現(xiàn)代自然地理學(xué)

歷史環(huán)境變化研究方法現(xiàn)代自然地理學(xué)課程介紹內(nèi)容包括：1.歷史時(shí)期環(huán)境變化研究的根本原理;2.歷史時(shí)期環(huán)境變化研究的主要手段與方法；(課程主題)3.歷史時(shí)期環(huán)境變化研究的最新進(jìn)展.教學(xué)方法教師講座為主，學(xué)生文獻(xiàn)閱讀為輔，并做口頭讀書(shū)報(bào)告要求：無(wú)故不可缺席，認(rèn)真閱讀文獻(xiàn)教材龔高法等，歷史時(shí)期氣候變化研究方法，科學(xué)出版社，1983張?zhí)m生等，全球變化，高等教育出版社，1999R.Bradley,Paleoclimatology-ReconstructingClimateoftheQuaternary,Harcourt/AcademicPress,1999.輔助：加強(qiáng)文獻(xiàn)閱讀〔英文〕目的：能夠掌握歷史時(shí)期環(huán)境變化研究的根本原理與方法，為今后從事環(huán)境變化研究工作打下根底知識(shí)，文獻(xiàn)閱讀，學(xué)習(xí)能力1.1歷史環(huán)境變化研究的意義環(huán)境變化研究是人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開(kāi)展的科學(xué)根底“欲知大道，必先為史〞。人類預(yù)知未來(lái)的環(huán)境狀況，必須首先了解環(huán)境變化的歷史。目前，除理論模擬外，從歷史上認(rèn)識(shí)環(huán)境變化的規(guī)律是人類適應(yīng)環(huán)境變化，保證人類社會(huì)得以可持續(xù)開(kāi)展的途徑。從過(guò)去的變化歷史認(rèn)識(shí)產(chǎn)生變化的機(jī)理，了解系統(tǒng)從過(guò)去的變化歷史看人類的適應(yīng)能力-歷史相似型用過(guò)去的變化歷史驗(yàn)證模式，提取參數(shù)，開(kāi)展預(yù)報(bào)1.1歷史環(huán)境變化研究的意義環(huán)境變化研究是地理學(xué)研究的重要組成局部地理學(xué)是時(shí)空耦合的科學(xué)，不僅研究地域的空間差異，同時(shí)研究地理環(huán)境隨時(shí)間的演變過(guò)程，即環(huán)境演變。深化對(duì)地球系統(tǒng)時(shí)空演變過(guò)程的綜合認(rèn)識(shí)，促進(jìn)地理科學(xué)的開(kāi)展環(huán)境變化研究的目標(biāo)是獲取對(duì)地球系統(tǒng)時(shí)空演變規(guī)律的綜合的整體的認(rèn)識(shí)，具有強(qiáng)烈的學(xué)科交叉特點(diǎn)，對(duì)其研究不僅可以促進(jìn)地理學(xué)中各個(gè)子學(xué)科的交叉，而且還可以推動(dòng)地理學(xué)與其他學(xué)科(eg:地球物理學(xué)、大氣科學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會(huì)學(xué)等)的交叉，從而促進(jìn)一綜合為核心的地理科學(xué)的開(kāi)展。

1.2歷史環(huán)境變化研究的內(nèi)容目前歷史時(shí)期環(huán)境變化研究涉及整個(gè)地球系統(tǒng)及其所有過(guò)程，主要包括以下4個(gè)方面：歷史時(shí)期環(huán)境變化的歷史史實(shí)重建歷史時(shí)期環(huán)境變化的成因與機(jī)制研究歷史時(shí)期環(huán)境變化對(duì)人類社會(huì)開(kāi)展的影響及人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境變化的作用〔人類與環(huán)境變化相互作用〕研究歷史時(shí)期環(huán)境變化模擬。1.3環(huán)境變化研究的開(kāi)展過(guò)程與地學(xué)同步，產(chǎn)生于19世紀(jì)。萊伊爾〔CharlesLyell,1797-1875〕所開(kāi)展完善的均變論〔Uniformitarianism,PrincipleofUniformity〕為過(guò)去環(huán)境變化研究提供了最根本的原那么。