地質(zhì)時期的氣候變化

第9章氣候變化及其對水資源的影響9.1氣候變化的歷史事實(shí)9.2氣候變化的原因9.3人類活動對氣候的影響9.4氣候變化對水循環(huán)和水資源的影響9.5氣候變化對策氣候變化的歷史事實(shí)2010年云南遭遇百年一遇的全省性特大旱災(zāi)，干旱范圍之廣、時間之長、程度之深、損失之大，均為云南省歷史少有。嚴(yán)峻的形勢（國內(nèi)）2011年5月，持續(xù)的干旱造成鄱陽湖嚴(yán)重“瘦身”，呈現(xiàn)出水草茂盛的草原景象。氣候變暖太平洋島國圖瓦盧將消失2009年哥本哈根氣候大會上：為太平洋島國請命斐濟(jì)代表淚灑會場如果到2100年海平面上升18厘米～59厘米，足以讓有著“人間天堂”美譽(yù)的馬爾代夫遭遇滅頂之災(zāi)2010年初，英國遭遇30年最大雪災(zāi)，倫敦交通幾乎癱瘓,所造成的經(jīng)濟(jì)損失將近17億美元。嚴(yán)峻的形勢（國際），因氣候變暖首先可能被淹沒的地區(qū)氣候變化：氣候相對于平均狀態(tài)的偏離

(二)歷史時期的氣候變化（時間尺度為千年）(一)近現(xiàn)代的氣候變化(三)地質(zhì)時期的氣候變化（時間尺度為萬年或更長）短期：時間尺度為月或季節(jié)（年內(nèi)變化）中期：時間尺度為幾年（年際變化）長期：時間尺度為幾十年（年代際變化）超長期：時間尺度為幾百年（世紀(jì)際變化）（實(shí)測觀測資料）氣候變化研究的間接證據(jù)史料記載樹木年輪花粉分析生物化石冰芯石筍地質(zhì)時期的氣候變化

地球6億年來經(jīng)歷的三大冰期和兩大間冰期示意圖暖冷震旦紀(jì)冰期距今6億年前石炭二疊紀(jì)冰期第一大間冰期第四紀(jì)冰期第二大間冰期現(xiàn)今全球年平均氣溫15oC中國近五千年內(nèi)可以相對地分出四個溫暖期與四個寒冷期。

200018001600140012001300150017001900+4+3+2+1-10-2-3-4100005000400030002000100050005001000150016001700180019001950高度（m）溫度（℃）年代溫暖期溫暖期溫暖期溫暖期寒冷期寒冷期寒冷期寒冷期一萬年來挪威雪線高度（實(shí)線）與五千年來我國溫度（虛線）比較歷史時期的氣候變化氣候變化研究的間接證據(jù)近代氣候變化觀測到的事實(shí)-全球氣溫變化1880-2012年全球平均氣溫上升：+0.85℃。20世紀(jì)80年代以來，全球氣溫上升顯著?；鶞?zhǔn)：1986-2005年From:IPCCAR5,2014From:IPCCAR5,2014與全球氣溫變化趨勢基本一致；過去的100年氣溫上升:0.5-0.8℃；

最近幾十年平均氣溫升率略高于全球平均水平。溫度距平（℃

）

全國平均氣溫距平變化China基準(zhǔn):1970~2000觀測到的事實(shí)-中國氣溫變化觀測到的事實(shí)-全球降水變化1951-2002年全國降水變率西部:明顯增加華南:增加華北:減少東北:減少Increasing

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IncreasingIn:China’sNationalAssessmentReportonCC,2007觀測到的事實(shí)-中國降水變化總體趨勢：減少顯著減少趨勢：海河、黃河、遼河弱減少趨勢：淮河、松遼河、珠江、長江弱遞增趨勢：長江中下游，淮河上游，嫩江1981~2004年平均徑流量較1950~1980年徑流量的變化觀測到的事實(shí)-我國江河徑流變化洪水和干旱的頻率和強(qiáng)度增加全球平均海平面每年上升1~2mm（1901-2010年上升0.19m）

