全球气候变化与生态响应

全球变化与生态响应1.大气成分变化2.土地利用和土地覆盖变化3.全球气候变化4.人口增长5.生物多样性变化6.荒漠化温室气体排放过去对全球变化的理解，往往偏于全球气候变化，如“全球变暖”或“气候变化”、“海平面上升”等。但实际上目前全球变化的内容已大大超过这一范畴。按照最近国际地圈与生物圈（IGBP）的理解，全球变化的内容应包括大气成分变化、全球气候变化、土地利用和土地覆盖的变化、人口增长、土地荒漠化和生物多样性变化。而这些内容都与今天人类的生产活动和生活方式有着直接和密切的联系。人口增长则是全球变化最主要的驱动因子。（1）.大气成分变化①CO2是最主要的温室气体,对全球变暖的贡献率达60%,有足够的研究证据表明,现代大气CO2的增加主要是由于人类使用化石燃料以及砍伐森林后向大气的大量释放。②甲烷(CH4)是另一种极为重要的温室气体,它的释放源主要有自然源和人工源两大类。③氧化亚氮(N2O)作为温室效应强烈的温室气体,主要产生于土壤中硝酸盐的脱氮和氨盐的硝化,因此,施氮肥明显增加N2O由土壤向大气的释放。④氟里昂类物质(CFCs)是著名的破坏平流层臭氧的物质,浓度虽然显著低于其他气体，但对温室效应的贡献却很大，占温室效应增大部分的24%。⑤臭氧(O3)对地球表面生物免遭紫外线的强烈影响至关重要.黑洞的出现，对地球生物的破坏性影响极大。最近百年大部分年代氣溫上升，可是在1950-1970年代，全球平均氣溫則明顯下降过去140年地球表面气温的变化红柱——年平均，据器测数据；黑线——10年滑动平均；黑色区间线——95%的置信范围；横轴——1961-1990年的均值。过去1000年大气温室气体浓度变化近千年来大气CO2浓度变化千年来地球表面气温的变化（北半球）红线——年平均，据器测数据；兰线——年平均，据树轮、珊瑚、冰芯、历史文献；黑线——50年滑动平均；灰线——95%的置信范围；横轴——1961-1990年的均值。不可忽视水汽反馈和气溶胶对大气增温的作用水汽实际上是大气中最有效并且含量最丰富的温室气体。如果忽略其它温室气体只考虑水汽的话，则自然的温室效应是观测值的60％～70％，而如果只考虑CO2则仅有观测值的27%。然而，人类对水汽的浓度几乎没有直接的影响。相反，它的浓度却受温度和其它大气自然过程的影响。不管由于温室气体增加还是其他原因引起的大气增温，都可增加大气的可含水量。同样的，表面温度的上升增加了全球陆地土态系统和海表的蒸发。大部分蒸发的水汽又随着降水的增加回到地表，但仍有一部分以水蒸汽的形式留在大气中。大气的水汽反馈.温度增加使蒸发加强,致使大气中水汽量...它会使CO2加倍产生的增温再增加20%.云的反馈.云对辐射有强烈的吸收,反射或放射作用,这称作云的反馈.云的...最近的几十年，全球温度上升的同时全球降水增加，并且部分地区的空气湿度增加。水汽增加还对气候系统的其他方面有影响，如云。大部分科学家一致认为，由大气中水汽增加引起的所有直接和间接的反馈明显地加强了使水汽增加的初始增暖，这是—个强的正反馈过程。然而，这种效应的量值大小与其位置有关。如果出现在空气接近饱和的区域，附加效应就比较小。相反，如果出现在像沙漠上空的干空气中或者对流层上层的话，影响就非常大。多数模拟结果表明，这种增强效应非常大（在60％的水平）。然而这一反馈过程相当复条，其量级仍然是气候模式的关键不确定性之一。气溶胶粒子能够从两方面影响天气和气候。一方面可以将太阳光反射到太空中，从而冷却大气，并会使大气的能见度变坏；另一方面却能通过微粒散射、漫射和吸收一部分太阳辐射，减少地面长波辐射的外逸，使大气升温。“水汽-气溶胶和气候”的一些研究成果：1）水汽是最重要的一种温室气体，在“温室效应”中约占三分之二的重要作用。但由于水汽的相变特点，因此又很难测量，所以很多人对水汽在“温室效应”中的作用缺乏认识。2）气溶胶具有分布不均匀、变化尺度小、复杂性的特点，对辐射强迫，中云的凝结核、雨滴、冰晶形成，进而对降水的形成起重要作用。