地质时期的气候变化

第9章气候变化及其对水资源的影响9.1气候变化的历史事实9.2气候变化的原因9.3人类活动对气候的影响9.4气候变化对水循环和水资源的影响9.5气候变化对策气候变化的历史事实2010年云南遭遇百年一遇的全省性特大旱灾，干旱范围之广、时间之长、程度之深、损失之大，均为云南省历史少有。严峻的形势（国内）2011年5月，持续的干旱造成鄱阳湖严重“瘦身”，呈现出水草茂盛的草原景象。气候变暖太平洋岛国图瓦卢将消失2009年哥本哈根气候大会上：为太平洋岛国请命斐济代表泪洒会场如果到2100年海平面上升18厘米～59厘米，足以让有着“人间天堂”美誉的马尔代夫遭遇灭顶之灾2010年初，英国遭遇30年最大雪灾，伦敦交通几乎瘫痪,所造成的经济损失将近17亿美元。严峻的形势（国际），因气候变暖首先可能被淹没的地区气候变化：气候相对于平均状态的偏离

(二)历史时期的气候变化（时间尺度为千年）(一)近现代的气候变化(三)地质时期的气候变化（时间尺度为万年或更长）短期：时间尺度为月或季节（年内变化）中期：时间尺度为几年（年际变化）长期：时间尺度为几十年（年代际变化）超长期：时间尺度为几百年（世纪际变化）（实测观测资料）气候变化研究的间接证据史料记载树木年轮花粉分析生物化石冰芯石笋地质时期的气候变化

地球6亿年来经历的三大冰期和两大间冰期示意图暖冷震旦纪冰期距今6亿年前石炭二叠纪冰期第一大间冰期第四纪冰期第二大间冰期现今全球年平均气温15ºC中国近五千年内可以相对地分出四个温暖期与四个寒冷期。

200018001600140012001300150017001900+4+3+2+1-10-2-3-4100005000400030002000100050005001000150016001700180019001950高度（m）温度（℃）年代温暖期温暖期温暖期温暖期寒冷期寒冷期寒冷期寒冷期一万年来挪威雪线高度（实线）与五千年来我国温度（虚线）比较历史时期的气候变化气候变化研究的间接证据近代气候变化观测到的事实-全球气温变化1880-2012年全球平均气温上升：+0.85℃。20世纪80年代以来，全球气温上升显著。基准：1986-2005年From:IPCCAR5,2014From:IPCCAR5,2014与全球气温变化趋势基本一致；过去的100年气温上升:0.5-0.8℃；

最近几十年平均气温升率略高于全球平均水平。温度距平（℃

）

全国平均气温距平变化China基准:1970~2000观测到的事实-中国气温变化观测到的事实-全球降水变化1951-2002年全国降水变率西部:明显增加华南:增加华北:减少东北:减少Increasing

Decreasing

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IncreasingIn:China’sNationalAssessmentReportonCC,2007观测到的事实-中国降水变化总体趋势：减少显著减少趋势：海河、黄河、辽河弱减少趋势：淮河、松辽河、珠江、长江弱递增趋势：长江中下游，淮河上游，嫩江1981~2004年平均径流量较1950~1980年径流量的变化观测到的事实-我国江河径流变化洪水和干旱的频率和强度增加全球平均海平面每年上升1~2mm（1901-2010年上升0.19m）

非极地冰川大范围缩小，雪盖面积下降，永久性冻土退化厄尔尼诺事件更频繁和强烈动植物生长范围向高海拔移动，生长周期和习性随之变化观测到的事实-其他要素变化气候变化的原因

气候的形成和变化受多种因子的影响和制约，下图表示各因子之间的主要关系，图中C、D是气候系统的两个主要组成部分，A、B则是外部因子。

太阳辐射是气候形成的最主要因素。气候的变迁与到达地表的辐射能的变化关系至为密切。引起太阳辐射能变化的条件是多方面的。

(一)地球轨道参数的改变

地球在自己的公转轨道上，接受太阳辐射能。而地球公转轨道参数如地球轨道的偏心率、地轴摆动和黄赤交角等都是以一定的周期在变动着的，这就导致地球上所受到的太阳天文辐射发生变动，引起气候变迁。一、太阳辐射的变化

