全球变化课件 第3讲

1、全球变化全球变化3 3计划框架及名词概念计划框架及名词概念LOGO世界气候研究计划（世界气候研究计划（WCRPWCRP）国际地圈生物圈计划（国际地圈生物圈计划（IGBPIGBP）全球环境变化中的人类因素计划（全球环境变化中的人类因素计划（HDPHDP） WCRPWCRP着重研究气候系统中物理方面的着重研究气候系统中物理方面的问题，问题，IGBPIGBP则着重研究地球系统中的生物则着重研究地球系统中的生物地球化学问题。地球化学问题。LOGO1 1世界气候研究计划（世界气候研究计划（WCRPWCRP）WCRPWCRP目的是扩充人类对气候机制目的是扩充人类对气候机制的认识的认识, ,探索气候的可预报

2、性及人类对探索气候的可预报性及人类对气候的影响程度气候的影响程度, ,它包括对全球大气、它包括对全球大气、海洋、海冰与陆冰以及地表的研究。海洋、海冰与陆冰以及地表的研究。LOGOWCRPWCRP1 热带海洋和全球大气热带海洋和全球大气2 世界大洋环流实验世界大洋环流实验3 全球能量与水循环实验全球能量与水循环实验4 平流层过程及其在气候平流层过程及其在气候 中的作用中的作用5 北极气候系统科学北极气候系统科学6 全球气候变率及其可预测性全球气候变率及其可预测性LOGOIGBP于1983年提出，经过可行性论证和计划制定阶段，于1991年正式实施。其目标是描述和了解控制地球系统及其演化的相互作用的

3、物理、化学和生物过程，研究人类活动在其中所起的作用。其中心的目标是为定量的评估整个地球的生物地球化学循环和预报全球环境变化建立科学基础。其应用目标是增强人类对未来几十年至百年重大全球变化的预测能力，为国家一级的资源管理、环境战略，即环境与发展问题的决策服务。2国际地圈生物圈计划（IGBP）LOGOIGBPIGBP1 1 国际全球大气化学（国际全球大气化学（IGACIGAC）计划）计划2 2 全球海洋通量联合研究全球海洋通量联合研究（JGOFS）计划3 3 过去的全球变化计划（过去的全球变化计划（PAGESPAGES）计划）计划4 4 全球变化与陆地生态系统（全球变化与陆地生态系统（GCTEGC

4、TE）5 5 水循环的生物学计划（水循环的生物学计划（BAHCBAHC）6 6 海岸带陆地海岸带陆地海洋相互作用（海洋相互作用（LOICZLOICZ）LOGO7 7 土地利用土地利用/ /土地覆盖变化土地覆盖变化8 8 全球分析、解释与建模全球分析、解释与建模9 9 数据信息系统数据信息系统1010全球变化的分析、研究和培训系统全球变化的分析、研究和培训系统IGBPIGBPIGBPIGBP与与IHDPIHDP共共同的核心计划同的核心计划LOGO几千年至几百万年尺度几千年至几百万年尺度固体地球变化的那些不可抗拒的过程主宰着固体地球变化的那些不可抗拒的过程主宰着所有其他过程。这些过程包括：所有其他

5、过程。这些过程包括：o地核和地幔过程地核和地幔过程 它们主导着地球的主要磁它们主导着地球的主要磁场，几乎涉及地球的所有质量和动能；场，几乎涉及地球的所有质量和动能；o板块构造过程板块构造过程 其作用在于通过地壳的形成其作用在于通过地壳的形成和破坏以及大陆的形成而产生地表地形；和破坏以及大陆的形成而产生地表地形；o太阳驱动过程太阳驱动过程 其作用在于使地形起伏剥蚀其作用在于使地形起伏剥蚀夷平，并使物理气候系统和生物地球化学循夷平，并使物理气候系统和生物地球化学循环系统趋于多样化。环系统趋于多样化。太阳驱动过程板块构造地核和地幔过程古气候历史古气候历史早期地球过程早期地球过程生物地球生物地球化学循