這一思想被后人概括為“現(xiàn)在是過(guò)去的鑰匙〞(Thepresentisthekeytothepast)。1.3環(huán)境變化研究的開(kāi)展過(guò)程古脊椎動(dòng)物學(xué)的奠基人居維葉〔GeorgesC.L.P.Cuvier,1769-1832〕于1812年提出的“局部相關(guān)法那么〞為根據(jù)殘存的環(huán)境信息復(fù)原環(huán)境提供了理論依據(jù)。居維葉在環(huán)境變化的方式上持突變的觀點(diǎn)，與以萊伊爾，達(dá)爾文等為代表的漸變論相對(duì)立。但早期的研究主要關(guān)注一些敏感環(huán)境要素〔如氣候、冰川、河湖等等〕的演變。1.3環(huán)境變化研究的開(kāi)展過(guò)程1957年國(guó)際地球物理年萌發(fā)了“地球系統(tǒng)〞概念以后，環(huán)境變化研究成為地學(xué)中的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。不但研究環(huán)境要素變化，而且更關(guān)注這些變化的內(nèi)在聯(lián)系，以及驅(qū)動(dòng)原因與機(jī)理。20th70年代末至80年代初，地球系統(tǒng)的概念思想正式誕生。環(huán)境變化研究也正式開(kāi)展成為一門科學(xué)。IGBP中的PAGES(PastGlobalChanges)

1.3環(huán)境變化研究的開(kāi)展過(guò)程中國(guó)環(huán)境變化研究與地學(xué)開(kāi)展同步，即產(chǎn)生于20th初，開(kāi)展大致經(jīng)過(guò)了4個(gè)階段：第一階段〔1920’s-1960’s〕：開(kāi)創(chuàng)階段特點(diǎn)：構(gòu)建框架，拓展領(lǐng)域，探索方法，零星研究第二階段〔1970’s-1980’s中期〕：快速開(kāi)展階段特點(diǎn)：手段多樣，快速開(kāi)展，研究較系統(tǒng)全面，但欠深入第三階段〔1980’s中期-1990’s后期〕：穩(wěn)定開(kāi)展階段特點(diǎn)：相對(duì)穩(wěn)定，深入研究，注意理論，綜合分析1.3環(huán)境變化研究的開(kāi)展過(guò)程中國(guó)環(huán)境變化研究與地學(xué)開(kāi)展同步，即產(chǎn)生于20th初，開(kāi)展大致經(jīng)過(guò)了4個(gè)階段：第四階段〔1990’s-〕：深入研究階段目標(biāo)：物理意義明確，高分辨率手段：數(shù)據(jù)挖掘〔datamining〕多學(xué)科集成(interdisciplinarysynthesis)比照分析〔comparison，verificationandcalibration〕關(guān)于歷史時(shí)期的定義地理學(xué)中關(guān)于歷史時(shí)期的傳統(tǒng)定義現(xiàn)代地理學(xué)詞典：歷史時(shí)期是指人類文明出現(xiàn)以后至現(xiàn)代科學(xué)儀器觀測(cè)體系建立之前的一段時(shí)間，其時(shí)間的上下界限因地區(qū)而異。上限決定于該地區(qū)人文文明出現(xiàn)的早晚，下限決定于現(xiàn)代科學(xué)儀器觀測(cè)體系建立時(shí)間的早晚。在中國(guó)大致是從仰韶文化至19th后期的5000年。在歐洲、埃及等地指4000BC至18th。關(guān)于歷史時(shí)期的定義觀球變化研究方案中對(duì)歷史時(shí)期的定義IGBP〔國(guó)際地圈生物圈研究方案〕的核心研究方案PAGES所確定的主要時(shí)間尺度有2個(gè)時(shí)段〔TemporalStreams〕:第一個(gè)時(shí)段：過(guò)去2000年；第二個(gè)時(shí)段：包括數(shù)個(gè)冰期/間冰期循環(huán)的時(shí)段，一般是指過(guò)去25萬(wàn)年以來(lái)。目前，中國(guó)學(xué)術(shù)界一般認(rèn)為：第一個(gè)時(shí)段為歷史時(shí)期〔地理學(xué)所關(guān)注的重點(diǎn)時(shí)段〕第二個(gè)時(shí)段為地質(zhì)時(shí)期〔地質(zhì)學(xué)等所關(guān)注的重點(diǎn)時(shí)段〕2.1歷史環(huán)境變化的時(shí)空尺度2.2變化形式3.