全球變化課件-第3講

全球變化－3

計(jì)劃框架及名詞概念世界氣候研究計(jì)劃（WCRP）國際地圈－生物圈計(jì)劃（IGBP）全球環(huán)境變化中的人類因素計(jì)劃（HDP）

WCRP著重研究氣候系統(tǒng)中物理方面的問題，IGBP則著重研究地球系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)問題。1．世界氣候研究計(jì)劃（WCRP）WCRP目的是擴(kuò)充人類對氣候機(jī)制的認(rèn)識(shí),探索氣候的可預(yù)報(bào)性及人類對氣候的影響程度,它包括對全球大氣、海洋、海冰與陸冰以及地表的研究。WCRP1熱帶海洋和全球大氣2世界大洋環(huán)流實(shí)驗(yàn)3全球能量與水循環(huán)實(shí)驗(yàn)4平流層過程及其在氣候中的作用5北極氣候系統(tǒng)科學(xué)6全球氣候變率及其可預(yù)測性IGBP于1983年提出，經(jīng)過可行性論證和計(jì)劃制定階段，于1991年正式實(shí)施。其目標(biāo)是描述和了解控制地球系統(tǒng)及其演化的相互作用的物理、化學(xué)和生物過程，研究人類活動(dòng)在其中所起的作用。其中心的目標(biāo)是為定量的評估整個(gè)地球的生物地球化學(xué)循環(huán)和預(yù)報(bào)全球環(huán)境變化建立科學(xué)基礎(chǔ)。其應(yīng)用目標(biāo)是增強(qiáng)人類對未來幾十年至百年重大全球變化的預(yù)測能力，為國家一級(jí)的資源管理、環(huán)境戰(zhàn)略，即環(huán)境與發(fā)展問題的決策服務(wù)。2．國際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）IGBP1國際全球大氣化學(xué)（IGAC）計(jì)劃2全球海洋通量聯(lián)合研究（JGOFS）計(jì)劃3過去的全球變化計(jì)劃（PAGES）計(jì)劃4全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)（GCTE）5水循環(huán)的生物學(xué)計(jì)劃（BAHC）6海岸帶陸地─海洋相互作用（LOICZ）7土地利用/土地覆蓋變化8全球分析、解釋與建模9數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)10全球變化的分析、研究和培訓(xùn)系統(tǒng)IGBPIGBP與IHDP共同的核心計(jì)劃兩個(gè)時(shí)間尺度的地球系統(tǒng)變化幾千年至幾百萬年尺度固體地球變化的那些不可抗拒的過程主宰著所有其他過程。這些過程包括：地核和地幔過程它們主導(dǎo)著地球的主要磁場，幾乎涉及地球的所有質(zhì)量和動(dòng)能；板塊構(gòu)造過程其作用在于通過地殼的形成和破壞以及大陸的形成而產(chǎn)生地表地形；太陽驅(qū)動(dòng)過程其作用在于使地形起伏剝蝕夷平，并使物理氣候系統(tǒng)和生物地球化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)趨于多樣化。太陽驅(qū)動(dòng)過程板塊構(gòu)造地核和地幔過程古氣候歷史早期地球過程生物地球化學(xué)循環(huán)人類活動(dòng)古氣候物理氣候系統(tǒng)幾十年至幾百年尺度正是在這一時(shí)間尺度內(nèi)，自然變化對人類有著重大的影響，且人類活動(dòng)對全球過程的影響也最顯著。這一時(shí)間尺度上，兩大過程最為重要：物理氣候系統(tǒng)太陽驅(qū)動(dòng)的大氣和海洋環(huán)流系統(tǒng)，控制著地表的溫度和降水分布；生物地球化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)碳、氮、硫、磷等大氣和生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵物質(zhì)，與物理氣候系統(tǒng)聯(lián)接的獨(dú)立系統(tǒng)，控制著生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力及氣候系統(tǒng)。過去的全球變化計(jì)劃（PAGES）計(jì)劃

