第一章-引论全球变化生态学

全球变化生态学孙国钧[e-mail]•第一章引论•第二章气候变化相关国际会议、公约•第三章气候变化相关国际重大研究计划•第四章气候变化下的NGO和公司•第五章生物与环境•第六章种群•第七章群落•第八章生态系统•第九章生物多样性第一章引论2013年全球变暖各地极端天气堪比“末日”1月，由加拿大而来的北极气团持续席卷大部分的美国地区，致使北方部分地区呈现出了2013年“冰河时代”的面貌。1月，热带气旋“奥斯瓦德”肆虐澳大利亚东部，所到之处，狂风大作，暴雨如注。当地时间1月28日，昆士兰州因强降水爆发了洪水，已经导致3人死亡，数百座房屋被淹没。1月，澳大利亚被滚滚热浪包裹，多地气温达到40℃，甚至44℃。此外高温还引发山林大火，导致多人死亡和失踪。部分地区温度计破表4月，苏格兰地区遭遇强沙尘暴袭击，造成大量农作物毁坏，不少农民的土地变成了“沙滩”。2013年5月10日，加拿大遭遇每小时55英里(约合每小时88公里)速度的强风，强风将正在解冻的多芬湖的冰堆推至岸边使当地居民数家房屋被摧毁，超过15家受灾严重，但幸无受伤。报道强调，如此强度和规模的风力实属罕见2013年5月31日，一场剧烈的龙卷风“EF3”席卷了美国俄克拉荷马州，其中专业风暴追逐者提姆・塞姆拉斯和保罗・萨马拉斯及队员卡尔・荣格不幸丧生。这场龙卷风已造成至少100人受伤，大量房屋被毁和专业追风暴者死亡人数上升至12人。7月，英国饱受自1976年以来最为极端恶劣的天气侵袭，损失惨重。其中，诺丁汉郡因大雨袭击大片鱼群死亡，连绵一个月之久的降雨也一直困扰着伍斯特郡。7月以来，美国死亡谷国家公园持续高温，游客们甚至借此机会在公园内的石头上煎起了鸡蛋。2013年7月28日晚，德国汉诺威(Hannover)忽然天降冰雹，令人猝不及防。不仅如此，冰雹的个头十分硕大，最大的直径达到了8厘米。7月16日，夏天原本是享受大自然风光的最佳时节，但是今年夏天，德国人却饱受蚊子的侵扰。由于洪灾和随后而至的高温天气，德国的蚊子泛滥成灾，部分地区“蚊子甚至遮蔽了天空，看起来好像阴天了一样。”7月31日，因宁波连续多天40度高温，甬台温高速奉化收费站附近一块广告牌发生了自燃。•38年前，也就是1975年8月8日，美国著名的气候学家、地球化学家WallaceBroecker教授在《科学》杂志发表了题为“我们是不是处在全球变暖的紧要关头？”的文章。在文章中他预测，地球即将转入由于二氧化碳增加导致的全球变暖期。这篇文章的发表正式宣布了“全球变暖”概念的诞生。在1968年12月，阿波罗8号首次离开近地轨道，在距地球30000千米所拍摄到地球的照片，阿波罗8号的宇航员对地球的描述：在浩瀚太空中的一个巨大的绿洲。任务徽章阿波罗8号任务徽章1.蓝色星球2.改变了人类传统的观点3.地球作为一个生态系统任务徽章为什么地球与其他星球有这么大区别？地球生命系统的作用是什么？任务徽章1.1盖亚假说盖亚假说（GaiaHypothesis）是由詹姆斯·洛夫洛克在1972年提出的一个假说。詹姆斯·洛夫洛克指出，我们的行星上的大气由生命无法存活的混合气体组成，通过地球化学过程（如岩石侵蚀）和大气支持的有机物活动（如用光和植物去除二氧化碳并产生氧气），这些气体得以维持平衡比例。他以古希腊大地母亲女神盖亚命名了该假说，提出陆生生物过程和自然过程共同作用产生并调节有益于生命继续生存的环境。1.1盖亚假说•地球与其生物系统形成一个“超级有机体”。•这一有机体具有自我调节的负反馈机制，生命与环境相互作用，从而保持地球的环境条件适宜生命的持续与发展。•与传统生态学的区别：生物不是被动地受环境条件的影响，而是能够主动调节其生存环境。反馈系统环境生命盖亚假说：生命与环境的反馈作用如今，人类也是生物系统的重要成分，人类活动改变了地球系统，如气候、生态系统。如果没有温室气体，地球表面温度将是-19℃，但如果这些气体在现有水平上不加任何控制地增长，地球的气候就会类似金星。