生物多样性保护导论03-全球变化和生物多样性课件

1、生物多样性保护导论3：全球变化和生物多样性全球变化（Global Change）的定义问题一：什么是全球变化？全球变化（Global Change）的定义全球变化是指改变我们的生物、社会和体制等环境的各种因素，主要人为因素。这些因素正在导致物理性或者生物性的改变，例如气候变化或海平面上升可能是受社会和经济因素的驱使，例如人口增长，对食品需求的增加；或者由于新的管理政策导致，例如权力下放和共同管理等。总之，这些新趋势改变了整个大环境，也增加了我们管理地球上最珍贵地区的不确定性。生物物理变化Biophysical Change问题2：有哪些全球性的生物物理变化？气候变化Climate Change

2、海平面上升Sea Level Rise栖息地丧失和片断化Habitat Loss and Fragmentation外来入侵种Invasive Alien Species陆地水资源变化In-land Water Change 全球气候变化历史上的气候变化对生物区系的分布有十分重要的作用南美洲最南端的开花植物有四五十种和北美洲和欧洲的相同，甚至与欧洲更相似美洲赤道地区的高山上，有大群独特的属于欧洲属的物种非洲的阿比西尼亚山上，生长着几种欧洲特有的类型和少数好望角植物的代表类型爪哇高山上采集的植物好像是欧洲丘陵上的植物婆罗洲山顶上生长的植物竟然代表了澳洲的特殊类型澳洲南部山上有欧洲的物种历史上的气

3、候变化对生物区系的分布有十分重要的作用全世界热带地区的高山上生长着的某些植物，和南北温带平原的植物是同种或同一个物种的变种。历史上的气候变化对生物区系的分布有十分重要的作用海洋生物也有类似情况新西兰的甲壳动物和英国的非常相似新西兰和欧洲有25种海藻是相同的，但在它们中间的热带海洋里却没有这些海藻从大约两百万年前的更新世，到一万年前左右开始的全新世，地球气候经历了多次周期性波动，在干冷期（冰川期）和温湿期（间冰川期）之间交替更迭。据估计，在过去的260万年中，地球经历了至少50次的循环更替。每一次更替都会持续几千年，这给老虎留出了足够多的时间去适应环境变化。最近的一次大型寒冷期，即最后一次冰川期

4、大约出现在2万年前。历史上的气候变化对生物区系的分布有十分重要的作用例如第四纪冰川但北半球经受冰期严寒的时候，南半球实际上是温暖的。南北冰期交替这个过程是目前物种分布格局形成的重要因素全球气候变化Global Climate Change现在的气候变化是指什么？气候变化是指自1900年代以来发现的地球上气候的变化。最近我们看到的和预计今后80年将发生的变化，主要是由于人类的行为引起而非自然变化。莱索托的Thaba-Tseka村。因为降雨要么过早，要么过晚，所以莱索托境内崎岖山区的庄稼不断减产。还有大冰雹和龙卷风。过早出现的霜冻冻死了大部分在前一段奇怪的天气中幸存的玉米苗。村里的老人都相信宇宙已

5、经乱套了。他们说：“上帝一定是对我们发怒了，但是我们不知道为什么。”这个村庄和其他近四百万非洲人正面临被饿死的危险，他们可能是全球气候变化的首批牺牲品之一Observed changes in (a) global average surface temperature; (b) global average sea level from tide gauge (blue) and satellite (red) data and (c) Northern Hemisphere snow cover for March-April. All differences are relative t

6、o corresponding averages for the period 1961-1990. Smoothed curves represent decadal averaged values while circles show yearly values. The shaded areas are the uncertainty intervals estimated from a comprehensive analysis of known uncertainties (a and b) and from the time series (c).From IPPC (2007)

7、近50年来，我国北方地区最低气温显著升高，暖冬年份连续出现。中国气候变化问题：为什么气候会变暖？温室气体使地球保持温暖如果没有温室气体，地球会比现在低30度大气的 99%由 78%氮气nitrogen和21%氧气oxygen组成。它们对气候调节基本没有直接的作用。温室气体Greenhouse Gases问题：温室气体有哪些？在剩下的1%左右的大气中有小部分：二氧化碳Carbon dioxide 甲烷Methane 一氧化二氮Nitrous oxide 臭氧Ozone 水蒸汽Water vapour 卤烃Halocarbons温室气体Greenhouse Gases问题：什么原因造成温室气体增加

