第二讲 全球气候变化及其影响

第三节全球气候变化及其影响一、全球气候变化的事实二、全球气候变化的研究方法三、全球气候变化的特征和原因四、全球气候变化影响五、全球气候问题及对策地质时期的气候变化震旦纪冰期石炭－二叠纪冰期第四纪冰期一、全球气候变化的事实（一）气温变化（二）降水变化（三）雪盖冰川的变化1、世界各地气温变化的事实美国–美国东北部,无霜期的起始日在20世纪90年代中期已较50年代提前了11天。–1910-1998年间，低于0℃的天数有少许减少。俄罗斯–在全年、冷季(10～4月)与暖季(5～9月),气温都有上升趋势,冷季最强,暖季最弱。–全年、冷季与暖季的温度分别高出各自正常值的0.9、1.3与0.3℃。世界各地气温变化的事实中国–1951-1990年的40年间,平均最低温度明显增加,每10年约增加02℃,尤其是冬季的平均最低温度上升明显,每10年约增加04℃。–全国都发现平均最低温度上升的趋势,但北方增加较多,南方增加较少。–平均最高温度增加并不明显,冬季增加最多,但每10年也仅上升01℃世界各地气温变化的事实1951-1990年,中欧年最低与最高气温分别上升了06℃与052℃全球陆地有37%的地方,年最低气温与最高气温分别增加了084℃与028℃,但年均最高气温的增加要少得多。芬兰自20世纪50年代以来,年均最低气温的增高也大大超过年均最高气温的增高。2、海洋、大气、钻孔温度变化的事实海洋温度：世界海洋的最上层300m在1998年比1950年中温度上升了0.3±0.15℃，自1955年到1996年世界海洋的混合层有0.15℃的绝热增温。大气温度：–对流层低层自1958年以来有0.1℃/10a，1976～1999年全球地表气温的增温趋势为0.19℃/10a，。–平流层温度则下降趋势明显，而且高度愈高温度下降幅度愈大，15km为-0.5℃/10a、20～35km为-0.8℃/10a、50km为-2.5℃/10a。钻孔温度：200～1000m深的地下温度在20世纪上升了0.5℃。大约80%钻孔的温度是上升的。3、全球气温变化的特征总体变暖陆地气温增值大于海洋北半球气温增值大于南半球中纬度气温增值大于低纬度和高纬度地表气温增值大于对流层和地下1000米平均最低气温增值大于平均最高气温（二）降水变化降水总量增建没有明显趋势，大体上低纬度减少，中纬度有增加；极端降水事件有同样增减的趋势干旱与洪涝频率增加世界各地降水变化的事实（三）雪盖冰川的变化陆地雪盖：1966年以来的北半球年平均雪盖面积有减少趋势。1980′s中以来约减少10%（.海冰：1973年以来卫星观测北极的海冰面积也有下降趋势。自1978年至今，北极海冰面积可能减少2.8%.山岳冰川：20世纪之前只有缓慢的后退，20世纪初后退加速，到20世纪末不少冰川后退了1～3km。近20年热带雪线上升约100m。IPCC对20世纪全球气候变化的评估全球表面平均温度在20世纪已经升高了大约06℃过去的40年,近地球8ｋｍ内的大气层温度增加雪盖与冰区范围减少全球平均海平面上升,海洋含热量增加降水量有增加的趋势厄尔尼诺现象更加频繁部分地区干旱有所增加人类活动继续影响着气候二、全球气候变化的研究方法（一）数据观测、统计及模型模拟（二）冰芯研究（三）湖芯和海底沉积物研究竺可桢对中国近五千年气候变化的研究气候历史的指纹---冰芯与历史记录、树木年轮、湖泊沉积、珊瑚沉积、黄土、深海岩芯、孢粉、古土壤和沉积岩等可提取过去气候环境变化信息的介质相比，冰芯以其保真性好（低温环境）、分辨率高（可达到年）、记录序列长（可达几十万年）和信息量大，而受到地球科学家的青睐。气候历史的指纹---冰芯所有在大气中循环的物质都会随大气环流而抵达冰川上空，并沉降在冰雪表面，最终形成冰芯记录。冰芯分析的每一个参数都至少载有一个地球系统变化过程的信息。