全球变化的主要特征与过程课件

第二章

全球变化的主要特征与过程第二章第一节全球变化的时空谱特征全球变化全球变化事件与过程的时空尺度全球变化的过程跨越了不同的时间尺度，地球系统从100年以下到10年的各个时空尺度上均存在变化。全球变化的变与不变是相对于一定时间尺度而言的第一节全球变化的时空谱特征全球变化全球变化事件与过程的时全球变化全球变化的空间尺度全球尺度：◆全球的太阳辐射能量◆经向与纬向大气环流◆平流层臭氧◆对流层温室气体与气候效应◆海洋环流◆板块运动与大洋扩张全球变化全球变化的空间尺度全球尺度：全球变化全球变化的空间尺度区域尺度：◆气候带变化◆海洋局部变化◆季风变化、热带气旋◆山地冰川、冰盖变化◆造山运动全球变化全球变化的空间尺度区域尺度：全球变化全球变化的空间尺度地方尺度：◆地震◆暴雨和水灾◆大气污染◆水体污染◆地貌与土壤环境◆资源分布台湾台风水灾2009，8全球变化全球变化的空间尺度地方尺度：台湾台风水灾2009，全球变化全球变化的空间尺度局地尺度（<10km）：◆?歌乐山地陷全球变化全球变化的空间尺度局地尺度（<10km）：歌乐山地陷全球变化全球变化在空间尺度上将区域尺度和全球尺度综合考虑，既研究全球变化过程，又关注区域表现形式区域尺度与全球尺度的相关性全球变化全球变化在空间尺度上将区域尺度和全球尺度综合考虑，既时间尺度问题气候变化证据?冰川活动证据？全球变化时间尺度？时间尺度？时间尺度问题气候变化证据?对1-1000年时间尺度响应的系统对1-1000年时间尺度响应的系统全球变化全球变化研究的时间尺度问题天-月-季年际尺度百年尺度千年尺度万年尺度十万年尺度百万年尺度千万年-亿年尺度天气变化季节变化农业活动太阳黑子活动火山活动温室效应天气长期变化海洋环流变化历史人类扰动冰期-间冰期地球轨道周期海平面变化人类文明历史岩石圈循环板块运动造山运动大气圈形成生命起源进化天气变化、人类扰动、大气与海洋环流、轨道周期、岩石圈循环、板块运动全球变化全球变化研究的时间尺度问题天-月-季天气变化太阳黑子(一)百万年至亿年尺度全球变化发生在地质历史时期内（地质学研究的主要内容）受地球行星演化规律与进程的控制属于不可逆过程中的地质事件根据地质学和地球物理学的研究，地球大约经历46亿年的历史，其间，固体地球的形成完成于地球诞生后的1亿年之内。此后的地质活动都属于这一特征时间尺度的全球事件。板块运动、海陆变迁、山脉形成、大洋扩张、大气圈形成、生命起源与进化(一)百万年至亿年尺度全球变化发生在地质历史时期内（地(二)千年至万年尺度发生在地质年代表最新的一个地质时期——第四纪和人类历史时期内，主要受到地球轨道参数如偏心率、黄赤交角和岁差等变化的影响。具有准周期性变化的特点，属于可逆过程中的事件。典型事件包括第四纪冰期一间冰期的交替，冷暖、干湿变化冰盖变化导致海面的大幅度升降大气成分变化，尘埃含量变化；干旱区古土壤层的发育；生物种的分布、迁移和灭绝人类文明的诞生与发展：如北京猿人出现于（0.5Ma），马坝人（0.13Ma）、丁村文化（0.12Ma），仰韶文化（7ka）全球变化(二)千年至万年尺度发生在地质年代表最新的一个地质时期——第(三)年际至百年尺度

