全球变化的主要特征与过程

第一节 全球变化的时空谱特征第二节 全球变化的驱动力第三节 全球变化的三大循环过程第一节

全球变化的时空谱特征全球变化的时间尺度全球变化的空间尺度时空尺度的联系性一、全球变化的时间尺度（陈速逑2001）≥106年尺度，地质历史时期内，涉及到所有圈层,构造运动对气候变化的驱动作用占据主导地位。103-106年尺度，第四纪晚期及人类历史时期内，受地球轨道参数变化的驱动，冰期—间冰期变化表现显著。100-103年尺度，年际、年代际、世纪际时期内，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；大气温室效应的增强等人为因子驱动着气候变化。10-1-100几天-几个季度尺度，一年内的变化。10-4-10-1几秒-几小时尺度，一天内的变化。全球变化事件与过程的时空尺度S Min特征时间尺度log(s)DayYear(a)Centary104a106a109a全球104特征空间

103尺度（公里）102101100局地大气湍流大气对流地震周期火山爆发营养物循环季节性植物循环土壤侵蚀成矿作用土壤温度变化上层海洋混合天气尺度系统土壤形成海洋环流全球天气变化CO2变化气候El

Nino大气组分冰期间冰期物种形成灭绝事件造山事件板块构造地幔对流地球和生命起源要认识这些事件和过程的性质，就必须在特定的时空尺度上对它们进行研究。1、几百万年以上尺度变化的概念模式在最初十几亿年，全球变化以发生在地球历史的的各种早期地球过程为起点,从地球的起源、生命的出现，决定地球早期的历史并构成了以后全球变化的基础。该时间尺度的事件受地球行星演化规律与进程的控制，基本为不可逆过程。包括的事件有：造山造陆导致的地球上沧海桑田的演变、大气圈和水圈的形成的演变、生命的起源等。S Min

Day特征时间尺度log(s)Year(a)

Centary104a106a109a全球征

104空

103间

102尺

101100度

局（

地公里特）成矿作用物种形成地幔对流灭绝事件造山事件板块起构源造地球和生命2、几千年~几十万年尺度变化的概念模式在几千年-几十万年尺度上,

第四纪晚期（距今最近的一个地质时期）和人类历史时期，全球变化主要由地球轨道要素的周期变化而引起的。板块运动造成的大地貌单元的变化与火山活动通过地球轨道参数变化发生耦合作用，共同决定全球变化的状态。（可逆事件）海面升降； 大气成分的变化生物种的分布、迁移、灭绝人类文明的诞生和发展该时间尺度的事件受地球轨道参数（如偏心率、黄赤交角和岁差）等变化的影响。属于可逆事件。包括的事件有：第四纪冰期－间冰期的交替、海面的升降、伴随冷暖干湿的大气成分的改变、古土壤层的发育、生物中的分布、迁移和灭绝，以及人类文明的诞生和发展。S Min特征时间尺度log(s)DayYear(a)

Centary

104a106a109a全球104103特征

102空间

101尺度

100（公

局地里）成矿作用土壤形成海洋环流大气组分冰期间冰期物种形成灭绝事件人类文明的诞生和发展3、几年~几百年尺度变化的概念模式全球变化最受关注。在此时间尺度上,年际、年代际、世纪际事件。同时人类活动对全球变化的影响也最为明显。主要驱动因子：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；大气温室效应的增强等人为因子。该时间尺度的事件受太阳活动、火山活动、大气环流的长期变化、ENSO等自然因子和大气温室效应的增强等认为因子的控制和驱动。包括的事件有：全球气温的趋势上升、气温、海温、降水量、径流量、植物物候期及生长季节等的准周期性波动和突变，植物群落结构变化和植被带的可能移动。S Min特征时间尺度log(s)DayYear(a)Centary104a106a109a全球104103特征

102空间

101尺度

100（

局公

地里）营养物循环季节性植

土壤侵蚀物循环土壤温度变化上层海洋

海洋环流混合CO2变化气候ElNino4、几天~几个季度尺度变化的概念模式季节更替为本质特征。主要驱动因子：太阳辐射输入的年循环。S Min特征时间尺度log(s)DayYear(a)