歷史環(huán)境變化研究與其他學(xué)科的關(guān)系所有地學(xué)的交叉學(xué)科氣候?qū)W：氣候因子是所有自然環(huán)境因子中最活潑的一個(gè)地理學(xué)：環(huán)境變化的結(jié)果留在了地理環(huán)境中4.歷史環(huán)境變化研究的根本原理4.1根本假設(shè)有人形容:重建過(guò)去的環(huán)境變化就像組裝一個(gè)沒(méi)有樣圖的、局部以殘缺不全的、各個(gè)局部由不同材料制成的智力玩具。缺失的局部或已真正的喪失，或還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其線索。進(jìn)行這樣的組裝工作，所能依靠的那些能夠找到的不同部件，相當(dāng)于重建過(guò)去環(huán)境變化的各種證據(jù)；對(duì)各部件的功能與可靠性進(jìn)行鑒定，相當(dāng)于對(duì)過(guò)去環(huán)境變化的證據(jù)進(jìn)行標(biāo)定與校核；最后，根據(jù)有限的可靠的零部件復(fù)原該“智力玩具〞的全貌或主體結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于對(duì)過(guò)去的環(huán)境變化進(jìn)行復(fù)原。為進(jìn)行過(guò)去環(huán)境變化的重建，需要依據(jù)以下根本假設(shè)或原理：第一：協(xié)同性假設(shè)首先，是指環(huán)境過(guò)程與其產(chǎn)物之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。環(huán)境過(guò)程決定其形成的產(chǎn)物，產(chǎn)物反過(guò)來(lái)可指示其生成環(huán)境。因此，殘留下來(lái)的過(guò)去環(huán)境過(guò)程的產(chǎn)物，或?qū)Ξa(chǎn)物的文字記錄〔如歷史記載〕均可以作為代用資料用來(lái)重建起形成時(shí)期的環(huán)境。其次，同一環(huán)境狀態(tài)下所形成的不同類型的產(chǎn)物之間存在協(xié)同關(guān)系，可以彼此參校、替代，共同指示其生成環(huán)境。第二：協(xié)同性假設(shè)再次，地區(qū)之間的協(xié)同性。同一時(shí)期形成的自然地理現(xiàn)象，其空間分布是有序的，遵從地理區(qū)域分異規(guī)律；不同地區(qū)的現(xiàn)象可以參校比照，指示其共同的環(huán)境背景。最后，時(shí)間上的協(xié)調(diào)性。具有生成聯(lián)系的地球系統(tǒng)過(guò)程，在發(fā)生時(shí)間上是先后有序的，這種次序性在與各過(guò)程相聯(lián)系的各產(chǎn)物的形成時(shí)間上亦有充分表達(dá)。第三：全息假設(shè)根據(jù)局部可以反映整體的全息學(xué)根本觀點(diǎn)環(huán)境可以由其可識(shí)別的全息源來(lái)反映。在某一空間點(diǎn)上的環(huán)境信息可以代表一定的空間范圍某一時(shí)段的環(huán)境狀態(tài)可由在此時(shí)間區(qū)間內(nèi)的環(huán)境信息來(lái)表征。簡(jiǎn)單化是一切科學(xué)研究共同遵循的原那么，以上3個(gè)根本假設(shè)就是簡(jiǎn)單化原理在環(huán)境變化中的具體應(yīng)用。在科學(xué)研究中選擇簡(jiǎn)單化并不是由于它可能最正確，而是因?yàn)閺目茖W(xué)的角度看，它在可供選擇途徑中可能最優(yōu)。這三個(gè)假設(shè)告訴人們?nèi)绾螌ふ易R(shí)別環(huán)境演變的信息，如何從殘缺不全的信息推斷當(dāng)時(shí)的環(huán)境，以及如何由的局部去解釋、推測(cè)未知的局部。但如果仔細(xì)考察，三個(gè)假設(shè)都不是永遠(yuǎn)能滿足的。因此提出3個(gè)假設(shè)并不意味著自然過(guò)程一定是如此，而是我們希望它如此，否那么就可能無(wú)法進(jìn)行過(guò)去的環(huán)境變化研究。