地球系統(tǒng)科學(xué)思考題100903

1、地球系統(tǒng)科學(xué)課程開卷考試題姓名：閆明學(xué)號：2009103109一、論述題（選2）,共50分請闡述氣候變化的脅迫性影響和氣候變率、極端性事件的影響，舉例說明它 們對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。答：氣候變化的脅迫性影響是指氣溫升高和CO2濃度的增加影響了作物的生長 和發(fā)育，全球升溫通過平均溫度上升而增加種植區(qū)域有效積溫，作物的有效積溫 向高緯和高海拔地區(qū)延長，直接影響到作物適宜種植區(qū)域的擴大和種植熟制的可 能增加。對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響：高緯地區(qū)耕地增加，低緯地區(qū)減少;沿海和低緯地區(qū) 土地物理條件變化明顯；氣候變化帶來生物區(qū)系的變化，低緯地區(qū)比高緯地區(qū)更 強烈;低產(chǎn)地和生態(tài)脆弱地區(qū)土地生產(chǎn)力變化更為強烈。例如，過去

2、20年，華北、 西北、西南，氣溫上升，對糧食生產(chǎn)有抑制作用。病蟲害發(fā)生規(guī)律也隨著溫度上 升而變化，比如一些原來只在廣西等地出現(xiàn)的病蟲害已在重慶和南京等地出現(xiàn)。 氣候變率和極端事件是指一段時間內(nèi)氣候變化的速率以及由此產(chǎn)生的干旱、洪澇 等極端性氣候頻繁發(fā)生。極端事件影響,低緯地區(qū)頻率遠高于中高緯地區(qū)；引起低 緯地區(qū)減產(chǎn)的主要原因。例如，近50年，我國區(qū)域極端天氣事件的頻率和強度 發(fā)生了明顯變化；我國極端天氣事件發(fā)生頻率和強度變化的表現(xiàn)是：首先，夏季 高溫?zé)崂嗽龆?，特別是1998年以后，35攝氏度以上的高溫日數(shù)連續(xù)顯著高于常 年平均；其次，區(qū)域性干旱加劇，特別是華北地區(qū)最近20多年中有8年發(fā)生干 旱

3、，干旱發(fā)生之頻繁、干旱范圍之廣、損失之大，是1886年以來最嚴重的；第 三，強降水增多，最近20年是繼20世紀50年代之后，長江和淮河流域洪水災(zāi) 害高發(fā)期。請闡述地球系統(tǒng)的生物系統(tǒng)與動力系統(tǒng)：對氣候系統(tǒng)及其變化的驅(qū)動力與驅(qū) 動機制，地球系統(tǒng)各圈層和子系統(tǒng)的聯(lián)系與耦合對氣候變化的控制作用。請舉例說明生物地球化學(xué)循環(huán)與全球變化的關(guān)系，闡述生物地球化學(xué)在地球 系統(tǒng)科學(xué)中的地位和作用。答：生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)是指組成生物體的C、H、O、N等基本元素在生態(tài)系 統(tǒng)的生物群落與無機環(huán)境之間所形成的反復(fù)的循環(huán)運動。這里所說的生態(tài)系統(tǒng)， 指的是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)一一生物圈，其中的物質(zhì)循環(huán)帶有全球性，所以這 種物

4、質(zhì)循環(huán)又叫生物地球化學(xué)循環(huán)，簡稱為生物地化循環(huán)。物質(zhì)循環(huán)中所說的物 質(zhì)，指的是組成生物體的一些基本化學(xué)元素，它們在生物與無機環(huán)境之間可以反 復(fù)地出現(xiàn)，循環(huán)地流動。全球變化會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的生理學(xué)過程及生態(tài)系統(tǒng)功能的相應(yīng)變化，生態(tài)系 統(tǒng)的變化反過來會對全球變化過程產(chǎn)生影響。大氣中CO2濃度升高必然引起植 物生理學(xué)過程的一系列變化，而這些變化又會進一步影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功 能，如改變生物地球化學(xué)循環(huán)過程、導(dǎo)致水和能量通量的變化。全球氣候變化導(dǎo) 致動植物種類地理分布范圍以及生態(tài)系統(tǒng)物種組成的變化，在極端的情況下甚至 會導(dǎo)致某些物種的絕滅。全球植被帶在第四紀冰期一間冰期循環(huán)中曾發(fā)生過大幅 度擺動，在高

