气候变化机制

1、气候变化的机制气候变化的机制及其对全球变化的不同影响及其对全球变化的不同影响 自然地理学自然地理学刘玉斌刘玉斌内容概要内容概要n1 过去过去100万年的气候变化的机制及影响万年的气候变化的机制及影响n2过去过去1000年的气候变化的机制及影响年的气候变化的机制及影响n3过去过去100年的气候变化的机制及影响年的气候变化的机制及影响古气候研究证据古气候研究证据1 过去过去100万年的气候变化万年的气候变化n根据古气候资料重建两极冰盖在过去根据古气候资料重建两极冰盖在过去100万年万年间绝大部分时段的冰量变化。地质时期的气候间绝大部分时段的冰量变化。地质时期的气候史，尤其是显生代以来的气候是以温暖

2、时期和史，尤其是显生代以来的气候是以温暖时期和寒冷时期交替出现为基本特征的，但从总体看寒冷时期交替出现为基本特征的，但从总体看是以温暖气候为主，约占整个气候史的是以温暖气候为主，约占整个气候史的9/10。n其中有其中有67次的大冰期被其间的暖期所分隔，次的大冰期被其间的暖期所分隔，大冰期之间相隔约大冰期之间相隔约10万年。万年。1 过去过去100万年的气候变化万年的气候变化n地球气候长期演变的原因主要来自于天文因素地球气候长期演变的原因主要来自于天文因素和轨道强迫。和轨道强迫。 (1)银河年周期解释银河年周期解释 (2)大陆漂移和板块运动大陆漂移和板块运动 (3)米兰科维奇假说米兰科维奇假说

3、地球轨道参数：地球轨道偏心率、地轴倾斜地球轨道参数：地球轨道偏心率、地轴倾斜 角度（黄赤交角）和岁差角度（黄赤交角）和岁差 (4)辛普森假说辛普森假说2 过去过去1000年的气候变化年的气候变化n第四纪最后一次冰期（武木冰期）过后，全球第四纪最后一次冰期（武木冰期）过后，全球气候开始转暖，各地冰盖逐渐消融后退，但时气候开始转暖，各地冰盖逐渐消融后退，但时间因地域而异。间因地域而异。n近近1000年来的气候变化幅度不大，但仍有数次年来的气候变化幅度不大，但仍有数次冷暖干湿的波动变化，因此常把这种短期气候冷暖干湿的波动变化，因此常把这种短期气候变化称为气候波动。变化称为气候波动。2 过去过去100

4、0年的气候变化年的气候变化n短期的气候变化，除轨道强迫因素外，还有其短期的气候变化，除轨道强迫因素外，还有其他主要机制：他主要机制： (1) 内部机制内部机制 如：大气成分变化、海如：大气成分变化、海气之间的耦合关系气之间的耦合关系 (2)外部机制外部机制 如：太阳辐射和火山活动如：太阳辐射和火山活动 2.1 海洋环流变化海洋环流变化n温盐环流温盐环流(Thermohaline Current，THC) 为了下沉到深海，海水密度需特别大，即为了下沉到深海，海水密度需特别大，即海水应既冷又多盐分。这种密度大的海水可在海水应既冷又多盐分。这种密度大的海水可在两个主要地区下沉入深海，即两个主要地区下

5、沉入深海，即北大西洋北大西洋（在斯（在斯堪的纳维亚半岛和格陵兰岛之间的格陵兰海以堪的纳维亚半岛和格陵兰岛之间的格陵兰海以及格陵兰岛以西的拉布拉多海）和及格陵兰岛以西的拉布拉多海）和南极洲地区南极洲地区。这种方式形成的富含盐分的深水引起的深海环这种方式形成的富含盐分的深水引起的深海环流涉及全部海洋。流涉及全部海洋。2.1 海洋环流变化海洋环流变化2.2 太阳活动变化太阳活动变化n太阳活动变化最明显的特征是太阳黑子活动，太阳活动变化最明显的特征是太阳黑子活动，会直接影响太阳辐射强度。尽管缺少准确的对会直接影响太阳辐射强度。尽管缺少准确的对太阳辐射的直接观测（只有最近太阳辐射的直接观测（只有最近20

6、年卫星才提年卫星才提供了这类数据），其他证据表明太阳辐射在过供了这类数据），其他证据表明太阳辐射在过去可能发生了显著的变化。去可能发生了显著的变化。n例如，和现在相比，太阳辐射在例如，和现在相比，太阳辐射在17ct的蒙德极的蒙德极小期小期(Maunder Minimum)（几乎没有太阳黑子（几乎没有太阳黑子的一段时间）时明显偏低。的一段时间）时明显偏低。 2.2 太阳活动变化太阳活动变化中国近百年中国近百年(1905-2001年年)来平均地表气温变化来平均地表气温变化(a).温度距平温度距平 (b).台站数量台站数量2.3 火山活动火山活动 n火山爆发能把大量的火山灰和火山爆发能把大量的火山灰