到达地球表面单位面积上的天文辐射强度是与日地距离(b)的平方成反比的，地球绕太阳公转轨道是一个椭圆形，现在这个椭圆形的偏心率(e)约为0.016。目前北半球冬季位于近日点附近，因此北半球冬半年比较短(从秋分至春分，比夏半年短7.5日)。但偏心率是在0.00-0.068之间变动的，其周期约为96000年，以目前情况而论地球在近日点时所获得的天文辐射量(不考虑其他条件的影响)较现在远日点的辐射量约大1／15。当偏心率e值为0.068时，则此差异就成为1／3。

1.地球轨道偏心率的变化

地球自转的地轴存在摆动，这一摆动周期约为2.1万年。地轴摆动会造成靠近太阳的季节发生变动，如1万年前，近日点出现在北半球夏季，而现在则出现在冬季。

2.地轴摆动

地轴相对于地球公转轨道平面的偏角（黄赤交角）是产生四季的原因。黄赤交角会发生变化，现在是23.44°，最大时可达24.24°，最小日寸为22.1°，变动周期约40000年。这个变动使得夏季太阳直射达到的极限纬度(北回归线)和冬季极夜达到的极限纬度(北极圈)发生变动。

3.黄赤交角的变化到达地表的太阳辐射的强弱，要受大气透明度的影响。火山活动对大气透明度的影响最大，火山爆发喷出的灰尘能强烈地反射和散射太阳辐射，而对地面发出的长波辐射没有显著影响。据计算，火山尘埃散射太阳辐射的能力比散射地面长波辐射大30倍，尘埃反射太阳辐射的作用比大气分子强得多。

(二)大气透明度的变化太阳活动也会导致太阳辐射的变化，如黑子、光斑、耀斑、日斑、射电辐射等。太阳黑子是在太阳的光球层上发生的一种太阳活动，实际是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡，温度大约为3000-4500℃。因为其温度比太阳的光球层表面温度要低（光球层表面温度约为6000℃），所以看上去像一些深暗色的斑点。黑子的活动周期约为11年，活跃时会对地球的磁场产生影响，主要是使地球南北极和赤道的大气环流作经向流动，从而造成恶劣天气，使气候转冷。

(三)太阳活动宇宙因子：月球和太阳的引潮力以及太阳活动地球物理因子：地球重力空间变化、地球转动瞬时极的运动和地球自转速度的变化宇宙地球物理因子的时空变化，会引起地球上变形力的产生，从而导致地球上海洋和大气的变形，进而影响气候发生变化。

二、宇宙地球物理因子的变化

在整个地质时期中，下垫面的地理条件发生了多次变化，对气候变化产生了深刻的影响。其中以海陆分布和地形的变化对气候变迁影响最大。

(一)海陆分布的变化

大陆漂移学说

(二)地形变化——“沧海桑田”喜马拉雅造山运动——我国西部高原山地气候三、下垫面条件的变化1.大气环流形势的变化是导致气候变化和产生异常气候的一个重要因素，如厄尔尼诺现象。2.大气化学组成的变化：温室气体的影响

四、大气环流的变化人类活动对气候的影响1、改变大气成分（1）二氧化碳CO2、甲烷CH4（温室效应）（2）气溶胶（阳伞效应）2、改变下垫面性质（土地利用与覆盖变化效应）（1）森林、草场（荒漠化）（2）水库、农田（湖泊效应、绿洲效应）（3）城市（城市热岛效应）温室效应与温室气体1、温室效应的概念大气保温效应的俗称。大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收，使地表与低层大气温度增高，因其作用类似于栽培农作物的温室，故名温室效应。包括自然温室效应和人为温室效应。1000年来大气温度与大气中二氧化碳浓度变化曲线1.1000年来大气温度和二氧化碳浓度变化的总趋势是什么？两者有何相同点？2.根据这张图，你认为大气温度变化与二氧化碳浓度的变化有关系吗？