非極地冰川大范圍縮小，雪蓋面積下降，永久性凍土退化厄爾尼諾事件更頻繁和強(qiáng)烈動植物生長范圍向高海拔移動，生長周期和習(xí)性隨之變化觀測到的事實(shí)-其他要素變化氣候變化的原因

氣候的形成和變化受多種因子的影響和制約，下圖表示各因子之間的主要關(guān)系，圖中C、D是氣候系統(tǒng)的兩個主要組成部分，A、B則是外部因子。

太陽輻射是氣候形成的最主要因素。氣候的變遷與到達(dá)地表的輻射能的變化關(guān)系至為密切。引起太陽輻射能變化的條件是多方面的。

(一)地球軌道參數(shù)的改變

地球在自己的公轉(zhuǎn)軌道上，接受太陽輻射能。而地球公轉(zhuǎn)軌道參數(shù)如地球軌道的偏心率、地軸擺動和黃赤交角等都是以一定的周期在變動著的，這就導(dǎo)致地球上所受到的太陽天文輻射發(fā)生變動，引起氣候變遷。一、太陽輻射的變化

到達(dá)地球表面單位面積上的天文輻射強(qiáng)度是與日地距離(b)的平方成反比的，地球繞太陽公轉(zhuǎn)軌道是一個橢圓形，現(xiàn)在這個橢圓形的偏心率(e)約為0.016。目前北半球冬季位于近日點(diǎn)附近，因此北半球冬半年比較短(從秋分至春分，比夏半年短7.5日)。但偏心率是在0.00-0.068之間變動的，其周期約為96000年，以目前情況而論地球在近日點(diǎn)時所獲得的天文輻射量(不考慮其他條件的影響)較現(xiàn)在遠(yuǎn)日點(diǎn)的輻射量約大1／15。當(dāng)偏心率e值為0.068時，則此差異就成為1／3。

1.地球軌道偏心率的變化

地球自轉(zhuǎn)的地軸存在擺動，這一擺動周期約為2.1萬年。地軸擺動會造成靠近太陽的季節(jié)發(fā)生變動，如1萬年前，近日點(diǎn)出現(xiàn)在北半球夏季，而現(xiàn)在則出現(xiàn)在冬季。

2.地軸擺動

地軸相對于地球公轉(zhuǎn)軌道平面的偏角（黃赤交角）是產(chǎn)生四季的原因。黃赤交角會發(fā)生變化，現(xiàn)在是23.44°，最大時可達(dá)24.24°，最小日寸為22.1°，變動周期約40000年。這個變動使得夏季太陽直射達(dá)到的極限緯度(北回歸線)和冬季極夜達(dá)到的極限緯度(北極圈)發(fā)生變動。

3.黃赤交角的變化到達(dá)地表的太陽輻射的強(qiáng)弱，要受大氣透明度的影響?；鹕交顒訉Υ髿馔该鞫鹊挠绊懽畲螅鹕奖l(fā)噴出的灰塵能強(qiáng)烈地反射和散射太陽輻射，而對地面發(fā)出的長波輻射沒有顯著影響。據(jù)計算，火山塵埃散射太陽輻射的能力比散射地面長波輻射大30倍，塵埃反射太陽輻射的作用比大氣分子強(qiáng)得多。

(二)大氣透明度的變化太陽活動也會導(dǎo)致太陽輻射的變化，如黑子、光斑、耀斑、日斑、射電輻射等。太陽黑子是在太陽的光球?qū)由习l(fā)生的一種太陽活動，實(shí)際是太陽表面一種熾熱氣體的巨大漩渦，溫度大約為3000-4500℃。因為其溫度比太陽的光球?qū)颖砻鏈囟纫停ü馇驅(qū)颖砻鏈囟燃s為6000℃），所以看上去像一些深暗色的斑點(diǎn)。黑子的活動周期約為11年，活躍時會對地球的磁場產(chǎn)生影響，主要是使地球南北極和赤道的大氣環(huán)流作經(jīng)向流動，從而造成惡劣天氣，使氣候轉(zhuǎn)冷。