Centary104a106a109a全球104103特征空

102间尺

101度（

100公里

局地）地震周期火山爆发营养物循环季节性植物循环土壤温度变化上层海洋混合天气尺度系统全球天气变化5、几秒~几小时尺度变化的概念模式日变化为本质特征。主要驱动因子：太阳辐射输入的日循环。日变化为本质特征。主要驱动因子：太阳辐射输入的日循环。包括的事件有：风温压湿的日变化、地表植物冠层与大气界面上的分子扩散和湍流交换、物质交换过程★

气候变化的时间尺度从时间尺度来看，气候变化可以分为六类：地质时期气候变化历史时期气候变化超长期气候变化长期气候变化中期气候变化短期气候变化万年或万年以上（104~108年）几千年（103~104年）几百年

（世纪际102~103

）几十年（年代际101~102年）几年（年际100~101年）月或季（100年）二、全球变化的空间尺度：1、全球尺度

≥20

000km特征事件：太阳辐射分布、大气环流和洋流、温室效应加剧、全球气候变化、臭氧层破坏、地球和生命的起源等2、区域尺度

≤100-20

000km特征事件：季风、大型天气过程、海流、ENSO、构造运动、造山运动、冰期-间冰期交替、气候带与地带性植被的形成等3、地方尺度

≤10-100km特征事件：地震、流域水土流失、中尺度天气系统、植物物候、城市气候与大气污染、河流与水域的污染、成矿作用等4、局地尺度

≤103m特征事件：火山爆发、小流域地表侵蚀、小尺度天气系统等全球尺度

(空间范围在20

000公里以上，为半球至全球尺度)特征事件有：太阳辐射的分布，大气环流和洋流，温室效应加剧与全球气候变化，臭氧层的破坏，地球和生命的起源等。这些事件对应的时间谱相当宽泛（从年至几十亿年），并且不同时空尺度的过程是相互影响的。如温室气体和臭氧层的破坏是近百年的事情，但它们对季节、年际、几十年至上百年的全球和区域气候变化和生态系统演变产生深远的影响。区域尺度（100公里－20

000公里，地域单元为：大陆、大洋、陆地上的自然带和自然区及海区等）特征事件有：季风、大型天气过程（台风、气旋反气旋）、海流、ENSO、岩石圈板块构造运动与造山运动、冰期－间冰期交替、气候带与地带性植被－土壤的形成。这些事件对应的时间谱相当宽泛（从年至几十亿年），并且不同时空尺度的过程湿相互影响的。如青藏高原隆起的效应。地方尺度（10公里－100公里）特征事件有：地震、流域的水土流失、中尺度天气系统（如雷暴）、植物物候期的水平变化、城市气候与大气污染、河流与水域的污染、成矿作用等。这些事件对应的时间谱可以从小于1天到百万年。事件的个体性增强，彼此间的联系减弱，事件的影响多限于当地。局地尺度（10公里以下）特征事件有：火山爆发、小流域地表侵蚀、小尺度天气系统（如龙卷风、山谷风）、植物物候期的随地形的变化、植被冠层的微气象、土壤的养分循环、气体等的点污染。这些事件对应的时间谱短，从几秒到一年内，空间特性明显。三、时空尺度的联系性：1、大气圈的变化 最活跃2、生物圈的变化 较为复杂3、土壤的成土过程从几百年-几千年，但其侵蚀过程仅几年-几十年，甚至是一次暴雨过程4、海洋过程5、地质过程中的板块运动、地幔对流、造山运动、地球的起源第二节全球变化的驱动力Questions驱动全球变化的外力因素？

驱动全球变化的内力因素？

人类是怎样影响全球变化的？

地球系统内部的反馈作用。全球变化驱动因素:地球外力因素；地球内力因素；人类活动对全球变化的影响；地球系统自身相互间的影响和反馈。影响全球变化因素:①周期变化因素。太阳活动、地球轨道参数的变化,

致全球环境的周期性变化;②非可逆性变化因素。太阳长期演化、板块运动,

可致环境的不可逆的变化;③随机发生的因素。火山活动、小行星碰撞,

致全球变化有短期的扰动,

也有长期的不可逆的变化。每种因素在不同时间尺度上具有不同的重要程度和表现方式。一、驱动全球变化的地球外因素□

太阳辐射的变化□

地球轨道参数的变化□

地外物体的撞击作用太阳辐射、其他天体引力作用、星体对地球的撞击。太阳辐射直接驱动了发生在地球表面的各种过程。太阳辐射变化改变到达大气顶能量，影响能量收支 导致气候变化全球变化