6、环化学循环人类活动人类活动古气候古气候物理气候物理气候系统系统几十年至几百年尺度几十年至几百年尺度正是在这一时间尺度内，自然变化对人类有着重大正是在这一时间尺度内，自然变化对人类有着重大的影响，且人类活动对全球过程的影响也最显著。的影响，且人类活动对全球过程的影响也最显著。这一时间尺度上，两大过程最为重要：这一时间尺度上，两大过程最为重要：o物理气候系统物理气候系统 太阳驱动的大气和海洋环流系统，太阳驱动的大气和海洋环流系统，控制着地表的温度和降水分布；控制着地表的温度和降水分布；o生物地球化学循环系统生物地球化学循环系统 碳、氮、硫、磷等大气和碳、氮、硫、磷等大气和生态系统的关键物质，与物理

7、气候系统联接的独立生态系统的关键物质，与物理气候系统联接的独立系统，控制着生态系统的生产力及气候系统。系统，控制着生态系统的生产力及气候系统。LOGO过去的全球变化计划（过去的全球变化计划（PAGESPAGES）计划）计划 PAGESPAGES的研究是的研究是IGBPIGBP已确定的核心计划之一。已确定的核心计划之一。对历史资料和自然记录如发现于树轮、湖泊和海对历史资料和自然记录如发现于树轮、湖泊和海洋沉积物、珊瑚、冰芯中的自然信息的研究洋沉积物、珊瑚、冰芯中的自然信息的研究, ,以以及借助于有效的现代物理、化学分析技术及借助于有效的现代物理、化学分析技术, ,使我使我们有能力恢复遥远的过去的

8、地面温度的变化、大们有能力恢复遥远的过去的地面温度的变化、大气和海洋化学、火山事件和植被分布气和海洋化学、火山事件和植被分布, ,其时间分其时间分辨率有时高到能辨别局部或区域环境中的季节性辨率有时高到能辨别局部或区域环境中的季节性变化变化. .这些信息对我们现在认识全球系统的耦合这些信息对我们现在认识全球系统的耦合性极有帮助性极有帮助, ,同时也提供了能够用于校正数十至同时也提供了能够用于校正数十至数百年时间尺度气候和环境变化的模式的数据。数百年时间尺度气候和环境变化的模式的数据。LOGOHDP计划由国际高等研究机构联合会（IFIAS）、国际社会科学联合会（ISSC）和联合国教科文组织（UNE

9、SCO）联合制定、组织和协调，时间为十年。 该计划力图在社会科学领域仿效某些自然科学所特有的大规模合作精神，力求更好地了解导致全球环境变化的人类原因。3.3.全球变化中的人类因素计划（全球变化中的人类因素计划（HDPHDP）LOGO该计划的研究内容包括该计划的研究内容包括1)全球变化的根源，主要是人为的根源；仔细区分自然趋势引起和由人类活动所造成的两类变化；2)由于陆地/生物圈的其他部分和直接由人类作用系统所引起的变化的后果；3)对全球变化的管理。LOGO古气候旋回形成机制假说1 1、一类假说涉及气候的外部系统，主要是地球接、一类假说涉及气候的外部系统，主要是地球接受太阳辐射的多寡。受太阳辐射

10、的多寡。1) 1) 如太阳辐射说认为，太阳辐射的输出量发生过如太阳辐射说认为，太阳辐射的输出量发生过周期性变化；或认为星云周期性地遮蔽了阳光，减少周期性变化；或认为星云周期性地遮蔽了阳光，减少了到达地球的太阳辐射量。了到达地球的太阳辐射量。2) 2) 地球轨道变动说认为，即使太阳输出的能量不地球轨道变动说认为，即使太阳输出的能量不变，随着地球轨道几何形态的周期性变化，地球上不变，随着地球轨道几何形态的周期性变化，地球上不同纬度不同季节所吸收的太阳能量也会发生周期性的同纬度不同季节所吸收的太阳能量也会发生周期性的变化。变化。LOGO3) 3) 火山尘埃说：火山尘埃说： 大量火山爆发时，火山灰吸收