由于假設(shè)前提不一定永遠(yuǎn)正確，因此，在討論環(huán)境演變問(wèn)題前，就必須首先檢驗(yàn)?zāi)闼僭O(shè)的前提是否成立。只有在假設(shè)成立的情況下，結(jié)論才有可能正確。5氣候系統(tǒng)傳統(tǒng)的氣候?qū)W把氣候定義為大氣的某種統(tǒng)計(jì)的平衡狀態(tài)，用大氣的一些場(chǎng)量〔如風(fēng)、溫、濕、氣壓〕的統(tǒng)計(jì)平均值來(lái)描述。那時(shí)的氣候?qū)W的任務(wù)是研究氣候的靜態(tài)特征，如氣候在地球上的分類。隨著近代對(duì)氣候變化的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)代氣候?qū)W研究氣候變化規(guī)律，以及預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化趨勢(shì)。5氣候系統(tǒng)氣候變化無(wú)論是在空間方面還是在時(shí)間方面都具有多尺度特征，特別是氣候的長(zhǎng)期變化絕不是大氣本身的行為，而是和海洋、冰雪圈、陸地、生物圈共同作用的總體行為。氣候變化具有復(fù)雜性。氣候系統(tǒng)是大氣圈、水圈、冰雪圈、巖石園和生物圈組成的整體。這個(gè)整體可以近似地看作與外界只有能量交換的封閉系統(tǒng)。假設(shè)每個(gè)圈層看作為氣候系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，那么子系統(tǒng)是與其外界有能量和物質(zhì)交換的開(kāi)放系統(tǒng)。5氣候系統(tǒng)氣候形成和維持的物理過(guò)程主要與氣候系統(tǒng)的加熱率和輸送過(guò)程有關(guān)。有了一定的加熱率后，氣候狀態(tài)的形成還取決于大氣和海洋如何響應(yīng)〔開(kāi)展為風(fēng)和洋流〕，以后風(fēng)、洋流和大尺度的渦旋如何通過(guò)對(duì)物理量的輸送到達(dá)穩(wěn)定平衡，維持一定的全球平衡。如果氣候系統(tǒng)的能量收支與時(shí)空分布的平衡受到破壞，將導(dǎo)致氣候系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變，及發(fā)生氣候變化。Milankovitchtheory(a):Changesinthetilt(41kyr);(b):presentlyearthisclosertothesunwhenN.Hemisphereisinwinter;(c)11kyrfromnow,earthwillbeclosertosuninJulywhenN.Hemisphereisinsummer氣候系統(tǒng)能量的收支平衡到達(dá)地球的太陽(yáng)輻射能：太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和地球軌道要素地球行星發(fā)射率云量、大氣氣溶膠、冰雪覆蓋面積、陸地植被地貌形態(tài)，以及海陸分布格局進(jìn)入到地球系統(tǒng)中的太陽(yáng)能在地球系統(tǒng)中滯留的時(shí)間溫室氣體：水汽、二氧化碳、氧化亞氮、甲烷和氯氟烴等〔吸收長(zhǎng)波，反復(fù)加熱地球〕大氣和海洋洋流地球系統(tǒng)通過(guò)大氣和海洋的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量的傳輸和轉(zhuǎn)化。氣候系統(tǒng)的反響過(guò)程正反響：導(dǎo)致氣候系統(tǒng)不穩(wěn)定因素A的增加導(dǎo)致因素B的增加，而B(niǎo)的增加又作用于A使其增加。負(fù)反響：維持系統(tǒng)穩(wěn)定因素A的增加導(dǎo)致因素B的增加，而B(niǎo)的增加又作用于A使其減少1水汽反響溫暖的大氣會(huì)使更多的水汽從海洋和陸地上蒸發(fā)較暖的大氣含水量較高，增強(qiáng)大氣溫室效應(yīng)。2云輻射反響短波輻射的反射體和紅外輻射的良好吸收體低云以反射為主，導(dǎo)致降溫高云以被毯效應(yīng)為主，使系統(tǒng)增暖