。其他天体引力作用星体对地球的撞击物种的灭绝和产生地球运动轨道参数改变地球运动轨道参数改变，地貌改变、地球全球变化。自1750年至今，太阳辐射变化导致的辐射强迫约为0.3±0.2W/M2，据估计主要发生在20世纪的前50年中。1970年代以来，卫星观

测到的太阳辐射没有大的变化。Data1）太阳活动：太阳活动指太阳表面上一切扰动现象的总称。如太阳黑子、光斑,

谱斑、耀斑,

日饵等。2）太阳活动的周期：太阳黑子活动在101~102

年尺度上存在显著的周期变化。如11年的沃尔夫周期、22年的海尔周期、80年的世纪周期、180年的双世纪周期等。据估计：太阳辐射变化1%，地面平均温度可变化约1℃，冬半球高纬度温度变化更为明显；模拟结果显示：太阳常数增加2%，地面温度可上升约3℃；太阳常数减少2%，地面温度可下降约4.3℃。有资料表明：太阳黑子活动弱时气温偏低，历史上太阳活动极小期对应冷期，如17世纪的小冰期，是太阳黑子活动的蒙得尔极小期，太阳常数比现代低1%

。据估计：太阳辐射变化1%，地面平均温度可变化约1℃，冬半球高纬度温度变化更为明显；模拟结果显示：太阳常数增加2%，地面温度可上升约3℃；太阳常数减少2%，地面温度可下降约4.3℃。有资料表明：太阳黑子活动弱时气温偏低，历史上太阳活动极小期对应冷期，如17世纪的小冰期，是太阳黑子活动的蒙得尔极小期，太阳常数比现代低1%

。□地球轨道参数的变化地球轨道要素主要有3个:偏心率、黄赤交角与岁差。20世纪30年代米兰科维奇提出用地球轨道要素的变化来解释第四纪冰期——间冰期的交替。（1）地球绕太阳运行的轨道参数的变化会引起日地距离的变化,从而改变地球接受的太阳辐射量。（2）轨道参数的变化则可能影响地球接受太阳辐射的季节变化及地理分布的变化,进而改变气候。认为：夏季接受太阳辐射的多少是冰盖盛衰的关键。夏季凉爽会使冬季积雪融化较少,因而导致冰进。夏季炎热则可以使冰雪融化,造成冰退。1）地球轨道偏心率：地球绕日椭圆轨道的焦距与主轴长度之比。2）黄赤交角：地球自转轴与对黄道面的垂直轴之间的交角。3）

岁差

：春分点的进动。4)耀斑是太阳大气中的爆炸现象，表现为日面突然出现迅速发展的亮斑闪耀，其寿命仅在几分钟到几十分钟之间，释放出相当于上百亿颗百吨级氢弹爆炸的巨大能量。①偏心率：偏心率变化于0.005~0.06之间，周期约9.6万年,另有40万年的周期变化。目前偏心率约0.0167。偏心率愈小，地球绕日轨道愈接近圆形。目前的近日点与远日点接受的太阳辐射量约差7%，若偏心率最大时接受的太阳辐射量可差30%。现代北半球为冬季时在近日点,夏季在远日点,夏季虽然太阳辐射强度下降但夏季增长,有利于冰融化。②黄赤交角：黄赤交角的变化影响地球上不同纬度和不同季节的气候差异程度的大小，黄赤交角越大，冬季和夏季的差异越大。黄赤交角变化对极区影响最大，极地地区夏季变凉，冬季变暖；反之，极地地区更为寒冷。若黄赤交角增大，高纬度夏季辐射量增大，冬季减少，年较差增大，且年辐射量增加（4.02%/1

)；赤道地区年辐射量减少(0.35%/

1

)

