认，在这些对于气 候进行预测的模型里，还存在着需要改进 的地方。但是，要明确的是，全球气候正 在变暖，这是一个不容置疑的事实。我们 的未来将会怎样？根据这个预测，即使我 们采取了相应的措施，温室气体对气候的 影响仍然将持续几个世纪。因此，我们没 有理由不立即采取行动。 到到2100年，因气温升高造成的海年，因气温升高造成的海 平面上升可能

14、达到平面上升可能达到9-88cm(在在1990 年的基础上年的基础上)，SAR: 13-94 cm 冰芯记录的冰芯记录的1515万年万年 来和四次冰期的气来和四次冰期的气 温与温与COCO2 2浓度变化浓度变化 CO2 changing by 540 to 970 ppm; CH4 changing by 190 to +1970 ppb (present concentration 1760 ppb); N2O changing by +38 to +144 ppb (present concentration 316 ppb); Tropospheric O3 changing by -1

15、2 to +62%. 2050年代年均气温与目前状况的对比。为四大全球气候 模型在不同初始条件下运行结果的平均值。假设条件包 括温室气体排放量相当大气中CO2 浓度每年增加1%。 2050年 已有研究成果表明已有研究成果表明, ,未来变暖的范围和强度增加。温度增未来变暖的范围和强度增加。温度增 加幅度加幅度由南向北由南向北增大。增大。西北地区西北地区温度上升明显。温度上升明显。 20502050年代年均降水量与目前状况的对比。为四大全球气年代年均降水量与目前状况的对比。为四大全球气 候模型在不同初始条件下运行结果的平均值。假设条件候模型在不同初始条件下运行结果的平均值。假设条件 包括温室气体排

16、放量相当大气中包括温室气体排放量相当大气中COCO2 2 浓度每年增加浓度每年增加1%1%。 可能的影响 健康健康 天气原因的死亡现象天气原因的死亡现象 传染病传染病 森林森林 群落结构群落结构 地理分布地理分布 健康和生产力健康和生产力 水资源水资源 水量水量 水质水质 用水竞争用水竞争 海岸带海岸带 沿岸侵蚀沿岸侵蚀 沿岸土地淹没沿岸土地淹没 沿岸城乡保护的成本沿岸城乡保护的成本 自然生态区自然生态区 物种和栖息地的丧失物种和栖息地的丧失 农业农业 作物产量作物产量 灌溉用水的需求变化灌溉用水的需求变化 气候变化 气温气温 降水降水 海平面上升海平面上升 全球变化的影响全球变化的影响 1

17、1）臭氧层浓度每减少臭氧层浓度每减少1%1%，太阳紫外线辐射就增加，太阳紫外线辐射就增加2%2%，皮肤，皮肤 癌就会增加癌就会增加2%2%，白内障患者增加，白内障患者增加0.6%0.6%，同时损坏人的免疫，同时损坏人的免疫 力，使各肤色人们的免疫系统受到抑制，传染病发病率增加，力，使各肤色人们的免疫系统受到抑制，传染病发病率增加， 导致黑瘤病死亡率增加。导致黑瘤病死亡率增加。 2 2）破坏生态系统：可以杀死水中单细胞藻类，导致鱼类大）破坏生态系统：可以杀死水中单细胞藻类，导致鱼类大 量死亡，破坏水生态系统食物链和渔业，同时紫外线辐射可量死亡，破坏水生态系统食物链和渔业，同时紫外线辐射可 能导致

18、生物物种变异，甚至灭绝。能导致生物物种变异，甚至灭绝。紫外线辐射破坏植物光合紫外线辐射破坏植物光合 作用和授粉能力，使农作物减产或绝收。作用和授粉能力，使农作物减产或绝收。 3 3）过量的紫外线使塑料等高分子材料易于老化和分解，带）过量的紫外线使塑料等高分子材料易于老化和分解，带 来光化学烟雾污染来光化学烟雾污染 4 4）过量紫外线会导致地球升温，出现冷热失衡。）过量紫外线会导致地球升温，出现冷热失衡。 臭氧层变薄对健康的危害臭氧层变薄对健康的危害 正在消失中的绿色宝库正在消失中的绿色宝库 我国森林资源遭到破我国森林资源遭到破 坏的原因：坏的原因： （1）集中过伐，消耗）集中过伐，消耗 量大于

19、生长量；量大于生长量； （2）计划外采伐量大；）计划外采伐量大； （3 3）森林火灾及病虫害损失大；）森林火灾及病虫害损失大； （4 4）毁林开荒和滥伐现象极其严重。）毁林开荒和滥伐现象极其严重。 “生物入侵生物入侵”是指某种生物从外地自然传入是指某种生物从外地自然传入 或人为引种后成为野生状态，并对本地生态或人为引种后成为野生状态，并对本地生态 系统造成一定危害的现象系统造成一定危害的现象 国家环保总局这次共公布了国家环保总局这次共公布了16种外来入侵物种，种外来入侵物种， 分别为分别为紫茎泽兰、薇甘菊、空心莲子草、豚草、紫茎泽兰、薇甘菊、空心莲子草、豚草、 毒麦、互花米草、飞机草、凤眼莲（

20、水葫芦）、毒麦、互花米草、飞机草、凤眼莲（水葫芦）、 假高粱、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、强大小蠹、美国假高粱、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、强大小蠹、美国 白蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙。白蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙。 冰川退缩 1920194019601980200020201900 5 10 15 年 1970年 2000年 高山生态系统对全球变暖十分敏感 一些冰川出现减少或退缩现象一些冰川出现减少或退缩现象 冰川面积（平方公里）冰川面积（平方公里） 乞里马扎罗山 冰川退缩 19941986198019731962 小冰期后期以来的变化小冰期后期以来的变化 1962年以来连续退缩情况年以来连续退缩情况 天山乌鲁木齐河源天山乌鲁木齐河源1号冰川号冰川 断开 湖泊水位下降与面积萎缩 年年 年年 湖水位湖水位( (米米) )湖水位湖水位( (米米) ) 1960197019801990 4000 4500 5000 湖面积湖面积(平方公里平方公里) 年年 下降约12米 缩小670多平方公里 青海湖（a）近百年和（b）近六百年水位变化的重建曲线 Source: .uk/sec5/CR_div/Brochure97/ 全球全球50-70的人口分布在海岸带，的人口分布在海岸带，60的中国人口集中在距海岸线的中国人口集中在距海岸线60 km