地球表层环境预测

1、地球表层环境预测第1页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二地球表层环境预测第一节 地表环境预测的原则第二节 岩石圈的变化趋势第三节 大气圈的变化趋势第四节 水圈的变化趋势第五节 生物圈的变化趋势第六节 地球表层环境的变化趋势第2页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二第一节 地球表层环境预测的原则时空尺度原则 要注意环境预测的时间和空间尺度。人地相互作用原则 应综合考虑自然变化与人类活动的互馈作用。关联性原则 地球表层环境是一个复杂的系统，各个子系统间相互 作用、相互关联，子系统的变化会导致系统的变化。非线性原则 在环境预测时，首先要分析环境处于什么状态，是否

2、 可以预测，预测的时限如何，是否在预测的时段内存 在突变点，从而确定预测的数学模型。 第3页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二 研究表明，板块在运动、大陆在漂移。过去是这样，现在是这样，将来还会是这样。由于板块的运动、大陆的漂移，世界的海陆分布轮廓将会发生巨大的变化。第二节 岩石圈的变化趋势第4页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二一、板块运动方向和速度 地球表面岩石圈可以划分为许多个板块，其中欧亚、太平洋、南美洲、北美洲、非洲、澳大利亚和南极洲板块为七个一级板块，而纳兹卡、印度、阿拉伯、菲律宾、可可斯和加勒比是次一级的小板块。测量与计算表明，这些板块在以

3、112 cm的速度做相对运动 。第5页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二世界大陆的位置将向西偏移东非大裂谷的扩大印度板块的向北移动欧亚与北美洲板块相向运动澳大利亚板块向东北方向漂移将使澳大利亚的纬度降低，南半球的陆地面积进一步减小将导致太平洋的逐步缩小，大西洋的不断扩大海洋与大陆的经度将会发生变化由于受到欧亚板块的阻挡，将导致青藏高原与喜马拉雅山脉的进一步隆升，中国西部地区的向北迁移。板块运动使红海扩张为大洋，非洲与亚洲分离二、岩石圈的变化趋势第6页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二5000万年以后的海陆分布(Christensen,1991）第7页，共

4、30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二第三节 大气圈的变化趋势一、大气圈成分的变化趋势 CO2、N2O、甲烷（CH4）、卤化碳（包括CCl3F和CCl2F2）增加较快，SO2含量也有所增加，粉尘含量变化。二、大气圈结构的变化及其趋势三、气候变化的趋势 臭氧层的变化 臭氧层的减薄，臭氧洞的形成与扩大, 对流层厚度的变化。 从十万至万年时间尺度看，从自然变化趋势说，现代间冰期即将结束，新的冰期即将来临，气候将会向寒冷方向发展。但如果人类对自身活动引起的温室效应不加以控制，温室效应的影响有可能在一定时间内超出自然变冷的幅度，出现一个超间冰期。 从百年时间尺度看，从自然变化趋势来说，21世

5、纪不会出现平均状况比19001950年之间更温暖的气候阶段。但是，由于人类活动对气候变化的影响，温室效应在短期内无法根本抑制。因此综合考虑自然与人为影响，21世纪将是一个平均状况比19世纪温暖，与20世纪相当或略为温暖的世纪。第8页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二臭氧层形成与破坏过程大气圈结构的变化及其趋势第9页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二 从千万年或者更长的时间尺度看，由于板块的运动和大陆的漂移，海陆的格局将会发生巨大的变化，因此将会导致大气环流格局的巨大变化。太平洋缩小或消失，将大大削弱东亚的季风环流或使东亚季风环流消失。那时的青藏高原和喜马

6、拉雅山会进一步隆升，对气候的作用与影响将与现在完全不同 (假如青藏高原北移到中纬地带，亚洲季风环流将会发生重大调整)。气候变化趋势第10页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二 从百年时间尺度看，气候变化具有明显的150200年的双世纪周期，最近一次暖峰出现在公元19001950，下一个暖峰将出现在2050年以后。因此20002050年应该是一个相对寒冷或温凉的时期。也就是说，从1950年以后出现的气候相对温凉的时期，将持续到2050年前后。尽管中间可能会出现一些较短时间尺度的气候波动，但从自然变化趋势来说，不会出现平均状况比19001950年更温暖的气候阶段。第11页，共30

7、页，2022年，5月20日，11点5分，星期二人类活动对气候变化的影响温室效应温室效应对全球气候变暖的影响（IPCC第四次报告）第12页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二 有的模拟结果表明，当大气CO2浓度加倍时，地球表面的平均温度将会升高1.54.5 （平均3.0 ）。其中极地高纬度地区温度升高幅度比较大， 可以达到8 以上，最高可达 16 。 CO2翻倍时地面气温的升高值(Murck等)第13页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二20902099 年降水的可能变化（IPCC）（a）12翌年2月；(b) 68月第14页，共30页，2022年，5月20日，

8、11点5分，星期二第四节 水圈的变化趋势一、海面的变化 二、水循环与水量平衡的变化板块运动太平洋缩小、大西洋的扩张水循环的格局改变区域水平衡变 化；青藏高原的进一步隆升亚洲中部的干旱化；气候变暖世界水量平衡发生重大变化。全球增温冰川融化海面上升；区域或局部的地壳下降海面相对上升；地面沉降海面上升；海水升温海水膨胀海面上升。三、水圈组成与结构的变化 气态水、液态水比例增大，而固态水比例减小；海面的升高将导致地球表面水体分布的重心向较低纬度偏移；河流、湖泊、沼泽的分布的区域不均匀性将会进一步增强。第15页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二海面的变化 研究表明，现在世界海面并不是

