全球气候变暖对生态系统的影响

1全球气候变暖对生态系统的影响黄军,生命科学学院摘要:近几百年来，全球气候发生了翻天覆地的变化，主要表现为全球气候变暖。全球气候变暖也随之产生了很多新的环境问题，影响生态系统的各个方面，如直接导致生物多样性的锐减、海平面上升、冰川退缩、冻土融化、冰湖封冻期缩减、陆地面积减少、中高纬生长季节的延长、动植物生长范围向南北两极和高海拔地区延伸、一些植物开花期提前等。关键词：气候变暖；温室效应；生态环境；生物多样性锐减TheEffectsofGlobalWarmingonEcosystemHuangJun,CollegeofLifeSciencesAbstract:Theglobalclimatehasdramaticallychangedoverthecenturies,whichfeaturesglobalwarming.Globalwarmingtriggersalotofenvironmentalproblems,suchasdecreaseinbio-diversity,sealevelrising,frozenearthmelting,theperiodoffreezinglakeshortening,theshrinkingoftheland,growingtimeofthemiddle-highaltitudeprolonging,thescopeoftheanimalandplantextendingfromthepoletohighaltitude,andtheanthesisadvancing.Therefore,theglobalwarminghasaffectedavarietyofaspectsofthebio-system.Keywords:Globalwarming;green-houseeffect;eco-environment;lossofbiodiversity1引言近百年来，地球气候经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化，专家预估:未来50-100年全球和我国的气候将继续向变暖的方向发展。我国气候的变暖趋势以西北、华北、东北最为明显。我国冬季增温最明显，1985年以来，我国已连续出现了17个全国大范围的暖冬，华北地区出现了暖干化趋势。全球变暖将给地球和人类带来复杂的潜在的影响，既有正面的，也有负面的[1]。例如随着温度的升高，副极地地区也许将更适合人类居住；在适当的条件下，较高的二氧化碳浓度能够促进光合作用，从而使植物具有更高的固碳速率，导致植物生长的增加，即二氧化碳的增产效应。但是与正面影响相比，全球变暖对人类活动的负面影响将更为巨大和深远。据报道，由于气候变暖的影响，珠穆朗玛峰的顶峰下降了1.3米[3]。2全球气候变暖的原因2造成气候变暖的原因是多方面的，其中人为影响是最重要的。。自19世纪末工业革命后，世界各国工业化、城市化快速发展，使大气中CO2等“温室效应”气体持续增加。而森林植被遭到大量砍伐和破坏，全球森林植被覆盖率持续下降，平衡大气中二氧化碳与氧气的生态功能不断下降，结果导致全球“温室效应”持续增强，使近百年来全球气候持续变暖[2]。一般气候变暖的原因包括自然和人为两个方面,越来越多的学者认为气候变暖与人为活动有直接关系[1]。2.1自然原因自然原因主要包括海洋、陆地、火山活动、太阳活动、自然变率等,不少科学家还将气候变暖归结为大气候条件。地球逐渐变暖是地球大气自身调节的结果。自地球形成后，不同的地质时期气候呈现一定的规律,一定幅度的气温波动是正常的,目前地球正处于“增温期”[7]。丹麦国家太空中心(DanishNationalSpaceCenter)认为,由于帮助形成云层的部分宇宙线被太阳的较强磁场阻挡,导致了地球温度的升高。从十年至百年的长时间尺度分析,影响气候的长期波动的主要因子是太阳辐射[14]。俄罗斯天文学家HabibulloAbdussamatov还认为长期上升的太阳辐射是造成地球变暖的原因。