11、和大量火山爆发时，火山灰吸收和散射阳光会导致气候变冷。散射阳光会导致气候变冷。4)4)地磁场变动说：气候波动与地磁场强度及地磁场地磁场变动说：气候波动与地磁场强度及地磁场倒转有关。倒转有关。2 2、还有一类假说牵涉到地球气候系统的某些内部因、还有一类假说牵涉到地球气候系统的某些内部因素及其反馈作用素及其反馈作用1)1)先热后冷说：当暖流进入北极地区时，会导致降先热后冷说：当暖流进入北极地区时，会导致降雪量增大，形成冰盖；冰进伴随着海平面下降，致使北雪量增大，形成冰盖；冰进伴随着海平面下降，致使北上的暖流受到海底岭脊的阻碍，冰雪反射使气候变冷。上的暖流受到海底岭脊的阻碍，冰雪反射使气候变冷。也会

12、减小降雪量导致冰盖后退；融化的冰水使海面回升，也会减小降雪量导致冰盖后退；融化的冰水使海面回升，暖流可再度进入北极区使冰盖扩展。暖流可再度进入北极区使冰盖扩展。2) 2) 造山运动说认为，山地抬升至雪线以上形成冰川，进而通过反造山运动说认为，山地抬升至雪线以上形成冰川，进而通过反射率升高使气候变冷。射率升高使气候变冷。3) CO3) CO2 2的温室效应学认为，藻类等植物的大量繁殖，消耗的温室效应学认为，藻类等植物的大量繁殖，消耗COCO2 2，引起，引起冰期来临；而冰期来临；而COCO2 2的耗竭和温度下降使植物死亡腐烂，又会导致的耗竭和温度下降使植物死亡腐烂，又会导致COCO2 2重新积聚

13、，进而引起温度上升。重新积聚，进而引起温度上升。LOGO米兰科维奇理论米兰科维奇理论本世纪二、三十年代，南斯拉夫米兰科维奇提出，本世纪二、三十年代，南斯拉夫米兰科维奇提出，地球轨道形态变化导致北半球高纬度地区夏半年日地球轨道形态变化导致北半球高纬度地区夏半年日射率发生周期性变化，是引起冰期间冰期变化的射率发生周期性变化，是引起冰期间冰期变化的主导因素。主导因素。控制地球表面日射率的轨道参数有三个，即轨道偏控制地球表面日射率的轨道参数有三个，即轨道偏心率（心率（e e）、地轴倾角（）、地轴倾角（）和岁差（）和岁差（P P）。在月球）。在月球和其它天体微小引力的影响下，地球轨道参数发生和其它天体微

14、小引力的影响下，地球轨道参数发生周期性的变化。周期性的变化。LOGO偏心率偏心率（ eccentricity, e）地球椭圆形轨道的地球椭圆形轨道的最长直径与最短直径最长直径与最短直径之差与赤道半径之比之差与赤道半径之比, ,指轨道偏离正圆的指轨道偏离正圆的程度程度, ,变化在变化在0.005-0.005-0.060.06之间。之间。 地史上存地史上存在在1010万年、万年、4040万年万年两两种变化周期。种变化周期。冰期均冰期均发育于发育于e e 的最小值，的最小值，相当于日地距离增加相当于日地距离增加而日照量减少。而日照量减少。 目前地球轨道的偏心率为目前地球轨道的偏心率为0.01670.