这一时间尺度的事件发生在年际、年代际到世纪际主要驱动因子包括太阳活动、火山活动、大气环流的长期变化、厄尔尼诺—南方涛动等自然因子和大气温室效应的增强等人为因子。太阳活动具有大致11a和80a的周期火山尘埃指数的变化具有大致70a的周期赤道平流层纬向风具有准2a的振荡厄尔尼诺—南方涛动具有3a一7a的短周期和大约70a的长周期近百年来地球大气中温室气体CO2含量的变化则呈现持续上升趋势。全球变化该尺度涉及的典型内容：气温变化、海洋表层水温、降水量、径流量、地表侵蚀、植物物候期、植物种群结构的变化、植被带的可能移动、动物迁移、物种消失等。(三)年际至百年尺度

这一时间尺度的事件发生在年际、年代(四)天-季度尺度发生在数天到1年，特征是季节更替主要驱动因子：太阳辐射输入的年循环。与地表系统中较长时间尺度的变化相比，季节变化属于一种规则的韵律波动或周期性变化，它构成了地表能量流、物质流和信息流等以年为周期变化的时间背景与人类的物质生产(农、林、牧、渔业)和文化生活(旅游、节庆、娱乐、着装等)的关系特别密切。该尺度的典型内容：季节气候变化，气温、降水、物候、候鸟与昆虫活动土壤—植物—大气之间生物地球化学循环的年际变化等。全球变化(四)天-季度尺度全球变化对不同气候系统的响应时间对不同气候系统的响应时间什么是引起全球变化的驱动力？

pause什么是引起全球变化的驱动力？

pauseHow?太阳黑子周期?地日轨道周期引起太阳辐射量变化?地球表面地温降低?大气环流改变?板块运动与海陆变迁?海洋环流改变?地球在太阳系中的位置变化?火山活动?How?太阳黑子周期?思考外因:内因:全球变化太阳辐射量变化:地球轨道参数、太阳周期、太阳耀斑外星撞击等板块运动：海陆分布格局的改变山地隆起与平原造山带：改变大气环流海洋分布：改变大洋环流极地大陆：冰盖形成火山活动：排出CO2温室效应人为因素：人类生态系统改变地球的重要营力思考外因:全球变化太阳辐射量变化:地球轨道参数、太阳周全球变化外动力因素的驱动力1、太阳本身变化导致的地球辐射量变化：黑子活动周期周期：10-100a（沃尔夫周期11a、海尔周期22a,世纪周期80a）2、地日轨道因素引起的地球辐射量变化：偏心率、地轴斜率、岁差周期分别为：410Ma、100Ma、40Ma、20Ma全球变化外动力因素的驱动力1、太阳本身变化导致的地球辐射冬至点夏至点春分或秋分>黄赤交角>春分和秋分>冬至和夏至>南、北回归线北半球太阳回归运动驱动的季节变化冬至点夏至点春分或秋分>黄赤交角北半球太阳回归运动太阳黑子高峰周期Cyc23太阳黑子低峰周期Cyc242001/03/292008/05/16ConservativepredictionsshowninredbyHathaway,NASA/NOAA,2007,usesanolderstatistically-basedmodel.OtherpredictionsusingSolarDynamicModelsindicateahigherpeakforCycle24.Cycle25"seems"toolowinthischartwhencomparedtothepastnineActivityCycles太阳黑子高峰周期Cyc23太阳黑子低峰周期CyTheEarthssurfaceandtheatmosphereshowaSolarCyclefluctuation,anannualfluctuationandanENSOfluctuation.TheEarthssurfaceandtheatm最近400年的太阳黑子活动最近400年的太阳黑子活动Untilnow,scientistscouldonlystudysunspotrecordsbackto1610,whenastronomersstartedkeepingtrackofsunspotsbydirectobservation.Now,thankstoaclevernewmethod,the400-yearsunspotrecordcanbeextendedbacktotheIceAge.Thenewsunspotrecordwaspresentedinanarticleinthisweek'sissueofthejournalNature."Theauthors(oftheNaturearticle)didshowthattheirsunspotnumberreconstructionmatchedtheobservedsunspotrecordquitecloselyfromcirca1610—1900A.D.,"saidcarbon-14specialistPaulaReimer,directoroftheCenterforClimate,theEnvironment&ChronologyatQueen'sUniversityinBelfast,Ireland."Sothisdoesprovideatestofthemethod."Thenewmethodworkslikethis:Treesandtreeringscontaincarbon,whichtheygetfromcarbondioxideintheatmosphere.Someofthatcarbonistheisotopecarbon-14whichiscreatedintheEarth'satmospherebycosmicraysflyinginfromoutsidethesolarsystem.Butthosecosmicrayscan'treachEarthwhenthesunisstormywithsunspotsandthesolarwindisroaring.Soatreeringcontaininglowcarbon-14isasignoffewcosmicraysinthatgrowthyear,whichisanindicatorofastormysun,contendMax-Planck-InstitutfürSonnensystemforschung'sSamiSolankiandcolleagues.Moststrikinginthenewsunspotarchivederivedfromthenewmethodishowmuchtoday'songoingstormyperiodstandsoutfrompastperiods,theresearcherssaid."Duringthelasteightmillennia,theepisodewiththehighestaveragesunspotnumberistheongoingonethatstartedabout60yearsago,"reportedSolanki.Andalthough11,400yearsismerelyamomentinthemulti-billion-yearlifeofthesun,itisenoughtocontainarecordof31highsunspotperiodswhichaverageabout30yearsinlength,theresearcherssaid.Thelongestis90yearslong.Thatisenoughofasampletoenabletheresearcherstoventureaguessabouthowlongthecurrentstormyperiodwilllast."Theprobabilitythatitwillcontinueuntiltheendofthetwenty-firstcenturyisbelowonepercent,"theresearchersconclude.Asforwhetherthelastfewdecadesofstorminessonthesunisthecauseofglobalwarmingoverthesameperiod,it'snotlikely,saidReimer."Theincreasedsolaractivitymayaccountforpartoftheclimatetrendanditdoescomeatabadtime,"shesaid."However,intermsofactualwarmingitprobablyisn'talargecontributor."Untilnow,scientistscouldon全球变化的主要特征与过程ppt课件