太阳活动是周期性的,能影响大气周期性升温与降温。在百年尺度至千年尺度变化周期中,主要是76年世纪周期和22年磁周期比较显著,特别是以世纪周期作用最突出。太阳黑子活动自1935年出现世纪周期的最低点,至1979年出现世纪周期的最高峰,该时期是太阳活动的增强期,对气候变暖作用相当大,甚至在一定时期内可超过CO2的升温作用[2]。Singer按时段对气温变化进行分析,认为1880～1940年全球气温有所上升,这是“小冰期”(1450～1900年)长期持续寒冷之后的回暖属于自然气候变化,而非人类活动的影响。不论根据何种平均气温序列,1940～1975年或者气温明显下降,或者在振荡中略有下降[5]。近600年的地磁场模型资料和全球平均温度序列之间有较好的相关,地表浅层热场是地球深层焦耳热的反映,地磁场通过焦耳热的不断释放影响气候变化[14]。地磁场变化超前于全球气温变化。从地磁场的变化来看,21世纪初全球变暖的趋势有所减缓。中高纬地区冬季气温与厄尔尼诺现象发生具有一致性,即厄尔尼诺现象发生当年冬季气温低,翌年也低;厄尔尼诺现象发生当年冬季气温高,翌年也高。目前有观点认为,气候变暖其实并不全是因为人类排放出的温室气体,火山喷发同样会排放出大量的温室气体。各个外界强迫因子在过去的100年可能造成的温度变化中,以火山活动的作用最重要,其次是太阳活动,CO2的影响最小。臭氧层的破坏,进入地球大气的紫外线增强,地球上所有生物的进化和生存将受到威胁,地表植被和海洋浮游生物的减少或消失,必然减少贮存在植物体和用于光合作用的CO2,从而使大气中的温室气体增加[6]。2.2人为原因温室气体、气溶胶、土地利用、城市化等是造成气候变化的主要因素。在变暖机理研究中,人类活动导致温室效应增强令人关注。大气温室气体增温效应早在1827年就被证实。目前,越来越多的学者认为,气候变暖主要因素是人类活动排放的CO2、CH4等大量温室气体[2]。在产生“温室效应”的原因中,CO2占50%,甲烷沼气占12%含氯氟烃占15%,N2O占10%,O3等占5%。1750年以来,全球大气中CO2、CH4、N2O和一些氢氟碳化物的含量剧增,目前已经远远超出工业革命前的水平。CO2的增加主要是人类使用化石燃料所致,而CH4和NO的增加主要是由于人类的农业生产活动。Crowley利用能量平衡模式(EnergyBalanceClimateModel)研3究了近1000年来北半球的气温变化,他认为20世纪的升温中,温室气体的贡献已超过了气候的自然变化。CO2一旦排放到大气中,可以生存50～200年[10]。从CO2的生存周期来看,现在空气中很大一部分CO2是发达国家从工业革命以来排放到大气中的,现在仍在起作用。1750～1950年发达国家排放的二氧化碳占世界总量的95%,1950～2002年,发达国家二氧化碳排放量占世界累计排放量的77%。IPCC1990年第一次评估报告认为,近百年的气候变化可能是自然波动或人类活动或二者共同影响造成的。1996年第二次评估报告提到,依据越来越多的各种事实,人类活动对气候变暖产生的影响已被觉察出来[14]。2001年第三次评估报告认为人类活动造成气候变暖的可能性在66%以上。到2007年的第四次评估报告认为,人类活动是气候变暖的主要原因,可能性已达90%以上,并且列举了一系列新的气候变化事实。这些事实主要包括1906～2005年全球地表平均温度升高0.174℃;2005年全球大气CO2浓度379ppm,为65万年来最高;与1980～1999年相比,21世纪末全球平均地表温度可能会升111～614℃;21世纪高温、热浪以及强降水频率可能增加,热带气旋强度可能加强等[14]。3全球气候变暖的危害3.1对生态环境的危害首先，气候变暖使海平面上升、海岸带和海岸生态系统产生变化。随着温室效应的增强，气温升高，海水温度也随之升高，海水由于升温而膨胀，促进海平面升高。另一方面，气温升高使南北极和高山冰雪融化，也会导致海平面上升。