8、？温室气体增加的原因煤、石油和天然气燃烧后产生二氧化碳森林破坏降低了植被的二氧化碳吸收能力温室气体状况CO2 浓度现在大约比自然状况高30-35%甲烷、一氧化二氮25%的商业性能量消耗来自交通人类活动产生了过多温室气体政府间气候变化调查组The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) （1988）2001，其第三次评估报告估计到世纪末，全球气温将升高 1.4 5.8.获得2007年诺贝尔和平奖IPCC关于气候变化的陈述Most of the observed increase in global average temperatures

9、 since the mid-20th century is very likely due to the observed increase in anthropogenic GHG concentrations.2001，最近50年来观察到的变暖现象很可能是由于人类活动造成的most of the warming observed over the last 50 years is likely to be attributable to human activities. 1995，可辨别的人类对气候的影响discernible human influence on the climat

10、e IPCC关于气候变化的陈述From IPPC (2007)The long-term risks to unique and threatened systems A 1-2C increase in global mean temperature above 1990 levels poses significant risks to many unique and threatened systems including many biodiversity hotspots. An increasing risk of species extinction and coral reef

11、 damage is projected. Approximately 20-30% of plant and animal species assessed so far are likely to be at increased risk of extinction if increases in global average temperature exceed 1.5-2.5C over 1980-1999 levels. From IPPC (2007)The long-term risks to unique and threatened systems Corals are vu

12、lnerable to thermal stress and have low adaptive capacity. Increases in sea surface temperature of about 1-3C are projected to result in more frequent coral bleaching events and widespread mortality. Increasing vulnerability of indigenous communities in the Arctic and small island communities to war

13、ming is projected. From IPPC (2007)全球温度在过去300年上升超过了0.7，因此气候变化已经发生。20世纪温度增加了 0.5。最严重的变暖发生在 19101940年间和1976年至今。最近1000年内，90年代是最温暖的，5个最温暖的年度有4个发生在90年代。1998年是1861年有记录以来全球最温暖的一年。1995年是225年以来炎热天数最多的一年，超过20的天数为26天。而冷天的数量（平均温度低于0）则从20世纪以前的每年1520天，减少到最近几年每年大约10天。关于全球气候变化的关键点：2007年月日，美国国家冰雪数据研究中心报告说，北极海冰覆盖面积已经

14、缩减，达到有记录以来的最低值。2008年月，美国的卫星观测显示，北极历史最久、最厚的“老冰”正不断缩减。这些“终年海冰”曾经覆盖北极至的面积，但今年月的覆盖面积还不足。一些科学家甚至预测，未来年到年内，北极可能出现夏季无冰的极端情况。关于全球气候变化的关键点：气候变化导致全球海平面在过去100年中平均上升了0.10.2米。20世纪，平均每年上升12毫米，预计19992100年，上升0.090.88米，比20世纪高24倍。世界大部分地区降雨明显增加，北半球的中高海拔区每10年增加0.51，严重降雨事件发生率增加了24。亚洲和非洲过去几十年旱灾的频率和严重程度都一直在增加。关于全球气候变化的关键点

15、：目前已有清楚的迹象表明生物多样性开始在对全球气候变化作出反应有哪些反应？生物多样性对全球气候变化的反应包括地理分布的改变生理发生改变生活周期发生改变迁徙习性和栖息地发生改变生存能力降低全球气候变化和生物多样性生物学的改变蛙类提早产卵蝴蝶分布区向北方扩展英国的鸟类卵孵化速度加快东欧的树木提早开花一些生物多样性丰富区已经受到影响哥斯达黎加的鸟类坦桑尼亚和印度尼西亚的蚊子加利弗尼亚的蝴蝶不能耐受霜冻的植物上升到新的海拔高度全球气候变化和生物多样性数以百计的物种从蝴蝶到鸟类，植物，蝙蝠，甚至老鼠，都向极地迁移了300公里。这些惊人的数字只是一个序幕，它只是上世纪0.6摄氏度这一极小的温度升高引发的结

16、果 全球气候变化和生物多样性8.6CApril temperatureKBTKGT/aln(Blue tit Cyanistes caeruleus)ln(Great tit Parus major)KGTKBT/aln(N1,t+1) = a10(TMar,t) + (1+a11)ln(N1,t) + a12ln(N2,t) a20 + (1+a22)ln(N2,t) + a21ln(N1,t) ln(N2,t+1) = b20 + (1+b22)ln(N2,t) + a21ln(N1,t) otherwisewhere a10(TMar,t) is given as the followi