轨道偏心率周期＝10万和41万年

地轴斜率周期＝4万年

旋转轴岁差周期＝2.3&1.9万年轨道偏心率From:

Cane2005.EPSL230:227-240.ElNiñoSouthernOscillation厄尔尼诺现象带来的思考From:ElNiñoSouthernOscilla全球变化内动力因素的驱动力1、地幔对流引起的板块构造和海陆分布变化太平洋、古特提斯洋、地中海、大西洋联合古陆、劳亚古陆、冈瓦那古陆、印度板块亚洲的喜马拉雅山脉、欧洲的阿尔卑斯山脉、北美洲的科迪勒拉山脉、南美洲的安第斯山脉2、火山活动：火山灰粉尘等白垩纪印度德干火山导致恐龙灭绝。普林尼(Plinian)式火山喷发主要造成气候变冷和臭氧层破坏。大面积火山喷发造成气候变化的时空范围及程度均较大,它能够导致地表温度、海平面大幅度变化,最终引起生物灭绝;中小规模玄武质裂隙式喷发主要造成火山盆地内气候较大幅度变化,但对气候影响的持续时间较短,主要气候效应是导致附近地区温度快速下降和形成酸雨.全球变化内动力因素的驱动力1、地幔对流引起的板块构造和海陆晚元古代的海陆分布晚元古代的海陆分布BytheEarlyJurassic,south-centralAsiahadassembled.AwideTethysoceanseparatedthenortherncontinentsfromGondwana.ThoughPangeawasintact,thefirstrumblingsofcontinentalbreakupcouldbeheard早侏罗纪的海陆分布（大西洋尚不存在！）TethysoceanGondwanaPangeaBytheEarlyJurassic,south-c晚白垩纪火山作用引发温室效应和恐龙绝灭晚白垩纪火山作用引发温室效应和恐龙绝灭TheamountofaerosolsintheairhasdirecteffectontheamountofsolarradiationhittingtheEarth'ssurface.火山作用引起气候变冷TheamountofaerosolsintheThe1991eruptionofMtPinatubointhePhilippineswasoneofthelargestinthepast100years.Theinjectionintothestratosphereof14-26milliontonnesofsulfurdioxideledtoaglobalsurfacecoolingof0.5°C