(三)太陽活動宇宙因子：月球和太陽的引潮力以及太陽活動地球物理因子：地球重力空間變化、地球轉(zhuǎn)動瞬時極的運(yùn)動和地球自轉(zhuǎn)速度的變化宇宙地球物理因子的時空變化，會引起地球上變形力的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致地球上海洋和大氣的變形，進(jìn)而影響氣候發(fā)生變化。

二、宇宙地球物理因子的變化

在整個地質(zhì)時期中，下墊面的地理條件發(fā)生了多次變化，對氣候變化產(chǎn)生了深刻的影響。其中以海陸分布和地形的變化對氣候變遷影響最大。

(一)海陸分布的變化

大陸漂移學(xué)說

(二)地形變化——“滄海桑田”喜馬拉雅造山運(yùn)動——我國西部高原山地氣候三、下墊面條件的變化1.大氣環(huán)流形勢的變化是導(dǎo)致氣候變化和產(chǎn)生異常氣候的一個重要因素，如厄爾尼諾現(xiàn)象。2.大氣化學(xué)組成的變化：溫室氣體的影響

四、大氣環(huán)流的變化人類活動對氣候的影響1、改變大氣成分（1）二氧化碳CO2、甲烷CH4（溫室效應(yīng)）（2）氣溶膠（陽傘效應(yīng)）2、改變下墊面性質(zhì)（土地利用與覆蓋變化效應(yīng)）（1）森林、草場（荒漠化）（2）水庫、農(nóng)田（湖泊效應(yīng)、綠洲效應(yīng)）（3）城市（城市熱島效應(yīng)）溫室效應(yīng)與溫室氣體1、溫室效應(yīng)的概念大氣保溫效應(yīng)的俗稱。大氣能使太陽短波輻射到達(dá)地面，但地表向外放出的長波熱輻射線卻被大氣吸收，使地表與低層大氣溫度增高，因其作用類似于栽培農(nóng)作物的溫室，故名溫室效應(yīng)。包括自然溫室效應(yīng)和人為溫室效應(yīng)。1000年來大氣溫度與大氣中二氧化碳濃度變化曲線1.1000年來大氣溫度和二氧化碳濃度變化的總趨勢是什么？兩者有何相同點(diǎn)？2.根據(jù)這張圖，你認(rèn)為大氣溫度變化與二氧化碳濃度的變化有關(guān)系嗎？

從上圖可以看出，大氣溫度的變化和二氧化碳濃度的變化情況是基本吻合的，所以二氧化碳濃度的增加是造成溫室效應(yīng)的原因。事實(shí)上，二氧化碳就是大氣溫室外層的“保溫膜”，正是因為這層保溫膜的增厚，才造成了地球大氣熱量的積累，導(dǎo)致全球變暖。濃度CO2(ppmv)溫度距平(℃)年距今人類活

動擾動目前的CO2濃度是42萬年來的最大值83萬年來，仍是最大值(redrewfromPetitetal.1999)南極東方站測量的大氣CO2濃度變化（IPCC，2001）2、溫室氣體大氣層中能夠吸收和重新放出紅外輻射的自然的和人為的氣體。主要包括水汽、CO2

、甲烷（CH4）、氧化亞氮（

N2O）、臭氧（O3）、氟利昂等

。溫室效應(yīng)與溫室氣體

是什么原因?qū)е麓髿庵卸趸紳舛却蠓仍黾幽兀棵?、石油、天然氣等化石燃料的燃燒人類大面積砍伐森林人口數(shù)量增加人類活動和自然排放的其他溫室氣體還有：氟利昂：強(qiáng)溫室氣體，1920年代人工合成，目前已排放2000萬噸，主要用作制冷劑。甲烷：強(qiáng)溫室氣體，天然氣和沼氣的主要成分，畜牧業(yè)排放量很大使之成為全球變暖的“幫兇”。氮氧化物：燃料燃燒，燃?xì)鉁u輪、汽車尾氣。二氧化碳是主要的溫室氣體1、陽傘效應(yīng)的概念因大氣污染物顆粒（大氣氣溶膠粒子、大氣塵埃等）對太陽輻射的削弱作用而引起的地面冷卻效應(yīng)。陽傘效應(yīng)2、大氣氣溶膠粒子的來源（1）自然界自身產(chǎn)生（如火山噴發(fā)、森林草原火災(zāi)等）（2）人類活動產(chǎn)生（如化石燃料燃燒、生物體燃燒、人類戰(zhàn)爭等）