冰芯中氢、氧同位素比率是度量气温高低的指标；净积累速率是降水量大小的指标；冰芯气泡中的气体成分和含量可以揭示大气成分的演化历史；宇宙成因的同位素可以提供宇宙射线强度变化、太阳活动和地磁场强度变化的证据；冰芯中微粒含量和各种化学物质成分的分析结果，可以提供不同的时期大气气溶胶、沙漠演化、植被演替、生物活动、大气环流强度、火山活动等信息；冷期时微粒含量较高，而暖期时微粒含量偏低。冰芯也记录了人类活动对气候环境影响和各种信息，等等。气候历史的指纹（冰芯）及探索測量氧的同位素組成气泡分析：分析冰芯中滞留氧泡的大气化学成分，即可测得其二氧化碳的含量。花粉分析氧同位素测定的意义O18不易蒸发，O16易蒸发。因而，在夏天高温时，水中所含O16减少，故O18/O16的值增加；冬天低温时，O18/O16的值减小。据此，测定冰岩芯中各冰层的O18/O16值的变化，即可确定冰层的年龄：其比值的每一起伏为一年。实际测定一组现代冰川上某点的气温以及相应时间降雪中的O18/O16值，得到该地区气温与O18/O16值关系的曲线；之后，把过去某一年冰层中O18/O16值与上述曲线比较，即可知道当年的气温。青藏高原冰芯研究的一些重要成果1.建立了古里雅冰芯末次间冰期以来的气候记录该冰芯中的氧同位素比率记录与极地冰芯中的氧同位素比率记录及太阳辐射率的对比，发现高原地区气候变化在万年时间尺度上对太阳辐射率变化的响应要比极地地区强烈得多，这表明青藏高原地区是全球气候变化的敏感地区。还表明，不论在冰期，还是在间冰期，高原地区气候都存在强烈的震荡，并且存在不同时间尺度的气候突变。如在末次冰期向全新世的转换时期世界一些地区出现了一次突发的强烈降温事件，这次事件也清楚地记录在该冰芯中青藏高原冰芯研究的一些重要成果2、建立了敦德冰芯全新世气候记录3、建立了古里雅冰芯过去2000年以来高分辨率的气候环境记录给人们展示了这一时期冰帽所在地区的气候环境变化的细节，记录表明，尘埃含量指标呈现减小趋势，可见这一地区的大气环境处于逐渐改善的过程；公元初是一个气温降低降水减少的时期，自此以来气温和降水都在波动中趋于升高和增大的总趋势；尽管这一时期气温和降水呈现正相关，并且气温和降水变化均呈现出一些明显而基本相同的周期，并与太阳活动的周期密切相关，即200年的双世纪周期和11年周期等，但气温和降水的变化趋势并不完全同步，降水变化滞后于气温变化，滞后期大致为50～100年；在这一高分辨率记录时期内，曾出现8次暖期和7次冷期，总体而言暖期的平均持续时间较冷期长，7次冷期中有4次是重要的寒冷事件，这4次重要的寒冷事件均发生在公元11世纪以来的时期，而且3次出现在小冰期期间，小冰期并不是过去2000年以来最冷的时期，而只是距离现在最近的冷期，最冷时期出现在公元11～12世纪。青藏高原冰芯研究的一些重要成果4.建立了小冰期以来的气候环境记录小冰期以来都存在3次冷、暖期的交替循环。两次芯中3次冷、暖期的发生时间和持续期略有差异。5.揭示了青藏高原近百年来的气温变化青藏高原不同地区冰芯记录均表明，近百年来的平均气候状况是高原地区近600年来最温暖的时期，自上世纪末以来，高原地区气温一升处于波动上升，冰芯记录还表明高原地区在本世纪初和60～70年代处于相对低温时段；70年代末开始至今的升温，是过去50多年来最强烈的一次。6.青藏高原冰芯微粒研究湖底和海底沉积物测定湖底沉积物样品的年龄是采用14C方法测定的。从埋藏在地下的生物残体或含碳样品中，测定含碳样品中14C的原子数，再与现代自然界里相同含碳物质中14C的原子数相比较，就能知道样品的14C原子数减少了多少，根据其半衰减周期为5730±40年的规律，该样品的历史年代就可找到了。有机质含量高和植物残体丰富应指示相对高温条件；反之，有机质含量低和植物残体贫乏应指示相对低温状况。据此，可以用湖底沉积物样品各沉积层中的植物残体含量变化来定性地描述历史气温的变化趋势。三、全球气候变化的特征和原因（一）特征（二）原因全球气候变化的特征和趋势全球气候正经历以变暖为主要特征的变化–自然气候变率的幅度：在最近一次冰期的冰川后退期间，全球变暖的速率是2℃/千年。