ayearaftertheeruption.TheclimaticimpactofthePinatuboaerosolwasstrongerthanthewarmingeffectsofeitherElNiñoorhuman-inducedgreenhousegaschangesduring1991-93.TheeruptionofTobainSumatra73,500yearsagomayhavecooledtheplanetby3-5°C,resultingina‘volcanicwinter’1991年菲律宾Pinatubo火山引发全球气候变冷The1991eruptionofMtPinatu人类因素的驱动力温室气体：森林砍伐人口增长环境污染Estimatingpotentialimpactsofclimatechangebyhumanactivities全球变化人类因素的驱动力温室气体：EstimatingpotenTheOrbitingCarbonObservatorymissionisscheduledtolaunchin2009。Itwillbethefirstspacecraftdedicatedtostudyingatmosphericcarbondioxide,theprincipalhuman-produceddriverofclimatechange.TheOrbitingCarbonObservatorCO2CO2NotetheclearincreaseinCO2intheatmospheresincehumansstartedusinglargeamountsoffossilfuelsintheindustrialrevolution.Clicktoenlarge.(NASA)NotetheclearincreaseinCO2碳循环碳循环CarbonCycle.Unitsareingigatonsofcarbon(NASA)CarbonCycle.Unitsareingig全球变化的主要特征与过程ppt课件全球变化的主要特征与过程ppt课件全球变化的主要特征与过程ppt课件全球变化的主要特征与过程ppt课件全球变化的主要特征与过程ppt课件05101520SeasurfacetemperatureAge(Ma)第四纪环境+2+10-1-2OxygenIsotope第三纪第四纪上新世中新世渐新世始新世古新世第三纪以来海洋有孔虫氧同位素及海洋表层水温变化05板块运动与海流第四纪环境板块运动与海流第四纪环境新生代全球主要构造事件新生代全球主要构造事件板块运动与洋流第四纪环境新生代初：南极年均温摄氏18度古新世：赤道暖流环绕全球始新世末：前德雷克海峡形成渐新世早期：印度、欧亚大陆阻挡赤道洋流，南极环流加强早中新世：南-北美赤道海洋通道关闭中新世中期：南极大陆冰盖初步形成，赤道－极地温度梯度增加中新世晚期：海平面下降40－50m，地中海形成厚层的蒸发岩晚上新世（2.4ma）：北半球降温，中等规模冰盖形成第四纪：北半球冰期／间冰期的周期性变化ov板块运动与洋流第四纪环境新生代初：南极年均温摄氏18度PangeaBeginstoRiftApartPangeaBeginstoRiftApartTheEndoftheDinosaursBytheLateCretaceoustheoceanshadwidened,andIndiaapproachedthesouthernmarginofAsia.TheEndoftheDinosaurs新生代海洋氧同位素记录与重大气候事件和构造事件对比约34Ma前后，南极形成冰盖，与澳洲板块北漂有关。新生代海洋氧同位素记录与重大气候事件和构造事件对比约34Ma20millionyearsago,Antarcticawascoveredbyiceandthenortherncontinentswerecoolingrapidly.Theworldhastakenona"modern"look,butnoticethatFloridaandpartsofAsiawerefloodedbythesea20millionyearsago,Antarcti全球变化的主要特征与过程ppt课件全球变化的主要特征与过程ppt课件更多阅读拓守廷,刘志飞：始新世—渐新世界线的全球气候事件:从“温室”到“冰室”。地球科学进展，2003，第18卷第5期第四纪环境更多阅读拓守廷,刘志飞：始新世—渐新世界线的全球气候事件:第四纪冰期与间冰期第四纪环境过去经典的说法认为第四纪中有4次冰期。由老至新为：贡兹（Gunz）、民德（Mindel）、里斯（Riss）及武木（Wurm），其中除最后1次冰期大约从110KaBP开始到10KaBP为止进入全新世间冰期。中国东部曾确定潘阳、大姑、庐山及大理4次冰期。第四纪冰期与间冰期第四纪环境过去经典的说法认为第四纪中有4次深海有孔虫沉积测定的