PAGES的研究是IGBP已確定的核心計(jì)劃之一。對歷史資料和自然記錄如發(fā)現(xiàn)于樹輪、湖泊和海洋沉積物、珊瑚、冰芯中的自然信息的研究,以及借助于有效的現(xiàn)代物理、化學(xué)分析技術(shù),使我們有能力恢復(fù)遙遠(yuǎn)的過去的地面溫度的變化、大氣和海洋化學(xué)、火山事件和植被分布,其時(shí)間分辨率有時(shí)高到能辨別局部或區(qū)域環(huán)境中的季節(jié)性變化.這些信息對我們現(xiàn)在認(rèn)識(shí)全球系統(tǒng)的耦合性極有幫助,同時(shí)也提供了能夠用于校正數(shù)十至數(shù)百年時(shí)間尺度氣候和環(huán)境變化的模式的數(shù)據(jù)。

HDP計(jì)劃由國際高等研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合會(huì)（IFIAS）、國際社會(huì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)（ISSC）和聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）聯(lián)合制定、組織和協(xié)調(diào)，時(shí)間為十年。

該計(jì)劃力圖在社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域仿效某些自然科學(xué)所特有的大規(guī)模合作精神，力求更好地了解導(dǎo)致全球環(huán)境變化的人類原因。

3.全球變化中的人類因素計(jì)劃（HDP）該計(jì)劃的研究內(nèi)容包括1)全球變化的根源，主要是人為的根源；仔細(xì)區(qū)分自然趨勢引起和由人類活動(dòng)所造成的兩類變化；2)由于陸地/生物圈的其他部分和直接由人類作用系統(tǒng)所引起的變化的后果；3)對全球變化的管理。古氣候旋回形成機(jī)制假說1、一類假說涉及氣候的外部系統(tǒng)，主要是地球接受太陽輻射的多寡。1)如太陽輻射說認(rèn)為，太陽輻射的輸出量發(fā)生過周期性變化；或認(rèn)為星云周期性地遮蔽了陽光，減少了到達(dá)地球的太陽輻射量。2)地球軌道變動(dòng)說認(rèn)為，即使太陽輸出的能量不變，隨著地球軌道幾何形態(tài)的周期性變化，地球上不同緯度不同季節(jié)所吸收的太陽能量也會(huì)發(fā)生周期性的變化。3)火山塵埃說：大量火山爆發(fā)時(shí)，火山灰吸收和散射陽光會(huì)導(dǎo)致氣候變冷。4)地磁場變動(dòng)說：氣候波動(dòng)與地磁場強(qiáng)度及地磁場倒轉(zhuǎn)有關(guān)。2、還有一類假說牽涉到地球氣候系統(tǒng)的某些內(nèi)部因素及其反饋?zhàn)饔?)先熱后冷說：當(dāng)暖流進(jìn)入北極地區(qū)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致降雪量增大，形成冰蓋；冰進(jìn)伴隨著海平面下降，致使北上的暖流受到海底嶺脊的阻礙，冰雪反射使氣候變冷。也會(huì)減小降雪量導(dǎo)致冰蓋后退；融化的冰水使海面回升，暖流可再度進(jìn)入北極區(qū)使冰蓋擴(kuò)展。2)造山運(yùn)動(dòng)說認(rèn)為，山地抬升至雪線以上形成冰川，進(jìn)而通過反射率升高使氣候變冷。3)CO2的溫室效應(yīng)學(xué)認(rèn)為，藻類等植物的大量繁殖，消耗CO2，引起冰期來臨；而CO2的耗竭和溫度下降使植物死亡腐爛，又會(huì)導(dǎo)致CO2重新積聚，進(jìn)而引起溫度上升。米蘭科維奇理論本世紀(jì)二、三十年代，南斯拉夫米蘭科維奇提出，地球軌道形態(tài)變化導(dǎo)致北半球高緯度地區(qū)夏半年日射率發(fā)生周期性變化，是引起冰期－間冰期變化的主導(dǎo)因素?？刂频厍虮砻嫒丈渎实能壍绤?shù)有三個(gè)，即軌道偏心率（e）、地軸傾角（ε）和歲差（P）。在月球和其它天體微小引力的影響下，地球軌道參數(shù)發(fā)生周期性的變化。偏心率（eccentricity,e）地球橢圓形軌道的最長直徑與最短直徑之差與赤道半徑之比,指軌道偏離正圓的程度,變化在0.005-0.06之間。

