全球環(huán)境變化的主要特征與過程

第3章全球環(huán)境變化的主要特征與過程重點及難點：（1）全球環(huán)境變化的時空尺度及其聯(lián)系（2）全球環(huán)境變化的驅(qū)動力（3）全球碳氮循環(huán)與水循環(huán)地球表層系統(tǒng)作為一個開放體系，太陽輻射、大氣成分、大氣過程、海陸關(guān)系、海洋環(huán)流、冰蓋、陸地地形、地表組成物質(zhì)和人類活動等的相互作用，在一個時間序列當(dāng)中可表現(xiàn)為多層次驅(qū)動、響應(yīng)、反饋、放大等十分復(fù)雜的關(guān)系。因此，全球環(huán)境變化既會表現(xiàn)出某種周期性變化，又會表現(xiàn)為一些漸變和突變?！?.1全球環(huán)境變化的時空譜特征

（Space-timeSpectrum

characteristics

globalenvironmentalchange）全球環(huán)境變化的時空尺度一、時間尺度全球環(huán)境變化可劃分為5個時間特征（陳效逑,2001)幾百萬年至幾十億年（地質(zhì)歷史時期）

全球變化事件受地球行星演化規(guī)律與進(jìn)程的控制，如巖石圈板塊的運動導(dǎo)致地球上滄海桑田的演變，陸地上的造山運動和造陸運動形成山脈、高原等大的地形單元，大氣圈和水圈的形成與演變，以及生命起源與原始人類出現(xiàn)。（不可逆事件）幾千年至幾十萬年（最近的地質(zhì)歷史時期）

第四紀(jì)冰期-間冰期的交替，海面的升降，伴隨冷暖、干濕變化的大氣成分改變，如塵埃含量的變化、古土壤層的發(fā)育、生物種的分布、遷移和滅絕，人類文明的誕生與發(fā)展。（可逆事件）幾年至幾百年（年際、年代際-世紀(jì)際）典型事件包括全球氣溫的趨勢性上升，氣溫、海溫、降水量、徑流量、地表侵蝕、植物物候期及生長季節(jié)等的準(zhǔn)周期性波動和突變，植物種群結(jié)構(gòu)的變化和植被帶的可能移動。

驅(qū)動力：太陽活動、火山活動、大氣環(huán)流的長期變化，厄爾尼諾-南方濤動等自然因子和大氣溫室效應(yīng)的增強等人為因子。幾天至幾個季度典型事件：大氣環(huán)流的季節(jié)震蕩，氣溫、降水和地表經(jīng)歷的季節(jié)波動，植物群落季相與農(nóng)事季節(jié)的更替，土壤-植物-大氣之間生物地球化學(xué)循環(huán)的年際變化。驅(qū)動力：太陽輻射量輸入的年循環(huán)。幾秒至幾小時：典型事件：氣候要素的日變化，幾分鐘到幾小時的天氣現(xiàn)象，植物與土壤的溫度日變化，土壤-植物-大氣之間的物質(zhì)與能量傳遞。驅(qū)動力：太陽輻射能量輸入的日周期。全球環(huán)境變化的時間尺度全球尺度：空間范圍>20000km，大約相當(dāng)于半球至全球尺度。特征事件太陽輻射能分布、大氣環(huán)流和洋流、溫室效應(yīng)與全球氣候變化、臭氧層破壞等。（1a~幾十億a)區(qū)域尺度：空間范圍100~20000km，地域單元有大陸、大洋陸地上的自然地帶以及海區(qū)。特征事件季風(fēng)和大型天氣過程、海流、厄爾尼諾一南方濤動、巖石圍板塊構(gòu)造運動與造山運動、冰期一間冰期交替、氣候帶與地帶性植被一土壤的形成等。(1a~十幾億a）二、空間尺度地方尺度：空間范圍10~100km。特征事件地震、流域的水土流失、中尺度天氣系統(tǒng)(如中氣旋、雷暴等)、植物物候期的水平變化、城市氣候與大氣污染、河流與水域的污染、成礦作用等。(1d~百萬a）局地尺度：空間范圍<10km。特征事件事件有火山爆發(fā)、小流域地表侵蝕、小尺度天氣系統(tǒng)(如龍卷風(fēng)、山谷風(fēng)、海陸風(fēng))、植物物候期隨地形的變化、植被冠層的微氣象、土壤的養(yǎng)分循環(huán)、點源和線源污染事件等。(幾s~1a）全球系統(tǒng)中各種事件和過程的時間尺度與空間尺度是相關(guān)聯(lián)的。一般說來，較大空間尺度的事件和過程，其時間尺度的范圍也較大；較小空間尺度的事件和過程，其時間尺度的范圍也較小。全球氣候變化的空間尺度可達(dá)20000km以上，相應(yīng)的時間尺度為幾十年到百年，而植被冠層微氣象變化的空間尺度僅為數(shù)厘米到數(shù)米，相應(yīng)的時間尺度是幾秒到幾分鐘。三、時空尺度的聯(lián)系性太陽輻射太陽活動：黑子和光斑，譜斑、耀斑，日珥等。§3.2全球環(huán)境變化的驅(qū)動力