7、和SO2气体喷入平气体喷入平流层中，在平流层中形成的微粒和气溶胶层会流层中，在平流层中形成的微粒和气溶胶层会把相当大的一部分的太阳辐射反射回太空，阻把相当大的一部分的太阳辐射反射回太空，阻碍太阳辐射到达大气低层，如果这种作用足够碍太阳辐射到达大气低层，如果这种作用足够强，则将使地球表层冷却，即强，则将使地球表层冷却，即“阳伞效应阳伞效应”。2.3 火山活动火山活动2.3 火山活动火山活动n1815年年4月印度尼西亚坦博拉月印度尼西亚坦博拉(Tambora)火山爆火山爆发是这一时期最强烈的火山活动之一，这导致发是这一时期最强烈的火山活动之一，这导致很多地方在之后的两年内异常寒冷，很多地方在之后的

8、两年内异常寒冷，1816年甚年甚至被美国新英格兰地区（美国东北部）和加拿至被美国新英格兰地区（美国东北部）和加拿大称为大称为“没有夏天的一年没有夏天的一年”。尽管像坦博拉量。尽管像坦博拉量级的火山爆发也只能影响气候几年时间，但级的火山爆发也只能影响气候几年时间，但“平均平均”的火山活动变化却有更长远的影响。的火山活动变化却有更长远的影响。n近近100年以来气候变化的基本趋势是气候变暖，年以来气候变化的基本趋势是气候变暖，主要受人为作用强迫机制的影响。主要受人为作用强迫机制的影响。n这一时期这一时期2005年是地球气温较高的一年，也是年是地球气温较高的一年，也是自自1861年开始使用温度计测量气

9、温以来仅次于年开始使用温度计测量气温以来仅次于1998年的第二个高温年。年的第二个高温年。n从从1995年到年到2007年的年的13年间，有年间，有12年位列有记年位列有记录以来的录以来的13个最暖年份之中。在个最暖年份之中。在20世纪的世纪的100年间，地球气温上升了年间，地球气温上升了0.6，气候变暖逐步加，气候变暖逐步加剧，且已发展到最为关键的阶段。剧，且已发展到最为关键的阶段。3 过去过去100年的气候变化年的气候变化 3 过去过去100年的气候变化年的气候变化3.1 人类活动人类活动n人类活动对气候的影响主要具体表现在：人类活动对气候的影响主要具体表现在： (1) 化石燃料燃烧、水泥

10、制造和土地利用变化化石燃料燃烧、水泥制造和土地利用变化 导致大气中导致大气中CO2浓度增加；浓度增加； (2) 稻田、家畜反刍和燃煤导致大气中稻田、家畜反刍和燃煤导致大气中CH4浓浓度增加；度增加； (3) 农业生产和飞机排放导致大气中农业生产和飞机排放导致大气中N2O、O3等浓度变化；等浓度变化； (4) 人工合成物质及其使用导致大气中人工合成物质及其使用导致大气中CFCs等等浓度大幅增加。浓度大幅增加。 3.2 海海气系统的耦合关系气系统的耦合关系 n海海气系统的耦合关系气系统的耦合关系 厄尔尼诺现象是发生在大气环流和海洋环厄尔尼诺现象是发生在大气环流和海洋环流之间的强耦合事件的很好例子。

11、大气环流流之间的强耦合事件的很好例子。大气环流（风）施加于海洋的应力是海洋环流的主要驱（风）施加于海洋的应力是海洋环流的主要驱动力，同时来自海洋进入大气的热量，特别是动力，同时来自海洋进入大气的热量，特别是蒸发作用对大气环流又有极大的影响。蒸发作用对大气环流又有极大的影响。 3.2 海海气系统的耦合关系气系统的耦合关系n1997年厄尔尼诺现象导致亚洲干旱并引起森林年厄尔尼诺现象导致亚洲干旱并引起森林大火，仅在印度尼西亚及其附近地区就烧掉了大火，仅在印度尼西亚及其附近地区就烧掉了几千平方英里的热带雨林、木材林地、替代性几千平方英里的热带雨林、木材林地、替代性森林和灌木丛林，据估计导致大约森林和灌

12、木丛林，据估计导致大约0.82.6亿吨亿吨碳排放到大气中，也许是碳排放到大气中，也许是1998年年CO2增长特别增长特别快的原因之一。快的原因之一。 3.2 海海气系统的耦合关系气系统的耦合关系1997年印度尼西亚森林大火3.3 火山活动火山活动 1991年菲律宾皮纳图年菲律宾皮纳图博火山喷发，约博火山喷发，约2000万吨的万吨的SO2和大量的和大量的灰尘被喷射到平流层灰尘被喷射到平流层中，在之后的两年里中，在之后的两年里全球平均气温下降约全球平均气温下降约0.25。参考文献参考文献n1 John Houghton. Global Warming Fourth Edition. Cambridge University Press. 2012.12.霍顿霍顿(英英)著；丁一汇等译著；丁一汇等译. 北京北京: 气象出气象出版社版社, 2012.12.n2 张强张强, 韩永翔韩永翔, 宋连春宋连春.全球气候变化及其影响因素研究进展综全球气候变化及其影响因素研究进展综述述J.地球科学进展地球科学进展.2005,20(9):990998.n3 杨冬红杨冬红, 杨学祥杨学祥. 全球气候变化的成因初探全球气候变化的成因初探J地球物理学进地球物理学进展展, 2013, 28(4): 166616