确保盖亚的温室气体成份保持稳定已经成为21世纪最大的科学和政治挑战之一。任务徽章自从二战以来快速的全球变化，给生态学家研究全球尺度的生态学现象带来了新的挑战。斯坦福生态学家彼得·维托塞克（PeterVitousek）指出，我们是利用工具观测到地球系统受人类活动而变化的第一代人，也很有可能成为唯一有机会减弱这种变化趋势的一代人。1.2全球化与全球变化全球化•促进了产品、服务、劳动力、金融、资源及环境生产要素等的流动•扩大了人类活动的范围和影响程度，加深了全球环境变化全球变化•全球变化(Globalchange)：包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈地球系统的变化•全球环境变化(GlobalEnvironmentalChange)：涉及人类与环境的相互作用、影响和响应的全球变化•全球气候变化(GlobalClimaticchange)：地质历史时期或仪器观测的气候记录的变化•全球气候变暖(GlobalWarming)：指全球的平均气温逐渐升高的现象。1.2全球变化科学•19世纪早期,地球生物圈(Biosphere)的概念•1927年,LeRoy和TeilharddeChardin首次提出人类圈(NoÊsphere)的概念•1955年举行的题为“人类在改变地球面貌中的作用”的研讨会上有关环境的全球概念得到、跨学科的回顾•1984年国际科学委员会(ICSU)第一次全球变化国际在加拿大渥太华召开•20世纪末期，“国际地圈生物圈计划”（IGBP）、“全球环境变化的人文因素计划”（IHDP）、“世界气候研究计划”（WCRP）和国际生物多样性计划（DIVERSITAS）及全球气候、海洋及陆地观测系统（GCOS）（GOOS）（GTOS）建立•20世纪末期，联合国气候变化框架公约、京都议定书、蒙特利尔议定书签订1.3全球变化的证据什么是全球变化？陈宜瑜等认为全球变化是一门集成学科,以“地球系统”为研究对象,将大气圈、水圈、岩石圈和生物圈(包括人类自身)视为一个整体,探讨由一系列相互作用过程联系起来的复杂非线形多重耦合的地球系统的运行机制。全球变化包括：人口、气候、经济、资源利用、能源开发、交通、通讯、土地利用和覆盖、城市化、全球化、大气和海洋环流、碳氮水等循环、冰川减少、海平面上升、食物网、生物多样性、污染、健康、过度捕渔等等。气候变化：主要表现为全球变暖•在北极地区发现了喜爱温水环境的蓝贻贝；该软体动物通常生活在法国和美国东岸之类的温暖水域；•挪威斯瓦尔巴群岛附近的海面冰层融化带伸展到了近250年来的最北区域•近年来，居住在加拿大北部的因纽特人行走在海面的冰层上，会发生因冰太薄而掉下去的事件，而从前冰层是非常牢固的；•在北欧的斯堪的纳维亚地区，桦树生长的区域正在向北扩展；•武素功发现：长江源头格拉丹东地区的岗加曲巴冰川，1970-90年20年后退达500米；1991到2004年估计冰川大体上退缩了750米，退缩速度提高一倍；•中国冰川面积近40年平均减少了7%，目前冰川年融水径流量相当于一条黄河。•1861年以来，全球的气温变化趋势•20世纪气温增幅最大的两个时期。全球温度变化-区域差异来源：IPCC第三次评估报告其他气候变化的结论气温和海温1950-1993年期间，陆地表面的日最低气温以每十年0.2℃的速度递增，超过日最高气温递增速度的两倍。使中高纬度许多地区的无霜期加长；海平面温度的上升速度是陆地表面平均气温上升速度的一半；对流层气温20世纪50年代以来，地表以上8km的大气层平均每10年增温0.1℃。降水20世纪北半球中高纬度大陆地区，每十年的降水量很可能增加了0.5-1%。热带地区可能每十年增加了0.2-0.3%。而亚热带地区可能减少了0.3%；20世纪后半叶，北半球中高纬度地区，强降水天气可能增加了2-4%。