（Drivingforceofglobalenvironmentalchange）一、外部因素板塊運動造成的系列變化：海陸分布變化、山地和高原的隆起、火山活動（降溫作用→“陽傘效應(yīng)”）、地球內(nèi)部物質(zhì)分布導(dǎo)致的地極漂移。二、地球內(nèi)部因素陽傘效應(yīng)：

強火山爆發(fā)能在平流層下部形成一個持久的含有硫酸鹽粒子的氣溶膠層，它們存留在平流層中增加了大氣的反射率，因而減少了到達(dá)地面的直接太陽輻射，進(jìn)而導(dǎo)致溫度下降，這個影響被稱為“陽傘效應(yīng)”。如1963年3月印度尼西亞巴厘島的阿貢火山爆發(fā)約3個月后，澳大利亞墨爾本的直接太陽輻射減少23%，散射輻射增加1倍，但散射輻射的絕對值小，所以總輻射減少達(dá)6％。一般認(rèn)為，一次較大火山爆發(fā)后一兩年，半球或全球平均溫度下降0.3℃左右，以后逐漸回升，四五年后恢復(fù)正常。北半球的火山噴發(fā)往往使全球溫度在3個月后產(chǎn)生最大降溫，并可影響南半球的氣溫，但影響時間短。而南半球的火山噴發(fā)要在19~20個月之后才產(chǎn)生最大降溫、但影響時間長，對北半球影響不大。人類活動所引起的地球系統(tǒng)的狀態(tài)和功能的改變，在工業(yè)化以來的200多年里急劇加速，在幾十至幾百年的時間尺度上，人類活動對全球變化的影響與全球變化對人類的影響均極為顯著，人類生態(tài)系統(tǒng)過程已成為全球變化過程的一個不可忽視的組成部分。而人類生態(tài)系統(tǒng)、土地覆蓋變化、污染物排放影響全球生物地球化學(xué)循環(huán)過程、地球表層系統(tǒng)組成→自然系統(tǒng)功能失調(diào)和變化，并通過累積性變化或系統(tǒng)性變化導(dǎo)致全球環(huán)境變化。（如全球最高溫記錄不斷打破）三、人為因素全球環(huán)境變化在太陽輻射與活動、地球內(nèi)部因素與人類活動下，由地球系統(tǒng)中一系列復(fù)雜的作用與反饋過程來實現(xiàn)的。三、地球系統(tǒng)內(nèi)部的反饋作用生物循環(huán)包括§3.3全球環(huán)境變化的三大循環(huán)過程