。若黄赤交角减小，高纬度夏季辐射量减少(凉夏，有利于冰川发展），冬季增加（冬暖），年较差减小；赤道地区年辐射量增加。黄赤交角的变幅21º39′~

24º36′，变化周期约4.1万年。目前倾角为23º27′。2.83万年前为

22º06′，即冬暖夏凉有利冰川发展。 （冬夏差异小）9100年前为24º14′

，冬寒夏热有利冰川融化。（冬夏差异大）③岁差：近日点在一年中所处位置的变化，约有2.1万年的周期变化。冬至位于近日点时冬暖夏凉；夏至位于近日点时冬寒夏热。大约1万年前北半球冬季为远日点，目前为近日点。米兰柯维奇理论：于1920年提出的第四纪冰期的天文假说。认为：偏心率、黄赤交角和岁差的周期变化改变地表的日照量，足以导致冰盖的大规模进退，是形成第四纪冰期-间冰期更替的主要原因。认为：夏半年日照量的减少是冰期形成的主要因素。该理论较好地解释了第四纪冰期-间冰期变化的驱动因素，但最初因缺乏实证而末被普遍接受。1950年以后，从深海沉积、珊瑚礁阶地、陆上的黄土沉积等过去环境变化的记录中均分别检测出地球轨道参数变化的几个特征周期，如0.4Ma、0.1Ma的偏心率周期，41ka的地轴倾斜率周期，以及23ka和19ka的岁差周期，反映了第四纪气候变化与地球轨道参数变化的高度相关性，使得米兰柯维奇的理论被广为接受。米兰柯维奇认为，地球轨道偏心率e值增大，地面接受辐射量减少，气候转冷，出现冰期。e值变化周期为96．6ka。他认为地球轨道要素的周期性变化，是更新世气候波动的原因，并计算出北纬45°-70°间(地球上气候敏感区)，0.65MaB.P．和lMaB.P.以来夏季太阳辐射量变化曲线，并将辐射量变化转换为相当的纬度变化(等纬效应)，用来解释第四纪冰期历史，这一曲线被称为“米兰柯维奇系列”。到20世纪70年代，有人把这一曲线作为深海有孔虫氧同位素分析古温度曲线和海面波动曲线对比解释的理论基础，借以确定地球上冰期事件的年代和规律。米兰柯维奇理论存在的问题：（1）不能解释冰期建立的机制。冰期为什么出现在第四纪而不发生在始新世或上新世等其它时期,因此第四纪冰期的建立可能还受到更长尺度的因素作用。（2）地球轨道参数变化所引起的变化被放大。分析表明：地球轨道参数变化本身所引起的气候变化比实际发生的全球变化的幅度小。因此,在地球轨道参数变化与全球变化之间必然存在一系列的反馈机制使得由地球轨道参数变化所引起的变化被放大。（3）难以解释为什么会发生主导周期的变化。据地质记录：

在2.4MaB.P.以前,19ka和23ka的岁差周期占主导地位；在2.4MaB.P.~0.8MaB.P.,41ka的黄赤交角变化周期最为显著；在0.8MaB.P.以来，0.1Ma的偏心率周期最为显著；米兰柯维奇理论也难以解释地球在第四纪以前各大间冰期中虽受偏心率、黄赤交角和岁差影响，但并未出现冰期-间冰期周期性变化的原因。因此，全球变化的天文机制值得进一步深入探索。□

地外物体的撞击作用小行星以宇宙速度撞击地球时,将产生一系列的物理、化学和地质作用过程。小行星体经过地球大气层时,出现耀眼的分光现象；引发森林大火,致大量的烟尘和炭黑等有机颗粒物质弥漫于大气中。携带的有毒物质如镍等重金属,使地球环境恶化,生物中毒死亡。在海洋中的撞击作用,形成强烈的海啸和地震。地外物体的撞击对全球变化产生深远影响导致地球内部物质重新分配,对地球内部过程影响深刻。陨石撞击→地幔柱→板块破裂→大陆分离地质历史上的巨大陨石冲击的时间与大陆漂移开始分离和海底扩张方向的改变的时间几乎一致：210MaBP以来，9个陨石冲击期中有5个和大陆分离的时间一致,仅54MaBP的大陆分离与冲击期不相符；8次海底扩张方向变化的时期中有6次与冲击期一致,另有1次冲击期与大西洋海底扩张开始的时间(203MaBP)相对应。新生代以来,地球至少有六次重大的地外物体撞击事件,分别发生在65、34、15、2.4、1.0、0.7MaBP。撞击事件对全球变化起诱发作用。模拟结果：六次撞击事件产生不同程度的降温效应,其中65MaBP的撞击事件(直径约10km小行星)可使温度降低至-48℃,降温效应持续近3年,恢复至撞击前温度需要14年,整个降温效应持续时间17年。如果考虑撞击造成森林燃烧所产生的烟尘、地表的反馈作用、海洋平衡变化引起的大气CO2含量降低,则撞击作用后所产生的降温可能会持续更长时间,甚至导致全球气候的变化。地质记录显示：65MaBP的撞击事件,导致恐龙及大批（约三分之二）