温室气体的含量与作用温室气体–包括CO2、CH4、N2O、CFCs（氟氯化碳）、O3，只占大气组成的1%；还有H2O（约1%）–靠吸收地面红外辐射起到增温作用–没有温室气体，地表温度-18℃；目前温度15℃，温室气体增温33℃各种温室气体增温作用的相对大小–CO2:60%–CH4:15-20%–N2O,CFCs,O3:20%温室效应示意图温室气体的变化：大气CO2浓度增加的纪录•根据美国冒纳罗亚气象台的记录显示：–最近大气中二氧化碳平均浓度达到379ppm，比一年前上升了3ppm，创下历史新高；–而过去10年中大气二氧化碳含量年平均增长幅度为1.8ppm；–50年前，大气二氧化碳含量平均每年仅增1ppm；•有关研究显示，在人类尚未进入工业化时代和大规模使用矿物燃料之前，地球大气中的二氧化碳浓度保持在280ppm左右；•由联合国环境规划署等建立的政府间气候变化专业委员会曾预测说，如果各国不采取行动遏制温室气体排放，大气中二氧化碳浓度到2100年将达到650至970ppm。近千年来大气CO2浓度的变化45万年以来大气二氧化碳浓度的变化目前的CO2浓度是42万年的最大值过去1000年大气甲烷和N2O浓度的变化甲烷氧化亚氮过去400年大气中气溶胶浓度的变化大气臭氧变化南极臭氧层空洞臭氧空洞造成紫外辐射增加全球臭氧变化趋势60S-60N2001年2002年近年来臭氧问题有所缓解1987年国际社会签署的保护臭氧层公约《蒙特利尔议定书》自1700年至1980年，自然生态系统占地从95%减少到65%；人工生态系统占地则从5%增加到35%土地利用/土地覆被的变化其他林地草场耕地农田扩张农业文明约有1万年的历史，但耕地增长速度缓慢。耕地的扩张主要发生在1850年以来的140年间，最近90年来全球耕地面积增加了一倍；林地减少过去140年间，拉丁美洲林地面积减少了28%；南亚和东南亚减少了34-38%；城市扩张总面积只占陆地总面积的1%左右，但发展迅速。世界主要热带国家80-90年代森林面积减少森林减少的原因转化为农业迁移农业转化为灌丛正在消失中的绿色宝库我国森林资源遭到破坏的原因：（1）集中过伐，消耗量大于生长量；（2）计划外采伐量大；（3）森林火灾及病虫害损失大；（4）毁林开荒和滥伐现象极其严重。1.3全球变化的影响可能的影响健康天气原因的死亡现象传染病森林群落结构地理分布健康和生产力水资源水量水质用水竞争海岸带沿岸侵蚀沿岸土地淹没沿岸城乡保护的成本自然生态区物种和栖息地的丧失农业作物产量灌溉用水的需求变化气候变化气温降水海平面上升生物多样性减少Biodiversityloss1)物种多样性减少Speciesdiversity：世界物种总数约500～3000万种（已被陈述140万种），近百年兽类减少150种。2)生态系统多样性减少Ecosystemdiversity：森林、草原、湿地、水生生境遭受破坏。3)遗传多样性减少Geneticdiversity。生物多样性减少的后果为：(1)破坏生态系统的结构与功能；(2)影响人类食物来源；(3)影响人类对疾病斗争（人类60％主要依据野生植物为药品）；(4)影响生产原料供给。物种的减少•动物正以自然界正常速率的一百至一千倍的速度永久地消失。•在世界范围内，特别是在热带雨林中，动物的生命受到严重威胁。热带雨林只占陆地面积的10％，呈窄的带状分布，其中生活了现今生物的一半以上。•雨林正在以很快的速度消失。在今后的50年中，大部分热带雨林很可能永远消失。如果雨林遭到破坏，多达300万种的大小动物可能随之绝灭。城市扩张、污染、耕种、放牧和伐木毁坏了数千种动物赖以生存的荒野，是导致物种灭绝的主因哺乳动物鸟类灭绝的种数50201600-16491650-16991700-17491750-17991800-18491850-18991900-1959有关生物多样性，人类现有的知识最少。拿热带雨林来讲，生活在地球上的所有生物物种中，十种之中有六种来自热带森林，而科学家所能认识的只不过3/10。物种的减少栖居区：欧洲中部灭绝：1627年猎杀原因：肉栖居区：非洲灭绝：1883年猎杀原因：皮毛栖居区：新英格兰至美国东海岸南部灭绝：1932年