15、0167。偏心率越大，季节长。偏心率越大，季节长短的差异越大。短的差异越大。LOGO黄赤交角或斜度黄赤交角或斜度 （obliquity of ecliptic, ） 黄道面与天赤道面的交黄道面与天赤道面的交角角，即，即地轴与地球轨道地轴与地球轨道面夹角的余角。面夹角的余角。现在现在约约2323 26 26。地质历史上地质历史上存在存在4 4万年万年 的周期，其的周期，其值变化于值变化于2222020224243030之间。之间。值增大使值增大使冬、夏温差增强冬、夏温差增强，即冬即冬季更冷夏季更热。因此季更冷夏季更热。因此，在黄赤交角较小时，在黄赤交角较小时，夏季相对较凉，有利于夏季相对较凉，有

16、利于出现冰期。出现冰期。LOGO岁差（岁差（precession, P）由于月球和太阳对地球赤道由于月球和太阳对地球赤道鼓起部分的吸引，地球自转鼓起部分的吸引，地球自转轴的方向环绕与黄道面的垂轴的方向环绕与黄道面的垂直轴作缓慢的进动，在空间直轴作缓慢的进动，在空间上描绘出一个圆锥面，地轴上描绘出一个圆锥面，地轴绕完一圈约需绕完一圈约需2600026000年。这年。这种现象叫岁差种现象叫岁差。最近一次岁最近一次岁差周期约差周期约 2.52.5万年，万年，地质历地质历史上史上 1.91.92.32.3万年万年（平均（平均2 2万年）万年）。P P 值变化对赤道带值变化对赤道带气候影响较大，对两极高

17、纬气候影响较大，对两极高纬区影响较小。区影响较小。 LOGO要确立米兰科维奇理论，必须解决要确立米兰科维奇理论，必须解决以下三个问题以下三个问题（1 1）地球轨道参数在过去几十万年期间的计算值是否可）地球轨道参数在过去几十万年期间的计算值是否可靠？靠？（2 2）轨道参数的周期性变化是否与古气候旋回的地质记）轨道参数的周期性变化是否与古气候旋回的地质记录相对应？录相对应？（3 3）日射率的微小变化如何引起气候的变动与冰期的产）日射率的微小变化如何引起气候的变动与冰期的产生？生？第一个问题近年来已经解决。计算出的参数第一个问题近年来已经解决。计算出的参数e e、p p的平的平均周期为均周期为958

18、0095800年、年、4100041000年和年和2170021700年。第二个问题是验年。第二个问题是验证米兰科维奇理论的核心课题。证米兰科维奇理论的核心课题。LOGO新仙女木事件（younger Dryas,简称Y.D.事件）新仙女木期是冰期向全新世过渡中发生的新仙女木期是冰期向全新世过渡中发生的一次最重要的气候回返事件。在晚冰期后的一次最重要的气候回返事件。在晚冰期后的急剧升温过程中，大约在距今急剧升温过程中，大约在距今111110ka10ka，气，气候突然出现短暂（持续约候突然出现短暂（持续约1.3ka1.3ka）的逆转，这）的逆转，这一现象被称为一现象被称为Younger Dryas

19、Younger Dryas事件（简称事件（简称Y.D.Y.D.事件）。事件）。LOGO新仙女木事件与温盐环流格陵兰：10年间突然升高5度（8600年前）和15度（12600-11400年前）LOGO厄尔尼诺现象厄尔尼诺现象发现已有一百多年的记载，最早出现在赤道附近的秘鲁、智利等国沿岸海域，每年圣诞节前后，这一带海域的海水温度上升异常，雨量加大，鱼类大量死亡，这种冷暖生态不平衡现象常发生在圣诞节前后，故被当地渔民称之为“ 厄尔尼诺”，在西班牙语中意为“ 圣婴”。LOGO厄尔尼诺现象可以出现在一年中的任何季厄尔尼诺现象可以出现在一年中的任何季节，但以春季为多，一般持续一年左右时间，节，但以春季为多，一般持续一年左右时间，其发生与变化也无规律可言，而且范围不限于其发生与变化也无规律可言，而且范围不限于秘鲁等国沿岸海域，它可扩展至赤道中、东太秘鲁等国沿岸海域，它可扩展至赤道中、东太平洋的辽阔洋面，科学上将这种太平洋赤道一平洋的辽阔洋面，科学上将这种