3）污染物的增多也可抑制对流的发展。4）气候变化研究中水汽、气溶胶的主要测量手段有：探空、地基微波辐射、Raman激光雷达、红外卫星遥感、地基GPS遥感定标、飞机测量、地面温湿计、光学计等。土地利用与土地覆盖是人类活动在地球表面最宏观的表现,土地利用/土地覆盖变化既是全球环境变化的原因,也是全球环境变化的结果.而占全球陆地表面40％以上的干旱区,由于其具有成因复杂、类型多样、对环境变化敏感、变化过程快、幅度大、景观差异明显等特点。（2）.土地利用和土地覆盖变化人类活动导致的土地利用和土地覆盖的变化比任何其他的全球变化内容都要强烈和深远。主要体现在土著种的减少和外来种的引入、土壤碳和养分的丧失、植被生产力的变化、增加温室气体向大气的排放以及对区域气候的直接影响。土地利用与土地覆盖变化作为全球变化的一个重要内容,对全球生态环境产生了巨大的影响,一方面通过影响气候、土壤、水文以及地貌而对自然环境产生了深刻的影响,另一方面则造成了生态系统的生物多样性、物质循环与能量流动以及景观结构的巨大变化,使得生态系统的结构和功能发生了改变.（3）.全球气候变化①全球变暖，两极冰雪的融化，导致海平面的上升，以至淹没一些沿海的大城市。②降水格局发生变化:总体趋势是,中纬度地区降雨量增大,北半球的亚热带地区的降雨量下降,而南半球的降雨量增大。③全球云量分布的变化:自20世纪以来,全球云量有增加的趋势。④海平面上升:过去100年中上升了10-20cm,按IPCC的第2次估计,在1990-2100年间,上升的高度在15-95cm,平均上升50cm左右。⑤气候灾害事件：天气和气候极端事件的次数和强度都将是惊人的。主要表现在暴雨、干旱、厄尔尼诺现象的频繁。⑥厄尔尼诺：在热带太平洋海域，大约每隔3-5年，出现大面积的海水变暖现象，并且持续1年或更长时间。与厄尔尼诺事件相对应的海水发生变冷事件称为拉尼娜。厄尔尼诺事件不仅引起全球的旱涝灾害，也对沿岸国家的渔业带来破坏性影响。（4）.土地荒漠化荒漠化是指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化。荒漠化的危害从某种程度上讲，比洪涝、地震等自然灾害还要严重，它能摧毁人类赖以生存的土地和环境，直接威胁人类社会经济发展的基础和空间。荒漠化与人口增长导致过度放牧、过度开垦等不适当的土地利用有直接关系，全球变化也是荒漠化发生的主要倾动因子之一。反过来，荒漠化又影响着气候变化和引起生物多样性的减少。我国是世界上荒漠化最严重的国家之一，目前全国荒漠化土地的面积已经超过现有耕地面积的总和。更为严重的是：我国的荒漠化面积正以每年2100万平方公里的速度递增，相当于每年减少两个香港的土地。据统计，我国受荒漠化危害的人口近4个亿，农田1500万公顷，草地1亿公顷以及数以千计的水利工程和铁路、公路交通设施等。从这些枯燥的数字中反映出的是惊人的严酷现实。荒漠化是自然因素和人为因素综合作用的结果。气候干旱是形成荒漠化的必要因素，但仅仅由于气候变异的影响，形成荒漠化的过程是缓慢的。而人类活动却大大加速了荒漠化的进程，如在干旱土地上盲目垦荒、过度放牧、过度砍伐森林、水资源的不合理利用等。人口的迅速增长，也导致荒漠化日趋严重。因为为满足需要，就迫使人们过度垦荒、滥伐林木。沙漠化是荒漠化的一种表现形式，沙漠化的不断发展，会给沙尘暴提供了基础。沙尘暴给人类带来的灾难是显尔易见的，但沙尘暴对人类又是有益的。在海洋中，营养盐硅的缺乏会造成浮游植物的死亡趋势，由于浮游植物是生态系统能量流动和食物链的基础，浮游植物的数量变化将会引起海洋生态系统的一系列的巨大变化，也将对海洋生态系统产生巨大的冲击力。（5）.生物多样性变化全球气候变化、土地利用和土地覆盖变化以及荒漠化都会影响到全球生物多样性的减少和丧失，而生物多样性的变化又反过来通过影响生态系统的结构和功能，进而影响到全球气候变化以及土地利用和态度覆盖变化。1.