生物的灭绝,造成新生代的气候变冷。34、15、1.0和0.7MaBP

的撞击事件与地球气候的主要变冷事件基本处于同一时期,并出现不同程度的生物物种绝灭事件。2.4MaBP发生的撞击作用处在第三纪与第四纪的分界上,它不是一次事件,而是多次撞击作用的叠加,其规模尚不十分清楚,但在2.4MaBP以后,全球气候变化呈现出在米兰柯维奇周期主导下的冰期-间冰期周期性变化特征。二、驱动全球变化的地球内力因素□

海陆分布变化□

高海拔的山地或高原的隆起□

火山活动□

海陆分布变化现现代代的的海海陆陆分分布布格格局局是是由由约约220000MMaaBBPP的的泛泛大大陆陆与与泛泛大大洋洋((特特提提斯斯海海))分分裂裂形形成成的的。。海海面面升升降降、、海海陆陆分分布布格格局局、、海海洋洋和和陆陆地地面面积积对对比比的的变变化化、、陆陆地地位位置置和和组组合合关关系系的的不不同同,,对对全全球球的的温温度度和和降降水水格格局局均均会会产产生生深深刻刻的的影影响响。。海陆分布格局及其影响发生在106~107年的尺度上。对联合古陆存在时期(三叠纪)的气候模拟结果表明：巨大的陆地使得冬季寒冷、夏季炎热，气候的大陆性极其显著，并存在大尺度的冬夏季风环流。库茨巴赫根据理想泛大陆气候状况的模拟结果指出：假设在没有地形作用、现代的加热率、现代的冰雪覆盖状况的前提下计算出当时的降水平均状况，整个陆地上的年降水量≤720

mm(日降水量2mm)。日降水量≥2mm的地区包括持提斯海沿岸受夏季风影响的地区和东海岸个高纬度全年接受降水的地区；西海岸日降水量平均达2mm的地区位于冬季受西风带控制的中纬度地区和赤道辐合带控制下的赤道地区。低纬地区降水小于蒸发，中纬度地区降水大于蒸发，土壤水分状况与此相似。海陆分布格局的变化会导致大洋环流形式的变化。大陆分布格局变化使得一些海道开启，另一些海道闭合，造成洋流的迅速调整。新生代全球变冷的若干主要阶段分别与同期若干海迈开启与闭合相对应，其中，大约50MaBP之时，澳大利亚向北运动形成具有重要意义的南大洋通道，使得绕极环流得以建立与发展，可能是导致南极大陆开始变冷并最终发育成冰川的原因。□高海拔的山地或高原的隆起高海拔的山地或高原的隆起在104~105年的尺度上对全球变化影响最大的板块运动事件是巨地形的变化。第四纪板块运动的主要表现之一是高原山地的强烈隆起和沉积盆地的拗陷。各种地质证据表明：现代北半球的两个最大高原山地均是4OMaBP以来隆起的。这些高海拔的山地或高原虽只具有区域尺度的规模,