–在20世纪已经升高了大约0.6℃气候未来的变化仍然具有不确定性–未来大气中温室气体浓度的估算存在不确定性。–可用于气候研究和模拟的气候系统资料不足–用于预测未来气候变化的气候模式系统不够完善全球气候变化的原因1、气候变暖既有自然改变气候的作用(如阳光的变化、火山爆发),也有人类活动的作用(如温室气体与烟雾),仅仅自然改变气候的作用不足以解释气候变暖。2、许多科学家认为全球变暖的物理机制是温室气体含量增多,导致温室效应加强;（1）二氧化碳是引起全球气温升高的罪魁祸首：在过去40年里对大气进行的直接观测表明,大气中ＣＯ2的在稳定增长，温室气体的寿命很长,温室一旦变暖,其逆转变化将会很慢。（2）人类活动是引起气候变化的主要因素：矿物燃料的燃烧,森林大火温室气体的种类种类增温效应（％）生命期（年）氧化碳63%50-200甲烷15%12-17氧化亚氮4%120氢氟碳化物13.3全氟化碳50000六氟化硫及其它7%温室气体含量增多人类活动与CO2增长分析取自格陵兰和南极的冰芯所获得的CO2浓度变化的记录具相当代表性，其范围从冰期的接近190ppmv（百万分之体积浓度）到较温暖的间冰期（如开始于大约1万年前的最近一次间冰期）的接近280ppmv。直到工业革命为止，CO2浓度一直没有超过280ppmv。当1958年开始系统大气测量的时候，CO2浓度已经到达了315ppmv，目前其浓度大约为370ppmv，并以1.5ppmv/年的速率增长（这个数值比1958年有记录以来的早期的增长速率略高）。人类活动应该对这种增长负主要责任。化石燃料的燃烧是碳的主要排放源，其实际排放量大约是所观测结果的两倍。在过去的几十年里，热带森林的砍伐对CO2排放也具贡献作用。过量的CO2由海洋和陆地生物圈吸收。模拟太阳辐射变化以及火山爆发等自然因素对全球平均温度的影响;模拟温室效应与硫酸烟雾等人类活动因素对全球平均气温的影响同时对自然因素与人类活动对全球温度影响的模拟全球变暖原因的质疑(1)是否大气中低浓度的温室气体就是观测到的气候变化的原因,证据尚欠充分。(2)温室效应是全球分布的,既然已经观测到温室气体的变化,并且显示有持续增加的趋势,那么变暖也应当是全球性的;然而世界上有许多地方,如南半球、海洋、热带低纬度地区以及类似美国怀俄明州那样像被隔离的地区,并未出现可以识别的气候变化或温度变化。(3)温室效应是自然界的一种辐射效应,基于温室气体浓度变化的辐射平衡应当对那些辐射最强、持续时间又最长的地区产生较大的影响,这种地方应当是热带地区,而不是温带或者在北极;(4)根据模型显示,温室效应对自然界的水循环产生影响,至少有一半的影响是由于温室效应加强水循环的作用。这种影响应当在海洋看出来。因为海洋的水域暴露在辐射热的作用下,具有很强的吸收辐射的能力。如果这样,那么在南半球就应当观测到大的气候变化;然而至今尚未观测到这种结果。四、全球气候变化影响四、全球气候变化影响全球气候变化的影响将是全方位的、多尺度的和多层次的，既包括正面影响，同时也包括负面效应。但目前它的负面影响更受关注，因为不利影响可能会危及人类社会未来的生存与发展。研究表明，气候变化会给人类带来难以估量的损失，适应气候变化会花费不小的代价。四、全球气候变化影响（一）气候变化对自然生态系统的影响1、自然植被的地理分布与物种组成可能发生明显变化2、冰川、冻土和积雪可能减少3、气候变化可能是导致湖泊水位下降和面积萎缩的主要因素之一4、海平面身高将影响海岸带和海洋生态系统5、一些极端天气气候事件可能增加四、全球气候变化影响（二）对国民经济的影响1、对农业的影响未来农业生产面临以下三个突出问题★农业生产的不稳定性增加，产量波动★农业生产布局和结构将出现变动★农业生产条件改变，农业成本和投资大幅度增加2、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，特别是水资源供需矛盾将更为突出。★地表径流