地史上存在10萬年、40萬年兩種變化周期。冰期均發(fā)育于e的最小值，相當(dāng)于日地距離增加而日照量減少。

目前地球軌道的偏心率為0.0167。偏心率越大，季節(jié)長短的差異越大。黃赤交角或斜度

（obliquityofecliptic,

ε）

黃道面與天赤道面的交角，即地軸與地球軌道面夾角的余角。ε現(xiàn)在約23o26’。地質(zhì)歷史上存在4萬年的周期，其ε值變化于22o02’～24o30‘之間。ε值增大使冬、夏溫差增強(qiáng)，即冬季更冷夏季更熱。因此，在黃赤交角較小時(shí)，夏季相對較涼，有利于出現(xiàn)冰期。歲差（precession,P）由于月球和太陽對地球赤道鼓起部分的吸引，地球自轉(zhuǎn)軸的方向環(huán)繞與黃道面的垂直軸作緩慢的進(jìn)動(dòng)，在空間上描繪出一個(gè)圓錐面，地軸繞完一圈約需26000年。這種現(xiàn)象叫歲差。最近一次歲差周期約2.5萬年，地質(zhì)歷史上1.9～2.3萬年（平均2萬年）。P

值變化對赤道帶氣候影響較大，對兩極高緯區(qū)影響較小。

要確立米蘭科維奇理論，必須解決以下三個(gè)問題（1）地球軌道參數(shù)在過去幾十萬年期間的計(jì)算值是否可靠？（2）軌道參數(shù)的周期性變化是否與古氣候旋回的地質(zhì)記錄相對應(yīng)？（3）日射率的微小變化如何引起氣候的變動(dòng)與冰期的產(chǎn)生？第一個(gè)問題近年來已經(jīng)解決。計(jì)算出的參數(shù)e、ε、p的平均周期為95800年、41000年和21700年。第二個(gè)問題是驗(yàn)證米蘭科維奇理論的核心課題。新仙女木事件（youngerDryas,簡稱Y.D.事件）新仙女木期是冰期向全新世過渡中發(fā)生的一次最重要的氣候回返事件。在晚冰期后的急劇升溫過程中，大約在距今11～10ka，氣候突然出現(xiàn)短暫（持續(xù)約1.3ka）的逆轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象被稱為YoungerDryas事件（簡稱Y.D.事件）。新仙女木事件與溫鹽環(huán)流新仙女木事件與溫鹽環(huán)流格陵蘭：10年間突然升高5度（8600年前）和15度（12600-11400年前）厄爾尼諾現(xiàn)象厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)已有一百多年的記載，最早出現(xiàn)在赤道附近的秘魯、智利等國沿岸海域，每年圣誕節(jié)前后，這一帶海域的海水溫度上升異常，雨量加大，魚類大量死亡，這種冷暖生態(tài)不平衡現(xiàn)象常發(fā)生在圣誕節(jié)前后，故被當(dāng)?shù)貪O民稱之為“厄爾尼諾”，在西班牙語中意為“圣嬰”。厄爾尼諾現(xiàn)象可以出現(xiàn)在一年中的任何季節(jié)，但以春季為多，一般持續(xù)一年左右時(shí)間，其發(fā)生與變化也無規(guī)律可言，而且范圍不限于秘魯?shù)葒匕逗Ｓ颍蓴U(kuò)展至赤道中、東太平洋的遼闊洋面，科學(xué)上將這種太平洋赤道一帶的海水溫度持續(xù)半年比一般年份高出0.5~2℃以上的大范圍異常增溫現(xiàn)象，定義為“厄爾尼諾”現(xiàn)象。其特征是東太平洋局部海水溫度異常上升。厄爾尼諾現(xiàn)象出現(xiàn)前幾個(gè)月，赤道洋面表層暖水大規(guī)模自西向東移動(dòng)，熱帶多雨帶也隨之東遷。原來干旱的赤道太平洋東部降水量驟增，有時(shí)造成嚴(yán)重水災(zāi)。本為多雨的赤道太平洋西