陽傘效應(yīng)核冬天假說：當(dāng)使用大量的核武器，會讓大量的煙和煤煙進(jìn)入地球的大氣層，這將可能導(dǎo)致非常寒冷的天氣。2、大氣氣溶膠粒子的氣候效應(yīng)（1）助長干旱化

大氣氣溶膠（主要是硫酸鹽和塵埃）作用：白天地表溫度偏低，對流弱；夜晚地表溫度偏高，抑制露水形成，使陸面干燥、堅硬。（2）影響云的反照率、壽命和降水效率

陽傘效應(yīng)1、改變大氣成分（1）二氧化碳CO2、甲烷CH4（溫室效應(yīng)）（2）氣溶膠（陽傘效應(yīng)）2、改變下墊面性質(zhì)（土地利用與覆蓋變化效應(yīng)）（1）森林、草場（荒漠化）（2）水庫、農(nóng)田（湖泊效應(yīng)、綠洲效應(yīng)）（3）城市（城市熱島效應(yīng)）土地荒漠化濫砍森林、森林面積減少耕地重用輕養(yǎng)、退化嚴(yán)重草場荒漠化地面反照率增加吸收輻射減少湖泊效應(yīng)在湖泊及其周圍，由于湖泊與周圍地區(qū)地面熱容量的差異，導(dǎo)致了局地性大氣環(huán)流和小氣候的產(chǎn)生。如水庫建造后，常常會使水庫周圍地區(qū)降水增多、空氣濕度增大。綠洲效應(yīng)沙漠里的綠洲或水源，由于土壤濕度大、蒸發(fā)蒸騰多，空氣濕度較大；由于濕度大的土壤的熱容量較大，并且由于蒸發(fā)和蒸騰對熱量的調(diào)節(jié)，土壤溫度和近地面氣溫的日較差比較小。城市熱島效應(yīng)因城市化使城市溫度高于其周邊的溫度。氣候變化對水循環(huán)和水資源的影響1、20世紀(jì)全球增暖是導(dǎo)致全球平均海平面上升和海洋熱容量增加的主要原因。馬爾代夫預(yù)建水上浮島斐濟(jì)島（一）氣候變化對全球水循環(huán)和水資源系統(tǒng)的影響2、雪蓋和冰面積逐漸減少。北極冰雪消融北極熊生存危機(jī)阿根廷某冰川30年前當(dāng)前3、北半球中高緯地區(qū)降水略有增加，副熱帶地區(qū)略有減少。4、全球極端氣候事件發(fā)生頻繁。5、氣候變化對全球淡水資源供給帶來很大影響。供水Supply需水Demand我國正常年份缺水達(dá)400億m3氣候變化加劇水資源短缺狀況

我國城市缺水問題嚴(yán)重

全國661座城市有400多座缺水，其中110座嚴(yán)重缺水，1.6億多城市居民的正常生活受影響。（二）氣候變化對中國水循環(huán)和水資源系統(tǒng)的影響1、加速水循環(huán)，降水變率增加。1951-2002年全國降水變率西部:明顯增加華南:增加華北:減少東北:減少Increasing

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Increasing2、改變徑流大小，旱澇災(zāi)害加劇。1998年大洪水明祖陵因旱情露出城墻洞庭湖底變大草原年份洪澇受災(zāi)面積(萬畝)洪澇成災(zāi)面積(萬畝)洪澇直接經(jīng)濟(jì)損失(億元)旱災(zāi)減產(chǎn)(億公斤)19913689421921749.081181992141356696412.7720919932458112915641.74111199428288172341796.60262199521550120011653.30203199630914189182208.36981997197029771930.11476199833438206782550.901271999144088084930.233332000135678094711.63599平均23748136311258.472541991-2000年洪澇旱災(zāi)統(tǒng)計表

洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生2001-2010年洪澇災(zāi)害統(tǒng)計表年份農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積(萬公頃)直接經(jīng)濟(jì)損失(億元)受災(zāi)人口（人）2001713.76623.0711086.8720021237.8837.9915201.820031902.81190.4193272004745.9495.4922920051920.8773.113085.42006810.15609.17260.820071046.33845.313582.62008647.65634.710255.82009754.37655.069245.720101752.46350519935.4

洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生張輝,許新宜,張磊等.2000~2010年我國洪澇災(zāi)害損失綜合評估及其成因分析[J].水利經(jīng)濟(jì),2011,29(5):5-9.3、加速水分蒸發(fā)，改變土壤水分含量及其滲透率，影響農(nóng)業(yè)及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2011年長江中下游干旱干涸的白洋淀4、導(dǎo)致湖泊水位下降和面積萎縮。2011年5月鄱陽湖水面僅剩1/102010年1980年長江源頭某地5、加速高山冰雪消融氣候變化對策聯(lián)合國氣候變化大會

《聯(lián)合國氣候變化框架公約》，簡稱《框架公約》，是1992年5月22日聯(lián)合國政府間談判委員會就氣候變化問題達(dá)成的公約，于1992年6月4日在巴西里約熱內(nèi)盧舉行的聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會（地球首腦會議）上通過。

《聯(lián)合國氣候變化框架公約》是世界上第一個為全面控制二氧化碳等溫室氣體排放，以應(yīng)對全球氣候變暖給人類經(jīng)濟(jì)和社會帶來不利影響的國際公約，也是國際社會在對付全球氣候變化問題上進(jìn)行國際合作的一個基本框架。公約于1994年3月21日正式生效。截至2013年7月，公約已擁有195個締約方。核心原則：“共同但有區(qū)別的責(zé)任”一、工業(yè)化國家

這些國家答應(yīng)要以1990年的排放量為基礎(chǔ)進(jìn)行削減。承擔(dān)削減排放溫室氣體的義務(wù)。如果不能完成削減任務(wù)，可以從其他國家購買排放指標(biāo)。二、發(fā)達(dá)國家

這些國家不承擔(dān)具體削減義務(wù)，但承擔(dān)為發(fā)展中國家進(jìn)行資金、技術(shù)援助的義務(wù)。三、發(fā)展中國家

不承擔(dān)削減義務(wù)，以免影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，可以接受發(fā)達(dá)國家的資金、技術(shù)援助，但不得出賣排放指標(biāo)。1997年在日本京都舉行的《公約》第三次締約方大會通過了具有法律約束力的《京都議定書》，為發(fā)達(dá)國家設(shè)立了強(qiáng)制減排溫室氣體的目標(biāo)——在2008年至2012年《議定書》第一承諾期，發(fā)達(dá)國家的溫室氣體排放量要在1990年的基礎(chǔ)上平均減少5.2%。2007年在印度尼西亞巴厘島舉行的聯(lián)合國氣候變化大會通過了“巴厘路線圖”，為氣候變化國際談判的關(guān)鍵議題確立了明確議程?！鞍屠迓肪€圖”建立了雙軌談判機(jī)制，即以《議定書》特設(shè)工作組和《公約》長期合作特設(shè)工作組為主進(jìn)行氣候變化國際談判?！鞍屠迓肪€圖”還為談判設(shè)定了期限，即2009年年底完成2012年后全球應(yīng)對氣候變化新安排的談判（這一期限已在丹麥哥本哈根大會和南非德班大會上被延長）。2009年哥本哈根氣候大會通過《哥本哈根協(xié)議》，盡管《哥本哈根協(xié)議》是一項不具法律約束力的政治協(xié)議，但它表達(dá)了各方共同應(yīng)對氣候變化的政治意愿，鎖定了已達(dá)成的共識和談判取得的成果，同時提出建立幫助發(fā)展中國家減緩和適應(yīng)氣候變化的綠色氣候基金。2010年11月坎昆氣候大會就適應(yīng)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、資金和能力建設(shè)等問題取得了進(jìn)展。2011年11月德班氣候大會決定實(shí)施《京都議定書》第二承諾期并啟動綠色氣候基金。2012年11月多哈氣候大會通過《京都議定書》修正案。2013年11月華沙氣候大