5、緯地區(qū)尤其明顯。生態(tài)系統(tǒng)種群組成的變化又進一步引起很多其它 物種生境的變遷和生態(tài)系統(tǒng)生理學(xué)方面的變化，產(chǎn)生一系列正、負反饋過程，進 一步影響全球變化。如當(dāng)草原植被為森林植被所取代時，植物的生物量增加，會 導(dǎo)致更多的CO2被固定到植物活體之中，減少大氣中CO2的含量，使溫室效應(yīng) 減弱；反之，森林減少或人為清除森林植被會減少對大氣中CO2吸收，使大氣 中CO2的含量相對增加，溫室效應(yīng)增強。同樣，植被類型的改變意味著土地覆 蓋性質(zhì)的變化，與此相對應(yīng)，地表反射率、地表粗糙度、水分和熱量交換方式等 都隨之變化。改變下墊面的性質(zhì)會引起地表反射率與熱量和水分交換方式的變 化。如森林破壞使得植物蒸騰減少，空氣

6、相對濕度下降，降水量減少，同時由于 森林調(diào)節(jié)作用減小，氣溫日較差增大等。生物地球化學(xué)循環(huán)是聯(lián)接地球各個圈層的環(huán)節(jié)之一，其在地球系統(tǒng)中具有重 要的作用。借助于生物地球化學(xué)循環(huán)過程，生命系統(tǒng)在很大程度上控制著大氣和 海洋的成分以及地殼的風(fēng)化速度，調(diào)節(jié)物理氣候系統(tǒng)和固體地球系統(tǒng)的過程，影 響大氣、海洋化學(xué)和全球能量平衡以及地表環(huán)境特征。如果無海洋生物存在，大 洋一大氣系統(tǒng)中CO2的濃度將比現(xiàn)代增加兩倍，全球?qū)⒁虼硕兊酶鼮闇嘏?硅、碳、鐵、錳、硫、稀有元素等的富集都是生物成因的，每天由植物返回大氣 的有機揮發(fā)物（有的含有金屬）有上千噸。通過生物地球化學(xué)循環(huán)過程，使得維 持地球生命所必需的化學(xué)元素可

7、以得到重復(fù)利用，沒有生物地球化學(xué)循環(huán)，大氣 中的氧氣會被耗盡，海洋沉積物中對生物有毒的化學(xué)物質(zhì)會太多，營養(yǎng)太貧乏， 以至不能維持生物的生命(H. Fridman, 1990)。生物是生物地球化學(xué)循環(huán)的內(nèi)在 平衡控制因素。請舉例說明地球環(huán)境與生命過程的關(guān)系，特別是極端環(huán)境與極端環(huán)境微生物。二、簡答題，共50分1，界面與相互作用答：界面是指兩個或多個不同物相之間的分界面，如土-水-氣-生物之間彼 此的分解面。不同界面之間伴隨著物質(zhì)與能力不停的交換和循環(huán)過程，是相互聯(lián) 系不可分割的。時間和空間尺度答：時間尺度是從歷史的角度進行縱向分析來研究對象的動態(tài)變化，而空間尺度 是從三維空間來研究一定區(qū)域的空間

8、范圍，從橫向來分析。地球生物學(xué)答：研究生物圈與地球系統(tǒng)相互作用及其規(guī)律的科學(xué)，是生命科學(xué)與地球科學(xué)的 交叉學(xué)科。地球生物學(xué)以有機體的生理過程控制性地介入了生物地球化學(xué)的物質(zhì) 循環(huán)并由此強烈地影響著地質(zhì)過程的理論認知為前提，以生物圈與地球其他子系 統(tǒng)相互作用過程為研究對象，探索地球系統(tǒng)中生命過程和地質(zhì)過程的相互作用， 認識生物進化與地球環(huán)境形成和發(fā)展的耦合關(guān)系以及全球變化過程對過去、現(xiàn)在 和未來生命過程的影響。地球觀測系統(tǒng)與長期生態(tài)系統(tǒng)試驗答：地球觀測系統(tǒng)是指由陸地衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等系列遙感衛(wèi)星及地面 各類地球觀測數(shù)據(jù)收集平臺等所組成的系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)分析與處理的地理信息系統(tǒng) 是全方位的、多學(xué)科的地球觀測的科學(xué)技術(shù)體系。長期生態(tài)系統(tǒng)試驗是指以某一特定生態(tài)系統(tǒng)類型為長期研究對象，通過特定的方 法研究生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能以及周圍環(huán)境之間的相互關(guān)系的試驗過程?！袄崮取笔录穑豪崮仁侵赋嗟捞窖髺|部和中部海面溫度持續(xù)異常偏冷的現(xiàn)象（與厄爾尼 諾現(xiàn)象