其次，气候变暖导致冰川和冻土减少。高山生态系统对气候变化非常敏感，冰川将随着气候变化而改变其规模。由于全球变暖，一些冰川出现了减少和退缩现象。再次，气候变暖导致湖泊水位下降和面积萎缩，湖泊作为降水和有效降水的历史和现代记录，更能反映气候变化的空间变化和区域特征[4]。北半球冰雪覆盖量自1960年减少了大约10%，山脉冰川在20世纪期间明显退缩。北极的冰雪厚度在过去的40年间已经丧失了近40%，气候变化导致全球海平面在过去100年中平均上升了0.1-0.2米。20世纪“平均每年上升1-2毫米”预计1999-2100年上升0.09-0.88米比20世纪高2-4倍。世界大部分地区降雨明显增加，北半球的中高海拔区每10年增加0.5%-1%，严重降雨事件发生率增加了2%-4%。亚洲和非洲过去几十年旱灾的频率和严重程度都一直在增加[5]。对于我国来说，玉龙雪山(27°10′~27°10′N,100°09′~100°20′E),是中国最南的一座雪山,也是欧亚大陆距赤道最近的海洋型冰川区。玉龙雪山上现存冰川为典型的季风温冰川(也称海洋型冰川),这种冰川具有积累消融量大、温度高、运动速度快、对气候变化反应非常敏感等特点。20世纪50年代以来,以气温升高为标志的全球气候变化在我国季风温冰川区有显著的响应。实测资料表明,在玉龙雪山所属的丽江地区,1982—2001年的多年平均气温比1962—1981年的多年平均气温升高0.2℃,而1998—2001年4年的平均气温比1982—1997年16年的平均气温上升了0.6℃,表明本区气温快速上升的趋势。在这样的背景下,玉龙雪山的冰川正发生快速变化,具体表现为冰川消融量增加、冰舌位置后退、冰川面积减小、雪线上升等特征。根据观测统计,从1982年到2002年,玉龙雪山最大的白水1号冰川的冰舌大约后退了250m;最近几年,冰川退缩的速度在加快,仅仅从1998年到2002年的5年时间内,冰川就后退了100m。与此同时,4冰川厚度和积雪面积也在减小[4]。3.2对生物多样性的影响气候是决定生物群落分布的主要因素，全球生物群落的分布与全球年平均气温和年降水量有很好的对应关系，自然植被分布的变化最能体现气候变化的影响。距今6000年前左右我国植被带明显偏北，现今西北地区的草原和荒漠区，气候变化使某些物种由于不能适应新环境而面临灭绝的危险，也可能出现新的物种体系，并改变植被的水平、垂直分布面积、结构及生产力等，进一步改变植被的组成、结构及生物量，使森林分布格局发生变化，生物多样性减少等等[8]。气候变化能改变一个地区不同物种的适应性并能改变生态系统内部不同种群的竟争力。自然界的动植物，尤其是植物群落，可能因无法适应全球变暖的速度而做适应性转移，从而惨遭厄运。以往的气候变化(如冰期)曾使许多物种消失，未来的气候将使一些地区的某些物种消失，而有些物种则从气候变暖中得到益处，它们的栖息地可能增加，竞争对手和天敌也可能减少[5]。比如说桔子，过去20世纪70年代，它的最北的边界线是在黄山一线，宣城市也曾经试种过，但到冬天的一场大雪，树木就冻死了。但现在宣城的桔子树都长得很好。又如，扬子鳄只生活在宣城、泾县和南陵这样狭小的地带，如果北界线北移，扬子鳄可能会自然绝种。由于气候暖化的趋势，北极熊可能面临绝境。据英国《每日电讯报》2月2日报道，来自美国斯坦福大学的气象学家斯蒂芬·施奈德教授1日在英国埃克塞特举行的环保会议上说，全球气候变暖，冰层变薄，破坏了北极熊的生存环境，北极熊很有可能在本世纪中期濒临灭绝。施奈德说:“气候的变暖对地球上许多物种的生存都产生了巨大的威胁，使它们不得不去寻找新的生活环境。然而、工业文明造就的工厂、高速公路以及不断扩张的城市使动物能够生活的地方越来越少，其中许多动物已经灭绝。气温的不断上升也将影响海水的温度的升高、这将引起更多的灾难。”施奈德表示，在未来的几十年里，地球上大部分气候的变化是无法避免的。如果人类对全球的温室效应不采取措施，那么不出100年，北极熊生存的生