但它们的影响却远远超出高原或山地范围本身,造成更大范围的、乃至全球尺度的变化。高原、山地的隆起在第四纪气候形成中有重要作用高海拔的高原、山地的低温环境为冰川和积雪的积累提供了大范围场所，这些冰雪通过反射率的反馈作用成为温度升降变化的放大器，增强气候变化的不稳定性，从而对全球变化产生与极地冰盖性质相近的作用。高山和高原通过热力和动力作用对全球大气环流运动所产生的深刻影响更为重大。青藏高原和北美西部的山系等均对近地层行星风系的运动乃至结构有强烈的改造作用。高海拔高原和山地由于高耸入云和体积巨大，因此还会对正常的地球自转速率起阻碍和减缓的影响。青藏高原的隆起在第四纪气候形成中有重要作用第四纪初，高原平均高度在2000-3000m之间。早更新世末-中更新世初,高原又经历了一次强烈的隆起,高原的平均高度已达到3000m以上。全新世高原已达到现代的高度。□火山活动火山活动火山喷发能够把大量气体和火山灰抛向高空，火山尘幕中的固体粒子直径在0.5μm~2μm，甚至更小，它们可在平流层大气中停留1年以上，并通过对平流层化学及动力学的影响而介入全球变化过程。它们可以改变平流层的化学成分并造成化学过程异常，从而对大气中的CO2、O3等的平衡产生影响(见表)；

而受火山活动影响最大的，可能是平流层中气溶胶及其光学性质的变化所造成的太阳辐射收支的变化。强火山爆发能在乎流层下部形成一个持久的含有硫酸盐粒子的气溶胶层，它们存留在乎流层中增加了大气的反射率，因而减少了到达地面的直接太阳辐射，进而导致温度下降，这个影响被称为“阳伞效应”。1963年3月印度尼西亚巴厘岛的阿贡火山爆发约3个月后，澳大利亚墨尔本的直接太阳辐射减少23%，散射辐射增加1倍，总辐射减少达6％。一般认为，一次较大火山爆发后一两年，半球或全球平均温度下降0.3℃左右，以后逐渐回升，四五年后恢复正常。北半球的火山喷发往往使全球温度在3个月后产生最大降温，并可影响南半球的气温，但影响时间短；而南半球的火山喷发要在19-20个月之后才产生最大降温、但影响时间长，对北半球影响不大。不少学者认为，火山活动对夏季温度影响最大，日本17-20世纪期间的冷夏年有67％在上半年或前一年有强火山爆发。火山活动对气候的影响降低对流层的温度,

平流层的气温可能略有升高（地面气温的降低已经为观测事实和数值模拟所证实）英国阴冷的夏天都发生在火山尘埃影响年份；（18世纪60年代；19世纪40年代；20世纪的1903

、1912）欧洲的冬季在火山爆发后也偏冷,

低纬火山喷发后的冬天表现更突出。有分析显示： 火山爆发可使温度下降中纬度最明显,北美洲东北部和西欧气温降低最强烈。气压响应在北大西洋最显著。中纬度气旋增强并南移,副热带高压也南移。若结论成立,火山活动可能诱发北半球冰川扩张,因为北半球冰盖也是反复出现在北大西洋两岸的陆地上的。按气溶胶在大气中的停留时间计算：，单个火山爆发的影响一般不超过1a一2a，但持续几十年到数百年的火山活动集中时期和火山活动沉寂时期，会影响几十年到几百年尺度上的气候变化。从格陵兰冰芯过去1.5ka来的酸度序列可以以别出历史上许多著名的火山喷发，如唐包拉火山1815年)、k拉卡托火山(1883午)、阿页火山(1963年)等。对比1.5ka来冰芯酸度的变化与气候变化过程发现，由低酸度所表征的弱火山活动时期对应温暖的时期，高酸度时期则对应寒冷时期(见图)。三、地球系统内部的反馈作用外力作用下系统自身藕合反馈作用产生短尺度变化的最典型的例证：厄尔尼诺——南方涛动现象(ENSO)。在常年，赤道太平洋东向信风盛行，在平均风速下，沿赤道太平洋海平面高度呈西高东低的形势。西太平洋斜温层深度约200m，东太平洋仅50m左右，呈现西暖东冷的平均海温分布（图a）。图

赤道太平洋热结构对海面风场变化的响应a.平均状况图

赤道太平洋热结构对海面风场变化的响应（强信风）在东风异常加强情况下，赤道表面东风应力把表层暖水向西太平洋输送，在此堆积，西太平洋海平面抬升，积累大量位能，斜温层加深。东太平洋在离岸风的作用下，表层海水产生强的离岸漂流，造成海水质量的辐散，海平面降低，次层冷海水上翻，导致这里成为更冷的冷水带。出现拉尼娜事件。图