氧同位素阶段---冰期与间冰期

(SPECMAP)(OIS)第四纪环境深海有孔虫沉积测定的

氧同位素阶段---冰期与间冰期

(SP全球变化的主要特征与过程ppt课件全球变化的主要特征与过程ppt课件全球变化的主要特征与过程ppt课件第四纪环境研究的时间尺度问题第四纪环境第四纪环境研究的时间尺度问题第四纪环境第四纪环境变化

研究的时间尺度年代越新，时间尺度越短，要求越高的分辨率Logscale第四纪环境变化

研究的时间尺度年代越新，时间尺度越短，要求越第四纪环境变化研究的时间尺度与分辨率第四纪环境变化研究的时间尺度与分辨率环境记录的载体环境记录的载体第四纪环境变化历史重建方法仪器观测利用仪器观测的记录作为阐明环境演变的依据，能得到最直接和定量的结果。缺点在于记录所覆盖的时间多数比较短。通过器测资料对接代用资料并发展代用资料第四纪环境第四纪环境变化历史重建方法仪器观测第四纪环境仪器观测历史气象记录一般只有一二百年的历史。1424年明成祖朱棣曾下令地方官，每年报告雨量，藉以估计各地农业收成丰歉，应有量雨器，但不久即废。在北京建立台站以温度计观测气温迟至1867年才开始。英格兰中部的温度记录是世界上最长的气温记录之一，起自1659年，但这一记录实际上是由北起爱丁堡（Edinburgh）南至普利茅斯（Plymouth）许多不同地点的记录连续而成的，1815年以后才在牛津（Oxford）地区稳定下来。荷兰DeBilt冬季气温记录起自1634年，但实际上正式观测记录从1897年才开始，以前的记录都是根据当地运河结冰日数推算而来的。世界各地长短不同的气象记录，经过整理，都是研究近数百年气候演变的基本依据水位测量可能从公元前3100年埃及第一代法老时已经开始，至今已有长达五千年的历史。第四纪环境仪器观测历史气象记录一般只有一二百年的历史。1424年明成器测资料与代用资料对比南方涛动指数（SOI）海洋表层水温(SST)第四纪环境器测资料与代用资料对比南方涛动指数（SOI）第四纪环境南方涛动（SOI）指数南方涛动指数自2004年6月开始连续7个月维持负值，11、12月份分别为－0.9、－1.1，表示最近半年多南方涛动指数较为稳定第四纪环境南方涛动（SOI）指数南方涛动指数自2004年6月开始连续7器测资料与代用资料对比第四纪环境南方涛动100年的变化器测资料与代用资料对比第四纪环境南方涛动100年的变化第四纪环境变化代用资料

器测资料对接代用资料

第四纪环境变化代用资料

器测资料对接代用资料

器测资料对接代用资料器测资料对接代用资料第四纪环境变化代用资料珊瑚、树木年轮、冰芯、石笋、花粉沉积、黄土粉尘沉积等(1)BoreholeData(2)ClimateForcing（OrbitalVariations,SolarVariability,VolcanicAerosols,TroposphericAerosols,AtmosphericTraceGases,）(3)Corals(4)Fauna(5)IceCores(6)Insecta(7)PaleoclimateModeling(8)Paleolimnology(9)Paleomagnetism(10)Paleoceanography(11)PlantMacrofossils(12)Pollen(13)TreeRing(14)Loess(15)OtherPaleoData器测时期，在此以前的称为Paleo-(theGreekroot)巴黎(1370-1879)的气温和汉城(1777-1919)的降水第四纪环境变化代用资料珊瑚、(1)BoreholeD珊瑚Corals:珊瑚從海水中分離出鈣離子及碳酸鹽來形成牠們的骨骼，碳酸鹽中包含了氧及其同位素。如同微量的金屬一般，這些珊瑚生長資料可以用來判斷海水的溫度，可以利用來重建珊瑚生長期間氣候的資料。如果要了解更多有關珊瑚的研究，可以參考下面的網站：NOAA'sCoralPaleoclimatologySite.珊瑚Corals:全球变化的主要特征与过程ppt课件孢子花粉Pollen&Spores每种植物都会产生各种各样的花粉或孢子，這些不同的孢粉外型可以用來识别不同的植物。由於這些花粉粒經常完整的保存於沉积层或泥沼、湖泊及海洋的底部，分析每一個沉积层的花粉，可以使我們了解沉积時植物生長的种类，而根据植物生長的种类我們就可以推测沉积时的气候环境。如果要了解更多有關花粉化石，可以參考下面的網站：TheInstituteofPaleontology,UniversityofVienna,AustriaFossilGroups:SporesandPollens,U.S.GeologicalSurvey(USGS)孢子花粉Pollen&Spores树轮