17、ng linear model: a10(TMar,t) = a10 + a13TMar,t if TApr,t a20 + (1+a22)ln(N2,t) + a21ln(N1,t)Temperature effect on competition1964-2006Ghent, BelgiumEcology-Climate studies based upon long-term data哥斯达黎加的Monte Verde森林最后一次见到是198770年代以来，由于温度上升，云层升高导致鸟类、爬行和两栖类种群的变化，有21种蛙类消失Monte Verde特有种Monte Verde Gold

18、en ToadBufo perglenes 绝灭加利福尼亚北到加拿大，南到墨西哥在其南部分布区内正在绝灭，向北部和高海拔地区扩展斑蝶Ediths Checkerspot ButterflyEuphydryas editha分布转移分布区转移，同时携带着疾病转移转移到更高海拔的地区，以前从来没有疟疾(Malaria)或其他蚊子传播的疾病，也开始发生1997年坦桑尼亚和印度尼西亚的热带高地第一次爆发了疟疾。登革热（Dengue Fever）以前只在1000米以下的地区发生，现在在墨西哥近2000米地区也有报道。在哥伦比亚超过2000米的地区发现了登革热和黄热病（Yellow Fever）的媒介昆虫

19、蚊子 出现在更高海拔哥斯达黎加Monte Verde森林，气候变化导致厚嘴巨嘴鸟筑巢地位置上升捕食凤尾绿咬鹃Resplendent quetzals (Pharomachrus moccino)的幼雏凤尾绿咬鹃没有更高的海拔区可以筑巢Keel-billed Toucan厚嘴巨嘴鸟Ramphastos sulfuratus 分布转移Brandts voles (Microtus brandti) are small native mammals that inhabit the grasslands of Inner Mongolia, China. The species is conside

20、red a pest, particularly during population outbreaks, which have increased in frequency since 1970 from 1 every 7 years to 1 every 3 to 5 years. Brandts voles布氏田鼠Zhang et al. Oikos, 2003Using historical records taken between 1948 and 1998, we found that there was significant correlation between year

21、s for which the monthly averages of the Southern Oscillation Index (SOI，南方波动指数) were consistently high, and years in which outbreaks occurred. Fig.3. Population density of voles in North Finland and SOI. The catch indices (%) before 1978 were estimated from Laine and Henttonen (1983), and the catch

22、indices (10 x rodents/100 traps) after 1978 were estimated from Virtanen et al (1997). For sake of comparison, the population density in Fig. 3a is plus by 20. The yearly SOI values were calculated from QDPI.BrianHjelle and GregoryE.GlassThe Journal of Infectious Diseases2000;181:1569-1573Hantavirus

23、 which are transmitted by mice (P. maniculatus) in USA was closely related to ENSO events美国的大部分鸣禽转移其分布区，并提早迁飞，常常导致食物缺乏，如很难找到足够的食物如昆虫、花卉和浆果。因为鸣禽在维持生态系统中的重要作用，这种变化可能导致生态系统失去平衡。 美国情况按照目前气候变化的情况，一些脆弱的生态系统如落基山的高山草甸、沿海湿地和河口可能会消失。东北地区枫树为主的硬木林（Maple dominated hardwood）将让位于青冈和针叶树为主的森林（Forest dominated by oak

24、s and conifers） 美国情况目前已经有近20%的珊瑚礁是由于白化现象所破坏 珊瑚礁白化(Bleach)气候变化导致鲸鱼“瘦身” 2008-09-09 09:21:31 气候变化已威胁西非海岸 2008-09-02 09:16:48 气候变化对北极熊带来的影响 2008-08-13 10:49:26 气候变暖将改变部分鱼类性别比例 2008-08-11 10:22:10 大量南极企鹅现身巴西海岸 2008-08-11 09:53:01 气候变暖 可能致四川大熊猫向西向北迁徙 2008-08-05 09:42:49 外来物种侵入南极 气候变暖利于其生存 2008-08-05 09:25

25、:23 南极反常暴风雨致上万只小企鹅被冻死 2008-07-15 10:46:54 气候变暖压缩鲸的生存区域 2008-07-09 13:10:04 野生动物逐年调整自身行为以适应气候变化 2008-07-04 10:30:50 海平面上升Sea Level Rise气候变化减少雪和冰的覆盖增加极地冰盖的融化增加陆地和海洋的水量海水热膨胀1986年冰川的位置100米1998年冰川的位置西藏林芝地区川藏公路以北的冰川，由于受全球气候变化的影响，大面积后退萎缩冰川退缩海平面上升的影响沿海洪水地表坍塌河口三角洲人类活动野生动物栖息地已经低于海平面的地方（爱尔兰）小岛屿国家Florida150万公顷的