赤道太平洋热结构对海面风场变化的响应（信风张驰）每隔数年，偏东信风发生张驰（减弱），赤道东太平洋的冷水上翻现象消失，并使西太平洋原先积累的位能释放，表层暖水向东回流，导致赤道东太平洋海平面升高，海面水温增暖，秘鲁、厄瓜多尔沿岸由冷洋流转变为暖洋流，海水温度出现正距平，出现厄尔尼诺事件。受赤道信风作用,赤道太平洋的水温和水位均呈西高东低。

当信风减弱时,激发出异常的暖性开尔文波,从赤道西太平洋向东传播,并通过海气作用加强,导致暖水区向东扩展、暖水层增厚,导致厄尔尼诺事件,太平洋东侧气压随海温升高而下降,而西侧气压则随海温下降而升高。在暖性开尔文波东传的同时,海气作用也激发产生一种向西传播的冷性罗斯贝波,一方面可使西太平洋海温降低,同时在西岸反射而成为冷性的开尔文波。若此时信风加强,冷性开尔文波便可在赤道西太平洋持续产生并向东传播,通过海气作用而加强,最终导致拉尼娜事件。在冷性的开尔文波东传过程中,海气作用又激发产生暖性的罗斯贝波,它同暖性开尔文波在赤道东太平洋海岸反射后的暖性罗斯贝波一起传到赤道西太平洋,使海温升高,同时在西岸反射而成暖性的开尔文波,为下一次循环准备条件。ENSO循环的物理模型在厄尔尼诺年,沃克环流的上升气流和下沉气流地区向东移动,同时哈得莱环流和中纬度的纬向西风均得到加强,进而导致全球范围的气候异常。需要强调指出的是，ENSO循环的关键海域应是赤道中西太平洋而不是赤道东太平洋，尽管SST的异常信号在赤道东太平洋最强；赤道中西太平洋地区的信风异常在ENSO循环中有着重要的作用。四、地球系统内部的人文因素人类活动所引起的地球系统的状态和功能的改变，在工业化以来的200多年里急剧加速，在几十至几百年的时间尺度上，人类活动对全球变化的影响与全球变化对人类的影响均极为显著，人类生态系统过程已成为全球变化过程的一个不可忽视的组成部分。如今人类活动所导致的全球变化在某些方面一定程度上已达到与自然变化相同量级的规模。森林破坏、臭氧洞、温室效应增强等均是全球变化的显著表现。但是，全球变化远不只是“温室效应和臭氧洞”：根本的问题是，“人类正在以各种连自己还没能认识得很清楚的方式，根本性地改变位生命得以在地球上存在的各种系统和循环”。人类活动对全球变化的影响是与人类赖以生存的人类生态系统的建立与维持过程密切联系的。由人类建造的农业系统和城市生态系统取代自然生态系统，是人类活动导致全球变化的一种主要的形式，它不仅使得土地覆盖的状况发生显著改变，而且使得自然生态系统的许多功能也随着丧失。随着人类生态系统在全球生态系统中所占份额的增大，由此对全球变化影响的显著程度也在相应地增加。人类影响全球变化的另一种方式是为维持农业和城市等人类生态系统的正常运转，需要有大量的物质和能量持续不断地输入列系统之中，与此相联系的资源开发和废弃物的排放均对自然环境产生巨大的压力，当其超出自然环境的承受能力时，就会引发全球变化过程。“人类通过土地利用改变地表景观、或通过化石能源和矿物原料大量开发使用的方式改变自然环境，其结果造成土地覆盖变化、系统成分变化、自然过程变化和自然系统功能变化。观测到的全球充分混合的温室气体含量及其辐射强迫的变化CO2 ：大气中CO2浓度从1750年的280ppm增加到1999年的

367ppm，增加了31%，但尚未超过过去42万年和似乎过去2000万年的变化范围。本世纪的大气中CO2浓度增长率是前所未有的，至少在过去2万年中未出现过。过去40年的观测表明，大气中CO2浓度增长率在年与年之间存在较大变动。在1990年代，年增长率变动在

之间。从大气观测中，现已能够计算出人类排放的CO2对大气CO2浓度增加的贡献和被陆地与海洋吸收的部分。CH4 ：自1750年以来，大气中CH4 浓度增长了150%

，现在的浓度达到过去42万年以来最高值。近期，大气

CH4

浓度从1983年的

1610ppb增加到了1998