（Threecycleprocessofglobalenvironmentalchange）一、生物循環(huán)陸地與海洋的C、N、P、S元素的循環(huán)大氣作用下的C、N、P、S元素的循環(huán)地球表層生物的地球化學(xué)循環(huán)土壤1580Gt植被610Gt1、碳循環(huán)全球碳循環(huán)（全球碳庫總量,3800~4188Gt）全球有機碳與無機碳循環(huán)人類活動對碳循環(huán)的影響(p48):化石燃料燃燒、森林砍伐造成碳排放逐年增加(p48圖3-8），超過海洋對CO2的容納極限，導(dǎo)致溫室效應(yīng)、全球變暖、海面上升。2、氮循環(huán)全球氮循環(huán)大氣圈、生物圈是氮的主要貯存庫。生物固氮：固氮微生物將大氣中的氮還原為氨的過程。這些固氮微生物是與豆科植物有關(guān)具有共生關(guān)系的細(xì)菌與根瘤菌、自由生活的需氧細(xì)菌、藍(lán)綠藻。高能固氮：閃電、宇宙射線、隕星和火山活動等能把少量的氣態(tài)氮轉(zhuǎn)變成氮化合物的過程。工業(yè)固氮：以氣體和液體燃料為原料生產(chǎn)合成氨的過程。人類對氮循環(huán)的干擾：①工業(yè)固氮：氮肥生產(chǎn)和在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的使用，盈余氮素進(jìn)入水體，與磷酸鹽結(jié)合，水體富營養(yǎng)化，形成水華或赤潮。②工廠、汽車等燃料燃燒排放NOx進(jìn)入大氣圈，導(dǎo)致大氣中硝酸含量增加，與燃煤工業(yè)排放的SO2形成的硫酸結(jié)合，形成形成“溫室效應(yīng)”，以及酸沉降。美國弗洛里達(dá)州水華深圳大梅沙赤潮3、磷循環(huán)全球磷循環(huán)磷循環(huán)是一非閉合的循環(huán)：大時間尺度內(nèi)，磷素不斷從生態(tài)系統(tǒng)流失，隨動、植物殘體長期沉積海底，脫離循環(huán)，重新返回到生物圈的磷不足以補償損失，使生物圈磷日益缺乏。人類活動對磷循環(huán)的影響導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。也叫大地假說，基本觀點：地球是由生物因子與非生物因子共同交互作用，所緊密構(gòu)成的恒定體系。地球上的生物圈和它的環(huán)境構(gòu)成一個有機整體，地球大氣的組成、氣溫、海水溫度、海水pH等都是由生物圈積極調(diào)節(jié)，是生物圈通過自己的影響使地球的氣候環(huán)境長期保持在適合自己生存的“穩(wěn)態(tài)”。4、蓋婭假說(GaiaHypothesis)P95二、能量循環(huán)地球能量循環(huán)過程主要是太陽輻射與地氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果。全球輻射差額地球能量循環(huán)來源物質(zhì)是能量的載體，沿著食物鏈（網(wǎng)）流動；能量是物質(zhì)循環(huán)的動力，使物質(zhì)能不斷地在生物群落與無機環(huán)境見循環(huán)往返。能量循環(huán)是單向的，在流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)各級營養(yǎng)級時逐級遞減。人類活動對能量循環(huán)的影響：化石燃料燃燒釋放溫室氣體增加，溫室效應(yīng)增強；人為燃料燃燒釋放的熱量改變局部熱量平衡；大氣塵埃增加，反射越多，地表接受的熱量越少，即大氣塵埃增加引起的陽傘效應(yīng)；土地利用方式的改變影響下墊面性質(zhì)，導(dǎo)致能量循環(huán)改變。三、水循環(huán)(P246-252)

水循環(huán)是自然界的水在水圈、大氣圈、巖石圈（含土壤圈）、生物圈中通過各個環(huán)節(jié)連續(xù)運動的過程。包括：海陸大循環(huán)、內(nèi)陸大循環(huán)、海上循環(huán)（小循環(huán)）。水循環(huán)類型循環(huán)過程及環(huán)節(jié)特點水循環(huán)的意義海陸循環(huán)①蒸發(fā)②水汽輸送③降水④地表徑流⑤下滲⑥地下徑流最重要的水循環(huán)類型，使陸地水得到補充，水資源得以再生①維持了全球水的動態(tài)平衡，使全球各種水體處于不斷更新狀態(tài)海上循環(huán)①蒸發(fā)②降水?dāng)y帶水量最大的水循環(huán)，是海陸間大循環(huán)的近十倍②使地表各圈層之間，海陸之間實現(xiàn)物質(zhì)遷移和能量交換陸地循環(huán)①蒸發(fā)②植物蒸騰③降水補充陸地水體的少量為數(shù)很少③影響全球的氣候和生態(tài)④塑造者地表形態(tài)水循環(huán)類型

水循環(huán)的主要作用表現(xiàn)在：①水是所有營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)，營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和水循環(huán)不可分割地聯(lián)系在一起；②水對物質(zhì)是很好的溶劑，在生態(tài)系統(tǒng)中起著能量傳遞和利用的作用；③水是地質(zhì)變化的動因之一，一個地方礦質(zhì)元素的流失，而另一個地方礦質(zhì)元素的沉積往往要通過水循環(huán)來完成。

水循環(huán)的地理意義：①維持全球水體動態(tài)平衡、促進(jìn)水資源不斷得以更新；②促使自然界的物質(zhì)循環(huán)和能量流動；③造成侵蝕、搬運、堆積等外力作用，不斷