9、一个平面，而是一个高低起伏的曲面，这个面是一个重力等势面，随着重力场的变化而变化。最高的隆起在新几内亚，高出平均海平面76 m，而最大的凹陷在马尔代夫，低于平均海平面104 m，两者相差180 m，超过了冰期-间冰期海平面变化的平均幅度。由于地球表面的重力场，是由地球内部的物质组成决定的。岩石圈相对于地核、地幔的西向漂移，将导致各地重力场的变化，从而导致海面的变化。第四节 水圈的变化趋势第16页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二海平面变化趋势(Warrick) 从百年时间尺度的变化来看，随着未来气候的变暖，海平面将会呈现上升趋势。对于海平面上升幅度的估计，存在很大的差异。根

10、据上述对气候变化趋势的预测，结合各种预测结果，我们认为到2030年前后，世界平均海平面将会升高15 cm左右，到2100年前后世界平均海平面将会升高4050 cm。但由于地面沉降等原因，在某些大河三角洲和沿海平原地区海平面相对上升的幅度有可能远远大于这个数值。第17页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二海平面上升的影响第18页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二一、生物圈组成的变化人口增长与动物灭绝（陶世龙等） 由于生物对环境变化的适应需要一定的时间，因此由于环境的变化，将导致一些生物种类的灭绝。由于气候的变暖，尤其是中、高纬度地区的变暖，一些喜欢寒冷的生物

11、由于难以忍受高温将会减少或消失。一些干旱区，由于水的进一步减少，一些生物种类也将减少或消失。尽管环境的变化会导致一些新的生物种类的诞生，但从短期看灭绝的生物种类将会多于新生的生物种类。另外，再加上人类活动的影响，生物的多样性将会遭到一定程度的破坏。也就是说，未来的生物圈的组成将不如现在的生物圈的组成那么丰富多彩。第五节 生物圈的变化趋势第19页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二 自然界生物的种类在减少，而人口的增长却从来没有停止。根据预测，不到2050年世界人口就会超过100亿，如果不采取有效措施，再过44年，人口还将翻一翻。因此未来生物圈中人的比重将会进一步变大。（据Ma

12、ckenzie,1998）第20页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二二、生物圈结构的变化 从长时间尺度说，海陆分布的变化、地面起伏的调整，将会导致植被带、生物区的重大变化和调整，因而使生物圈的结构发生巨大的变化。例如，太平洋的消失将会使现在的东亚地区森林消失，而变为草原与荒漠；澳大利亚的向北移动将使其原来的荒漠变为森林；红海裂谷的扩大将使得红海两岸的一些草原、荒漠变为森林。冰期-间冰期欧洲植被的变化（南北向剖面图）（高迪）第21页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二 从短时间尺度说，全球气候的变化，也将导致生物圈结构的变化：（1）大气中的微生物含量增加。（

13、2）地球表面生物水平分布的不均匀性进一步增大。（3）生物分布向中高纬度地区扩展。（4）由于海平面上升导致的海侵，将使海洋生态系统的空间范围扩大，而陆地生态系统的空间范围缩小。（5）海面上升和海水温度变化将导致洋流的某些变化和调整，可能引起涌升流发生区和鱼类聚集地的变化，从而使一些渔场消失，而另一些渔场则可能扩大或诞生。生物圈的变化第22页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二生物分布向中高纬度的扩展（Mackenzie,1998 ）大气二氧化碳加倍时现在的植被第23页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二三、生物生产率的变化 由于未来气候的变暖，所有物种将变得易

14、于患病和遭受害虫袭击，一些物种由于一时难以适应变化的环境，生产率将会降低。 由于大气CO2浓度的升高，植物的光合作用将会增强，从而使得植物的生产率将会有一定幅度的提高，这叫做CO2的施肥效应。 英国牛津大学环境变化小组的研究结果表明，温室效应的净效应是使全球谷物的产量降低5%，并且使发展中国家与发达国家之间谷物生产的差异增大：发达国家谷物的产量将增加5%，而发展中国家的谷物产量将下降10%。这样一来，将会使受饥饿威胁的人口有所增加。 第24页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二生物圈结构的变化 大气中的微生物含量增加（大气湿度增大）；地球表面生物水平分布的不均匀性进一步增大（

15、降水的区域差异变大）；生物分布向中高纬度地区扩展（气候变暖）；海洋生态系统空间范围扩大，而陆地生态系统空间范围缩小（海面上升）；一些渔场消失，而另一些渔场则可能扩大或诞生（洋流的改变）。生物生产率的变化 一些种类由于气候的变暖，病虫害加重，生产率降低；一些种类，尤其是 小麦、水稻、大豆等植物，将会由于大气CO2浓度升高，植物的光合作用增强，植物的生产率将会提高。生物圈组成的变化 生物种类的减少；人的比重将会进一步变大。第25页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二第六节 地球表层环境的变化趋势 一、自然的成分越来越少，人工的成分越来越多 人口的增长在短期内不会有大的改变。随着人口的增加和科技的发展，人类对地球表层环境的影响将会进一步增大。人工环境或经过人工改造的环境的比重将会越来越大，而纯粹的自然环境将会越来越少。第26页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二二、能量流的改变 现在人类利用的主要能源是化石燃料（煤、石油、天然气），然而，化石燃料的利用带来了许多环境问题，人类正积极地想方设法用其他的能源来替代化石燃料。 因此，今后一定时期内能量流将会发生改变。从天上到地上，从地下到地表，从山区到平原，从海洋到陆地，从农村到城市。第27页，共30页，2022年，5月20日，11点5分，星期二第28