从上图可以看出，大气温度的变化和二氧化碳浓度的变化情况是基本吻合的，所以二氧化碳浓度的增加是造成温室效应的原因。事实上，二氧化碳就是大气温室外层的“保温膜”，正是因为这层保温膜的增厚，才造成了地球大气热量的积累，导致全球变暖。浓度CO2(ppmv)温度距平(℃)年距今人类活

动扰动目前的CO2浓度是42万年来的最大值83万年来，仍是最大值(redrewfromPetitetal.1999)南极东方站测量的大气CO2浓度变化（IPCC，2001）2、温室气体大气层中能够吸收和重新放出红外辐射的自然的和人为的气体。主要包括水汽、CO2

、甲烷（CH4）、氧化亚氮（

N2O）、臭氧（O3）、氟利昂等

。温室效应与温室气体

是什么原因导致大气中二氧化碳浓度大幅度增加呢？煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧人类大面积砍伐森林人口数量增加人类活动和自然排放的其他温室气体还有：氟利昂：强温室气体，1920年代人工合成，目前已排放2000万吨，主要用作制冷剂。甲烷：强温室气体，天然气和沼气的主要成分，畜牧业排放量很大使之成为全球变暖的“帮凶”。氮氧化物：燃料燃烧，燃气涡轮、汽车尾气。二氧化碳是主要的温室气体1、阳伞效应的概念因大气污染物颗粒（大气气溶胶粒子、大气尘埃等）对太阳辐射的削弱作用而引起的地面冷却效应。阳伞效应2、大气气溶胶粒子的来源（1）自然界自身产生（如火山喷发、森林草原火灾等）（2）人类活动产生（如化石燃料燃烧、生物体燃烧、人类战争等）

阳伞效应核冬天假说：当使用大量的核武器，会让大量的烟和煤烟进入地球的大气层，这将可能导致非常寒冷的天气。2、大气气溶胶粒子的气候效应（1）助长干旱化

大气气溶胶（主要是硫酸盐和尘埃）作用：白天地表温度偏低，对流弱；夜晚地表温度偏高，抑制露水形成，使陆面干燥、坚硬。（2）影响云的反照率、寿命和降水效率

阳伞效应1、改变大气成分（1）二氧化碳CO2、甲烷CH4（温室效应）（2）气溶胶（阳伞效应）2、改变下垫面性质（土地利用与覆盖变化效应）（1）森林、草场（荒漠化）（2）水库、农田（湖泊效应、绿洲效应）（3）城市（城市热岛效应）土地荒漠化滥砍森林、森林面积减少耕地重用轻养、退化严重草场荒漠化地面反照率增加吸收辐射减少湖泊效应在湖泊及其周围，由于湖泊与周围地区地面热容量的差异，导致了局地性大气环流和小气候的产生。如水库建造后，常常会使水库周围地区降水增多、空气湿度增大。绿洲效应沙漠里的绿洲或水源，由于土壤湿度大、蒸发蒸腾多，空气湿度较大；由于湿度大的土壤的热容量较大，并且由于蒸发和蒸腾对热量的调节，土壤温度和近地面气温的日较差比较小。城市热岛效应因城市化使城市温度高于其周边的温度。气候变化对水循环和水资源的影响1、20世纪全球增暖是导致全球平均海平面上升和海洋热容量增加的主要原因。马尔代夫预建水上浮岛斐济岛（一）气候变化对全球水循环和水资源系统的影响2、雪盖和冰面积逐渐减少。北极冰雪消融北极熊生存危机阿根廷某冰川30年前当前3、北半球中高纬地区降水略有增加，副热带地区略有减少。4、全球极端气候事件发生频繁。5、气候变化对全球淡水资源供给带来很大影响。供水Supply需水Demand我国正常年份缺水达400亿m3气候变化加剧水资源短缺状况

我国城市缺水问题严重

全国661座城市有400多座缺水，其中110座严重缺水，1.6亿多城市居民的正常生活受影响。（二）气候变化对中国水循环和水资源系统的影响1、加速水循环，降水变率增加。1951-2002年全国降水变率西部:明显增加华南:增加华北:减少东北:减少Increasing