TreeRings:樹木的生長會被氣候的條件所影響，樹輪的寬度及密度甚至同位素的組成都會受到氣候變化的影響。在氣候溫和的區域會有固定的生長季節，通常每年都會產生一個樹輪（年輪），而這些樹木可以生長到數百年甚至數千年。根据這些樹輪的記錄可以了解百年至甚至千年間的氣候變化。树轮TreeRings:冰芯IceCores:位於高山或極地深處冰盖中的冰是累積了数万年的降雪所形成的，科學家鑽探這些深層的冰盖採集冰芯。這些冰芯包含了灰塵、氣泡或氧的同位素，而這些可以用來解釋這個區域過去的气候状况。想要了解更多的冰芯資料可以參考下面網站：TheAustralianAntarcticDivision,SeeDept.ofGlaciology-IssuesTheAmericanGeophysicalUnionGreenlandIceCoresSummit(GISP2)Project冰芯IceCores:冰芯记录IceCores冰芯记录AntarcticaByrdCaseyD57DollemanIs.DomeC(1977Core)(Loriusetal.,1979)DomeC(EPICA)DomeFujiDSS(DomeSummitSouth)DominionDronningMaudLandDumontD'UrvilleDyerPlateauEPICADomeCGomezJamesRossIs.(DallingerDome)LawDome

Mizuho(Watanabeetal.,1978)NewallGlacierPlateauRemoteShiraseDrainageBasinSipleDomeSouthPole(Jouzeletal.,1983)TalosDomeTaylorDomeVostokWindlessBightGreenland75NCampCenturyCreteD20Dye21977Dye3GISP2GITSGRIPHumboldtMilcentNASA/UNGRIPSummit1974TunuTropicalandTemperateCoresDasuopu,ChinaDunde,ChinaEclipseIcefield,Yukon,CanadaGuliya,ChinaEastRongbukGlacier,

Mt.Qomolangma(Everest)

InilchekGlacier,KyrgyzstanKilimanjaroLewisGlacier,KenyaSajama,BoliviaIllimani,BoliviaCopap,PeruCaullaraju,PeruHualcan,PeruHuascarán,PeruPucahirca,PeruQuelccaya,PeruMountLogan,CanadaMt.Wrangell,AK,USACascadeGlacier,WA,USAFremontGlacier,WY,USAGannettGlacier,WY,USAGalenaCreek,WY,USAAntarcticaGreenlandTropicala海洋及湖泊沉积物

Ocean&LakeSediments:每年大約有60～110亿吨的沉积物沉积在湖泊或海洋之中，科學家去鑽探這些沉积物的岩芯。湖泊與海洋的沉积物是由海洋中的物質或附近陸地被剥蚀至海洋的物質所組成，這些物質包含保存了極微小的微体和超微化石及其他化學物質，它们可以用來解釋過去的氣候變遷。如果想要了解更多的湖泊與海洋沉积物，可以參考下列網站：OceanDrillingProgramInternationalMarineGlobalChangesStudy海洋及湖泊沉积物

Ocean&LakeSedimen历史文献记录farmer’slogs,travellers’diaries,newspaperaccounts东亚历史记录，中国历史记录，甲骨文第四纪环境

我国文化悠久，历史文献之丰富在世界上首屈一指。从二十五史，数量近13000部之多的地方志，《