地球系统科学思考题100903

1、地球系统科学课程开卷考试题姓名：闫明学号：2009103109一、论述题（选2）,共50分请阐述气候变化的胁迫性影响和气候变率、极端性事件的影响，举例说明它 们对农业生产的影响。答：气候变化的胁迫性影响是指气温升高和CO2浓度的增加影响了作物的生长 和发育，全球升温通过平均温度上升而增加种植区域有效积温，作物的有效积温 向高纬和高海拔地区延长，直接影响到作物适宜种植区域的扩大和种植熟制的可 能增加。对农业生产的影响：高纬地区耕地增加，低纬地区减少;沿海和低纬地区 土地物理条件变化明显；气候变化带来生物区系的变化，低纬地区比高纬地区更 强烈;低产地和生态脆弱地区土地生产力变化更为强烈。例如，过去

2、20年，华北、 西北、西南，气温上升，对粮食生产有抑制作用。病虫害发生规律也随着温度上 升而变化，比如一些原来只在广西等地出现的病虫害已在重庆和南京等地出现。 气候变率和极端事件是指一段时间内气候变化的速率以及由此产生的干旱、洪涝 等极端性气候频繁发生。极端事件影响,低纬地区频率远高于中高纬地区；引起低 纬地区减产的主要原因。例如，近50年，我国区域极端天气事件的频率和强度 发生了明显变化；我国极端天气事件发生频率和强度变化的表现是：首先，夏季 高温热浪增多，特别是1998年以后，35摄氏度以上的高温日数连续显著高于常 年平均；其次，区域性干旱加剧，特别是华北地区最近20多年中有8年发生干 旱

3、，干旱发生之频繁、干旱范围之广、损失之大，是1886年以来最严重的；第 三，强降水增多，最近20年是继20世纪50年代之后，长江和淮河流域洪水灾 害高发期。请阐述地球系统的生物系统与动力系统：对气候系统及其变化的驱动力与驱 动机制，地球系统各圈层和子系统的联系与耦合对气候变化的控制作用。请举例说明生物地球化学循环与全球变化的关系，阐述生物地球化学在地球 系统科学中的地位和作用。答：生态系统的物质循环是指组成生物体的C、H、O、N等基本元素在生态系 统的生物群落与无机环境之间所形成的反复的循环运动。这里所说的生态系统， 指的是地球上最大的生态系统一一生物圈，其中的物质循环带有全球性，所以这 种物

4、质循环又叫生物地球化学循环，简称为生物地化循环。物质循环中所说的物 质，指的是组成生物体的一些基本化学元素，它们在生物与无机环境之间可以反 复地出现，循环地流动。全球变化会导致生态系统的生理学过程及生态系统功能的相应变化，生态系 统的变化反过来会对全球变化过程产生影响。大气中CO2浓度升高必然引起植 物生理学过程的一系列变化，而这些变化又会进一步影响生态系统的结构和功 能，如改变生物地球化学循环过程、导致水和能量通量的变化。全球气候变化导 致动植物种类地理分布范围以及生态系统物种组成的变化，在极端的情况下甚至 会导致某些物种的绝灭。全球植被带在第四纪冰期一间冰期循环中曾发生过大幅 度摆动，在高

5、纬地区尤其明显。生态系统种群组成的变化又进一步引起很多其它 物种生境的变迁和生态系统生理学方面的变化，产生一系列正、负反馈过程，进 一步影响全球变化。如当草原植被为森林植被所取代时，植物的生物量增加，会 导致更多的CO2被固定到植物活体之中，减少大气中CO2的含量，使温室效应 减弱；反之，森林减少或人为清除森林植被会减少对大气中CO2吸收，使大气 中CO2的含量相对增加，温室效应增强。同样，植被类型的改变意味着土地覆 盖性质的变化，与此相对应，地表反射率、地表粗糙度、水分和热量交换方式等 都随之变化。改变下垫面的性质会引起地表反射率与热量和水分交换方式的变 化。如森林破坏使得植物蒸腾减少，空气

6、相对湿度下降，降水量减少，同时由于 森林调节作用减小，气温日较差增大等。生物地球化学循环是联接地球各个圈层的环节之一，其在地球系统中具有重 要的作用。借助于生物地球化学循环过程，生命系统在很大程度上控制着大气和 海洋的成分以及地壳的风化速度，调节物理气候系统和固体地球系统的过程，影 响大气、海洋化学和全球能量平衡以及地表环境特征。如果无海洋生物存在，大 洋一大气系统中CO2的浓度将比现代增加两倍，全球将因此而变得更为温暖； 硅、碳、铁、锰、硫、稀有元素等的富集都是生物成因的，每天由植物返回大气 的有机挥发物（有的含有金属）有上千吨。通过生物地球化学循环过程，使得维 持地球生命所必需的化学元素可

7、以得到重复利用，没有生物地球化学循环，大气 中的氧气会被耗尽，海洋沉积物中对生物有毒的化学物质会太多，营养太贫乏， 以至不能维持生物的生命(H. Fridman, 1990)。生物是生物地球化学循环的内在 平衡控制因素。请举例说明地球环境与生命过程的关系，特别是极端环境与极端环境微生物。二、简答题，共50分1，界面与相互作用答：界面是指两个或多个不同物相之间的分界面，如土-水-气-生物之间彼 此的分解面。不同界面之间伴随着物质与能力不停的交换和循环过程，是相互联 系不可分割的。时间和空间尺度答：时间尺度是从历史的角度进行纵向分析来研究对象的动态变化，而空间尺度 是从三维空间来研究一定区域的空间

8、范围，从横向来分析。地球生物学答：研究生物圈与地球系统相互作用及其规律的科学，是生命科学与地球科学的 交叉学科。地球生物学以有机体的生理过程控制性地介入了生物地球化学的物质 循环并由此强烈地影响着地质过程的理论认知为前提，以生物圈与地球其他子系 统相互作用过程为研究对象，探索地球系统中生命过程和地质过程的相互作用， 认识生物进化与地球环境形成和发展的耦合关系以及全球变化过程对过去、现在 和未来生命过程的影响。地球观测系统与长期生态系统试验答：地球观测系统是指由陆地卫星、海洋卫星、气象卫星等系列遥感卫星及地面 各类地球观测数据收集平台等所组成的系统，其数据分析与处理的地理信息系统 是全方位的、多学科的地球观测的科学技术体系。长期生态系统试验是指以某一特定生态系统类型为长期研究对象，通过特定的方 法研究生态系统的结构与功能以及周围环境之间的相互关系的试验过程。“拉尼娜”事件答：拉尼娜是指赤道太平洋东部和中部海面温度持续异常偏冷的现象（与厄尔尼 诺现象