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Increasing2、改变径流大小，旱涝灾害加剧。1998年大洪水明祖陵因旱情露出城墙洞庭湖底变大草原年份洪涝受灾面积(万亩)洪涝成灾面积(万亩)洪涝直接经济损失(亿元)旱灾减产(亿公斤)19913689421921749.081181992141356696412.7720919932458112915641.74111199428288172341796.60262199521550120011653.30203199630914189182208.36981997197029771930.11476199833438206782550.901271999144088084930.233332000135678094711.63599平均23748136311258.472541991-2000年洪涝旱灾统计表

洪涝灾害频繁发生2001-2010年洪涝灾害统计表年份农业受灾面积(万公顷)直接经济损失(亿元)受灾人口（人）2001713.76623.0711086.8720021237.8837.9915201.820031902.81190.4193272004745.9495.4922920051920.8773.113085.42006810.15609.17260.820071046.33845.313582.62008647.65634.710255.82009754.37655.069245.720101752.46350519935.4

洪涝灾害频繁发生张辉,许新宜,张磊等.2000~2010年我国洪涝灾害损失综合评估及其成因分析[J].水利经济,2011,29(5):5-9.3、加速水分蒸发，改变土壤水分含量及其渗透率，影响农业及生态系统的稳定性。2011年长江中下游干旱干涸的白洋淀4、导致湖泊水位下降和面积萎缩。2011年5月鄱阳湖水面仅剩1/102010年1980年长江源头某地5、加速高山冰雪消融气候变化对策联合国气候变化大会

《联合国气候变化框架公约》，简称《框架公约》，是1992年5月22日联合国政府间谈判委员会就气候变化问题达成的公约，于1992年6月4日在巴西里约热内卢举行的联合国环发大会（地球首脑会议）上通过。

《联合国气候变化框架公约》是世界上第一个为全面控制二氧化碳等温室气体排放，以应对全球气候变暖给人类经济和社会带来不利影响的国际公约，也是国际社会在对付全球气候变化问题上进行国际合作的一个基本框架。公约于1994年3月21日正式生效。截至2013年7月，公约已拥有195个缔约方。核心原则：“共同但有区别的责任”一、工业化国家

这些国家答应要以1990年的排放量为基础进行削减。承担削减排放温室气体的义务。如果不能完成削减任务，可以从其他国家购买排放指标。二、发达国家

这些国家不承担具体削减义务，但承担为发展中国家进行资金、技术援助的义务。三、发展中国家

不承担削减义务，以免影响经济发展，可以接受发达国家的资金、技术援助，但不得出卖排放指标。1997年在日本京都举行的《公约》第三次缔约方大会通过了具有法律约束力的《京都议定书》，为发达国家设立了强制减排温室气体的目标——在2008年至2012年《议定书》第一承诺期，发达国家的温室气体排放量要在1990年的基础上平均减少5.2%。2007年在印度尼西亚巴厘岛举行的联合国气候变化大会通过了“巴厘路线图”，为气候变化国际谈判的关键议题确立了明确议程。“巴厘路线图”建立了双轨谈判机制，即以《议定书》特设工作组和《公约》长期合作特设工作组为主进行气候变化国际谈判。“巴厘路线图”还为谈判设定了期限，即2009年年底完成2012年后全球应对气候变化新安排的谈判（这一期限已在丹麦哥本哈根大会和南非德班大会上被延长）。2009年哥本哈根气候大会通过《哥本哈根协议》，尽管《哥本哈根协议》是一项不具法律约束力的政治协议，但它表达了各方共同应对气候变化的政治意愿，锁定了已达成的共识和谈判取得的成果，同时提出建立帮助发展中国家减缓和适应气候变化的绿色气候基金。2010年11月坎昆气候大会就适应、技术转让、资金和能力建设等问题取得了进展。2011年11月德班气候大会决定实施《京都议定书》第二承诺期并启动绿色气候基金。2012年11月多哈气候大会通过《京都议定书》修正案。2013年11月华沙气候大