当代气候变化的主要观点对于近代全球气候变化的认识,存在变暖、变冷和波动3种主要观点（1）全球变暖观点：主要依据①人类活动向大气释放的CO2等温室气体会导致全球温暖化；②近百年的气象观测及冰芯分析结果也证实全球气温有上升趋势。（2）全球变冷观点：认为全球气候仍处于自大约5500年前开始的新冰期，总体趋势仍趋于变冷时期。（3）气候波动观点：认为目前的全球气候处于正常的自然波动范围内，很难得出变暖或变冷的结论。2.全球温暖化的证据(1)1750年大气CO2含量为280ppm，到20世纪末已经增加到369ppm；(2)气象观测证据:在过去的130年中,温度上升了0.6℃,20世纪80年代后上升趋势更显著。(3)到21世纪中叶，大气中的二氧化碳浓度将达到560ppm，全球平均温度可能上升1.5至4摄氏度。(3)树木年轮学证据:以树木年轮生长特性为依据,利用宽度、密度等树轮指数的年际间变化来重建年轮形成时周围气候要素状况。它的研究成果也为全球气候变化提供了重要证据。1.人为活动的影响加剧由于人类燃烧大量的化石燃料和开垦土地,使大气中的CO2、CH4等浓度显著增加,导致全球温暖化;另一方面,砍伐森林等土地利用和土地覆盖的变化,不仅对大气温室气体浓度有影响,也将导致全球生物多样性的减少。2.气候变化的速率近100年来全球气温的变化速率是过去10000年间所没有的3.气候变化的区域差异4.气候变化预测的不确定性（1）.全球变化的后果荒漠化干旱地球生态系统可能面临全球大气温室气体浓度增加以及与之关联的气候变化所造成的严重后果。地球上南北地区温差减小，经向大气环流减弱，降水地理分布发生根本变化，总的趋势是低纬度降水稍有增加，中纬度年平均降水量减少，土壤水分减少从全球来看，CO2浓度倍增带来的气候变化将使森林的覆盖面积从自然植被的58％减少到47％，沙漠则从21％扩展到24％，草原从18％增加到29％，苔原从3％减为零，自然生态因之而改变。CO2倍增，气候变暖，使草原区干旱出现机率大,持续时间长；草地土壤侵蚀危害严重,土地肥力降低；草地在干旱气候,荒漠化碱化的作用下,初级生产力下降；草地景观呈现荒漠化趋势。在全球增暖的背景下，中国东南沿海、西南、西北、内蒙古和东北部分地区洪涝灾害增加，黄河中游以南和华北平原干旱增加。气候变暖可能会使我国北方地区少量的降水增加，但可能抵不上蒸发消耗，严重的缺水形势将难以缓解，北方旱灾仍在继续波动扩大，干旱发生频率和强度的增加，将加重草地土壤侵蚀，因而将增大荒漠化的趋势。预计温度上升可能延长目前农业生产力因热量不足而受到限制地区的生长季，导致农业上的热量界限向极区移动。由于北半球的温带农业已在较高纬度占有很大的面积，因此这里生产力的提高将是显著的。年平均气温增加1℃将使北半球中纬度地区谷物种植热量界限向北推进150—200公里，适耕农业的高度界限上升150—200米。在气候变暖的背景下，冰川和冻土可能减少。我国西北各山系冰川面积自“小冰期”以来减少了24.7%，到2050，我国冰川将继续减少27.2%，冻土面积继续缩小。未来50年，青藏高原多年冻土空间分布格局将发生较大变化。气候变暖将导致地表径流、旱涝灾害频率和一些地区的水质等发生变化，特别是水资源的供需矛盾将更为突出。气候变暖是导致湖泊水位下降和面积萎缩的主要因子之一。我国西北各大湖泊，除天山西段赛里木湖外，水量平衡均处于入不敷出的负平衡状态，自20世纪50年代以来，湖泊均向萎缩方向发展，有的甚至干涸消亡。气候变暖导致海平面升高将影响海岸带和海洋生态系统。我国海平面近50年呈明显上升趋势，上升平均速率为每年2.6毫米，未来海平面还将继续上升，这将使许多海岸地区遭受洪水泛滥和风暴影响的机会和受灾程度加大。草原退化严重内蒙古6359万多公顷可利用草地面积中,目前退化草地面积已达3867万公顷，占可利用草原的60％。素以水草丰美著称的全国重点牧区呼伦贝尔草原和锡林郭勒草原,退化面积分别达23％和41％；鄂尔多斯草原的退化最为严重,面积达68％以上。