第四纪气候变化

1、全球气候变暖摘要:第四纪是地壳发展历史中最新的一个阶段，第四纪气候主要指距今103-106年时间尺度 的气候变化。通过对第四纪气候变化规律研究，可进一步推测现代气候变化和发展趋势，为 长期气候变化预报服务。在第三纪，古气候是相对稳定的，但从第四纪起，气候出现了巨大变更，有多次冷暖干 湿交替。由于欧亚大陆联成一片，青藏高原和喜马拉雅山大规模隆升，大陆性气候加强，现 代东亚季风环流体系建立，纬向气流带受到破坏，气候变化频繁，幅度增大。我国有广泛的 冰川活动，亚热带北界逐步向南移到长江流域一带。本文将从造成全球气候变暖原因和全球 气候变暖的利与弊并且列举了全球气候变暖带来的影响。引言：近几年来，许多

2、国家的学者越来越注意对促成全球性气候变暖的作用的研究，从地球气候的 长期变动和由于人为的作用而发生的短期变化两种不同角度来进行研究。但对地球上目前所 发生的变化究竟是上述因素之一造成的还是这些因素共同作用的结果的问题，至今尚无一致 的意见。二氧化氮、碳酸气和其他气体对大气层的污染起始于上世纪。1950年后，随着工业革 命的开始，大气层污染的程度急剧加深。因此在最近10年内，如果污染强度保持不变的话， 将会产生所谓的“温室效应”的后果。据预报，到2020年大气中二氧化碳的浓度将翻一番。 现在科学家们已经把中纬地带飓风的发生与由于温室效应所造成的气候变暖联系起来。人们逐渐注意到一个事实：近百年全球

3、的平均气温呈现出明显的上升趋势。究竟是什么 原因导致全球气候出现这样的变化呢？是地球自身的规律使然抑或其他原因？人们逐渐惊 奇地发现，与工业革命同步，大气中的温室气体含量在急剧增加，目前大气中的二氧化碳含 量增加了近25%，远远超过科学家能勘测出的过去16万年的全部历史记录，而且目前尚无 减缓的迹象。温室气体增加的这一事实与全球平均气温变化的事实惊人的同步。美国已经拟定了关于研究全球性气候变暖的规划。其中最主要的任务是研究发生在海洋 中的变化。1989年10月在归金山举行的地球物理学协会学术讨论会上，科学家们得出结论， 到2050年海平面的升高（因温室效应）可达米。世界平均气温也将升高3-5%

4、。由HOAA 站在80年内完成的海洋定时测量的资料证明，温度每年平均上升0.10C，海平面升高0.2厘 米。尽管由于对所发生的现象了解不够充分和研究所获资料的不足，以上援引的数据不十分 准确，但可以肯定，全球变暖已成事实。一、 全球变暖的原因气候的变化是由气候系统的变化引起的，自然和人类活动都对气候变化产生影响。另一 方面，气候系统的内部变化（如海洋，陆面，大气内部变化等）也能引起气候变化。在地质 和历史时期，影响气候的主要因子为自然因素，主要考虑太阳活动和火山爆发等因子。工业 革命以后，全球地表平均温度和温室气体以空前的速度在增加，为地质时期的几千甚至上万倍。人类活动作为气候变化的一个新的驱

5、动力，对气候系统的影响日渐明显，并在地球气候 演变的漫长过程中，有可能在相当长的时期，其作用超过自然因子。人类活动因素主要包括 燃烧矿物燃料排放温室气体、各种生产活动引起大气中气溶胶成分和浓度的变化、土地覆盖 和土地利用的变化等。1、太阳活动太阳是地球气候的根本能源，它主要是在可见光区或近可见光区（如紫外谱区）发射能 量。到达地球大气顶层的太阳能量中，大约1/3被直接反射回太空，其余2/3被地球表面以 及大气（所占份额很小）所吸收。为了平衡所吸收的入射能量，地球必须也向太空发射同样 数量的能量。由于地球的温度比太阳要低得多，因此地球主要是在红外谱区发射辐射。陆地 和海洋所发射的大部分热辐射被大

6、气圈（包括云）所吸收，并重新将其发射回地球。太阳黑 子数量的规律性波动是太阳活动的主要变化，它影响太阳的能量输出。太阳黑子是一些低温 区域，当其数量增加时，太阳能量输出减弱；相反当其数量很少时，太阳能量输出处于峰值。 其他方面的太阳活动还包括太阳磁场的变化和太阳紫外辐射强度的变化，所有这些变化都可 能对气候波动产生影响。2、火山爆发火山活动主要通过向大气排放气体和火山灰对气候和环境产生影响。火山把大量灰尘和 气体喷发到高层大气中，其中有大量的二氧化硫，它们在太阳能作用下通过光化学反应转化 为硫酸和硫酸盐颗粒物。一般地，这些颗粒物停留在10千米以上的平流层大气中达几年之 久，之后会沉降到低层大气