26、 Everglades National Park被称为“美国最濒危的国家公园”海水正在侵蚀当地人口依赖的淡水沼泽地目前一个宽阔的环形红树林象水坝一样将淡水沼泽地和海洋分开如果红树林屏障增长速度不如海水水位增长快，或者被台风破坏淡水沼泽地会逐渐被海水湿地取代中国近50年来沿海海平面平均上升速率达2.5公厘/年。上升速率高于全球1.8公厘/年的平均值。 如果照这样算下去，到本世纪末海平面将上升25厘米左右。根据气候变化国家评估报告的估算，如果海平面上升30厘米，珠三角、长三角和黄河三角洲、华北平原可能遭淹没的海岸低洼土地面积超过2万3千平方公里，占全国面积的2.3%。 海平面每上升1米，中国沿海

27、将有12万平方公里土地被淹，7000万人口需要内迁。将损失2万亿元 栖息地丧失和片断化Habitat Loss and Fragmentation资源开发、城镇建设、交通网络、导航设施以及其他形式的栖息地改变栖息地丧失和片断化影响首先从边缘开始导致剩余植被退化交通道路导致人们更容易进入以前被隔离的森林大熊猫栖息地分割大熊猫栖息地重大问题之一是植被破坏造成的种群隔离外来入侵种Invasive Alien Species陆地水资源变化In-land Water Change 问题：陆地水资源发生了什么变化？地表水资源普遍减少，河流减少，断流现象加重地下水位下降严重水质污染日益加重导致水资源严重缺乏

28、地表水下降黄河中游三门峡站10年平均年径流量变化西部地区河流断流日趋严重，断流情况不仅出现在降水量少的西北部地区，而且出现在雨量充沛的西南地区；广西60年代可通航河流214条，90年代减少到40条，通航里程缩短一半。河流污染加重，使原本水资源短缺的西北地区“雪上加霜”，水资源相对丰富的西南地区出现水质性短缺现象。 西北干旱、半干旱地区河流下游湿地消失、湖泊干涸现象十分严重。青藏高原众多湖泊相继萎缩，甚至消亡，部分淡水湖泊向咸水湖泊转变。 黄河源区88年以来，湖泊减少了732个，60-80年代内蒙古湖泊减少了1321km2。地下水西部地区地下水利用量呈持续增长趋势，部分地区地下水超采严重，导致局

29、部地区地面下沉严重，漏斗范围不断扩大，对城市建筑和人民生命财产安全构成严重威胁;地下水位持续下降，造成水质恶化，植被衰亡，土地沙化速度加快。塔里木河下游地区，地下水位由70年代的1m左右，下降到80年代2-10m，90年代下降到12-16m，同期河水矿化度由1g/L增加到3-6g/L。西安城区地下水开采造成地面下沉面积高达162km2，出现13条地裂缝。 近3000年来呈明显的干旱化趋势，近50-100年有明显的干旱化趋势，20世纪70年代开始干旱化趋势加快。-0.30.00.3-0.30.00.31880190019201940196019802000-0.20.00.2Year(A.D)西

30、北北方东北70年代以来干旱化加速干旱指数(T, P) 实际计算值 滑动平均值 趋势平均值不合理的水资源利用导致水资源的自然分配机制被严重改变大坝水库建设农业灌溉地下水抽取大坝建设自本世纪五十年代以来，各国建造水坝的数量一直呈上涨趋势，目前全球至少已建成45000个大型水坝大型水坝的定义：水坝高度（从地基处算起）大于或等于15米；高度在5米至15米之间，且总储水量超过300万立方米的水坝。大坝建设的生态困惑黑河流域的水坝建设导致了下游地区生态环境的急剧退化石羊河流域筑坝截水，导致民勤县绿洲生态急剧恶化10座水库（进入民勤县的水量从50年代5.9亿立方米 下降到 1亿立方米）大坝建设的生态困惑水坝引水工程威胁了青海湖的生物多样性2001年7月3日是青海湖湟鱼的灾难性的一天，成千上万的产卵亲鱼死在了沙柳河拦河坝上下一段约长200米的河道内，死鱼形成了一条约50厘米厚的鱼尸带。青海湖周围的入湖河流已由以前的108条减少为5条，其他河流均已干涸。1997年青海湖环湖地区耕地已达2242万公顷，大部分利用了水利灌溉。 西部地区农业灌溉比重大，农业、林业用地面积持续增加，导致水资源需求量增长，水资源短缺矛盾加剧，特别是造成下游地区水资源匮乏。 农业灌溉：西部地区部分省区地表水资源利用状况 西部部分省区农业灌溉状况 农业节水工作滞后，单位面积用水量高,水资源的浪费严重，进一步导致区域水生