气候变化与气候系统1

1、 气候变化与气候系统 引 言教学内容： 1、气候与气候系统 2、气候变化 3、研究气候变化的目的意义； 11、气候气候定义的演变 公元前1411世纪中国甲骨文就有季节和八方位风等的记载； 西周的诗经幽风七月有各月物候现象的记载； 古希腊的希波克拉底(约公元前460375)著论风、水和地点一文，并编写了气候学讲义，是人类最早关于气候的论著。随着几千年人类文明和科学的发展，人类对气候的研究和认识一步步的深化，关于气候的定义也随之演变，概括起来可以分为三个主要阶段。 2 古典气候学 区别气候与天气的概念。认为 天气是大气的瞬时状态； 气候是大气的平均状态； ，即气候是一段长时期内众多天气状态的平均状

2、态。 描述方法用统计平均的手段来表征气候的特征。 气候学研究气象要素的地理分布及其日、年变化的规律，因此常称之为“地理气候学”的定义。20世纪以前古典气候学阶段3 实质上，大气状态是随时间和空间变化的，气象要素的平均状态能在一定程度上反映气候的一定特征，但不能反映大气的整个状态或气候的全貌。 气候不仅仅是天气的平均，例如两个地方的平均气温或平均雨量基本相等，其气候特征可能差异很大，不属于同一气候类型。 古典气候的定义有其局限性，没有完全反映气候概念的本质。 但由于气象要素的平均状态是气候的一种基本属性，现在仍应用各种气象要素的平均值来描述一定的气候特征，所以这一传统的气候定义仍被广泛采用。 4

3、近代气候学 着眼于大气运动的过程。 （气候学大发展时期，关于气候的各种二级气候学定义很多）认为 天气是短时间尺度的大气过程，气候是长时间尺度的大气过程，提出气候是天气的“总和” 或“综合”。（天气气候学定义） 气候是大气众多状态的一个统计集合。（统计气候学的定义）该定义既包括了气候的平均状态，也包括了气候的变化情况和极端情况。 气候是辐射、地理因素和大气环流三者相互作用下的特征性天气状况。（气候的成因）。20世纪初70年代以前近代气候学阶段5 气候系统 气候学研究的一个崭新阶段。 气候系统指包括大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈中，自身的及其相互影响的物理、化学、生物运动变化过程。 每种过程

4、具有不同的的空间尺度和时间尺度。 20世纪70年代以后气候的全新概念6 气候系统物质与能量交换的过程 物理过程大气和海洋的环流运动及其相联系的热量输送、水循环过程、地壳的垂直升降与水平推移等过程。 化学过程岩石矿物的溶解、大洋中的碳酸盐沉积、大气中氧气的生成与消耗等过程。 生物过程动物的生长、繁殖过程，生物之间的捕食与被捕食等于生命活动相联系的过程。7 地球系统中物理过程、化学过程和生物过程是相互联系、相互渗透的整体 植物通过光合作用的生物过程，将太阳能和大气中的碳固定在植物体内； 通过植物的呼吸作用或植物的燃烧，固定的碳和能量又被释放到大气之中。太阳能被转化为化学能、进而被转化为热能； 碳是

5、以不同的无机与有机化合物间转化的方式参加循环的。8 气候变化指气候平均状态和离差两者中的一个或者两者一起出现了统计意义上的显著变化。 离差值增大，气候状态的不稳定性增加，气候的敏感性也增大。 气候变化（气候系统的变化）的原因有很多，概括起来可分为自然的气候波动与人类活动的影响。 2、气候变化9全球气候变暖 自1860年有气象仪器观测记录以来, 全球平均温度升高了0.60.2。增暖速率为0.5/100a。最暖的14个年份均出现在1983年以后。20世纪北半球温度的增幅可能是过去1000年中最高的。 气候的变暖造成世界上许多的冰川消融,甚至消失, 全球海平面平均上升了15cm,其中一半估计是由于海

6、水的热力膨胀造成的,另一半是由于冰雪溶化造成的。 从卫星观测表明,北半球春季和夏季的雪盖面积,从1987年以来已经减少了10%。这些间接的证据也都说明了20世纪气候在变暖。 10气候变化研究发展的原因？ 社会的需求当前一系列重大环境问题的出现是人类社会可持续发展的严重障碍 理论基础全球性重大环境问题超越了传统自然科学分支的界限，自然科学和社会科学之间的界限，导出了地球科学系统的新概念。 技术支撑系统论、 遥感观测技术、地理信息系统、 现代化的分析测试手段为代表的科学技术的发展为从整体上监视、分析和模拟地球系统的行为提供了可能。 11气候变化的研究对象、目标 和要解决的主要科学问题 对象气候系统

7、、各子系统内部及各子系统之间的相互作用。 目标描述和理解人类赖以生存的气候系统运行的机制、变化规律及人类活动在其中所起的作用与影响；提高对未来环境变化及其对人类社会发展影响的预测和评估能力；为全球环境问题的宏观决策提供科学依据。 12主要的科学问题 1）控制全球大气化学组成的基本过程 生物过程在消耗和产生微量气体中的作用 2）海洋生物地球化学循环过程 控制海洋内部碳循环和相关生物过程的主要因子 3）海洋热力过程对气候的影响 全球海洋环流，海洋热通量和淡水通量及其与大气的交换 4）地球系统的能量和水循环 植被在能量和水循环中的作用 5）海陆相互作用 海岸带的物质输送和海平面上升 13 6）平流层过程对气候的影响 臭氧层的变化及其生态影响 7）地球环境过去的变化 重建地球环境变化的历史及其相关的因子 8）全球变化对生态系统的影响 生态系统的结构、功能和生物多样性对全球变化的响应 9）人类在地球系统中的作用 土地利用，工业发展和城市化，人类对全球变化的适应 10）地球系统整体行为的集成分析和模拟 地球系统模式 11）地球系统的观测 GCOS, GOOS, GTOS14全球变化的国际研究计划 （1）世界气候研究计划WCRP