7、，并很快被雨水冲刷走，在这期间，它们在全球扩散，并逐挡一 部风太阳辐射，使低层大气温度降低。火山爆发可以使气候变冷长达1-3年。1991年菲律宾的皮纳图博火山大爆发（图1.2）， 火山喷发的强度非常大，大约是1980年圣海伦火山的10倍。这 次火山爆发造成了 800人死亡，尽管并不是人类历史上伤亡最重 的火山爆发，但是此次火山爆发导致10万人无家可归，有100 万人的生命受到威胁，造成5亿美元的财产损失。大约有2000 万吨的二氧化硫和大量的灰尘被喷射到平流层中。在火山爆发后 的几个月之内，这种平流层灰尘在全球范围内引起了壮丽的日落 景象，并使到达低层大气的太阳辐射量下降了约2%。在之后的 两

8、年里，全球平均温度下降约0.250c。也有证据表明，1991年和 1992年的一些异常天气，如中东冷冬和西欧的温和冬天，都受 到了火山灰的影响。3、人类活动很多科学家坚信人类活动产生的温室气体是导致气候异常的罪魁祸首。那么，我们有 什么证据可以把近百年气候变暖归因 于人类活动的影响呢？通过IPPC和全 世界科学家的共同努力，至少有五个证 据可以说明这一结论（图1.3、图1.4）（1）近百年地表温度清楚的呈现上升 趋势，同时人类活动造成了工业化以后 二氧化碳与其他温室气体的快速上升。（2）无论是温室效应的基本物理定律 还是辐射收支计算，都得到大气温室气 体的增加可以导致地球表面和对流层 大气的增

9、暖以及平流层大气的冷却，这是其他自然因子和理论无法解释的。（3）根据地球气候的演变中提到，最近50年，自然温度是下降的，但是结果不降反升， 说明自然因子不能很好地解释实际气候的变化。所以要同时考虑自然变化与人类活动的共同 作用时，其中造成气候变化主要是有人类活动引起。（4）气候系统变化的时间尺度从月、季、年尺度到几千年或几万年，观测到的长期趋势 用严格的统计分析和模式模拟进行的归因研究表明，这种缓慢的增暖趋势不可能由任何一种 自然变化而导致，尤其是20世纪70年代末以来的气候增暖。（5）卫星观测表明，在过去30年太阳 能量输出只有很小的变化（约0.12瓦/平 方米），是温室气体作用的1/15

10、（约1.66 瓦/平方米），所以来自太阳的能量变化不 可能造成近代气候增暖。另外，宇宙射线 在过去30年既无减少，也无增加，因而 也不能表明它是近代气候增暖的主要原 因。火山爆发自20世纪80年代以来，其 活动虽有增加，但其作用是造成间断性的 全球冷却，而不是增暖。由此可见，如果仅考虑太阳活动、火 山爆发等自然因子，是无法解释20世纪 中叶以来的全球气候变暖现象，只有考虑人类活动的作用，特别是大气温室气体浓度的大幅 增加，才能再现出近百年尤其是近50年来全球气候变暖趋势。因此，人类活动是20世纪以 来全球气候变暖的一个主要原因。二、全球气候变暖的主要影响一一利或弊气候作为人类赖以生存的自然环境

11、的一个重要的组成部分，它的任何变化都会对自然 生态系统以及社会经济系统产生影响，且影响是全方位的、多尺度的和多层次的，既包括正 面影响，同时也包括负面影响。观测表明，全球气候变暖对全球许多地区的自然生态系统已 经产生了影响，如海平面升高、冰川退缩、冻土融化、中高纬生长季节延长、动植物分布范 围向南、北极区和高海拔区延伸、某些动植物数量减少，一些植物开花期提前等。自然生态.0 二 WW3 *01 WS系统由于适应能力有限，容易受到严重 的、甚至不可恢复的破坏。气候变暖并非一无是处。当某些地 区经历更频繁的严重干旱、水患、海平 面上升时，其他一些地方的农田却可能 因二氧化碳的“施肥”而增产；而另一

12、 些地方，比如高纬度地区，则有可能变 得更适宜居住。温度升高使中纬度的一 些地方存在着作物增产的可能；全球木 材供应可能会增加；对某些缺水地区（如南亚部分地区）的居民来讲；由于 出现暖冬。取暖所需能源减少。但即使 在这些变好的地区，过快的升温仍可能 带来一些问题;诸如高纬度或海拔地区由于永冻土层的融化导致地面建筑物很可能会大量毁 坏，某些物种不能及时适应新的气候条件而濒临灭绝3。总的来看，随着增温量和增温速率的明显增加，负面影响程度将加深加重，给人类社会的可持续发展和生存环境带来灾难性风 险。1、冰川融化冰川，亦称冰河，年平均气温在0oc以下的地区，降雪量大于融雪量。经过长年累月不 断积累的积

13、雪经一系列物理变化转化为冰川冰，冰川冰在重力作用下，沿着山坡慢慢流下（当 然流的速度很慢），就形成了冰川。覆盖地域广阔且冰架坚硬的冰川，只在南极和格陵兰岛 存在。自2003年至今，南极、美国阿拉斯加以及格兰陵岛冰川融化超过2万亿吨（图2.1）。其中格兰陵岛的冰川2010年、2011年已经连续两年大量流失，而且这两年冰川融化量远远高于过去16年的平均水平。1970年以来 北极海冰也在不断融化，1993年夏天，北 极海冰覆盖面积约为750万平方千米；到 2007年9月，北极海冰覆盖面积约剩430 万平方千米。中国青藏高原地区的冰川近 期也出现了较大变化，喜马拉雅山脉西段 的纳木那尼冰川正在强烈萎缩

14、，冰川末端 在19762006年平均退缩速度为每年5 米左右，20042006年退缩速度达到每年 7.8米，表现出近期加速后退态势。我国 乌鲁木齐河源1号冰川（图2.2），自小冰 期后期以来，一直处于后退状态。19621980年，冰川退缩了 80米；19801992年，冰 川又退缩了 60米。据推算，我国西北各山系冰川面积自“小冰期”以来减少了 24.7%，达 7000平方千米左右。冰川融化最直接的后果是海平面上升。科学家们估计，如今格兰陵岛上的冰雪融化每 年会造成海平面上升1毫米。也许每年1毫米的速度并不能引起人们的关注，但是如果持 续100年，再加上南极冰川融化的影响，全球海平面上升的速度

15、也会越来越快。到2100年， 海平面也许会增加1米左右。这对于一些沿海城市或地势较低的国家来说，则不啻于灭顶之 灾。其次，冰川融化致使大量的淡水进入海洋，海水密度降低，使得这里的海水不能按照正 常下沉，造成海水“拥挤”，使得温盐环境减弱并最终停止，这样就导致一个问题：热带更图2.3北极动物海象热，寒带更寒，而且欧洲西部地区的温带 海洋性气候消失，温度急剧下降。另外， 冰川起到了反射太阳的辐射能力，如果大 量的冰川融化，这种作用大大降低，致使 到达地球表面的太阳辐射增加，从而加剧 了全球变暖，造成一个恶性循环。此外， 随着北极海冰的融化，北极熊和海象的生 存将受到严重的威胁。由于海冰是北极海 象

16、的重要交通工具，这种安全平台可以将母象和刚刚出生的幼崽送到食物丰富的海域中，随 着海冰的消失，许多幼崽将会淹死在海水中或是因为找不到食物而饿死。2、海平面上升海平面上升指由全球气候变暖、极地冰川融化、上层海水变热膨胀等原因引起的全球性 海水面上升现象。海平面正在继续上升是一个确凿无疑的事实。19612003年全球海平面 上升速度约1.8毫米/年。近年来海平面上升速度加快，19932003年上升速率约为3.1毫 米/年。自20世纪70年代末以来，中国沿海海平面平均上升速率为2.6毫米/年，高于全球 平均水平，其中渤海海平面平均上升速率为2.5毫米/年，黄海海平面平均上升速率2.8毫米 /年，东海

17、海平面平均上升速率为2.8毫米/年，南海海平面平均上升速率为2.5毫米/年。2001 -2010年，中国沿海的平均海平面总体处于历史高位，比1991-2000年的平均海平面高 25毫米，比19811990年的平均海水面高55毫米。海平面上升，最直接的威胁是将导致一些沿海城市被淹没。全世界大约有半数以上的居 民生活在沿海地区，距海岸只有60千米左右。2001年，太平洋岛国图瓦卢无奈地宣布，由 于温室效应导致海平面持续上升，这个国家将不得不放弃家园举国迁往新西兰。联合国环境 计划署和美国环保局一份报告指出，如果不采取相应措施扭转全球变暖的趋势，上升的海洋 海洋还将会淹没马尔代夫、塞舌尔和那些沿海海

18、拔较低的城市和地区，从而造成大量“生态 移民”外流。另外，海平面上升作为一种缓发性海洋灾害，其长期的累积效应将加剧风暴潮、海岸侵 蚀、海水入侵、土壤盐渍化和咸潮等海洋灾害的致灾程度。2010年，在全球气候变化和海 平面上升累积效应作用下，中国辽宁、河北和山东等省的部分沿海地区海水入侵与土壤盐渍 化范围呈扩大趋势，长江口和珠江口遭遇多次咸潮入侵，福建等沿海地区不同程度地受到风 暴潮的影响，累计全国共发生132次风暴潮、海浪和赤潮过程，造成直接经济损失约132.76 亿元。如果未来海平面还将继续上升，这将引起海岸滩涂湿地、红树林和珊瑚礁等生态群丧 失，海岸侵蚀，海水入侵沿海地下淡水层，沿海土地盐渍化等，从而造成海岸、河口、海湾 自然生态环境的失衡，给海岸带生态环境系统带来灾难。本篇论文首先介绍了近几年来全球气候变暖的现象